聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板力学性能分析

建立聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板及普通钢结构正交异性桥面板空间有限元模型,比较两种正交异性桥面板在不同受力状况和不同截面处各控制点的应力状态,分析两种桥面板的受力性能差异.结果表明:对于前一种桥面板跨中截面和支点截面最大弯矩时,截面上的各控制点的应力随纵向加劲肋数量的减少影响不大,而后一种桥面板的各应力则影响很大.跨中截面处,随纵向加劲肋数量的减少,前一种桥面板的挠度及纵向加劲肋底面的横桥向应力变化不大,后一种桥面板的相应值则影响很大,纵桥向应力则都随之增大.支点截面处,随纵向加劲肋数量的减少,两种桥面板的挠度及纵向加劲肋底面的横桥向应力变化不大,且其差值很小,而纵桥向应力则都随之增大,且其差值很大.聚氨酯芯层的应力只有几兆帕.采用聚氨酯-钢板夹层结构正交异性板代替普通正交异性钢桥面板可大幅度减少纵向加劲肋的数量,甚至在板的纵、横向支承间距适当时可取消纵向加劲肋.     

钢箱梁受压板肋加劲板弹性屈曲性能研究

为了研究钢箱梁板肋加劲板的受压弹性屈曲性能,按规范要求设计了板肋加劲板算例,分别采用有限元方法与经典理论公式对板肋加劲板的受压弹性稳定性能进行分析与比较。结果表明,当最佳刚度比大于板肋与盖板刚度之比,数值分析结果与经典理论公式的计算结果吻合良好;当最佳刚度比小于板肋与盖板刚度之比后,由于加劲板的实际屈曲失稳形态与经典理论公式的推导假定不再相同,计算结果差异随二者刚度之比的增大而迅速增大;对于钢箱梁中常用的板肋加劲板,盖板长宽比在0~1.5范围内变化,加劲板屈曲应力随比值增大而急速减小;盖板长宽比大于1.5后,加劲板屈曲应力曲线趋于平稳。     

正交异性板桥面铺装受力影响因素分析

采用有限元方法,分析了正交异性板桥面铺装在结构和荷载因素变化时受力状态的变化规律;比较了有无纵隔板、桥面板厚度、加劲肋板厚度对受力的影响;分析了竖向、水平荷载对铺装层受力的影响。结果表明:有纵隔板时的横向拉应力为全桥面的铺装拉应力控制指标;增大桥面板厚度有利于减少桥面刚度不均,减小铺装层内的应力;加劲肋厚度的变化对加强结构刚度有利却对桥面铺装的受力不利;超载对应力状态极为不利,紧急制动产生的水平力会导致很大的纵向拉应力。     

闭口肋加劲板屈曲临界应力计算方法

采用能量法,推导了单向均匀受压四边简支闭口肋加劲板屈曲临界应力计算方法,考虑加劲肋扭转刚度的影响,按照截面实际形心位置计算了加劲肋和母板的抗弯刚度。以苏通大桥钢箱梁中采用的梯形闭口肋加劲板为例,采用Timoshenko方法、小西一郎方法、板壳有限元法及提出的能量法进行了屈曲临界应力比较。分析结果表明：加劲板长宽比口小于1时,Timoshenko方法和小西一郎方法计算的临界应力与钢材屈服强度比值A大于能量法计算值;口在1～6之间时,Timoshenko方法和小西一郎方法计算的A值小于能量法计算值;口在3～6之间时,能量法计算值与有限元分析结果最接近,偏差在9％～25％之间。可见,采用能量法进行正交异性钢箱梁顶、底板弹性稳定分析可行。     

横向加劲肋对箱梁底板受力的作用分析

根据某连续刚构桥合龙段的空间模型,分析无加劲肋以及在跨中设置四道加劲肋时箱梁底板的应力状况,并研究加劲肋尺寸变化对箱梁底板受力的影响。结果表明：设置加劲肋对底板受力性能有很大的改善,特别是加劲肋对底板横向刚度的贡献,使得底板横向拉应力显著减小。底板横向应力对加劲肋高度变化较敏感,随着加劲肋高度的增加,横向拉应力逐渐减小;底板纵向应力对加劲肋宽度变化较敏感,随着宽度的增加纵向应力逐渐增大。     

钢箱梁桥面板构造对焊缝疲劳热点应力的影响

通过建立钢箱梁桥面板有限元模型,采用子模型计算了模拟焊缝位置,分析了不同构造尺寸下焊缝位置热点应力,研究了顶板厚度、U肋宽度及板厚、横隔板间距及板厚、铺装厚度及刚度等对焊趾和焊根处疲劳应力的影响。研究结果表明:随着顶板厚度和铺装层厚度及刚度的增加,焊缝位置热点应力减小;随着U肋板厚和上缘宽度的增加,焊缝处热点应力增加;随着U肋高度和横隔板间距及厚度的增加,热点应力变化不明显。顶板的厚度增加时,焊趾与焊根应力之比减小,可导致焊趾-顶板裂纹的概率增加。     

基于铺装受力的钢箱梁斜拉桥纵隔板位置优化

为改善钢桥面铺装受力状况,针对国内某斜拉桥钢箱梁纵隔板位置,建立了全断面钢箱梁节段和铺装的力学计算新模型,分析了两种纵隔板设置方案在荷载作用下铺装层最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力等技术指标的变化及分布规律。结果表明,由于纵隔板的竖向刚度很大,在荷载作用下,纵隔板上方的铺装产生较大的横向拉应力,具有明显局部效应;荷载处于桥面板与U型加劲肋焊接点的正上方时,横向拉应力在距横隔板0～0.2m范围内快速增加,在0.2m处出现峰值;采用纵隔板设置方案二进行钢箱梁结构设计,优化了铺装的受力状况,横向荷位3为铺装最不利荷位。     

大跨径拱桥异性截面拱肋拱顶局部段力学行为分析

为探究大跨径异性截面钢拱桥局部段受力行为,以某450 m主跨中承式异性拱为工程背景,使用有限元软件建立了梁-壳混合有限元模型,分析了拱顶局部段在恒载+活载和恒载+活载+风荷载2种工况下的力学特征.计算结果表明:2种工况下,拱肋顶部箱梁整体纵桥向应力及主要板件Von Mises应力均处于较低水平,除板件连接位置外,应力分布较为均匀;选取的4处截面顶板正应力沿拱肋宽度方向变化规律大致相同,但吊点横隔板和横向加劲肋截面顶板正应力存在局部突变现象;考虑风荷载后,拱顶局部段受力无明显变化,但吊点横隔板和横向加劲肋截面顶板正应力突变现象得到一定程度缓解.     

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学分析

以开口加劲肋正交异性钢桥面铺装体系作为研究对象,建立了包括桥面板和铺装的整体三维有限元分析模型,研究了荷载作用下铺装层的力学特性.分析表明,横向拉应力是开口加劲肋正交异性钢桥面铺装设计的一个重要控制指标;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装层间剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应.     

基于ABAQUS的跨座式单轨钢轨道梁应力状态分析

针对跨座式单轨钢轨道梁结构,利用有限元分析软件ABAQUS,分析了采用不同类型顶板加劲肋的钢轨道梁的应力状态,并对桥面板应力体系进行了深入分析.结果表明:钢轨道梁顶板在列车轴载作用下表现岀明显的三体系应力特性,其中第二、三体系应力占比为30％～45％;顶板设置纵向或横向加劲肋均能起到降低顶板第二、第三体系应力的作用;设置纵向加劲肋的效果优于横向加劲肋,但会减小轨道梁顶部焊接空间,制造加工难度大;增加横向加劲肋数量能够明显降低顶板应力,其效果优于增加加劲肋板厚;研究为顶板采用横向加劲肋构造的跨座式单轨钢轨道梁设计提供理论依据.     

正交异性钢桥面结构对铺装受力的影响及其优化

采用有限元方法建立一座正交异性钢桥面连续梁桥的全桥空间有限元模型;在桥面施加不利车辆荷载,分析桥面板厚度和U型加劲肋厚度等因素对桥面铺装层应力的影响。分析结果表明:横向最大拉应力对铺装层受拉开裂起控制作用;随着桥面板厚度和U肋厚度的增加,桥面铺装层所受的横向最大拉应力有所减小;顶板厚度从12 mm增加至20 mm,铺装层横向最大拉应力从0.62 MPa减小至0.52 MPa,降低16%;U肋厚度从6 mm增加至12 mm,铺装层横向最大拉应力从0.63 MPa减小至0.51 MPa,降低19%。顶板厚度变化和U肋厚度变化与铺装层受力变化均为非线性关系。     

梯形加劲肋正交异性板钢桥面分析的等效格子梁法

介绍了采用梯形纵向加劲肋的钢桥面板第二体系应力计算的等效格子梁法,推导了等效分配梁的刚度,编写了正交异性板钢桥面的结构分析程序,分析了正交异性板的第二体系的应力,并将采用等效格子梁法得到的结果和传统的Ｐｅｋｌｉａｎ－Ｅｓｓｌｉｎｇｅｒ法相比较,验证其可靠性。     

正轨箱梁横向肋的竹子结构仿生学设计

为了使起重机箱梁结构轻量化,以竹子为仿生对象对正轨箱梁横向肋进行了结构优化设计.通过研究竹子结构特征参数的自然分布特性与受力特性之间的关系,发现不同受力截面对应不同的等效节间距;考虑加劲肋间距对结构刚度和强度指标的影响,设定加劲肋极限间距,建立了正轨箱梁加劲肋变间距等稳定性优化策略,结合有限元弹性屈曲分析进行迭代优化,实现了加劲肋变间距等稳定性设计.研究表明:优化求解速率随偏差率增大而增大;仿生箱梁较传统箱梁加劲肋数量由15道减小为10道,两根主梁重量减轻136.12 kg;各截面屈曲抗失稳能力差异减小,同时满足强度和刚度设计要求.      

跨中横向加劲肋对箱梁底板受力性能的影响

根据对某连续刚构桥跨中底板的空间模拟,分别计算了在跨中合龙段设置两道加劲肋与未设置加劲肋时的箱梁底板 应力,结果表明设置加劲肋对底板受力性能有较大的改善,特别是加劲肋对底板横向刚度的贡献,使得底板横向拉应力大为减小,从而大大减小了底板出现纵向裂缝的机率,并得出加劲肋对箱梁底板的受力影响规律。     

三向预应力混凝土连续箱梁桥横向加劲肋拓宽研究

针对三向预应力混凝土箱梁桥的横向拼接难题,文章提出了一种基于横向加劲肋的新型柔性横向拼接结构。保持新旧箱梁翼缘板分离,在新旧箱梁翼缘板下侧增设沿纵向均匀设置的横向加劲肋,将新旧箱梁翼缘板连接起来,形成一种基于横向加劲肋的柔性拼接结构。依托实际工程,考虑了车辆活载、基础沉降差、新浇筑混凝土的收缩及徐变变形等多重作用,对拼接结构自身及拼接前后既有箱梁的受力状态变化规律进行了较全面的有限元分析。研究表明,拼接拓宽后结构整体刚度有明显提高,且能有效减小旧桥的活载作用效应,说明横向加劲肋能够有效连接新旧箱梁,使得拓宽结构共同受力;在新建桥梁的材料收缩及徐变效应作用下,拓宽后整体结构产生较明显的横向变形,尤其要关注梁端截面的横向变位和加劲肋主拉应力值;在基础不均匀沉降差作用下,各支点截面加劲肋存在较大的主拉应力,可能造成结构开裂损坏,需要采取有效加固措施或进一步优化设计横向加劲肋。此外,文章还研究了加劲肋尺寸参数及布置间距变化对新旧桥梁及加劲肋自身应力的影响,结果表明:柔性加劲肋拼接结构用于三向预应力混凝土连续箱梁桥横向拓宽是可行的,它为类似桥梁拓宽工程提供了一种新的可选择方案。     

车辆荷载作用下正交异性钢桥面板疲劳受力特性分析

以南京长江三桥为工程背景,建立了正交异性钢桥面板的混合单位模型和简化计算模型,采用两种模型对车辆荷载作用下钢桥面板的受力特性进行了分析。结果表明:正交异性钢桥面板第一受力体系对顶板横向受力、横隔板受力影响不显著。两种模型计算得到的顶板细节、横隔板细节应力幅偏差均小于5.0%,采用简化计算模型进行钢桥面板疲劳应力幅分析合理有效。顶板细节的应力影响范围约1 m,每次车轮荷载作用引起一次应力循环。横隔板细节的应力影响范围约4 m,轴距小于4 m的车辆产生的应力将出现叠加效应。     

梯形肋厚度对钢桥面铺装承载性能的影响

根据线弹性理论和层状体系理论,用有限元法计算分析了正交异性钢桥面系梯形闭口肋厚度对桥面铺装层承载性能的影响效应,并给出了加劲肋厚度的建议取值及正交异性钢桥面系的优化设计方案.研究结果可以为钢箱梁设计及桥面铺装设计提供理论参考.     

基于热点应力法的正交异性钢桥面板疲劳验算

为了解决正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题,提出将热点应力法应用于其疲劳验算.该方法采用ANSYS子模型模块,通过国际焊接协会的线性外推方法,计算获得验算部位的热点应力.基于热点应力法给出正交异性钢桥面板的疲劳验算流程,对验算涉及的问题结合甬江桥实例进行了探讨.研究结果表明:与名义应力法相比,热点应力法可以反应正交异性钢桥面板疲劳开裂的实质;利用热点应力法对甬江桥正交异性钢桥面板加劲肋与横隔板连接部位的加劲肋进行疲劳验算,得出该构造细节的疲劳寿命为73 a.      

钢箱梁面板与U肋焊接残余应力的分布特性

为研究残余应力场对钢箱梁疲劳性能影响效应,以港珠澳大桥正交异性钢桥面板为例,采用数值模拟的方法,研究了正交异性钢桥面板焊接全过程及残余应力分布特性,分析了板件参数对残余应力的影响效应,得到钢箱梁确定正交异性钢桥面板焊接残余应力分布的经验公式.研究结果表明:采用ANSYS热-结构弱耦合数值模拟方法可反映实际焊接过程中残余应力场的分布;焊缝区域残余应力峰值受板件参数影响较小,横向最大残余应力约为300 MPa;沿板厚方向焊接残余应力符合正弦分布,表明采用正弦函数作为其经验分布模型是可行的.      

横隔板对钢箱梁受力畸变的分析

由于钢箱梁的顶板、底板和腹板均较薄,在荷载作用下会由于截面变形产生畸变应力而发生局部屈曲和腹板压皱等现象.为了提高钢箱梁的承载能力,设置横隔板是较为有效的措施.针对横隔板对钢箱梁畸变的影响进行分析,并提出了横隔板的位置和间距对钢箱梁受力的影响.