基于广义位移的波形钢腹板组合箱梁有限梁段分析方法

为准确分析腹板手风琴效应、剪切变形与翼板剪力滞效应对波形钢腹板组合箱梁挠曲变形及应力的影响,利用截面变形连续条件建立了综合考虑腹板手风琴效应、剪切变形与剪力滞效应的挠曲位移模式.通过引入广义剪切位移和剪力滞位移,将该挠曲变形状态解耦为拟平截面的Euler梁挠曲、广义剪切变形引起的挠曲以及剪力滞效应引起的挠曲3种状态.依据广义位移与转角的关系,选用Hermite多项式作为位移形函数,推导出广义位移的单元刚度矩阵,提出了适合该组合箱梁的梁段分析方法.数值算例结果表明,基于该方法得到的应力及变形与三维空间有限元结果吻合良好.广义剪切变形对梁的挠曲变形与应力存在较大影响,集中荷载作用或中支点截面附近的应力放大系数甚至超过2.0.     

轨道交通“双U+箱形”截面桥梁剪力滞效应简化计算方法

针对轨道交通“双U+箱形”组合梁截面,通过分析其竖向弯曲时截面上的剪力流分布规律,引入顶板悬挑段与顶板、底板与顶板剪力流的比来反映截面剪力流对剪切变形的影响,定义各翼板符合其剪切变形规律的翘曲位移函数,基于能量变分法推导剪力滞的控制微分方程,建立连续梁剪力滞效应简化计算方法。以“双U+箱形”组合连续梁为算例,将自重和轨检车荷载单独作用下的剪力滞系数解析解与有限元结果进行对比分析,并讨论梁高和腹板厚度对剪力滞效应的影响。结果表明：按简化计算方法得到的应力与有限元结果吻合较好,轨检车荷载作用下的剪力滞效应比均布荷载作用下的更为明显,且梁高和腹板厚度的变化会减弱截面的剪力滞效应。本文提出的简化计算方法可为复杂截面连续桥梁安全评估提供参考。     

单室箱梁考虑剪切与剪滞双重效应的挠曲函数

基于单室箱梁翼缘板选取最大剪切位移差函数为广义剪力滞位移函数,通过假定箱梁竖向变形由腹板剪切变形与翼板剪滞效应引起的位移,利用变形协调条件和能量变分法最小势能原理推导了特定边界和荷载条件下考虑剪切变形的单室箱梁的挠曲位移表达式。利用推导的挠曲微分方程计算了单室简支箱梁承受均布荷载作用下的挠度,对靠近梁端部采用挠度修正系数线性内插求解竖向变形,建立单室简支箱有限元分析模型;对比解析解和数值解。结果表明:剪切变形对简支单室箱梁承受均布荷载作用的挠度具有一定的影响;利用推导的公式能够快速、有效地计算简支单室箱梁承受均布荷载下剪切与剪滞双重效应的挠度;跨中挠度与数值解差6%,吻合良好。     

大跨度变截面波形钢腹板组合连续箱梁桥剪力滞效应研究

目的确定影响剪力滞系数的主要几何参数,总结计算翼缘有效宽度比的经验公式.方法基于有限元软件Midas/FEA,计算集中(均布)荷载作用下腹板厚度、顶板厚度、荷载类型、宽跨比等因素对大跨度变截面波形钢腹板组合连续箱梁剪力滞效应的影响,找出其中对剪力滞效应有主要影响的几何参数,利用数据回归分析方法研究翼缘有效分布宽度取值问题.结果剪力滞效应受荷载作用类型影响较大.明确宽跨比是影响箱梁剪力滞效应的主要几何参数.结论建立了集中荷载作用下波形钢腹板组合箱梁翼缘有效分布宽度计算的经验公式.     

翼板横向位移对箱梁剪力滞效应的影响

为了揭示翼板横向位移对箱梁剪力滞效应的影响,在箱梁全截面上引入能充分反映剪力滞翘曲特性的中性轴修正系数,选取剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移,从翼板剪切变形与附加挠度的几何关系入手,定义了箱梁的翼板横向位移模式,运用能量变分法建立了考虑翼板横向位移影响的箱梁剪力滞效应解析理论.简支和连续箱梁算例分析表明:考虑翼板横向...     

曲线波纹钢腹板组合箱梁剪力滞翘曲位移函数研究

目的 为解决曲线组合箱梁剪力滞效应分析方法、计算理论存在局限性的问题,提出一种解析的求解方法.方法 考虑滑移效应和弯扭耦合影响的同时,基于最小势能原理,建立分别基于抛物线型和余弦函数型位移函数的曲线波纹钢腹板组合箱梁的剪力滞效应的控制微分方程,及数值计算公式.通过对曲线波纹钢腹板组合箱梁实取截面进行计算分析,采用加权余...     

钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算

为了研究钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算方法和影响其挠度变化的因素,将钢桁腹杆换算为具有等效厚度的换算钢腹板,对悬臂板纵向位移函数进行修正,再利用变分法原理推导综合考虑腹杆剪切变形和剪力滞效应的挠度计算公式.运用有限元软件ANSYS建立组合箱梁的有限元模型,对有限元数值计算值和理论计算值进行比较分析,并在此基础上研究高跨比和腹杆水平倾角对组合箱梁由腹杆剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度的影响.研究结果表明:对组合箱梁悬臂板纵向位移函数进行修正可提高挠度计算精度;对于处于合理高跨比的组合箱梁而言,其腹杆的剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度不可忽略;组合箱梁腹杆水平倾角仅会对腹杆剪切变形引起的附加挠度产生影响.     

剪力滞后剪切变形对薄壁箱梁的振动影响

建立了薄壁箱型梁桥在任意荷载作用下考虑剪力滞剪切变形影响的振动分析理论体系,为分析薄壁箱型桥梁等结构振动时的剪力滞剪切变形效应提供了计算手段.采用变分原理,推导了考虑剪力滞剪切变形效应的薄壁箱梁振动控制微分方程、边界及初始条件,探讨了方程的解法,建立了方程解的差分格式,并论证了差分格式的稳定性、收敛性,最后提供了简支梁算例,计算结果验证了方法体系的可行性.同时表明:在薄壁箱梁振动时,剪力滞效应和剪切变形使跨中位移明显增大,应力集中现象明显,且剪力滞的影响比剪切变形的影响要大.     

波形钢腹板斜拉桥主梁剪力滞效应研究

以某波形钢腹板斜拉桥为工程背景,建立实体有限元模型及杆系模型,在有限元计算分析的基础上,对主要施工阶段及成桥阶段关键截面的剪力滞进行分析。通过分析发现:主梁施工过程中剪力滞效应较明显,其中斜拉索锚固区的剪力滞系数最大,内腹板的剪力滞系数大于中腹板及外腹板的剪力滞系数;与施工过程相比,成桥阶段的剪力滞效应不太明显且底板剪力滞效应弱于顶板。针对主梁剪力滞效应的特点,应充分考虑该类主梁剪力滞效应的影响,建议在运用杆系分析程序对该类型箱梁总体设计时,应考虑设置剪力滞效应的影响,尤其是集中荷载作用位置。     

斜拉桥悬臂施工阶段分离式钢箱梁的剪力滞效应分析

以荆岳长江公路大桥为研究背景,采用ANSYS软件建立了该斜拉桥主梁最大单悬臂、主梁最大双悬臂和悬臂施工2号梁段三个工况的分离式钢箱主梁的区段仿真模型.利用空间有限元法,针对悬臂施工状态下分离式钢箱的空间受力状态进行剪力滞效应的计算分析.研究结果表明,分离式钢箱梁在不同施工工况下,其顶、底板剪力滞系数分布规律不同;钢箱梁顶板在外腹板处剪力滞效应较大,并随着离开外腹板处,其剪力滞效应减小较快.在施工过程中,分离式钢箱主梁的同一截面会同时出现正、负剪力滞效应.     

混凝土薄壁箱梁剪力滞效应的空间分析

通过对预应力混凝土薄壁箱梁剪力滞效应的理论分析,重点阐述了有限元法理论在剪力滞分析中应用,介绍了规范考虑剪力滞效应的有效分布宽度方法.利用一实际混凝土箱梁桥进行有限元建模计算,对于箱梁在受到不同荷载作用时表现的剪力滞效应进行了分析,指出箱梁在对称荷载作用情况下仍然表现出剪力滞效应.通过箱梁有限元模型计算指出了初等梁理论...     

变截面箱梁桥悬臂施工过程剪力滞效应

为了研究剪力滞效应对变截面箱梁桥悬臂施工过程的影响,以某新建(48+80+48) m变截面预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,通过理论分析、数值模拟和现场试验的手段,对变截面箱梁桥悬臂施工过程中的剪力滞效应进行了研究。研究发现：变截面箱梁桥在施工阶段的自重荷载作用下,翼板出现负剪力滞效应,剪力滞效应在固定端最小,且随离固定端距离的增大而增大。在整个施工阶段,0号块截面和1号块截面的剪力滞效应变化规律基本一致,均在箱梁顶板位置出现负剪力滞,箱梁底板位置出现正剪力滞,随着施工的进行,剪力滞效应逐渐减小。梁体的合龙对底板的剪力滞效应影响较明显,其中0号块截面和1号块截面的底板剪力滞出现了由正剪力滞变成负剪力滞的现象。随着施工的进行,0号块截面顶板和腹板交接处的剪力滞系数逐渐增大,在底板和腹板交接处剪力滞系数逐渐减小,1号块梁端截面顶板和腹板交接处、底板和腹板交接处剪力滞系数逐渐减小。     

铁路连续槽形梁桥剪力滞效应分析

为探究铁路连续槽形梁桥的剪力滞效应,以峰福线大目溪大桥为例,基于有限元法分析其在不同工况下的剪力滞效应情况,提出该结构有效宽度的建议值,并且分析截面形式对槽形梁剪力滞效应的影响。结果表明:纵桥向桥面顶板和底板桥梁中心线位置的剪力滞效应在中支座截面较为显著。不同工况作用下,中支座截面和主跨跨中截面桥面板出现正负剪力滞效应交替现象,桥面顶板剪力滞效应相比底板较为显著;对于恒载+活载工况下,中支座截面正剪力滞效应出现在顶板边缘位置和底板中心线处,而主跨跨中截面正剪力滞效应出现在顶板中心线处和底板边缘位置。在恒载+活载、主力+附加力两种工况下的有效宽度比建议值,主跨跨中附近截面取0.83、0.80,边支座截面附近取1,中支座截面取0.74、0.73;对于截面形式不同的槽形梁,其跨中截面的剪力滞效应也表现出顶板相比底板更为突出,当采用箱形桥面板时,因其桥面板中腹板的存在,会导致其剪力滞效应比板式桥面板严重。     

基于多参数翘曲位移函数的箱梁剪力滞和剪切效应分析解析法

用多参数翘曲位移函数考虑箱梁截面底板、顶板、悬臂板剪滞翘曲幅度一般各不相同的影响,计入箱梁剪切变形,导出了箱梁剪滞效应分析的控制微分方程组、边界条件及相应的闭合解。给出了算例结果,表明此方法用于求解薄壁宽箱梁的应力和挠度能大幅度提高计算精度。此方法蜕化后可广泛用于多种常见桥梁结构剪力滞效应的高精度分析。     

大跨混凝土箱梁桥温度荷载作用下剪力滞效应分析

混凝土箱梁以其良好的结构整体受力性能在现代大跨桥梁结构中得到广泛的应用,但迄今所修建的混凝土箱梁桥中,在施工阶段或在运营阶段,箱梁上均存在较多的由温度引起的开裂现象.造成这一现象的主要原因是现有计算方法的不完善,其中之一就是未考虑箱梁在温度荷载作用下的剪力滞效应.采用有限元法对大跨混凝土箱梁桥在温度荷载作用及自重作用下的剪力滞效应进行了详细的分析,其结果表明在温度作用下,箱梁翼板底面存在着较为严重的剪力滞现象,并获得了箱梁在温度荷载作用下剪力滞效应的一般规律和初步结论,为箱梁的温度应力计算提供了参考.     

考虑剪滞效应下计算钢筋混凝土箱梁应力的换算截面法

基于换算截面的概念,提出利用变分原理进行钢筋混凝土箱梁剪力滞分析时,不改变换算前后截面的拉压性能及剪切性能,而将钢筋及混凝土组成的实际截面分别换算为拉压性能及剪切性能相同的假想材料所组成的匀质截面,对换算后截面按单一匀质材料进行剪力滞分析并得到换算截面应力分布,依据钢筋及混凝土两种不同材料的本构关系,得到实际截面应力分布.以钢筋混凝土简支箱梁受跨中集中力为例,说明换算截面进行考虑剪滞效应下截面应力计算的方法.算例与有限元分析结果的比较表明,该方法简便可行.     

部分填充砼窄幅钢箱组合梁非线性有限元分析

为研究部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁力学性能,考虑组合梁剪力连接件剪切滑移的非线性、材料非线性、几何非线性等因素,建立了非线性有限元模型分析部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区全过程的受力性能。用有限元法计算得到了试验梁荷载-挠度曲线、纵向钢筋的荷载-应变曲线和承载能力等结果。通过与试验结果进行比较,有限元分析计算值与试验实测值吻合较好,验证了有限元模型分析的有效性。利用有限元模型对组合梁进行了参数分析,研究结果表明,增大翼板配筋率和钢箱底板厚度对提高组合梁极限承载能力和开裂后刚度作用显著,对提高组合抗裂能力作用不明显;充填混凝土对提高组合梁极限承载能力作用明显,充填高度达到钢箱高度一半后对承载能力提高的效率降低;钢箱顶板厚度达到10mm后,继续增大对组合梁承载能力提高影响不明显。     

不同荷载形式对箱梁剪力滞的影响

剪切变形使得箱梁的翼板中出现应力不均匀现象。本文以最小势能原理为基础,建立薄壁箱梁翘曲剪力滞的控制微分方程,推导并讨论了集中荷载、均布荷载对简支单箱单室箱梁剪力滞的影响。总结出考虑剪力滞效应后弯曲法向应力的变化规律,对集中、均布荷载作用下的影响进行分析并得出了一些结论。