偏载作用下单箱三室波形钢腹板悬臂梁的力学特性

为了解单箱三室波形钢腹板组合梁悬臂施工状态下的扭转效应,设计制作了1片单箱三室波形钢腹板双悬臂梁模型,研究了该类悬臂梁在偏载作用下梁体变形、截面翘曲应力、翘曲应变及波形钢腹板附加剪应力等力学性能,并以国内某单箱三室波形钢组合梁桥为背景,采用有限元模型分析了不同工况下最大悬臂施工阶段单箱三室波形钢腹板截面的力学性能。结果表明:偏载作用下,波形钢腹板上纵向翘曲应变明显小于混凝土顶底板,计算时可忽略波形钢腹板纵向翘曲应力的影响;截面最大翘曲正应力出现在混凝土底板角点处,钢腹板附加剪应力沿梁高方向呈均匀分布,且加载侧边腹板附加应力值明显大于中腹板;实际工程中,考虑恒载作用时,截面底板翘曲应力约占弯曲应力的20%,故在进行该类桥设计计算时,不可忽略混凝土板翘曲正应力和波形钢腹板附加剪应力的影响。     

波形腹板箱梁的扭转与畸变分析及试验研究

以箱梁理论为基础，对波形钢腹板箱梁的扭转和畸变效应进行了分析，提出了该种箱梁结构约束扭转计算方法和畸变计算模式。2根模型试验梁的静载试验结果表明，在波形钢腹板箱梁的设计计算中，约束扭转翘曲正应力采用A．A乌曼斯基理论，畸变采用弹性地基梁法，二者叠加所得的翘曲正应力能够满足工程精度的要求。     

波形腹板钢-混组合箱梁畸变效应分析

为研究波形腹板钢-混组合箱梁畸变效应,以桑园子黄河大桥引桥简支箱梁为研究对象,将畸变角重新定义,通过计算畸变中心、畸变总势能,确定初始参数,利用势能驻值原理推导与传统扭转分析理论相一致的畸变效应分析方法。根据工程实例,对车道荷载下波形腹板钢-混组合箱梁畸变翘曲应力变化规律进行研究。结果表明,畸变翘曲应力在组合箱梁应力中占比不容忽视,且随着箱梁顶板混凝土厚度增大,翘曲正应力逐渐减小,在钢底板组合箱梁增设铺底混凝土可有效减少畸变翘曲应力。     

波形钢腹板PC组合箱梁扭转性能分析

波形钢腹板PC组合箱梁具有自重轻,抗剪强度高,预应力施加效率高等优点。但由于其截面扭转刚度低于常规箱梁,使得结构扭转效应明显。该文运用乌氏第二定理推导波形钢腹板箱梁在偏心荷载作用下约束扭转应力及刚性扭转角计算公式;采用初参数法求解波形钢腹板PC组合箱梁的刚性扭转角、翘曲正应力及扭转剪应力。结合相关文献的实测数据及有限元分析结果验证理论分析方法的准确性,并对波形钢腹板PC组合箱梁桥的扭转性能进行分析。由约束产生的翘曲正应力有限元分析结果为理论计算结果的97.14%,扭转剪应力有限元分析结果为理论计算结果的102.13%。     

波形钢腹板-混凝土组合箱梁扭转效应分析

简支波形钢腹板-混凝土组合箱梁扭转效应显著,文中根据组合箱梁受力特性,结合传统混凝土箱梁扭转分析理论,研究组合箱梁在集中偏心荷载作用下的扭转效应。结合相关文献的实验值,对偏心荷载下截面扭转翘曲正应力和扭转翘曲剪应力值进行修正,并通过ANSYS软件计算值进行对比分析。结果表明,在波形钢腹板-混凝土组合箱梁跨中作用偏心集中荷载时,扭转双力矩和弯扭力矩在跨中具有最大值,扭转翘曲应力在跨中截面处腹板底板交点处有最大值;跨中截面翼缘板自由端部翘曲剪应力为0 Pa;考虑扭转效应时跨中截面扭转剪应力均为弯曲剪应力的49%;理论计算值与ANSYS软件计算值误差小于10%,具有较好的计算精度。     

双箱单室波形钢腹板预应力组合梁桥偏载效应分析

该文通过有限元分析及试验,对广西壮族自治区隆林至百色高速公路上一座40m跨径的双箱单室波形钢腹板预应力组合梁桥的偏载效应进行研究,得出如下结论:双箱单室波形钢腹板组合梁桥在偏心荷载作用下所产生的扭转及翘曲、畸变效应较为明显;剪应力放大系数对偏心荷载较为敏感,在设计中必须考虑荷载偏心所产生的附加剪应力;对于双箱单室波形钢腹板这种对剪力较为敏感的截面类型而言,现行的放大系数计算方法安全储备不高。     

基于纽玛克法的变截面波形钢腹板组合箱梁畸变效应分析

为研究变截面波形钢腹板组合箱梁（CBGCSWs）在偏心荷载作用下的畸变效应,忽略波形钢腹板的纵向抗弯刚度,通过建立其微段单元平面内、外力系平衡方程,推导了以畸变角为未知量的畸变微分方程,并采用基于共轭梁理论的纽玛克法进行求解,由此建立了偏心荷载作用下变截面CBGCSWs畸变正应力计算理论。以某大跨变截面CBGCSWs桥为工程背景,运用该理论获得了4种不同工况下组合箱梁角点处畸变正应力理论解,并采用空间有限元方法进行了验证,数值解与理论解吻合良好,表明推导的变截面CBGCSWs畸变计算理论正确且精度足够,可供工程参考。在此基础上,比较了变截面CBGCSWs与对应PC箱梁的抗畸变能力,并探讨了横隔板间距、高跨比、宽跨比及钢腹板形状等因素对变截面CBGCSWs畸变正应力的影响规律。结果表明：用波形钢腹板替代混凝土腹板会较大程度削弱箱梁的抗畸变能力,应当引起足够重视;横隔板间距及宽跨比等参数对畸变正应力影响较大,而高跨比及钢腹板形状等则影响很小。     

波形钢腹板箱梁横隔板间距的研究

与传统的混凝土腹板的箱梁相比,波形钢腹板箱梁在偏心荷载作用下畸变效应有所增强,因而需要在跨内设置横隔板来减小畸变翘曲正应力。通过空间有限元分析,验证了横隔板对减小偏载作用下箱梁的翘曲正应力的作用,并分别针对不同高跨比条件下横隔板间距进行了计算分析,回归出了相应的经验公式,而且考虑了钢腹板竖向倾斜角度的影响,为波形钢腹板箱梁的合理设计提供参考。     

双层悬臂板箱梁的约束扭转效应研究

为了分析双层悬臂板对箱梁约束扭转效应的影响,该文基于传统箱形截面的约束扭转理论,考虑下层悬臂板对整体截面的贡献,结合Ansys数值模拟分析了双层悬臂板箱梁的约束扭转效应。通过定义截面扭转比例系数、翘曲比例系数、约束扭转翘曲正应力和翘曲剪应力比例系数,结合算例详细分析了下层悬臂板对箱梁截面约束系数、扭转中心、扭转角、翘曲率和约束扭转应力的影响规律。结果表明:随着下层悬臂板的增长,截面约束系数增大,下层悬臂板的相对长度大于0.354时,箱梁截面扭转中心在形心之上;随着下层悬臂板的增长,腹板与顶板和底板的相交处约束扭转正应力减小,悬臂板端的约束扭转正应力增大,中性轴与腹板交点处的约束扭转剪应力减小;截面扭转角和翘曲率随着下层悬臂板的增大而减小,截面约束程度提高。     

波形钢腹板剪力分担比例有限元分析

基于有限元分析程序ANSYS软件,将实体单元、板桥单元及杆单元进行组合,建立波形钢腹板PC组合简支梁计算模型,分别模拟计算组合梁在三分点对称加载作用下的波形钢腹板力学性能,对3个控制截面波形钢腹板剪应力分布及剪力分担比例进行理论分析,通过分析得出波形钢腹板承担截面剪力,分担比例为79.2%~82.9%,其中剪应力沿截面高度分布较均匀,同时对波形钢腹板相邻的直板段与斜板段剪应力关系进行分析。     

中小跨径钢箱-混凝土组合梁闭口与开口截面对比分析

对一种钢箱-混凝土组合梁的受力过程开展理论分析研究，为我国中小跨径钢箱-混凝土组合梁的设计和应用提供参考。对闭口和开口钢箱截面进行对比分析发现，闭口截面相比开口截面，虽增加少量用钢量，但减低了钢梁应力水平，减少了焊缝数量，进而减少了焊接问题的出现，适用于中小跨径钢箱-混凝土组合梁桥的建设。     

钢混组合梁力学性能的研究

由于钢混组合梁形式较多,选取波纹钢腹板与平钢腹板组合槽形梁为研究对象，对两种形式的组合梁进行力学性能对比分析；以某试验梁为依托，建立平钢腹板和波纹钢腹板2种腹板形式的实体有限元模型并对其进行破坏加载，比较两者的截面应变分布、荷载-位移曲线、刚度，并对钢腹板全过程力学行为进行分析。结果表明：波形钢腹板对强度的影响并不明显，但平钢腹板极易出现屈曲破坏状态；波纹钢腹板混凝土槽形组合梁、平钢腹板混凝土槽形组合梁荷载-位移曲线总体上均具有显著的弹性阶段、弹塑性阶段、弱化阶段；平钢腹板组合梁在弹塑性阶段位移增长较快，弱化阶段强度下降速率较快；加载过程中，刚度、Mises应力均小于波形钢腹板。     

波形钢腹板组合梁桥的特性及应用

波形钢腹板组合梁桥是一种采用波形钢腹板代替传统的混凝土腹板,与混凝土顶、底板连接形成的组合结构形式桥梁。其混凝土顶、底板几乎承受了组合截面的全部弯矩,而波形钢腹板承受了组合截面剪力的主要部分,充分发挥预应力混凝土和钢材这两种材料的性能。主要介绍该形式桥梁在结构设计、预应力效率、截面抗剪性能以及结构抗震性能等方面的特点;介绍该桥型的应用现状,分析比较其适用范围;探讨该桥型的施工特点,根据桥梁实例分析比较悬臂施工、少支架施工、预制装配施工等多种施工方法;并测算对比了波形钢腹板-PC组合梁桥在经济性上的优势。通过论证表明,波形钢腹板-PC组合梁桥较传统混凝土桥及钢结构桥在诸多方面具有优势,在我国工程界具有较好的应用前景。     

贵州两渡水湘江大桥主桥设计关键技术

贵州两渡水湘江大桥主桥为(72+120+72) m波形腹板钢槽组合梁大跨变截面连续刚构桥。针对传统波形钢腹板组合箱梁桥底板混凝土结构自重仍然偏大、底板易开裂、下翼缘混凝土与波形钢腹板易脱离等问题,该桥主梁采用自重轻、底板抗裂能力强的波形腹板钢槽组合梁结构。主梁顶板宽20.25 m,单箱双室变截面。为解决组合梁根部钢底板受力复杂、抗压稳定性差的难题,在负弯矩区组合梁钢底板上设置混凝土层,形成顶、底板双重组合结构。为提高混凝土桥面板和钢主梁之间的抗剪承载力、有效防止桥面板横向角隅弯矩导致的竖向掀起问题,剪力连接件采用开孔钢板的双PBL键。主梁墩顶0号块采用全混凝土结构,钢-混结合段采用后承压式构造。主梁横隔板采用实腹式和桁架式两种结构形式,在提高结构抗畸变和抗扭转能力的同时,大幅降低了工程用钢量。主墩采用壁厚1.8 m的双肢实体薄壁墩。结构整体和局部计算分析表明,桥梁具有较好的安全性和适应性。     

带挑梁钢箱组合梁腹板加劲构造形式对比分析

为研究带挑梁钢箱组合梁的合理构造形式,对两种常用的带挑梁钢箱组合梁腹板加劲形式的构造特点、传力路径、受力特性、施工要点等进行了理论分析与对比,并采用板单元有限元模型进行了对比分析。分析表明,对应于挑梁底板设置内撑加劲肋比设置腹板通长纵肋的传力路径更清晰、腹板面外变形更小、挑梁应力峰值也更小,是更合理的带挑梁钢箱组合梁的腹板加劲构造形式。     

单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应研究

由于单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁截面剪力滞效应与混凝土箱梁截面剪力滞效应相比有很大差异,并且波形钢腹板几乎承担了全部剪力,波形钢腹板的剪切模量也需要进行修正。为研究单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应,从波形钢腹板PC组合箱梁的受力特点出发,以满足剪力滞翘曲应力的轴向平衡条件,采用二次、三次抛物线定义了单箱双室、单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁的纵向位移差函数,利用势能驻值原理的能量变分法建立了波形钢腹板PC组合箱梁考虑剪力滞、剪切变形效应的控制微分方程组,并推导出简支梁、悬臂梁、连续梁在集中荷载、均布荷载作用下的解析解。通过解析法和有限元法分别计算了简支梁和悬臂梁的剪力滞效应,并研究了集中荷载和满跨均布荷载作用下的单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞分布规律,结果表明:采用二次抛物线剪力滞翘曲位移函数推导的剪力滞系数更为合理;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁在跨中集中荷载下,波形钢腹板与混凝土顶、底板交界处的剪力滞效应较为突出;随着波形钢腹板PC箱梁室数的增加,剪力滞系数明显减少,且解析解与有限元数值解一致,表明了解析解的正确性,并通过分析给出了相应的剪力滞系数,可以为单箱多室波形钢腹板箱梁的设计计算提供参考依据。     

运宝黄河大桥箱梁腹板抗剪性能研究

为研究单箱五室波形钢腹板部分斜拉桥腹板的抗剪性能,以即将竣工验收的运宝黄河大桥为工程背景,利用Midas FEA软件建立该桥固结区域局部有限元模型,计算腹板的剪力分配与箱梁截面的剪力滞效应,考查混凝土内衬对波形钢腹板剪应力的影响。结果表明:同一截面中外侧钢腹板承担剪力的比重高于内侧,而混凝土腹板剪力分配比重明显高于钢腹板;随着远离墩梁固结区域,同一截面内混凝土腹板处的顶板正应力减小,钢腹板处的顶板正应力增大,底板的正应力均有所减小;混凝土内衬有效地降低了钢腹板剪应力,提高了钢腹板的抗屈曲性能。     

顶推施工中波形钢腹板PC组合梁整体受力性能分析

波形钢腹板PC组合梁在成桥状态下的受力与顶推施工中的受力有较大的不同,为了明确箱梁顶推施工过程中受力性能,以国内第一座采用整体式顶推施工的大跨度波形钢腹板PC组合梁为例,采用板壳实体模型详细计算了组合梁在顶推过程中各个部分构件的受力特性。揭示了箱梁不同位置处截面上顶底板混凝土的应力变化规律、支墩反力变化情况和梁体的变形等,可供分析计算同类桥梁结构受力参考。     

波纹腹板开孔对预应力钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

桥梁工程中为了方便工程检修与管线布设,经常在梁腹板上开孔。为研究腹板开孔对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,按照完全抗剪连接设计了2片承受两点对称集中荷载作用的预应力波纹腹板钢-混凝土简支组合梁,其中一片是预应力波纹腹板开孔组合梁,另一片是预应力波纹腹板无孔组合梁;采用ISO834国际标准升温曲线对其进行了恒载升温耐火试验,同时采用有限元软件ABAQUS对其进行了数值研究。研究结果表明:高温下2类预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁均在剪弯区发生剪切屈曲;在截面尺寸和跨度相同条件下,承受相同的绝对荷载时,腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于后者在临界状态下抗弯刚度降低,抗火性能下降;在高温作用下,腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于腹板未开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,预应力拉索的效率更高,下降速率更慢;腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁,在升温后期其滑移曲线发展速率略高于腹板未开孔钢-混凝土组合梁;对于腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,在未出现腹板局部屈曲截面上,腹板分担的剪力可达截面总剪力的78%;开孔截面的总剪力几乎完全由混凝土板承担;临界状态下钢梁腹板正应力略高于常温下的腹板正应力水平。     

双工字钢组合梁桥偏载扭转效应分析及计算

为了解双工字钢组合梁桥偏载扭转效应对钢主梁应力的影响，并能准确计算其扭转应力，以淮河特大桥引桥为背景，进行有限元及理论计算。采用ANSYS软件建立引桥有限元模型，结合有限元计算结果，理论分析钢主梁跨中及支点处的扭转翘曲正应力和弯曲正应力；研究桥梁跨径、钢主梁高度、桥面板厚度、横梁间距、钢主梁间距等参数对钢主梁扭转效应的影响；提出采用修正系数计算偏载系数及考虑弯扭耦合效应的钢主梁扭转应力简化计算方法，并与有限元结果进行对比。结果表明：偏载作用下钢主梁的纵向正应力大于均布荷载作用，最大超过20 MPa,偏载作用下的扭转效应不能忽略；钢主梁间距对钢主梁翘曲效应影响较大，其余参数影响较小；提出的钢主梁扭转应力简化计算方法与有限元法计算结果偏差较小。