基于能量法的波形钢腹板箱梁挠度计算

文章基于能量变分原理,通过在纵向位移函数中引入翘曲变形函数以及剪切转角来分别考虑箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切变形的影响,提出一种波形钢腹板箱梁挠度计算的解析方法;分别针对简支梁作用均布荷载和集中荷载两种工况,推导挠度计算公式,通过与有限元方法的比较验证该方法的准确性,并进行箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切变形的挠度贡献分析。     

波形钢腹板箱梁剪力滞效应研究

为了研究波形钢腹板箱梁的剪力滞效应,建立了考虑波形钢腹板剪切变形的箱梁纵向位移翘曲函数,考虑顶底板的纵向、面内剪切变形能和钢腹板的剪切变形能;基于能量变分原理,推导了适用于波形钢腹板箱梁剪力滞分析的解析解;综合对比模型试验、有限元分析及变分解析解的计算结果。研究表明:推导的波形钢腹板剪力滞解析解计算结果与模型试验、有限元分析结果吻合;集中荷载加载工况下,剪力滞影响区域仅在加载位置左右两侧附近很小范围;加载位置越靠近支座位置,剪力滞效应越明显;宽高比对剪力滞无影响,剪力滞系数与宽跨比呈线性相关;翼缘板宽度增加后箱梁的剪力滞系数增大。     

基于Reddy理论的新型波形钢腹板组合箱梁挠度计算

为准确计算新型波形钢腹板（CSW）组合箱梁的挠度,基于Reddy高阶剪切变形理论,考虑钢-混接触面滑移变形和全截面高阶剪切变形效应,以形函数作为单元内高度变化的插值函数,利用最小势能原理推出新型CSW组合箱梁等参有限元行列式;以一根8.0 m新型波形钢腹板简支组合箱型试验梁为例,基于本文理论编制了相应的计算程序,计算了集中、均布荷载作用下该梁的竖向挠度,并通过模型试验和有限元模拟验证了本文解析计算方法的可靠性;最后分析了剪力键剪切刚度、波形腹板型号、子梁高度比、跨高比等参数对新型CSW组合箱梁挠度的影响程度. 研究结果表明:考虑新型CSW组合箱梁全截面剪切变形效应后的挠度值较初等梁理论值增大约10%,较Timoshenko理论值增大约1.87%. 全截面剪切变形效应对挠度贡献随跨高比逐渐增大而减小. 跨高比和剪力键剪切刚度越小或子梁高度比越大,剪切变形效应对结构竖向挠度的影响越发显著,而波形钢腹板型号对箱梁挠度影响较小.      

波形钢腹板组合箱梁自振特性与试验研究

为了精确计算波形钢腹板组合箱梁的振动频率,根据能量变分原理,推导了振动频率公式,得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解。对一试验波形钢腹板组合箱梁进行了动力测试,得到了实际自振频率,并与简单梁理论、本文理论公式与三维有限元模型的计算频率进行对比。结果表明:剪力滞效应及剪切变形对波形钢腹板组合箱梁的振动频率影响较大,考虑剪力滞及剪切变形影响后的波形钢腹板组合箱梁的振动频率有所降低,且降低程度随着计算频率阶次的增加而迅速增加,因而在波形钢腹板组合箱梁振动频率的计算中须计其影响。     

薄壁箱梁的剪切附加挠度分析

从薄壁箱梁弯曲剪力流出发,分析箱梁的应力应变关系,并与初等梁理论相结合,导出适合薄壁箱梁的合理剪切参数,从而简化箱梁腹板剪切附加挠度的计算.采用对剪切附加曲率的积分及能量变分法,导出腹板剪切附加挠度和考虑全截面剪切变形的箱梁挠度计算公式.通过剪切附加挠度与弯曲挠度的对比,分析影响翼板和腹板剪切变形的主要因素.建立了ANSYS空间模型算例,结果表明,按本文的计算式所得挠度与ANSYS结果吻合良好;当宽跨比、高跨比较大时,均布荷载作用下的简支箱梁跨中因剪切变形产生的附加挠度将达弯曲挠度的22%以上,应予以重视.     

简支钢—混组合箱梁剪力滞效应研究

为研究简支钢—混凝土组合箱梁体系的剪力滞效应,建立了可考虑剪力滞后、剪切变形、材料和几何非线性的三维数值模型,采用模型对影响钢—混凝土组合箱梁力学行为的主要参数(宽跨比、滑移刚度和荷载形式等)进行了分析,分析结果表明:组合箱梁的剪力滞效应与荷载类型和作用位置有关,剪力滞系数随着宽跨比的增大而增大。     

波形钢腹板组合梁弯曲变形的三角级数解

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板组合梁弯曲变形行为的影响,采用三角级数拟合简支波形钢腹板组合梁的变形曲线,各构件弯曲变形满足平截面假定,基于最小势能原理,推导了简支和悬臂波形钢腹板组合梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的弯曲变形解析解和简化解;基于简化解推导出考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁挠度增大系数,并给出对考虑剪切变形影响与否的高跨比界限;采用有限元方法验证了解析解和简化解的正确性和适用性. 研究结果表明:所提方法边界条件明确、推导过程简单、结果可靠、适用性强,可为波形钢腹板组合梁的设计和变形计算提供可靠的依据.      

基于等效截面法的蝶形腹板箱梁剪力滞效应研究

根据等效截面原理对箱梁空腹处截面进行等效处理,考虑其横截面轴力平衡关系,建立了腹板剪切变形下的翘曲位移函数,并推导出结构平衡状态下的剪力滞效应微分方程。结合模型试验、ABAQUS有限元模型以及相关文献值,对比分析了蝶形腹板箱梁(简支)在集中荷载及均布荷载作用下的纵向应力分布规律,并得到全梁段剪力滞系数三维分布模型。结果表明：竖向荷载作用下,蝶形腹板箱梁纵向应力呈正剪力滞效应状态分布,且箱梁支点截面和跨中截面的腹板接缝处剪力滞效应较大;集中、均布荷载作用下,研究结果与试验值、有限元值均较为吻合;与文献值相比,两者相对误差(绝对值)在2.00%～2.44%。     

剪切变形对波形钢腹板箱梁挠度的影响

波形钢腹板箱梁是一种新型的钢 -混凝土组合结构 ,与传统混凝土腹板箱梁相比 ,其挠度计算中剪切变形的影响是不可忽略的。结合波形钢腹板箱梁的结构特点并应用初等梁理论 ,提出该种箱梁受弯时考虑了剪切变形影响的挠度计算方法 ,通过模型试验和有限元分析进行了验证 ;同时指出不同剪跨比 ,剪切变形对箱梁挠度的影响是不同的 ,并就考虑剪切变形影响与否的剪跨比界限值提出建议解此微分方程即可得到考虑剪切变形对挠度影响时梁的总挠度 y。考察简支梁在一集中荷载作用下的情况 ,如图 5所示 ,集中荷载 P作用在梁跨中 ,梁跨径为 l,对任意截面而言 ,剪力如下　 0≤ x≤ l2 ,Q( x) =P/2 ;l2 相似文献   

波形钢腹板箱梁剪力滞效应的变分法求解

变分原理通常适用于箱形截面梁剪力滞效应弹性分析.基于波形钢腹板组合箱梁在弯曲荷载作用下的"拟平截面假定",运用变分原理推导了波形钢腹板箱梁在集中荷载作用下翼板的正应力和剪力滞系数计算公式,并与有限元分析结果进行了对比.分析结果表明:变分法算得的翼板正应力和剪力滞系数和有限元法结果吻合,该法可为今后波形钢腹板组合梁桥的设计计算提供参考.     

波纹钢腹板PC组合箱梁的抗剪连接键分析

波形钢腹板PC组合箱梁是一种新型的钢-砼组合结构,由于其良好的受力性能在日本和欧美得到了广泛应用,其优势在于它充分利用了钢和砼的材料特点.而抗剪连接键是能否为结构提供足够完整的组合作用的一个决定因素,本文介绍了波形钢腹板PC组合箱梁抗剪连接键的受力性能分析与设计计算方法,并介绍了国内首座波纹钢腹板公路桥———大堰河中桥的抗剪连接键的计算实例.     

偏心荷载作用下多室宽箱梁弯扭特性分析

通过建立不同箱室数量和宽跨比的单箱多室宽箱梁的有限元模型,分析了宽箱梁在扭转荷栽和偏心荷载作用下的剪力流和竖向位移分布。研究结果表明：多室宽箱梁整体扭转刚度大,扭转荷载作用下主要呈整体扭转变形;偏心荷栽作用下,多室宽箱梁弯扭效应由整体的竖向弯曲和整体扭转两部分组成;由于箱室宽度较大,偏心荷载作用下扭转剪力流效应明显．应重视各腹板剪力的不均匀分布。     

大堰河桥设计和施工及荷载试验研究

大堰河桥是一座25 m的波形钢腹板组合箱梁简支桥。主要分析了梁体的结构、波形钢腹板、剪力连接键及主梁变形等计算要点和设计方法,介绍了波形钢腹板制作安装、体外预应力体系施做等关键施工工艺和荷载试验研究。试验结果表明大堰河桥设计施工方法有效,研究结果可为今后同类型桥梁的修建提供参考。     

国外波形钢腹板组合桥梁的发展与现状

波形钢腹板桥是采用波形钢腹板代替传统的预应力混凝土箱梁中混凝土腹板的一种组合结构桥梁,其结构的主要特点是减轻主梁的自重,提高混凝土主梁的预应力效率,减少现场工作量,降低工程成本。近年来,波形钢腹板桥梁在世界各国尤其在日本得到快速发展,该文介绍了波形钢腹板桥的技术特点,并介绍了国外,尤其是日本的波形钢腹板桥梁的工程实例,以供参考。     

基于Reissner原理的波形钢腹板箱梁约束扭转分析

为更加合理地分析波形钢腹板箱梁约束扭转效应,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演了翘曲正应力和剪应力计算式,应用Reissner原理建立了波形钢腹板箱梁约束扭转控制微分方程,给出了不同于乌曼斯基第二理论的翘曲系数公式. 通过简支梁数值算例验证了所推导公式的正确性,并分析了腹板厚度和悬臂板宽度变化对箱梁横截面应力的影响. 研究结果表明:相对于乌曼斯基第二理论,基于Reissner原理计算的应力与有限元解吻合更好;按乌曼斯基第二理论与按Reissner原理计算的翘曲系数的比值可达到4.70;波形钢腹板主要承担剪应力,几乎不承担翘曲正应力,而顶底板既承担翘曲正应力也承担剪应力,应对顶底板予以重视,防止斜裂缝的产生;腹板厚度增大能减小翘曲正应力;随着悬臂板宽度的增大,当悬臂板宽度比大于0.10时,翘曲正应力减小,而当悬臂板宽度比大于0.30时,总剪应力几乎无变化.      

腹板倾角对波形钢腹板箱梁受力性能的影响

波形钢腹板箱梁是一种新型的钢-砼组合结构,结合其结构特点并以某拟建工程为依托,通过有限元软件对其在不同腹板倾角下的受力状况进行分析,比较各种工况下梁体的跨中挠度、底板砼应力及钢腹板剪应力等受力情况而得出结论,为实桥的设计和施工提供理论依据.     

斜交箱梁桥剪滞效应的有限元分析

将薄板弯曲问题的广义协调元与平面应力问题的薄膜单元组合，得到平板壳元以分析斜交连续箱梁桥的剪滞效应．通过对模型试验值与有限元计算值的比较，证实了这一分析方法的有效性．以某斜交箱梁为例。分析了集中荷载、均布荷载作用下不同斜度斜交箱梁剪滞效应的纵、横向分布规律，并与相应正交箱梁进行了比较．结果表明，斜交箱梁的剪滞效应比正交箱梁更为显著，设计时必须充分考虑其剪滞效应．