铁路预应力混凝土箱梁弯扭及支座不平整效应的有限元分析

通过对秦沈客运专线20、24、32m三种双线简支箱形梁进行的有限元分析，研究了混凝土简支箱形梁在偏心荷载作用下的弯扭效应、支座不平整效应以及各种荷载作用下的应力分布和剪力滞后等问题，并针对箱梁的空间应力分布提出了用“正交力增大系数”考虑剪力滞后等影响的方法。     

波形钢腹板曲线箱梁桥静力特性

建立了考虑不同力学因素的有限元模型,对不同曲率半径的波形钢腹板曲线箱梁桥的静力特性进行计算,分析了结构主要部位在活载作用下的内力、变形和应力分布随其曲率半径的变化规律。研究结果表明:波形钢腹板使得曲线箱梁桥抵抗翘曲的能力减弱;波形钢腹板箱梁截面正应力横向分布不均匀,钢腹板和混凝土板相交处正应力发生突变;钢腹板剪应力沿腹板高度分布不均匀。     

单箱双室波形钢腹板PC箱梁剪力滞效应分析

研究目的:由于不同的刚度分布,波形钢腹板预应力混凝土箱梁截面剪力滞效应与普通预应力混凝土箱梁截面存在较大差异,为研究单箱双室波形钢腹板预应力混凝土箱梁的剪力滞效应,借助有限元分析软件ANSYS建立单箱双室波形钢腹板预应力混凝土箱梁空间模型,分析两种典型荷载工况下典型截面的应力分布,得到典型截面的剪力滞系数,并与普通预应力混凝土箱形梁作比较,分析讨论7种几何参数变化条件下箱梁剪力滞系数的变化情况。研究结论:(1)采用波形钢腹板略增大了各断面的最大剪力滞系数;(2)对于顶板而言,中腹板的剪力滞系数大于边腹板,底板反之;(3)剪力滞系数的主要影响参数是宽跨比、承托长度、顶板厚度,横隔板数量对剪力滞系数的影响甚小;(4)该研究成果对波形钢腹板预应力混凝土箱梁设计及计算分析具有参考借鉴价值。     

箱梁截面扭转中心位置的确定

箱形截面扭转中心位置是箱梁的重要几何参数,在薄壁箱梁桥扭转位移和内力计算中有重要作用。根据薄壁箱梁的结构特点,考虑实际工程中薄壁箱梁顶板和翼缘板不等厚度的实际情况,按薄壁箱形梁约束扭转理论,对桥梁工程中常用的箱形截面扭转中心位置计算公式进行理论推导。在箱形梁的底板中点虚开1个切口,把箱形梁截面上的剪力流分为开口截面剪力流和切口上的附加剪力流之和,利用这2种剪力流对切口引起的相对变形为零的条件,推导出计算单箱单室箱形截面扭转中心位置的显式表达式。数值算例表明：该公式正确,使用方便,可应用于箱梁结构分析与计算。     

铁路双线箱梁的约束扭转效应研究

为分析铁路双线箱梁的约束扭转效应,基于初参数法建立仅在单线特种活载作用下的约束扭转内力方程。计算单线特种活载作用下的约束扭转应力分布规律。通过定义约束扭转翘曲比例系数、翘曲正应力比和剪切比例系数,研究高跨比、宽跨比、高宽比、壁厚和悬臂板长度等计算参数对约束扭转应力的影响规律。研究结果表明:单线活载偏心作用时,约束扭转翘曲正应力和约束扭转剪应力最大值在荷载作用截面,自由扭转剪应力最大值在梁端截面;荷载作用截面的顶板和腹板相交处翘曲比例系数可达10.13%,悬臂板端点翘曲比例系数可达11.9%;翘曲比例系数随着高跨比、宽跨比的增大而增大,随着高宽比、板厚的增大而减小;剪切比例系数随着高宽比的增大而减小,随着腹板厚度的增大而增大;悬臂板的长度对横截面翘曲正应力的分布有明显影响,因此在扭转效应分析中,悬臂板的贡献不可忽略。     

截面构造对薄壁箱梁剪力滞效应力学响应的研究

为了研究考虑剪力滞效应的混凝土薄壁箱梁肋板厚度对箱梁截面正应力分布的影响,利用有限元软件建立不同肋板厚度的数值模型得到跨中上翼缘板沿横截面的剪力滞系数,对比分析薄壁箱梁不同肋板厚度下的剪力滞系数分布情况。结果表明:相同条件下考虑剪力滞效应情况的薄壁箱梁肋板越薄,横截面剪力滞系数越大,横截面应力越大;为了保证安全的前提下,薄壁箱梁肋板厚度取值应满足规范的最小值要求。     

考虑截面配筋的变截面悬臂梁剪力滞效应研究

基于选定的三次抛物线剪滞翘曲位移函数,采用能量变分法推导出考虑截面配筋后的剪力滞控制微分方程,研究截面配筋对变截面悬臂箱梁剪力滞效应的影响。结合实际施工案例,利用差分法计算分析了不同荷载作用下,不同配筋率时施工至最大悬臂状态的箱梁剪力滞效应。研究结果表明:截面配筋对变截面悬臂箱梁剪力滞效应有一定影响,随着配筋率的增大,不同类型荷载作用下附加弯矩均增大,但箱梁不同部位的剪力滞系数变化不同。均布荷载作用下,剪力滞系数最大增加5.16%,最大减少24.42%;集中荷载作用下剪力滞系数最大增加2.77%,最大减少1.92%。     

车辆荷载作用下连续箱梁桥剪力滞效应分析

采用有限元方法对混凝土连续箱梁桥的剪力滞效应进行分析,重点研究了车辆荷载类型及作用位置对箱梁剪力滞效应的影响.结果表明:不同车辆荷载作用下,箱梁剪力滞系数横向分布规律不同,荷载等级对箱梁剪力滞效应的影响较为明显;车辆荷载纵向变位对梁端截面剪力滞效应影响较大,对跨中截面影响较小,距离支座越近剪力滞效应越明显;箱梁顶板中心剪力滞系数随着车辆荷载从翼板向箱梁中心移动,将经历一个负剪力滞效应到无剪力滞效应,再到正剪力滞效应的过程,而底板剪力滞效应受荷载横向移动的影响较小;车辆荷载对其作用点附近的局部区域剪力滞效应影响较大.     

弧长比例对曲线斜拉桥力学性能影响分析

曲线斜拉桥是主梁呈曲线的斜拉桥。其兼具弯梁桥和斜拉桥的受力特点,主梁在承受弯矩、剪力作用的同时承受了较大的扭矩作用,受力复杂,具有高度空间性。以某座主跨285 m混凝土Π形主梁双塔双索面曲线斜拉桥为工程背景,基于有限元分析方法,通过改变曲线斜拉桥弧长比例(曲线斜拉桥曲线部分长度占全桥长度的比例,取值为[0,1])以探究弧长比例变化对结构受力性能的影响规律,主要研究对象包括主梁应力、内力、挠度以及支座反力等。研究结果表明:弧长比例对主梁轴力、剪力影响较小,相对于直线斜拉桥,变化不大于5%,可按直线桥进行计算;弧长比例在不同区间变化对主梁弯矩和扭矩的影响呈现不同趋势。研究成果针对弧长比例这一参数对曲线斜拉桥提供设计建议,为道路选线及桥梁设计提供参考依据。     

预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究

根据预应力混凝土连续箱梁桥的特点,在分析调查裂缝产生的原因基础上提出了该类桥的裂缝可分为9种类型。基于连续介质力学的理论,推导了考虑翘曲,横向弯曲,畸变引起的二次应力的预应力变截面混凝土箱梁的空间分析的U.L.列式,编制了计算程序,可方便进行混凝土多室箱梁线性与非线性分析;对具体工程桥梁进行分析,其计算的拉应力区域和开裂区域与实际观测结果一致;提出了预应力混凝土连续箱梁桥在今后的研究中应解决的几个基本问题。     

竖向偏心荷载作用下悬臂箱梁畸变效应研究

在改进的箱梁畸变效应解析理论基础上,用能量变分法建立畸变控制微分方程,根据边界条件推导出两端设置横隔板的悬臂箱梁在竖向偏心均布荷载作用下的畸变效应计算式。通过有限元软件ANSYS对所推导公式的正确性进行验证。结合数值算例详细分析参数变化对悬臂箱梁畸变效应的影响。研究结果表明:高宽比对悬臂箱梁畸变翘曲正应力的影响程度大于对横向单宽弯矩的影响程度,当高宽比约为1.5时悬臂箱梁畸变效应最为显著;当高宽比和悬臂板相对宽度变化时,畸变翘曲正应力发生变号以及横向单宽弯矩出现峰值的截面位置也会改变;悬臂板相对宽度对畸变效应影响较小;荷载偏心率对畸变效应影响显著。     

多跨连续曲线梁桥静力分析的有限段法

利用能量变分原理,推导出平面曲线籀梁的基本微分方程、边界条件;采用微分方程的齐次解作为位移模式,推导出平面曲线箱梁有限段法分析的单元刚度矩阵、荷栽矩阵;编制了计算分析程序,计算结果与其他方法分析值吻合较好：探讨了抗弯刚度与抗扭刚度之比对连续曲线箱梁位移、内力的影响,为连续曲线箱梁的设计计算与施工提供了参考。     

薄壁箱梁挠曲性能的矩阵分析

在选取薄壁箱梁剪力滞控制微分方程的齐次解作为单元位移函数建立形函数矩阵基础上,运用虚功原理推导竖向集中荷载作用下单元等效节点力公式,提出双室箱梁的合理剪滞翘曲位移函数。通过对变截面悬臂箱梁有机玻璃模型进行计算,验证提出的梁段单元对分析变截面箱梁的有效性。结合实际箱梁算例,分析预应力混凝土变截面连续箱梁的挠曲性能。研究结果表明:所提出的梁段单元用于变截面箱梁分析时,具有较高的计算精度;在竖向集中荷载作用下,箱梁剪滞力矩图是一条平滑曲线,任意截面处剪滞力矩均不大于弯矩;剪滞效应使连续箱梁的跨中挠度明显增大,工程实践中必须认真对待。     

铁路小半径曲线连续梁桥设计研究

武汉到咸宁的城际铁路中采用了大量的小曲线半径连续梁桥,最小半径达320 m,为目前我国曲线半径最小的铁路连续梁桥。本文采用ASCB和BSAS建立平面模型以及采用Midas2006建立空间有限元模型,对跨径组合为(24.65+24.65)m预应力混凝土连续箱梁分别进行施工阶段及运营阶段分析,计算恒载、活载、预应力、收缩徐变、体系温度、局部温差、支座不均匀沉降等荷载,得出支反力及内力、应力、强度、变形等,并进行了分析比较。由于"弯-扭"耦合作用、剪力滞效应及畸变挠曲效应、预应力损失等,使得曲线梁腹板内侧和外侧受力不同、支座的内侧和外侧受力也不同,因此不能单一采用以直代曲或者平面代替空间的计算结果,尤其是当曲线半径较小的情况下,尽量采用多种计算手段相互校核。并且通过采用箱形截面设计、加横隔板、降低曲线上车辆通过速度等可降低曲线效应对梁的影响。     

变高度连续曲线箱梁的剪力滞效应

应用能量变分原理,推导弯曲、扭转、剪力滞耦合的曲线箱梁弹性控制微分方程及其边界条件,得到微分方程的闭合解。利用所得的弹性控制微分方程的齐次解作为位移模式,应用刚度法和功能原理推导单元刚度矩阵及荷载列阵,建立一种考虑弯曲、扭转、剪力滞的曲线箱梁有限段模型。编制计算程序,对变高度连续曲线箱梁进行计算,探讨在不同荷载下的宽跨比和梁高比两个参数对剪力滞的影响,得到变高度连续曲线箱梁剪力滞效应的一些规律。进行剪力滞模型试验研究,并对模型桥进行有限段法和有限元法的数值计算,计算值与试验结果吻合较好,验证本文方法的正确性。本文所得公式是对连续曲线箱梁剪力滞效应理论的补充,分析所得结果为连续曲线箱梁的工程设计提供参考。     

预应力薄壁箱梁受弯剪力滞效应分析

首先对剪力滞效应的原理进行了综述,理清了概念,运用有限元软件ANSYS对某薄壁箱梁的剪力滞效应进行数值分析,与相关文献数值解、实测值和理论值进行对比,验证了模型的正确性。然后通过分析受弯箱梁本身受力特点,得到各影响因素对于其剪力滞系数的影响,并总结剪力滞系数沿跨径纵向分布的规律。再进一步分析了仅轴力、纯弯作用下剪力滞系数的纵向分布和翼缘板剪力流的关系,然后结合工程实践中的恒载、活载和预应力三者进行对比分析,得出全预应力结构有均衡剪力滞系数纵向分布及降低峰值的优点。最后对箱梁进入塑性状态后的剪力滞效应进行了研究并得出了相应结论,目的在于研究预应力作用下箱梁剪力滞特点及塑性状态箱梁剪力滞的变化规律,为工程实践提供一定理论基础。     

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1:3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究.结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面...     

箱形梁剪滞效应分析中的广义力矩研究

基于能量变分原理,定义箱形梁剪滞效应分析中与剪滞广义位移相应的广义力,并称之为剪滞力矩,给出其计算公式。从轴向力平衡的力学条件出发,选取剪滞翘曲位移模式,并考虑悬臂板宽度及上下翼板至形心轴距离的影响,使箱形梁剪滞翘曲应力得到更合理反映。根据选取的剪滞翘曲位移函数,导出了剪滞翘曲惯性矩、剪滞翘曲惯性积、剪滞翘曲面积等剪滞几何特性计算公式。最后,对集中荷载和均布荷载作用下,悬臂箱梁的剪滞力矩及附加弯矩的变化规律进行较全面研究,结果表明,剪滞力矩与弯矩具有基本相同的分布规律,但当集中荷载作用于跨内时,在集中荷载作用点至悬臂端梁段内仍有剪滞力矩产生;集中荷载作用下,具有较大跨宽比的悬臂箱梁的附加弯矩分布具有明显的局部性质。