钢箱梁U型肋加劲板受压稳定极限承载力影响因素分析

钢箱梁因其刚度大、自重轻等优点被广泛应用于桥梁工程中。为了研究钢箱梁U型肋加劲板的受压稳定极限承载力,采用考虑材料和几何双重非线性的有限元法对9块加劲板试件的稳定极限承载力进行了分析,并与试验结果进行了对比验证;采用经过验证的有限元方法分析了母板宽厚比、加劲肋与母板对加劲板形心抗弯刚度比、初始几何缺陷、焊接残余应力共4组参数对U型肋加劲板稳定极限承载力的影响规律。研究结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模拟方法的正确性;母板宽厚比、加劲肋与母板对加劲板形心抗弯刚度比对U型肋加劲板稳定极限承载力的影响显著,并具有良好的规律性;初始几何缺陷对U型肋加劲板稳定极限承载力的影响与加劲板特征值分析的1阶屈曲模态相关,对于1阶屈曲模态为母板局部屈曲的U型肋加劲板而言,当初始几何缺陷达到母板宽度的1/100时,其稳定极限承载力的降幅高达28.34%;焊接残余应力对U型肋加劲板稳定极限承载力的影响也较为显著,考虑焊接残余应力后,U型肋加劲板稳定极限承载力的降幅最大可达到11.1%。研究结果可为钢箱梁U型肋加劲板的进一步研究和推广应用提供参考。     

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.     

受压板肋加劲板整体稳定试验研究

板肋加劲板是组成钢箱、钢拱、钢塔以及钢墩等桥梁结构的基本构件,其受压稳定问题是钢桥设计的重点.为研究板肋加劲板的受压整体稳定性能,设计了不同几何尺寸的板肋加劲板试件,进行轴向加载试验,测量各试件的初始几何缺陷,同时建立相应的有限元模型,考虑本构关系、残余应力与初始几何缺陷的影响,通过大量数值计算得到稳定折减系数,并与各国规范进行比较.分析结果表明,试件的几何缺陷沿板宽方向呈现中间高、两边低的形式,纵向初弯曲的方向具有一定的随机性.板肋加劲板整体稳定中长柱试件发生中部的弯曲失稳变形,且朝向被加劲板侧弯曲的极限承载力高于朝向板肋侧弯曲的极限承载力;整体稳定短柱试件主要发生肋间被加劲板的鼓曲与加劲肋端部的面外变形.随着长细比的增大,被加劲板侧弯曲试件的轴向平均应力-位移曲线的失稳特征更加明显.试验与有限元计算得到的稳定系数均高于中国钢桥规范中的b类柱子曲线的稳定系数,可偏安全采用规范中的b类柱子曲线进行板肋加劲板整体稳定计算.     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

连续直线钢箱梁剪力滞效应研究

制作了1个2跨连续直线钢箱梁模型,并对该连续直线钢箱梁模型进行了均布荷载和集中荷载试验.详细介绍了试验过程,测试了各控制截面的各种力学性能指标,并对试验梁加载全过程进行仿真分析,将理论值与实测值进行了对比.分析了集中荷载和均布荷载作用下箱梁各控制截面应变及剪力滞分布规律.     

漪汾桥钢箱梁制造技术

本文主要介绍了漪汾桥钢箱梁制造及试装技术,同类工程具有借鉴意义。     

泵送混凝土浇筑大型箱梁的芯模上浮力试验研究

在预制箱梁的混凝土浇筑过程中,芯模的上浮问题一直是困扰施工生产的技术难题。结合实际工程,分析了泵送混凝土浇筑箱梁上浮力的影响因素,介绍了一种测试混凝土上浮力的简单试验方法和试验结果,讨论了混凝土浇筑箱梁时浇筑高度、速度、有无振捣对上浮力大小的影响。     

波形钢腹板箱梁剪切屈曲特性

研究了波形钢腹板箱梁的剪切屈曲特性。基于有限元数值模拟结合相关屈曲理论的方法,计算了波形钢腹板的临界屈曲应力,并与相应理论公式计算所得的各类屈曲应力结果进行对比。同时,改变波形钢腹板的主要几何参数尺寸,研究各种几何参数对波形钢腹板箱梁剪切屈曲性能的影响。研究结果表明:波形钢腹板箱梁的临界屈曲应力与波高基本无关;波形钢腹板的直板段水平长度不应设置过大,以防止结构发生局部屈曲失稳;适当增大波形钢腹板的水平折叠角可以有效防止结构发生整体屈曲失稳;增大腹板厚度可以有效提高结构的抗屈曲性能,特别是抵抗局部屈曲失稳的能力;腹板高度过高时结构容易发生整体屈曲失稳。