单箱多室波形钢腹板组合箱梁动力特性研究

研究目的:为分析单箱多室波形钢腹板组合箱梁的动力性能与混凝土箱梁的差异,本文设计并制作两片跨径为5.2 m的试验梁,利用有限元软件ANSYS建立其三维实体模型,通过模态试验与有限元分析相结合的方法对试验梁进行研究,并就横隔板的设置对单箱多室波形钢腹板组合箱梁与混凝土箱梁扭转振动频率的影响进行分析。研究结论:(1)模态试验的结果与有限元分析结果基本吻合,说明实测结果是正确的,同时也验证了有限元模拟方法是合理的;(2)单箱多室波形钢腹板组合箱梁的基频略大于相应规模的混凝土箱梁,而高阶竖向弯曲振动频率均小于混凝土箱梁;(3)单箱多室波形钢腹板组合箱梁扭转振动频率对梁间设置横隔板的影响与混凝土箱梁相比较敏感;(4)横隔板的位置对单箱多室波形钢腹板组合箱梁扭转振动频率的影响较大;(5)该研究成果对单箱多室波形钢腹板组合箱梁的动力学分析具有一定的参考价值。     

变截面波形钢腹板连续组合箱梁破坏试验研究

研究目的:波形钢腹板组合箱梁在受力特点上因具有显著优势,近年来得以迅速发展并在铁路上已经得到应用。本文依托波形钢腹板连续组合箱梁的模型试验,对波形钢腹板连续组合箱梁全过程试验下的弯剪受力性能和破坏机理进行深入研究,从而明确波形钢腹板连续组合箱梁的破坏机制和失效过程。研究结论:(1)波形钢腹板连续组合箱梁正截面弯曲破坏过程可分为弹性加载阶段、中跨跨中截面开裂阶段、中支座截面开裂阶段和中跨跨中截面钢筋屈服阶段四个阶段;(2)波形钢腹板连续组合箱梁剪力主要由波形钢腹板承担,梁体截面开裂和破坏对梁体的抗剪承载力影响较小;(3)试验梁体外预应力增量与中跨跨中截面挠度基本呈线性相关;(4)本研究成果可为波形钢腹板连续组合箱梁的工程运用提供技术参考。     

波纹钢腹板连续刚构桥扭转与畸变的试验研究

设计制作3跨单箱单室变截面波纹钢腹板连续刚构桥和等效的普通混凝土腹板连续刚构桥的模型,通过2个模型桥的扭转与畸变对比试验,从挠度、沿梁高度方向的翘曲应变、箱梁混凝土顶底板的翘曲应力和波纹钢腹板的翘曲剪应力4个方面,分析波纹钢腹板连续刚构桥和普通混凝土腹板连续刚构桥的扭转和畸变特点。结果表明:波纹钢腹板连续刚构桥的抵抗扭转和畸变能力比普通混凝土腹板连续刚构桥弱,但强于波纹钢腹板简支箱梁桥;墩梁固结提高了波纹钢腹板箱梁的整体抗扭能力,且箱梁各截面的抗扭转和畸变能力与该截面距墩顶墩梁结合处的距离有关,距离越近,截面抵抗扭转和畸变的能力越强,反之越弱;计算波纹钢腹板箱梁在偏载作用下的挠度和应力时,要考虑扭转和畸变的影响。     

内衬混凝土对波形钢腹板刚构桥扭转和畸变性能的影响

设计制作了2座3跨单箱单室变截面波形钢腹板连续刚构桥模型(有和无内衬混凝土条件下各1座),通过模型的静载试验和有限元分析,研究内衬混凝土对波形钢腹板连续刚构桥扭转和畸变性能的影响。结果表明:内衬混凝土能够提高波形钢腹板箱梁的抗弯刚度和抗扭刚度,并且抑制偏心荷载作用下的扭转效应以及纵向翘曲效应;波形钢腹板刚构桥的挠度、偏载系数、纵向应力及纵向翘曲应力均随内衬混凝土长度、厚度的增加而减小;相同混凝土体积条件下,增加内衬混凝土的长度比增加厚度对波形钢腹板刚构桥扭转和畸变的改善效果更为明显。     

变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的比拟杆法求解

为研究变截面波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应,充分考虑该组合箱梁的结构和受力特点,推导加劲杆等效面积和波形钢腹板剪力流的计算公式,建立剪力滞控制微分方程,并基于给定的边界条件对微分方程进行求解,由此建立用于分析变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的修正比拟杆法.选取两根变截面梁作为数值算例,包括单箱单室悬臂梁和单箱三室悬臂...     

波纹钢腹板连续组合箱梁静载试验研究

波纹钢腹板组合箱梁对混凝土和钢材和的受力特点进行了综合利用,具有明显的优势,已在铁路上投入到实际应用中。在波纹钢腹板连续组合箱梁静载试验的基础上,对波纹钢腹板连续组合箱梁的结构受力性能进行了深入研究。研究结果表明:波纹钢腹板连续组合箱梁的边跨梁的变形具有滞后现象,中跨弯曲变形随荷载的增加呈线性增加。试验梁各观测截面测点纵向应变符合"拟平截面假定"。随着荷载等级的增加,试验梁的体外预应力增量呈线性增加,变化趋势与中跨跨中挠度趋势相似。试验梁中跨观测截面界面剪切滑移值基本相同,中跨1/4截面剪切滑移值大于中跨跨中截面,且中支座截面剪切滑移值接近于零。研究结果可为波形刚腹板连续组合箱梁的工程应用提供技术参考。     

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。     

腹板对单索面宽幅混凝土斜拉桥抗扭性能的影响

为了分析单索面宽幅混凝土斜拉桥在扭转荷载作用下的力学响应,依托江门市潮荷西江宽箱梁混凝土斜拉桥,应用ANSYS分别建立基于单箱单室、单箱三室和单箱五室宽箱梁主梁的全桥有限元模型,对比分析宽箱梁斜拉桥在成桥状态扭转荷载作用下不同截面的扭转畸变角和竖向位移。研究结果表明:多室宽箱梁截面整体的抗扭刚度较大,增加箱室会增加截面的抗弯刚度和抗扭刚度,从而减小截面各点的位移和扭转畸变;增加腹板的数量可以增强截面的联系,有效限制局部扭转变形。     

不考虑滑移时波形钢腹板箱梁受力性能研究

研究目的:相较于混凝土腹板箱梁和直钢腹板-混凝土组合箱梁,波形钢腹板-混凝土组合箱有许多优点,是桥梁结构发展的重要方向之一。本文意在提出波形钢腹板抗弯等效厚度的概念,从理论上对波形钢腹板的受力特性进行研究,并得到相应计算公式。研究结论:(1)推导出波形钢腹板对箱梁抗弯承载能力贡献比例的理论计算公式,得出波形钢腹板所承担剪力占截面总剪力比例的计算公式;(2)计算出波形钢腹板所提供的抗弯承载能力与全截面总承载能力的比值,该比值接近于0,从理论上证明:在计算波形钢腹板箱梁的抗弯承载能力时,可以忽略波形钢腹板的贡献;(3)波形钢腹板中的最小剪应力与最大剪应力之比接近于1,从理论上证明波形钢腹板上剪应力沿钢腹板竖向基本相等;(4)在小跨度试验梁及大跨度实桥算例中,波形钢腹板所承担的剪力占总剪力的比例均不到85%,证明混凝土顶、底板所承担的剪力不容忽视,且梁高越低,钢腹板所承担的剪力比例越小;(5)本文可以为波形钢腹板箱梁桥的建设提供一定的理论依据,对波形钢腹板桥梁的研究有一定的参考意义。     

波纹钢腹板预应力混凝土箱梁弯曲性能试验研究

通过对波纹钢腹板预应力混凝土箱梁10 m模型试验梁的设计及制作,介绍该类型箱梁的制作过程,试验梁成型后对其进行加载试验,用试验结果分析波纹钢腹板预应力混凝土箱梁的弯曲受力性能,结果表明:在弹性范围内,箱梁挠度值与荷载增长呈线性关系;采用带孔嵌入型连接的腹板与上下混凝土翼缘板的连接效果较好;翼板之间的变形符合平截面假定;集中荷载作用下,箱梁呈现典型的剪力滞效应;弯矩主要由顶板与底板承担,腹板只承受剪力.同时,研究成果能为下一步的工程应用提供参考依据和实践经验.     

波形钢腹板钢-混凝土简支组合箱梁抗弯承载力分析

为研究波形钢腹板钢-混凝土简支组合箱梁的抗弯受力性能,以剪力连接度为参数,设计3榀波形钢腹板组合箱梁的抗弯试验,并根据试件模型建立波形钢腹板组合箱梁精细有限元数值分析模型.将试验结果与有限元数值计算结果进行比较,证明了数值分析模型的有效性.在此基础上,利用幂函数插值方法,建立任意剪力连接度下波形钢腹板钢-混凝土简支组合箱梁的抗弯承载力计算公式.以剪力连接度和腹板高度为变量,将理论公式计算结果分别与有限元数值计算结果和试验结果进行比对,验证了本文所提出公式的有效性.     

变截面波形钢腹板组合箱梁腹板剪应力实用计算方法研究

为了计算变截面波形钢腹板组合箱梁腹板中的剪应力及其承剪比,考虑变截面效应,通过弹性微元段的受力平衡方程,计入弯矩和轴力引起的附加剪应力,导出变截面波形钢腹板组合箱梁的腹板剪应力计算公式;依据节段施工的波形钢腹板组合箱梁桥结构的建造特点,考虑节段内梁底线形为线性变化,将公式中各参数的微分运算转化为简单的代数运算,给出实用求解方法;最后通过算例对所推导公式的计算结果与等截面计算公式和有限元数值结果进行对比。研究结果表明:变截面梁的梁高和底板厚度的变化对剪应力有较大影响,波形钢腹板剪应力计算应当考虑变截面效应影响,波形钢腹板剪应力实用计算方法能方便工程应用。     

波纹钢腹板PC组合箱梁抗弯性能的理论分析

波纹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,其抗弯性能的研究中腹板的刚度可以不计.在满足"平截面假定"和"变形协调条件"的基础上,用能量变分法对波纹钢腹板PC组合箱梁的抗弯性能、波纹钢腹板的弯曲及轴向变形特性进行了理论分析,讨论了在跨中截面单点对称荷载作用下,上、下混凝土翼缘板的纵向正应力分布规律,并与试验结果进行比较,结果表明,采用能量变分法对波纹钢腹板组合箱梁进行理论分析是合理有效的.     

波形钢腹板曲线结合梁弯扭效应的解析解推导及参数分析

为了研究波形钢腹板曲线结合梁的弯扭效应,基于波形钢腹板的特点,综合考虑曲率影响、截面剪力滞效应、波形腹板剪切效应、扭转和畸变效应,采用能量变分法推导了波形钢腹板简支曲线结合梁在弯扭作用下的控制微分方程,采用伽辽金法求解得到了其弯扭效应的解析解,并对曲线半径和圆心角进行了参数分析。随曲线半径的增大,波形钢腹板简支曲线结合梁的跨中挠度、扭转角、畸变角和剪力滞附加弯矩均增大,但扭弯应力比减小;随圆心角的增大,跨中挠度、扭转角和畸变角均增大,剪力滞附加弯矩基本不变,扭弯应力比则线性增加。说明曲线半径的减小和圆心角的增大,可使波形钢腹板简支曲线结合梁的扭转效应增强,弯曲特性减弱,圆心角和曲线半径是表征其弯扭效应的两个重要指标。     

负弯矩作用下钢-混凝土组合与叠合梁静力性能试验研究

在钢-混凝土双面组合梁(DCB)的基础上,提出了钢-混凝土组合与叠合梁结构(CLB)。给出了CLB截面弯曲刚度、极限弯矩的简化计算方法。为进一步研究CLB结构的受力性能,设计了二根简支CLB和一根简支DCB模型,进行了反向加载试验,得到了完整的荷载-挠度曲线、典型截面正应变分布、钢筋混凝土顶板开裂情况和钢梁与混凝土顶板间叠合界面相对滑移曲线。研究结果表明:CLB结构的塑性极限承载能力低于DCB结构;正常使用阶段,二者的承载能力相当,但CLB结构的抗裂性能却远优于DCB结构:前者混凝土顶板开裂呈弯曲型,裂缝宽度窄,而后者混凝土顶板开裂基本呈轴拉型,裂缝宽度较大。CLB结构更适用于连续组合梁桥的负弯矩区。     

波形钢腹板PC组合箱梁剪切屈曲性能研究

研究目的:波形钢腹板预应力箱梁中波形板处于纯剪受力状态,波形钢腹板的抗剪承载力由截面的剪切屈曲强度控制。本文采用一致缺陷模态法进行波形钢腹板缺陷模拟,并计入材料非线性和几何非线性,在此基础上研究波纹形状、腹板整体外形尺寸对波形钢腹板剪切屈曲极限承载力和屈曲模态的影响,为相关桥梁的计算提供一定的参考。研究结论:通过对比理论公式及模型分析结果,得出了波形钢腹板随板厚、波高、斜板倾角、直板段宽度及梁高等的变化趋势。     

预应力斜交箱形连续梁非线性分析

在斜交箱梁板梁段有限元法的基础上,对预应力混凝土复合单元、混凝土开裂等非线性处理及其求解技术进行分析。结合1∶8模型梁试验,研究预应力混凝土斜交箱形梁从开始加载到破坏全过程的受力、变形、开裂、极限承载力、裂缝形态等特征。结果表明:预应力能大大提高结构的线弹性历程;斜交梁不考虑扭矩影响的的抗裂安全系数偏大;斜交梁破坏时表现出明显的弯扭特征。     

钢筋混凝土T梁斜截面抗剪性能试验研究

重载铁路部分32 m预应力混凝土T梁腹板斜向开裂现象日渐突出。为了深入探究铁路典型T梁斜截面抗剪性能，设计制备了1片跨度5.0 m的钢筋混凝土模型梁，通过静载试验研究混凝土抗裂性能和斜截面开裂后梁体的力学性能。结果表明：不考虑塑性系数时纯弯段混凝土弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度，腹板斜截面混凝土抗拉强度与混凝土轴心抗拉强度接近；不考虑塑性影响的剪弯段混凝土弯曲抗拉强度略低于轴拉强度；模型梁斜截面开裂后，在外荷载作用下斜裂缝宽度变化沿梁高方向的分布无明显规律。当荷载达到剪压破坏抗剪承载力理论值时，箍筋屈服，梁体未发生剪压破坏。经过3次循环静载作用后，梁体纵筋未屈服，纯弯段上缘混凝土仍处于正常工作状态。     

弯剪开裂后预应力混凝土梁承载能力试验研究

某预应力混凝土简支箱梁桥在L/4跨径处梁体腹板出现较多弯剪裂缝。本文基于荷载试验及理论分析的方法对该桥进行状态评估,对梁体腹板裂缝形态、数量及分布规律进行了统计分析;通过静载试验测试跨中正截面承载能力和斜截面开裂处钢筋应力,通过动载试验测试梁体腹板开裂后结构刚度,对开裂梁体的正截面及斜截面承载能力进行评估,并结合理论计算分析腹板斜截面裂缝产生的原因。研究表明:对于预应力混凝土简支箱梁桥,在结构的正截面承载能力及结构刚度尚能满足设计要求的情况下,不能排除斜截面承载能力不足,需要引起重视。     

单箱双室变厚翼板CSW简支箱梁剪滞剪切效应

以单箱双室翼板变厚度的波形钢腹板箱梁为研究对象,按照波形钢腹板箱梁的独有结构特点,通过变分法的最小势能原理,建立单箱双室翼板变厚度的波形钢腹板箱梁在考虑剪滞效应和剪切变形双重效应下的控制微分方程并进行推导求解.选用满足轴向剪滞翘曲应力自平衡的二次抛物线定义翼板纵向位移差函数,在满跨均布荷载和集中荷载分别作用下,计算得到单箱双室翼板变厚度的波形钢腹板箱梁的截面应力理论值,并与三维有限元值进行对比分析.研究结果表明:按照本文方法计算得到的结果与有限元分析值吻合良好,验证了本文计算方法的正确性;利用本文按变翼缘厚度计算与按等厚度简化计算的结果相比,最大误差可减少33％,说明按照翼板变厚度进行剪滞效应分析可以得到更为准确的结果.