双工字钢-混组合连续弯梁桥有效宽度

由于中外现行设计规范缺乏针对钢-混组合连续弯梁桥桥面板有效宽度的规定,以小半径双工字钢-混组合连续弯梁桥为研究背景,首先对比分析了中外典型规范对钢-混组合连续直梁桥有效宽度的计算结果,然后基于数值模拟,分析研究了小半径双工字钢-混组合连续弯梁桥的剪力滞效应和有效宽度,探讨了曲率半径和布载方式的影响规律,最后考虑内、外侧主梁对应的桥面板剪力滞差异,提出了有效宽度的简化计算方法。研究结果表明:桥面板横断面正应力分布受弯扭耦合效应的影响较大,导致内、外侧主梁对应的桥面板正应力分布失去对称性,曲率半径越小,这种不对称性也越大,而车道外偏布置也会导致这种不对称性变大,工程设计计算中宜分别计算内、外侧主梁所对应的桥面板有效宽度;本文所提的简化计算方法能较好地包络有限元分析结果,且计算结果偏保守,可为同类桥梁的设计计算提供参考。     

中小跨径双主梁形式钢板组合梁截面优化设计

为提出结构安全,经济适宜的中小跨径钢板组合梁桥,提升公路桥梁的建设品质,以辽宁省内两座跨径分别为5×30 m和5×35 m的双主梁钢板组合连续梁桥为依托工程,采用有限元建模对这两种跨径的双主梁组合梁桥进行参数分析,以主梁跨中挠度及单位面积用钢量为评价指标,提出以上两种跨径组合梁桥的推荐梁高及合理板件配置。结果表明:在关键截面应力保持相同水平的条件下,跨中挠度及用钢量均随主梁高度的增加而减小,综合考虑视觉效果,经济性和城市空间限制等因素,最终分别选择1.9 m和2.1 m作为5×30 m和5×35 m两种跨径的双主梁钢板组合梁桥的推荐梁高。     

钢板组合桥梁剪力滞效应分析

双肋钢板组合桥梁(双钢板主梁与砼桥面板通过剪力钉连接)由于主梁间距大而存在明显的剪力滞效应。文中选取三跨双肋钢板组合连续桥梁(3×35 m)作为研究对象,采用ANSYS建立其有限元模型,分别对给定温度环境下受恒载和车道荷载作用的桥面板应力进行分析,计算其剪力滞系数。按最大正应力和合力大小不变的原则,将呈曲线分布的正截面应力简化成矩形分布,计算桥面板的有效宽度,并与规范计算结果进行对比。研究结果表明:在恒载和车道荷载作用下,中支点处存在显著的正剪力滞效应,剪力滞系数可达到1. 7左右。在中跨和边跨其余各截面均存在负剪力滞效应。从边支点截面到中支点截面由负剪力滞效应逐步向正剪力滞效应过渡,从中支点截面到中跨跨中截面则由正剪力滞效应逐步向负剪力滞效应过渡。与有限元方法相比,按照规范方法计算的边跨跨中和中跨跨中截面的桥面板有效宽度偏于保守,中支点截面按规范方法计算的有效宽度偏于不安全。     

钢混组合曲线梁桥混凝土桥面板应力空间分布特性

目的研究不同荷载形式下钢混组合梁桥混凝土板应力分布特性.方法以大涧沟大桥为工程背景,采用实体有限元模型分析施工过程对混凝土板剪力滞效应的影响,探讨汽车荷载作用下混凝土桥面板剪力滞-轮载局部综合效应和偏载效应.结果考虑施工过程后组合梁桥控制截面的剪力滞系数均有不同程度的增大,且支点截面的剪力滞系数增幅更大;受弯扭耦合效应影响,组合梁桥活载剪力滞效应将更为显著,剪力滞-轮载局部综合影响系数甚至超过2.0,支点截面处桥面板剪力滞-轮载局部效应大于跨中截面,且边跨的剪力滞-轮载局部综合效应明显大于中跨.结论剔除剪力滞-轮载局部效应后,控制截面的偏载系数仍可能超过1.2,大于设计中采用的经验系数1.15,且越靠近中跨汽车活载的偏载效应愈发显著,建议设计中应予以充分考虑.     

钢-混凝土组合梁考虑长期效应影响下的挠度计算与分析

钢-混凝土组合梁截面的应力和挠度会受到组合梁翼缘剪力滞效应的影响.综合考虑组合梁的剪切变形、层间滑移、剪力滞效应及混凝土的长期受力特性,利用能量变分原理推导了钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下挠度控制微分方程.通过建立短期荷载作用下的ANSYS有限元模型(FEM)与长期荷载作用下的MIDAS FEM,提取MIDAS FEM计算结果中关于混凝土收缩变形和徐变作用下组合梁挠度数据,叠加至ANSYS FEM计算出的短期荷载作用下组合梁的挠度值,即可得到长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的总挠度值,其结果与本文理论挠度计算值吻合度良好.为了进一步分析剪力滞效应的影响,引入简支组合梁的试验算例,分析了是否考虑剪力滞效应组合梁挠度的变化情况.最后以简支组合梁为例,分析组合梁支点与跨中处混凝土板的有效宽度系数受宽跨比的影响程度,并与中国规范计算方法进行比较.结果表明：混凝土板的有效宽度系数随宽跨比的增大而减小,支点处的有效宽度相对于跨中处较小,计算值与规范值误差不超过5.12%.     

小半径单箱双室曲线桥梁翼缘有效宽度的研究

针对小半径单箱双室曲线梁桥的剪力滞效应以及选取其翼缘有效宽度的问题,文章依托实际工程,采用有限元软件ABAQUS建立某曲线梁桥的空间有限元模型,分析了荷载为重力、汽车荷载等共同作用下结构的变形和内力,研究不同曲率半径下,剪力滞效应及其对小半径曲线梁桥翼缘有效宽度取值的影响。结果表明:对于单箱双室箱形截面,不同半径作用下,中腹板对应的有效宽度都小于两侧宽度;相比直线桥而言,对于不同的曲率半径,内腹板对应的有效宽度大于外侧腹板;随着曲率半径的减小,各个腹板对应的有效宽度的差值也越来越大。故在确定小半径单箱双室曲线梁桥翼缘有效宽度时,可以在现行桥梁设计规范的计算宽度基础上乘以修正系数。     

小半径曲线连续箱梁桥恒载应力的空间分布特性分析

为研究混凝土曲线箱梁桥的空间受力特性,以某主梁宽9.75m、桥长5×18.76 m的城市立交匝道桥为工程背景,利用ANSYS有限元软件计算几种标准跨径的桥梁模型,通过对截面应力进行积分运算获取截面不同区域所承担的内力比例,并以内力比值系数、应力差值和应力比值为评价指标讨论了同跨径下曲线箱梁桥与直线箱梁桥在一期恒载作用下各控制截面弯矩、剪力和应力的差异。研究发现:一期恒载作用下,曲线箱梁顶、底板法向正应力分布不均匀,剪力滞系数最大可达1.35;外侧腹板承担剪力值最大可达内侧腹板的2.65倍;圆心角超过8°时,边跨跨中截面剪力比值系数大于1.1,圆心角超过13°时,边跨支点截面剪力比值系数大于1.13;在恒载作用下,曲线箱梁桥中性轴“倾斜”,在边跨跨中截面外侧出现正应力卸载现象,边跨支点截面内侧出现应力卸载现象。现行普遍使用的梁系有限元法计算结果不能真实反应曲线箱梁的空间受力分布,箱梁各腹板受力和顶底板弯曲正应力的分布在工程设计中应引起足够的重视。     

薄壁箱梁剪力滞效应数值计算

运用有限元方法,采用板壳单元——Shell 63单元,对薄壁直线箱梁和薄壁曲线箱粱剪力滞效应分别进行了数值计算．将直线箱梁剪力滞效应的数值计算结果与变分法理论计算值及模型试验值进行了对比,三者吻合较好。验证了本研究数值方法的正确性．在有限元理论的基础上,进一步计算了曲线箱梁在静力荷载作用下的挠度、应力、应变及剪力滞系数值,分析了曲率半径等因素对曲线箱梁剪力滞效应的影响．计算结果表明,曲率半径对曲线箱梁的剪力滞效应影响较大．与直线箱梁相比,截面相同位置处的剪力滞系数随曲率半径的减小而增大,增幅远超过5％以上．因此在曲线箱梁的设计中应对曲率半径加以考虑．     

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。     

变截面波形钢腹板组合梁剪力滞效应

为了求解变截面波形钢腹板组合梁截面的剪力滞效应,研究了剪力滞翘曲位移函数模式,证明了按二次抛物线定义翘曲位移函数具有较高的求解精度。基于最小势能原理,利用变分法,推导了等截面波形钢腹板组合梁截面的翘曲位移函数的计算公式;在此基础上,运用差分法,进一步推导了变截面波形钢腹板组合梁截面的翘曲位移函数、附加弯矩、挠度以及剪力滞系数的递推计算公式。研究结果表明:按二次抛物线形式定义广义纵向位移函数对于变截面波形钢腹板组合梁同样可行;宽跨比是个敏感参数,差分法可用于求解任意荷载、任意边界条件下的变截面波形钢腹板组合梁截面的剪力滞系数。最后利用工程实例实测结果和有限元计算结果加以验证,3种方法所得结果吻合。     

钢-混凝土组合梁剪力滞及时变效应的求积元分析

采用弱形式求积元法对界面滑移钢-混凝土组合梁的剪力滞及收缩徐变效应进行了计算分析。通过与现有试验及有限元结果的比较,验证了弱形式求积元方法的准确性和高效性。进一步的参数化研究表明,混凝土板宽度与组合梁跨度之比小于0.6时,剪力滞效应对含简支边界条件组合梁的时变效应影响明显。当剪力连接刚度水平较低时,由于时变效应引起的钢-混凝土组合梁的挠度相对变化将随剪力连接刚度的增大显著提高。     

多因素影响下钢-混连续组合梁的挠度计算分析

为精确计算钢-混凝土连续组合梁的挠度,在综合考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应及组合梁剪切变形影响的基础上,运用能量变分法推导出了钢-混凝土组合梁挠度计算的平衡微分方程,并给出了相对应的边界条件.通过引入均布荷载作用下钢-混凝土两跨连续组合梁的边界条件,求得了考虑滑移效应和剪切变形效应下组合梁的挠度计算公式,并对计算公式的正确性进行了验证.对钢-混凝土连续组合梁挠度做进一步分析表明:滑移效应会降低钢-混凝土连续组合梁的刚度,使组合梁产生附加挠度,并且会在中支点处引起梁负弯矩的增加,对混凝土板的受力产生不利影响.层间滑移位移随剪力连接件抗剪刚度的增大而减小,当剪力连接件抗剪刚度小于1200MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较大,对总挠度的影响也较大,应当考虑滑移效应对组合梁挠度的影响;当剪力连接件抗剪刚度大于1200MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较小,对总挠度的影响也较小,可以忽略滑移效应对组合梁挠度的影响.     

П形梁斜拉桥主梁剪力滞特性试验

为研究Π形截面斜拉桥主梁的剪力效应,通过在一新建Π形截面斜拉桥主梁中预埋钢弦式传感器,全程跟踪实测了主梁各施工阶段以及成桥状态下各测试截面的轴向应力;建立了该桥的三维实体有限元模型,并将计算结果与实测值进行了对比。结果表明:Π形截面斜拉桥主梁根部截面的剪力效应比跨中截面的更为显著;其主梁横截面轴向应力横向分布曲线存在多个拐点,剪力滞效应很难采用单个参数加以描述;预应力以及横坡对Π形截面斜拉桥主梁轴向应力的横向分布规律有明显影响,计算中不可忽略预应力束或横坡的影响。     

波形钢腹板组合连续箱梁有效翼缘宽度计算初探

针对目前规范中缺少有关波形钢腹板组合连续梁桥有效翼缘宽度的相关规定,提出一种翼缘有效宽度计算方法,以某大跨度波形钢腹板预应力混凝土组合连续箱梁桥为背景,对其有效翼缘宽度计算进行初步研究,研究结果表明:在自重和集中荷载作用下,跨中混凝上内衬边缘的剪力滞效应显著,翼缘板的有效翼缘宽度系数分别达到0.87和0.7左右,其它部位剪力滞效应不明显;而预应力荷载作用下,波形钢腹板组合连续箱梁的各截面处的剪力滞效应均不明显,可以忽略不计,最后通过有限元计算结果与国内外规范对比发现,波形钢腹板箱梁跨中部分有效翼缘宽度与混凝土箱梁基本一致,设计计算时可参照普通混凝土箱梁;内衬边缘截面的剪力滞效应介于普通混凝土箱梁与钢箱梁之间,其有效翼缘宽度的计算也应介于二者之间。     

桥面板徐变对曲线组合梁桥剪力钉受力性能的影响

钢-混组合梁桥中桥面板与钢主梁通过剪力键连接,混凝土板徐变效应会对剪力键内力产生影响。为探究这种影响,以某座钢-混组合曲线梁桥为背景,使用ANSYS建立精细化实体有限元模型,按金属蠕变原理模拟混凝土板徐变效应,在考虑施工阶段的基础上研究混凝土板徐变效应下剪力钉的力学行为。研究表明：钢纵梁处剪力钉横桥向徐变内力约为顺桥向2.0倍,但徐变内力变化趋势均相同即每跨跨中向两侧支点逐渐递增,徐变内力极值均出现在支点湿接缝附近剪力钉上。钢横梁剪力钉横桥向、顺桥向内徐变内力均由横截面中线向两侧逐渐增加,但受“弯扭耦合”影响,横梁内、外侧剪力钉徐变内力相反。徐变影响下全桥剪力钉顺桥向徐变滑移分布较横桥向更加均匀,绝大多数剪力钉顺桥向徐变滑移量仅为横桥向的30%～50%。混凝土板徐变效应对剪力钉内力影响随时间的增加而减弱,内力影响最大是成桥初期3个月;增加混凝土板预制龄期可显著降低成桥时剪力钉的徐变内力,推荐采用龄期为180 d的桥面板,并计入10年徐变效应可满足工程要求。     

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.     

基于改进三弯矩方程的钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度研究

为简便估算恒载作用下钢-混凝土混合梁变截面连续梁合理钢箱梁长度,基于现有三弯矩方程推导了适用于变截面连续梁的改进三弯矩方程,建立了基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩简化计算方法,并采用MATLAB软件编制了计算程序。构建了不同跨径的变截面钢-混凝土混合连续梁桥标准结构,运用改进三弯矩方程分析了恒载作用下不同跨径钢-混凝土混合连续梁桥关键截面弯矩随钢箱梁段长度变化的规律,建立了主跨跨径150m~300m间钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度预估公式。不同跨径的钢-混凝土混合连续梁的墩顶负弯矩和跨中正弯矩均随钢箱梁段长度的增大而减小;主跨跨径150m、200m、250m、300m的变截面钢-混凝土混合连续梁桥钢箱梁段长度与主跨跨径的比例分别为0.35、0.40、0.40、0.45时,主跨跨中正弯矩减小趋势变缓;研究结果表明：基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩计算结果与有限元计算结果的偏差小于10%,可便捷且准确地计算恒载下变截面连续梁弯矩;预估公式计算得到的钢箱梁段合理长度与实桥使用的钢箱梁段长度之间的误差在12.5%以内,预估公式具有良好适用性。     

内倾角对中承式钢箱提篮拱桥抗震性能影响分析

目的为了研究拱肋内倾角对拱桥抗震性能的影响,比较不同内倾角拱桥的位移及内力响应.方法利用有限元分析软件ABAQUS建立拱肋内倾角分别为0°、4°以及7°的中承式钢箱提篮拱桥多尺度模型,沿横桥向和顺桥向输入强震,分析中承式钢拱桥的拱脚截面、拱顶截面、主梁跨中截面和1/4拱跨截面的位移和内力响应.结果在横桥向地震动作用下,结构的位移响应随内倾角的增大而减小.在内力响应方面,随着内倾角的增大,拱桥四个截面轴力均增大,在1/4跨截面至拱顶截面的弯矩和剪力减小.顺桥向地震作用下,随着拱肋向内倾斜,拱桥位移响应、轴力和剪力逐渐减小,弯矩响应变化不明显.结论增大拱肋内倾角可有效提高拱桥的抗震性能.     

大跨度预应力混凝土连续箱梁剪力滞效应研究

分别应用ANSYS通用有限元计算程序和三杆比拟法对一大跨度预应力混凝土连续箱梁桥进行了剪力滞效应计算,着重对主梁一半的部分截面处顶板和底板的剪力滞效应进行了分析。在介绍三杆比拟法计算思路的基础上,将三杆比拟法应用于大跨度连续箱梁的主梁剪力滞效应计算,并与空间有限元结果进行比较。空间有限元法计算较为直观,准确地反映截面的实际应力分布情况,较三杆比拟法计算量更小。     

斜度对多梁式连续斜交小箱梁桥力学性能的影响

基于斜交箱梁桥弯扭耦合的受力特点,利用梁格法求解了自重作用下0°,10°,20°,30°,45°,60°共6种情况下多梁式连续小箱梁的弯矩、扭矩、应力和位移,对比分析了斜度对斜交连续小箱梁桥力学性能的影响。研究结果表明,在常用斜度范围(θ60°)内,主梁跨中截面的弯矩、位移随斜度的增大先减小后增大,而墩顶截面的弯矩、跨中截面的扭矩随斜度的增大先增大再减小;各截面上缘应力随斜度的增大先增大后减小,而下缘应力则随斜度的增大先减小后增大;当斜度达到临界斜度45°时,各截面的内力、位移均达到最值,此时,跨中截面扭矩值与正桥跨中截面的扭矩值相差倍数达到了100以上;斜度为0°~10°时,主梁弯矩、应力和位移变化均较小,可近似按直桥计算。在设计中,应充分考虑斜度对斜交箱梁弯扭耦合性能的影响,合理布置墩顶截面和跨中截面的抗弯、抗扭预应力钢束,使设计更经济、安全。