Q420钢U肋加劲板轴压承载性能试验研究

对4个缩尺比1∶2的Q420钢U肋加劲板进行轴压承载性能试验,分析U肋加劲板极限承载力、破坏形式以及破坏机理。结果表明：4个U肋加劲板极限承载力均达到全截面屈服承载力;受压U肋加劲板的破坏形式分为局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲破坏3种;极限状态下,受压U肋加劲板在达到极限承载力前发生局部屈曲,最后发生整体屈曲导致板件破坏;通过板件柔度确定的最易发生屈曲的板件位置与实际破坏位置基本一致,说明板件柔度能够预测U肋加劲板在极限状态下的破坏位置。     

U肋加劲板受压局部稳定计算方法研究

建立U肋加劲板中母板、U肋腹板及U肋翼缘的四边简支板有限元模型.在考虑焊接残余应力、初始局部缺陷的情况下,分析各板件相对宽厚比与局部稳定系数之间的关系,并分别通过多项式拟合与Perry公式拟合的方法,提出适用于各种组成板件局部稳定系数的简化公式及屈曲曲线,并与各国规范规定的屈曲曲线进行比较.研究表明,Perry公式拟合的局部稳定屈曲曲线比多项式拟合在更小的相对宽厚比时开始折减;对于相同类型的板件,不同强度下Perry公式拟合的局部稳定屈曲曲线基本重合,而多项式拟合的局部稳定屈曲曲线略有区别;当钢材强度为345 MPa时,各板件简化公式的屈曲曲线均低于欧洲规范与美国规范规定的屈曲曲线;当相对宽厚比为0.6～1.6,各种板件简化公式的屈曲曲线均高于《公路钢结构桥梁设计规范》规定的屈曲曲线.     

斜拉桥扁平钢箱梁的有限混合单元法分析

同时利用六自由度的梁单元和壳单元模拟桥梁中不同位置扁平钢箱梁,根据平截面假定推导了两种单元在交界面上的约束方程,形成混合单元法.通过算例验证了该方法的正确性,它不仅能够计算构件的应力,还可以计算其整体稳定、局部稳定以及局部稳定与整体稳定的相关作用.利用该方法对苏通大桥进行整体受力计算,得到钢箱梁板件的横桥向和顺桥向应力,分析了钢箱梁顶板应力在横桥向的不均匀性.     

受压加劲板稳定承载力计算方法比较

对新版《中国公路钢桥规范(征求意见稿)》和国外钢桥规范的受压加劲板稳定承载力计算方法进行比较,以实例说明几种规范的整体稳定系数和局部稳定系数的差异.研究结果显示:中国公路钢桥规范的整体稳定四条柱子曲线与欧洲规范a、b、c、d曲线相接近,局部稳定系数取值小于其它规范对承载力的折减,计算结果相对保守.     

混合钢U肋加劲板焊接残余应力影响因素分析

建立三维热弹塑性有限元模型,对混合钢U肋加劲板的焊接温度场和应力场进行模拟,并应用盲孔法残余应力测试试验验证了该数值模拟方法的正确性.应用经验证的焊接残余应力数值模拟方法,研究散热系数、焊接有效功率、熔池面积大小、焊接速度变化对混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布与大小的影响.结果显示,焊接有效功率对混合钢U肋加劲板的残余应力分布的影响最大,其次为熔池面积及焊接速度,散热系数影响很小;母板和U肋的残余拉应力和残余压应力大小、残余拉应力区分布宽度、母板残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率和熔池面积大小成正比变化,与焊接速度成反比变化;而U肋残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率成正比变化,与熔池面积大小和焊接速度成反比变化.     

高强度U肋加劲钢板残余应力测试及模拟分析

为研究Q420级高强度U肋加劲钢板纵向焊接残余应力分布特点及影响因素,利用切割法对U肋加劲钢板进行了纵向残余应力测试,通过三维实体热弹塑性有限元模型和单元生死技术模拟了焊缝填充和焊接过程,比较分析了高强度钢和普通强度钢的残余应力分布特点,探讨了母板厚度及U肋的厚度、间距、宽度、高度对加劲板焊接残余应力的影响.研究结果表明,U肋两侧的焊接先后顺序并不影响加劲板的残余应力分布;非焊接区域残余压应力峰值和分布特点与板件材料的屈服强度基本不相关;板件厚度、U肋顶宽和U肋高度是影响高强度U肋加劲钢板焊接残余应力的主要因素.     

基于等稳定水准的中厚板加劲肋优化设计

在柔性加劲理论的基础上,以单轴均匀受压板件为对象,利用小刚度加劲厚板极限强度公式,提出了基于等稳定水准的中厚板加劲肋优化设计的具体方法.优化过程以加劲肋尺寸和数量为决策变量,以单位重量母板的加劲肋用钢量为目标函数,并以加劲板发生整体失稳破坏、肋间母板和加劲肋不发生局部屈曲、加劲板极限强度满足设计要求等作为约束条件.优化工作采用有约束混合整数非线性规划和有约束非线性规划理论,并结合MATLAB和YALMIP优化工具箱进行.算例分析表明,对中厚板采用基于等稳定水准的加劲肋优化设计是安全可行的.在满足相同的加劲板极限强度需求条件下,给出的加劲肋布置形式具有比刚性加劲设计更好的工程经济效益,且板件宽厚比越小,加劲肋用钢量的节约效果就越明显.     

用加劲肋加强的四边简支矩形板屈曲

研究了用加劲肋加强的板的局部屈曲.用能量法求解双向均匀受压和受剪的,加劲肋加强的四边简支矩形板的稳定性问题,讨论了加劲肋对屈曲荷载的影响.     

装配式钢板组合梁腹板加劲肋设计分析

组合结构的最终受力状态与施工过程相关,钢板组合梁桥的腹板设计由稳定与强度控制设计.基于装配式钢板组合梁的实际受力状态,对腹板的稳定与加劲肋构造进行研究,通过理论分析与有限元计算,提出合理的腹板加劲肋设置原则.     

薄壁钢箱梁考虑加劲肋构造剪力滞效应的计算

采用有限元方法对设置不同加劲肋的钢箱梁进行模拟计算,分析了各试件的应力分布并给出在不同构造情况下箱梁跨中截面顶板的剪力滞系数,表明在钢箱梁中加劲肋可以有效地减少剪力滞效应;根据有限元模拟计算出的不同构造情况下各试件的正应力值,并结合变分法公式提出了计算箱梁截面正应力的修正公式,有效地提高了计算精度。     

基于ANSYS的扁平箱梁桥粘贴钢板加固方案优化研究

结合青岛市某主干道立交桥扁平箱梁桥加固工程,用有限元分析软件ANSYS对扁平箱梁的主梁粘贴钢板加固技术进行了数值模拟分析。通过比较不同加固方案加固前后的应力、位移等分布变化规律,评价各方案的加固效果,并最终得出最优加固方案。结果表明:三种粘贴钢板加固方案都能够显著增强桥梁的承载能力,其中C型方案加固效果最好。并将模拟结果与理论计算值进行了比较,分析了误差原因。     

典型带挑臂钢箱主梁涡激力模型研究

为研究带挑臂钢箱主梁的涡激力模型,研究中以一座主跨为160 m的斜拉桥为工程背景,首先采用双向流固耦合的数值模拟方法对带挑臂钢箱主梁的涡振全过程进行了数值模拟分析,计算出主梁断面在不同风速下的涡振幅值,并与风洞试验结果进行对比 . 然后,基于已验证的数值模拟结果提取了主梁的涡激力时程,并以重构的涡激力值与目标值的残差大...     

千米级斜拉桥扁平钢箱梁的局部力学行为

以世界最大跨径斜拉桥苏通长江大桥为工程背景,通过静载试验与全桥整体及箱梁局部有限元数值计算研究了千米级斜拉桥扁平钢箱梁各主要板件的力学特性.在此基础上,运用子模型法对考虑焊接构造的箱梁局部焊接细节建立精细有限元模型,分析焊缝周围的应力分布规律,并通过试验加以验证.结果表明,扁平钢箱梁剪力滞效应明显,顶底板纵向应力沿横截面呈不均匀分布,顶板和顶板U肋的焊缝周围存在严重的应力集中,是整个钢箱梁疲劳性能研究的重点部位.     

斜拉桥扁平空腹钢箱梁悬拼施工时的截面变形

湛江海湾大桥主桥是一主跨为480m的双塔空间双索面混合梁斜拉桥,钢主梁采用扁平空腹流线型钢箱梁,标准梁段横隔板和纵隔板均为桁架式.在悬臂拼装施工过程中,吊机作用梁段与被吊梁段受力不同,在两段梁的接口处存在较大的变形差异.文中采用混合单元建立被吊梁段与吊机作用梁段的三维有限元模型,分析了悬臂拼装阶段钢箱梁拼接口的相对变形,研究了纵横隔桁架刚度等参数对变形的影响.分析表明,大跨度斜拉桥采用全空腹钢箱是可行的,相对变形的大小取决于箱梁的整体刚度和吊机的横向着力点.     

计入局部刚度和稳定约束的钢桥面板优化设计

采用有限元法和优化技术相结合的方法同时解决钢桥面板的局部受力问题与局部稳定问题,其中钢桥面板的结构分析采用等效格子梁法,编制了分析程序;钢桥面板的局部稳定计算采用日本规范.以计入结构材料重量和焊缝体积的结构造价为目标函数,建立了考虑局部受力和稳定容许应力约束的钢桥面加劲板优化分析模型.利用ANSYS软件的优化分析功能,采用可行方向法进行优化迭代分析,并将该方法应用到某钢箱梁的优化分析中.优化结果表明:适当增加横隔板间距、加大顶板和U肋厚度能更有效地满足结构受力和局部稳定要求.优化结果可作为钢箱梁设计的参考.     

浅析钢箱梁制造工艺

结合设计图纸和施工工艺将主桥钢箱梁沿顺桥向划分为12个梁段,首节梁段为钢混结合段,长8.75m,末尾梁段为端部梁段,梁长3.75m;其余10节梁段均为标准梁段,长10m。受运输及现场施工条件的限制,钢结构车间生产零件、板单元及块体,采用公路运输到总拼现场进行组装,最后进行钢箱梁顶推架设。     

铺装层对钢箱梁结构抗爆性能影响试验研究

为了研究混凝土铺装层对钢箱梁结构抗爆性能的影响,在一定的药量和爆炸距离下,对配置钢丝网的钢箱梁混凝土铺装层进行了爆炸试验。实验表明,配置钢丝网的混凝土铺装层可以减少钢箱梁顶板在爆炸荷载作用下塑性破坏的程度(最大可降低50%以上);增设Kevlar布的钢丝网混凝土铺装层抗爆能力比单纯的钢丝网混凝土铺装层效果更好(最大可降低63%以上);钢丝网层数设置越多,混凝土铺装层破坏核心区直径越小;增设Kevlar布,在一定厚度下,可以减小混凝土铺装层破坏核心区直径;随着Kevlar布厚度增加,混凝土铺装层反而破坏严重,需要对Kevlar布的厚度和施工方法进行优化设计。     

崇启大桥钢箱梁试验段制造工艺技术研究

本文基于崇启大桥主桥钢箱梁梁段制造工艺参数采集的需要,对试验段的制造工艺技术进行了探讨与研究。     

波形钢腹板箱梁桥面板横向内力计算方法

通过静力试验,对单箱双室波形钢腹板缩尺试验梁的桥面板横向受力特点和箱梁框架变形进行分析.结合试验结果和波形钢腹板箱梁的力学特点,提出了一种刚架模型,并将波形钢腹板箱梁桥面板的横向内力计算结果与传统箱梁框架模型和公路桥规中的简支板与连续板模型的横向内力计算结果进行对比.结果表明:刚架模型和箱梁框架模型的计算结果与试验值较为吻合,误差均在10%以内;简支板与连续板模型的计算结果则较为保守,与试验值的误差在20%左右;与箱梁框架模型相比,刚架模型比较简单,并且考虑了波形钢腹板线刚度与混凝土桥面板线刚度比值对混凝土桥面板横向内力的影响.     

地面效应对近流线型断面静气动特性的影响

以风洞试验和计算流体动力学(CFD)相结合的方法,对存在地面效应的近流线型断面的静气动力特性(静三分力系数、St数)进行研究.首先,基于风洞试验获得近流线型断面在不同风攻角下的静气动参数随离地高度的变化规律,试验结果表明,地面效应将对断面静气动力特性产生不利影响.其次,采用CFD识别各试验工况下断面的绕流特征及静气动参数,分析了不同风攻角下地面效应对近流线型断面静力三分力系数的影响机理,数值分析表明,地面附面层带来的影响总体上减缓了桥梁下腹板与地面之间区域的流速,局部负压区的强度及尺度加强及增大,并增加了驻点处的压力.