波形钢腹板PC组合箱梁弯曲性能理论分析与试验研究

对波形钢腹板PC组合箱梁模型梁的抗弯性能进行了理论分析与试验研究，分析了波形钢腹板的褶皱效应及波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的弯曲应力计算模式．讨论了在跨中截面单点对称荷载作用下，波形钢腹板和上、下混凝土翼缘板的纵向正应力分布规律、组合箱梁的变形及裂缝分布规律．试验结果表明，在荷载作用下波形钢腹板PC组合箱梁具有常用梁的特性．     

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.      

平钢腹板钢筋混凝土新型拱桥试设计

将组合结构应用到拱桥中,用平钢腹板来代替混凝土腹板可以达到减轻桥梁自重的目的。以重庆武隆石桥水库大桥为原型,进行平钢腹板混凝土新型拱桥的试设计,并与混凝土腹板拱桥、波形钢腹板混凝土拱桥在受力及用料方面进行了对比。结果表明:采用钢腹板设计的混凝土拱桥减轻了自重,减小了拱桥推力和拱肋轴力,缩短了全桥工程量。     

波形钢腹板组合曲线箱梁横隔板间距研究

波形钢腹板组合曲线箱梁腹板具有手风琴效应,纵向弹性模量很小,相比混凝土腹板箱梁,容易发生畸变变形,因此需要设置一定数量的横隔板减小截面畸变的影响。文章采用有限元Ansys模拟分析曲线箱梁高宽比、曲率半径对横隔板间距的影响,按截面翘曲正应力与弯曲正应力之比≤10%的原则,拟合出横隔板合理间距计算公式,对实际工程应用具有一定的参考价值。     

平钢腹板钢筋混凝土新型拱桥试设计

将组合结构应用到拱桥中,用平钢腹板来代替混凝土腹板可以达到减轻桥梁自重的目的。以重庆武隆石桥水库大桥为原型,进行平钢腹板混凝土新型拱桥的试设计,并与混凝土腹板拱桥、波形钢腹板混凝土拱桥在受力及用料方面进行了对比。结果表明:采用钢腹板设计的混凝土拱桥减轻了自重,减小了拱桥推力和拱肋轴力,缩短了全桥工程量。     

波纹腹板钢梁的结构特点和受力性能

波纹钢腹板预应力混凝土梁桥是对传统的预应力混凝土梁桥的一次重大改进。首先,用波纹钢腹板代替混凝土腹板,大大降低了自重;此外,采用波纹钢腹板就避免了平钢腹板中通常都要布置的加劲肋。结合国外已有的分析成果和实桥资料,对波纹钢腹板梁的力学性能,包括波纹钢腹板的剪切屈曲和波纹钢板梁的弯曲强度进行了介绍和分析。     

悬臂施工箱梁腹板开裂成因研究

基于现实工程中箱梁腹板开裂较为常见现象和腹板开裂成因的复杂性,针对箱梁腹板开裂主要原因,分别从定性和定量角度进行分析探讨。得出如下结论:(1)箱梁腹板开裂具体原因主要包括混凝土收缩、温度效应、预应力钢束弯曲引起的径向力以及锚固区压应力带来的泊松效应等,其中由预应力钢束弯曲引起的径向力和锚固区压应力带来的泊松效应是引起箱梁腹板开裂的主要原因;(2)利用有限元软件ANSYS通过工程实例对这两个因素引起的腹板开裂进行了分析,结果显示:箱梁腹板开裂容易发生在腹板预应力束弯起段,且其方向基本垂直于弯起预应力束。     

波形钢腹板人行桥的有限元分析

波形钢腹板PC组合箱梁结构恰当地分别利用了混凝土的高抗压强度和钢材的高抗剪能力,提高了材料的使用效率,具有广阔的应用前景.本文对我国第一座波形钢腹板PC箱梁桥建立有限元模型,分析了顶、底板和钢腹板的应力应变.     

波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁桥疲劳性能

为研究波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁的热点应力分布规律、疲劳性能演化和疲劳破坏形式，开展了波形钢腹板-钢管混凝土(CSW-CFST)桁式弦杆组合梁和波形钢腹板-钢管(CSW-ST)桁式弦杆组合梁疲劳性能试验和有限元分析；研究了CSW-CFST和CSW-ST桁式弦杆组合梁疲劳性能的异同，分析了弦杆内混凝土改善组合梁疲劳性能的本质原因，探讨了CSW-CFST桁式弦杆组合梁疲劳寿命的评价方法，并将采用美国石油协会(API)、国际管结构发展与研究委员会(CIDECT)和挪威船级社(DNV)设计标准所得CSW-CFST桁式弦杆组合的梁疲劳寿命分别与试验结果进行了对比。研究结果表明:采用线性外推方式得到的CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力为二次外推方式所得的1.036倍，偏安全角度考虑，CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力宜采用线性外推求解；组合梁斜腹板段热点应力明显大于直腹板段，最大热点应力出现在斜腹板与圆弧过渡段相交处，相较于CSW-ST桁式弦杆组合梁，弦杆内混凝土能使CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力下降26.8%，但热点应力分布规律不变；建议将疲劳裂缝萌生时刻对应的反复加载次数定义为CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命；弦杆内混凝土能够延缓疲劳裂缝沿壁厚和长度方向的扩展速度，可使CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命提高61.5%，但不改变组合梁的疲劳破坏模式和疲劳裂缝类型；采用DNV所得CSW-CFST桁式弦杆组合的梁疲劳寿命与试验结果间的误差最小，不超过26.4%，建议采用DNV给出的钢管相贯节点疲劳设计应力(S)-疲劳寿命(N)曲线初步计算CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命。      

内衬混凝土对波纹钢腹板连续刚构桥动力特性的影响

以日本本古桥为背景,采用有限元分析软件Midas/Civil建立波纹钢腹板连续刚构桥实体单元模型,研究内衬混凝土设置对波纹钢腹板连续刚构桥动力特性的影响。研究结果表明:内衬混凝土的设置,使得波纹钢腹板连续刚构桥的扭转刚度降低,扭转频率减小;内衬混凝土厚度增加,扭转刚度降低;内衬混凝土纵桥向长度增加,扭转刚度呈现先降低后升高的趋势。在波纹钢腹板刚构桥设计时,不仅仅要考虑内衬混凝土对墩上块应力传递的改善,而且应考虑内衬混凝土的设置对其动力特性的影响。     

横梁预应力束的平弯对混凝土斜拉桥边箱斜腹板的影响

分析了采用双边箱主梁截面的混凝土斜拉桥张拉横梁平弯预应力束时边箱斜腹板混凝土出现的横桥向裂缝,基于弹性理论分析了这种情况下混凝土主拉应力。假设预应力束的平弯曲线为直线,用直线段上的均布荷载代替预应力束对斜腹板的作用,采用无限大板作用集中力的弹性力学公式,通过对直线段上应力积分和坐标变换,求得了估计这种情况下的斜腹板混凝土主拉应力的公式,并据此提出减小主拉应力的方法。理论分析结果显示,将预应力束的平弯曲线用直线代替产生的误差不超过2％,该公式计算结果与有限元结果及实测数据比较表明,主拉应力的计算误差小于0．2MPa,结果满足工程精度需要,该方法可行。     

基于有限元法波形钢腹板连续刚构桥几何参数研究

波形钢腹板连续刚构桥主梁的设计过程中，起着决定性作用的参数为高跨比，该参数不仅决定了主梁的应力、应变分布性能，也影响了主梁结构的使用寿命与稳定性。为研究波形钢腹板连续刚构桥合理高跨比对结构受力性能的影响，以某大跨度波形钢腹板混凝土连续刚构桥为背景，采用有限元法利用杆系模型对主梁在不同高跨比参数下应力和变形的响应进行了分析。同时采用实体模型对不同腹板高度下主梁的屈曲性能进行了对比研究。最后采用综合评价法对各参数进行综合评估，归纳总结出对结构最有利、最合理的参数，为同类桥梁设计提供参考借鉴。     

钢-混凝土双面组合连续箱梁负弯矩区有限元分析

钢-混凝土双面组合箱梁是由两个H型钢作钢骨架,并与上下两块混凝土板组合形成的箱形截面,可用于连续梁的负弯矩区。推导得到了负弯矩区截面弹性刚度和塑性极限弯矩的计算公式。建立集中力作用下双面组合连续箱梁负弯矩区的Ansys分析模型,得到了组合梁的荷载挠度曲线、截面应力和应变变化曲线以及钢与混凝土交界面的纵向滑移分布。与双主梁组合梁和普通组合箱梁的受力性能做比较,显示了双面组合箱梁承载能力和变形能力的优越性。     

波形钢腹板预应力混凝土桥梁施工工艺

随着我国国内波形钢腹板预应力混凝土桥梁的不断发展,其施工工艺也日益丰富且渐趋成熟。通过对已建或在建的波形钢腹板预应力混凝土桥施工工艺的分析总结可知,传统混凝土桥的所有施工技术对该类桥型也具有普适性,且具有更好的可施工性。同时,介绍了适用于波形钢腹板预应力混凝土桥梁的主要施工工艺及关键技术,给出了具体的施工流程,并结合工程实例,阐述了各施工工艺的技术特征及优势。     

预应力混凝土组合箱梁桥波形钢腹板优化分析

建立3种不同体系的波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥空间有限元计算模型,采用AN-SYS参数化语言对钢腹板进行多约束条件下多设计参数的优化计算分析,寻求各设计参数的最佳组合规律.结果表明,随着循环次数的增加,目标函数趋于理想值,而设计变量及状态变量也趋于稳定,但目标函数值并非是最终取值时惟一考虑的因素,优化结果将提供多组满足约束条件的设计参数;波形钢腹板剪切屈曲应力的理论计算值偏于保守;钢腹板的厚度在通常范围内偏小;在已有资料范围内,波形钢腹板折叠角度及腹板与竖直面的夹角偏小,而波形钢腹板折痕间的长度则偏大.     

波形钢腹板箱梁的临界屈曲应力分析

通过对波形钢腹板箱梁的临界屈曲应力进行有限元数值模拟,结合相应屈曲理论计算其临界屈曲应力,对比分析了计算得出的各种临界屈曲应力,同时将波形钢腹板的波高、直板段水平长度、水平折叠角、腹板高度与厚度的尺寸改变,分析对其箱梁临界屈曲应力特性的影响规律。分析表明:1波形钢腹板的波高的变化基本不会对箱梁的临界屈曲应力造成影响;2避免波形钢腹板结构的局部屈曲失稳,直板段水平长度不宜过长;3波形钢腹板的水平折叠角的增大可有效的提高整体屈曲的稳定性;4设置的腹板高度不宜过高,以防止整体屈曲失稳;5适当增加腹板的厚度有利于结构局部屈曲稳定性提高。     

波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁施工技术

结合三道河中桥工程实例,重点介绍了波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁波纹钢腹板安装,钢腹板间、与顶底板、与横隔板和端横梁的连接以及体外预应力施工等关键技术。实践证明,采用波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁不但能减轻预应力混凝土箱梁的重量,还可实行工厂化生产,达到简化工艺、节约材料用量、降低成本的目的,保证工程施工质量。三道河中桥的建设对于预应力混凝土组合箱梁的推广应用起到了积极促进作用。     

预应力PBL剪力键的承载能力试验研究

大跨度波形钢腹板箱梁桥中波形钢腹板与顶板混凝土之间PBL剪力键有其独有的构造、受力及应力环境特点,为了研究这类剪力键的荷载-滑移曲线特征和承载能力,对13组三孔模型共33个试件进行了静载破坏试验,分别通过千斤顶和精扎螺纹钢筋对试件施加横向预拉和压应力,提出了设计承载能力的概念、取值方法、设计承载能力和极限承载能力的拟合计算公式.研究结果表明:当荷载小于设计承载能力时,剪力键处于弹性工作阶段,且滑移量不超过规定的限值;荷载-滑移曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和屈服阶段,部分存在强化阶段;以集中荷载方式加载时,按3个孔所承担荷载平均值得出的承载能力明显偏小;横向预拉应力对设计承载能力和极限承载能力的降低值分别为0.020、0.043 k N,横向预压应力使剪力键的承载能力提高并起有利作用,预应力对承载能力的影响可单独考虑.     

波形钢腹板箱梁顶板横向温度应力分析

为研究温度场作用下波形钢腹板组合桥梁的顶板横向应力,基于波形钢腹板箱梁桥的长期观测温度,建立波形钢腹板组合桥梁的温度梯度计算公式。建立波形钢腹板箱梁桥的空间精细化数值有限元模型,考虑波形钢腹板箱梁宽高比、顶板与腹板的横向抗弯刚度比及温度梯度中的最高温度参数,进行参数分析。研究结果表明:箱梁宽高比和横向抗弯刚度比与顶板横向正应力呈对数关系;温度梯度的最大温度与顶板横向正应力呈线性关系。考虑以上3个参数建立顶板横向正应力计算公式,基于最优化算法对拟合公式的参数标定,提出顶板横向正应力温度计算公式与拟合原始值的相关系数为0.997,该公式可对该类型桥梁的初步设计提供参考。     

曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁扭转振动频率分析

为科学合理地分析曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁的扭转振动特性,首先,综合考虑弯扭耦合效应和波形钢腹板的剪切变形效应,基于Galerkin法和Hamilton原理建立了该桥型的扭转振动频率控制微分方程和自然边界条件.随后,根据自然边界条件,求解了剪切变形效应和弯扭耦合效应共同作用下曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁扭转振动频...