横隔板及几何特征对钢箱梁畸变效应的影响

研究目的:由于钢箱梁的顶、底板及腹板均较薄,在偏心荷载作用下,截面变形易引起畸变应力而导致局部屈曲和腹板压皱等现象。工程应用上,在梁内设置一定数量的横隔板来约束钢箱梁的畸变变形,以求减少钢箱梁畸变效应。此前已有少量文献就横隔板对钢箱梁的畸变效应进行过研究,但未对钢箱梁在不同的隔板数量、高跨比、宽高比下进行综合分析,使其成果具有一定的局限性。因此,本文在此基础上通过有限元软件就简支钢箱梁的畸变效应进一步分析,并提出了横隔板的数量及箱梁的几何特征参数对钢箱梁畸变效应的影响。研究结论:(1)当箱梁为窄箱梁,即宽高比约等于1.5时,箱梁跨中畸变翘曲最大正应力随横隔板数量增多而增大,此时跨内横隔板设3~5道为宜;(2)当箱梁为宽箱梁,即宽高比约等于4.5时,箱梁跨中畸变翘曲最大正应力随横隔板数量增多而减小,此时跨内横隔板的设置9道为宜;(3)计算结果对同类桥梁的设计具有参考价值。     

单箱双室波形钢腹板连续刚构桥横隔板间距研究

为有效控制单箱双室波形钢腹板连续刚构桥的畸变和翘曲效应,通过建立空间有限元模型,研究横隔板间距和数量对偏心荷载作用下箱梁翘曲和畸变纵向正应力的影响规律,并对比分析单箱双室和单箱单室箱形结构在不同横隔板间距下畸变和翘曲纵向正应力的变化规律。计算结果表明:布置横隔板可以有效减少翘曲和畸变纵向正应力;与单箱双室截面相比,单箱单室截面翘曲正应力更大,设计时应减小横隔板间距。计算了不同高跨比和高宽比连续刚构桥的合理横隔板间距,并拟合出其经验公式。将该公式得到的横隔板间距与实际桥梁和现有经验公式得到的横隔板间距进行比较,验证了其精确性。     

扁平钢箱梁横隔板非线性稳定分析

为研究施工阶段吊机集中荷载作用下斜拉桥扁平钢箱梁横隔板的稳定性,以主跨383 m的广州珠江黄埔大桥北汉独塔斜拉桥为背景,对扁平钢箱梁横隔板进行非线性稳定有限元分析及模型试验研究.运用有限元分析软件ANSYS建立梁段有限元数值仿真模型,计算设计荷载作用下梁段应力分布,得到吊机荷载作用时横隔板的弹性屈曲系数为5.2.引入初弯曲缺陷并考虑几何和材料非线性,计算得到吊机荷载作用下扁平钢箱梁横隔板非线性稳定系数为2.2.采用1:2.5缩尺比例,对扁平钢箱梁梁段进行模型试验研究,得到设计荷载作用下梁段测点应力及变形.通过梁段模型的极限承载力试验,得到吊机荷载作用时横隔板的非线性屈曲系数为1.6.研究结果表明,广州珠江黄埔大桥北汉斜拉桥扁平钢箱梁横隔板设计合理,吊装过程中其稳定性能满足设计要求.     

大跨度连续钢箱梁横隔板的合理布置

根据偏心荷载作用下钢箱梁的受力特点,从分析畸变翘曲应力的角度出发研究钢箱梁横隔板的合理布置.提出采用弹性支承连续梁比拟法分析大跨度变截面钢箱梁的畸变翘曲应力.根据单室矩形箱梁畸变控制微分方程与弹性地基梁弯曲控制微分方程的相似性,将单室矩形箱梁的畸变比拟成弹性支承连续梁的弯曲,据此求解考虑横隔板间距和刚度影响的单室矩形箱梁的畸变翘曲应力.以控制箱梁畸变翘曲应力不超过弯曲正应力15％为目标采用该方法确定崇启大桥横隔板的合理布置形式为:当横隔板间距设置为5.6m时,在各墩墩顶宜采用实腹式横隔板;在其他位置可采用桁架式横隔板.     

大跨公铁同层斜拉桥超宽幅钢箱梁剪力滞效应

超宽幅钢箱梁高宽比较小,竖向荷载作用下超宽幅钢箱梁处于双向受弯状态,其受力特征不同于常规钢箱梁。为研究正弯矩作用下超宽幅钢箱梁剪力滞效应引起的纵桥向正应力非均匀分布特征,以宜宾临港长江大桥为工程背景,利用ANSYS建立超宽幅钢箱梁跨中梁段空间有限元模型;考虑7种典型荷载工况,计算得到不同荷载工况下超宽幅钢箱梁顶板及底板纵向剪力滞系数分布;并研究不同横隔板间距及斜拉索索距对超宽幅钢箱梁顶板及底板纵向剪力滞系数的影响。研究结果表明：(1)超宽幅钢箱梁在不同荷载作用下,结构受力存在明显的空间受力特征,双向弯曲,约束扭转、剪力滞后等力学行为值得关注;(2)正弯矩作用下顶板纵向正应力受正剪力滞效应影响,底板纵向正应力受负剪力滞影响;(3)适当增加横隔板间距及减小斜拉索索距可降低剪力滞效应;(4)超宽幅钢箱梁设计时应进行精细化分析,以明确结构空间受力特征。     

人行钢箱梁桥设计参数的初步研究

在初步设计阶段,为了快速匡算人行钢箱梁桥的梁高及跨径、横隔板间距、防脱空支座间距等关键设计参数,采用Midas Civil建立如下模型:不同跨径和梁高的动力分析模型、不同横隔板间距下的第二体系受力梁格模型、包含人群荷载最不利加载位置的整体模型。分析表明,在梁宽及顶底板厚度不变的情况下,频率与梁高呈正线性相关,与跨径的二次方呈负线性相关;人行桥钢箱梁横隔板间距可以近似取3倍箱梁高度且不大于6 m;简支梁桥支座间距可以取b=(0. 25～0. 3) B,而对于连续梁桥,需大于简支梁要求的支座间距(经过试算后确定)。     

吊装施工中扁平钢箱梁段横向变形研究

在大跨斜拉桥扁平钢箱梁吊装施工过程中,被起吊梁段和吊机作用梁段横向变形相反,造成梁段对接困难.本文以典型独塔双索面扁平钢箱梁斜拉桥为工程背景,利用三维有限元模型,分析了均匀温度变化、梯度温度变化、纵隔板位置、纵隔板刚度对吊装施工中扁平钢箱梁横向变形差的影响,并提出了相应的优化施工措施.     

大跨度曲线矮塔斜拉桥主梁空间效应研究

以一座大跨度曲线矮塔斜拉桥为研究对象,分析剪力滞、箱梁畸变、扭转等空间效应对梁体应力状态的影响。分析结果表明:考虑空间效应后,在移动荷载作用下,顶板拉应力和底板压应力增大,最大增幅分别为1.20 MPa和1.29 MPa,顶板压应力和底板拉应力减小,最大减幅分别为0.95 MPa和1.35 MPa;在恒载作用下,顶板压应力减小,最大减小2.16 MPa,底板压应力增大,最大增加3.27 MPa。在此基础上分析了半横隔板箱梁在斜拉索锚固处的剪力分配问题,结果表明,剪力由横隔板和翼缘板共同承担,且横隔板承担剪力不超过50%,可按照横隔板和翼缘板共同抗剪进行设计。     

公铁同层大挑臂钢箱梁正交异性桥面板疲劳特性研究

为深化认识大挑臂钢箱梁正交异性钢桥面板的疲劳问题，以世界首座公铁同层大挑臂钢箱梁斜拉桥——金海大桥为背景，采用ANSYS软件建立钢箱梁节段精细化有限元模型，分析了多种工况下箱梁在有挑臂和无挑臂处顶板、U肋及横隔板关键疲劳细节的应力状态、应力影响面等，并对比分析了箱梁疲劳特性在横桥向的差异。结果表明，大挑臂钢箱梁的顶板-U肋细节应力影响面长宽约为2个U肋和2道横隔板，与普通闭口钢箱梁无异，而横隔板-U肋细节应力影响面长宽约为7个U肋和3道横隔板，远超普通闭口钢箱梁同类细节应力影响范围；箱梁在不同区域的部分同类疲劳细节受力状态存在明显差异，沿纵桥向，分别在有挑臂和无挑臂处的横隔板开孔底边细节应力差距高达85.4%;沿横桥向，靠近箱梁中心线的内侧车道为最不利加载车道，该车道内横隔板侧边开孔细节最不利应力幅可高出其他车道57%;箱梁各疲劳细节对轮载横向分布位置十分敏感，其沿横桥向疲劳特性差异主要由横梁整体弯剪变形引起，同时，邻车道疲劳荷载对横隔板侧边开孔细节应力幅影响超过38%。因此，多车效应不宜忽略，根据重车车流量统计推算，本桥多车效应系数建议取值1.05。     

东平水道斜拉桥钢箱梁设计研究

跨东平水道特大桥为独塔双索面钢-混混合梁斜拉桥,跨径组成为(35.0+260.0+51.5+66.0+62.5)m。钢主梁采用分离式流线形扁平钢箱梁,正交异性钢桥面板。对钢箱梁剪力滞,桥面系二、三体系应力,钢箱梁扭转等问题进行研究,确保结构受力安全可靠。同时,通过数值分析验证了设计的可靠性。此设计符合技术先进、安全可靠、经济合理等设计原则,其构造形式及分析方法可供类似结构借鉴。     

西堠门大桥正交异性钢桥面板静载和徐行试验研究

基于西堠门大桥正交异性钢桥面板静载和徐行试验,研究在汽车轮载作用下正交异性钢桥面板关键构造的应力大小、历程和分布规律。试验结果表明,在3轴30t试验车作用下,纵肋底板跨中测点的纵向应力最大,达51.7MPa,横隔板开口上缘测点的最大主应力次之,为30.8MPa,面板上测点的最大横向应力较小,为16.7MPa。面板横向应力、纵肋腹板竖向应力的纵向影响线长度约为2倍横隔板间距,横隔板开口上缘主应力的纵向影响线长度约为1.5倍横隔板间距,纵肋底板纵向应力的纵向影响线长度约为3倍横隔板间距。运用泄水法对徐行试验测得的应力历程进行分析,得到钢桥面板关键构造的应力振动幅值大于5MPa的次数分别为:纵肋底板跨中纵向应力3次,最大应力振动幅值为60.1MPa;面板横向应力3次,最大应力振动幅值为26.8MPa;纵肋腹板竖向应力4次,最大应力振动幅值为16.1MPa;横隔板开口上缘主应力2次。运用AN-SYS软件提供的SHELL181单元建立钢箱梁节段模型进行静力分析,计算结果与实测结果基本一致,表明SHELL181单元能够模拟钢桥面板的受力特征。     

基于弹性地基梁原理的铁路单箱单室曲线结合梁畸变效应分析

针对使用阶段的铁路曲线单箱单室曲线结合梁,在二期恒载、ZK活载、离心力及横向摇摆力作用下,首先采用M/r法将其转换为等效直梁,然后建立了基于弹性地基梁法的有限元模型,对横隔板数量N、计算跨度L和跨径比L/r进行了参数分析。研究发现:在各种使用阶段荷载中,列车离心力和横向摇摆力产生的畸变效应比重最大,且隔板数越多,这种现象越明显;畸变应力比随横隔板数量和跨度的增加呈现按指数函数下降的规律,随曲线半径的减小和行车速度的提高则线性增大。对于高铁桥梁中的单箱单室曲线简支结合梁,只设置1到2个中横隔板即可满足控制畸变应力和畸变变形的要求。     

斜交连续钢箱梁桥横隔板布置方式研究

研究目的:对于斜交连续钢箱梁桥,正交横隔板有利于荷载横向传递和施工拼接。为简化结构在支点处的构造以进一步优化该横隔板布置方式,本文取消中间墩支点处斜横隔板,在此基础上提出一种新的横隔板布置方式概念,并研究和验证其可行性。研究结论:(1)以某(30+35)m跨斜交连续钢箱梁桥为工程背景,采用通用有限元软件建立了全桥板壳单元模型,计算结果表明,采用本文提出的横隔板布置方式,结构整体受力性能与局部应力均满足设计要求;(2)当斜交角度较小时,横隔板正交布置或斜交布置的结构受力差别不大;(3)通过进一步优化构造措施,讨论了该种新型横隔板布置方式在大箱室和大斜交角的钢箱梁桥上的适用性;(4)本研究结论可为斜交连续钢箱梁的横隔板的设计提供部分理论参考。     

大悬臂钢脊骨梁扭转效应分析与试验研究

以长沙市洪山大桥塔梁墩固结节段模型试验为基础 ,应用有限元方法分析扭转对大悬臂钢脊骨梁应力的附加影响 ,并进一步研究了在横隔板间距、刚度变化的情况下 ,脊骨梁翘曲正应力及剪应力的变化规律 ,供设计时参考     

波纹钢腹板混凝土箱梁动力特性改善研究

以波纹钢腹板混凝土试验箱梁为研究对象,建立有限元模型,对试验箱梁的动力特性进行计算和分析,依据其动力特性的特点制定试验方案,对其动力特性进行实测。有限元分析结果和试验实测结果的对比分析表明：二者差别较小,证明了实测结果的正确性,也验证了有限元分析方法的精度和可行性。实际波纹钢腹板箱梁与一般混凝土腹板箱梁动力特性的有限元分析结果表明,波纹钢腹板混凝土箱梁扭转刚度偏低。对此提出增设横隔板改善扭转动力特性的方案。在箱梁中不同位置增设横隔板改善效果的比较表明,在端部区域适当增设横隔板对改善其扭转动力特性的效果最优。     

西堠门大桥索梁锚固部位的受力分析及模型试验

采用模型试验和有限元分析的方法,对西堠门大桥在5种加载工况下索梁锚固部位的受力情况进行研究,并进行安全可靠性验证.研究结果表明:索力首先通过耳板传递至加劲板,然后依靠锚箱纵、横隔板组成的框式构架传递到钢箱梁横隔板上,再由靠近风嘴的耳板上部将力向两边传递,直到靠近箱梁的耳板下端力的传递才均匀;在中间加劲板与锚箱中间隔板的相交部位、锚箱横隔板与耳板交叉处、钢箱梁横隔板与U肋的交叉处以及顶板变坡处存在着明显的应力集中现象,为主要控制细节;锚箱横隔板在纵隔板处全部断开,横向刚度产生突变,从而易引起横向应力分布不均匀,故建议在中间锚箱横隔板的上端设置过渡加劲板.     

带悬臂板薄壁箱梁的扭转和畸变分析

为研究悬臂板对薄壁箱梁扭转和畸变效应的影响,本文基于广义坐标法建立位移模式和几何方程,采用混合变分原理,建立开闭口混合截面薄壁杆件扭转和畸变的分析理论,该理论能充分考虑剪切变形的影响。分析带悬臂板箱梁剪力流的分布和组成,对比统一剪力流的2种计算方法,研究悬臂板的内力状态及影响。结果表明:悬臂板对扭转和畸变效应的贡献主要体现在其扇形惯性矩所占的比例;悬臂板使闭口箱的翘曲正应力产生明显重分布;悬臂板使剪切变形影响增大,且这种影响随悬臂翼缘板的增长而增大;对于常规薄壁箱梁桥,悬臂板的贡献不可忽略。     

四线铁路钢箱混合梁弯斜拉桥设计研究

根据四线铁路弯斜拉桥的受力特点,采用空间杆系有限元静力分析方法,围绕斜拉桥结构体系、桥梁整体刚度、收缩徐变、几何非线性等方面对其展开拉索、主梁、桥塔、基础的构造设计与研究.采用有限元仿真分析技术,研究正交异性桥面板的弯钢箱梁在受纵横向弯曲、剪力滞和扭转翘曲组合作用下的应力分布,进行钢箱梁与预应力混凝土梁的结合段、主梁与桥塔横梁固结、斜拉索上下钢锚箱的局部应力分析和构造研究.采用车桥耦合时变分析方法对其行车动力性能进行研究.采用反应谱及地震波时程分析方法同时对结构的抗震性能和抗震措施进行分析、研究.研究结果表明:四线铁路弯斜拉桥钢箱梁采用约3m的横隔板和腹板间距对改善主梁构造起到重要作用;良好的行车动力性能说明该桥采用1/900的挠跨比控制结构刚度较为合理;采用E型钢阻尼支座改善了桥梁的抗震性能.     

基于初等梁理论的人字形桥梁结构空间梁格分析

根据初等梁理论,采用空间梁格分析法对一例典型人字形薄壁箱梁桥进行结构简化及模拟分析。分析结果表明:当受荷载桥跨的两端为扭转约束、并在集中荷载和竖向均布荷载作用下时,空间梁格分析法所得结果与板壳模型的计算结果比较接近;当受荷载桥跨的两端为单向铰支座、并在偏心竖向荷载作用下时,由于约束扭转和畸变效应对主线和匝道的影响十分显著,空间梁格分析法所得结果与板壳模型计算结果相异较大,主要原因是初等梁理论不能反应宽翼缘薄壁箱梁约束扭转、畸变及剪力滞效应等受力特点。指出:对于宽翼缘薄壁箱梁桥结构在采用空间梁格分析法时,应同时考虑宽翼缘薄壁箱梁受力的特点对初等梁理论分析方法进行完善。     

西运线(64+68+64)m连续钢箱梁设计

在介绍连续钢箱梁的结构形式及材料类型之后,针对首次设计连续钢箱梁所遇到的设计难点,着重介绍钢箱梁的两种纵向整体计算方法,建议采用概念清晰、建模简单、计算结果安全可靠的三体系方法计算。对支座处横隔板竖向应力检算,箱梁稳定计算以及不均匀升温的取值也做了介绍。