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。     

大跨度复杂结构桥梁施工全过程结构空间受力特性研究

研究目的:通过建立施工全过程时效和路效分析的三维非线性模型,对大跨度V形连续刚构拱组合结构桥的施工全过程空间受力特性进行研究,解决以往的桥梁设计和施工监控采用的计算方法不能有效分析混凝土箱梁的剪力滞、扭转和畸变等引起的截面应力分布不均匀问题。研究结论:分析了大跨度V形连续刚构拱组合结构桥施工全过程主梁截面顶板纵向正应力、横向压应力、腹板剪应力等截面空间应力分布和变化规律,其表现在:主梁截面顶板纵向正应力沿横向分布呈显著的不均匀性,剪力滞效应明显,与初等梁理论的预测值相异;主梁横向压应力普遍不大,且顶板应力分布不均匀程度大于底板;单箱双室截面梁三腹板剪应力分布连续变化,且中腹板的剪应力略大于边腹板剪应力,整体具有较好的规律性;施工全过程主梁纵向正应力包络线体现了最大拉应力和最大压应力的施工工况,为施工控制提供了理论基础。     

单箱双室简支箱梁的剪力滞效应研究

研究目的:多室箱梁在竖向弯曲变形时,对应于初等梁理论纵向应力计算模式,存在多种横向剪力滞效应模式。本文在分析单箱双室箱梁剪力滞效应的基本模式和力学机理的基础上,结合铁路单箱双室简支箱梁算例,研究在跨中集中力和满跨均布荷载下,不同剪力滞效应模式的分布规律。以对剪力滞效应影响较为突出的高跨比为变量,研究高跨比变化对各剪力滞模式的影响规律。研究结论:通过对双室箱梁的剪力滞效应分析,得出:(1)以双室箱梁为代表的多室箱梁,对应于同一纵向对称荷载,存在着多种剪力滞效应模式,且不同模式的剪力滞效应差异较大;(2)在单箱双室箱梁的多种剪力滞效应模式中,集中力仅作用于中腹板时,截面的剪力滞效应最为突出,同时剪力滞效应对高跨比的改变最为敏感;(3)考虑到多室箱梁剪力滞效应的多模式性,在进行多室箱梁设计时,应充分考虑不同荷载作用模式对剪力滞效应的影响;(4)本文研究方法和结论可为多室箱梁桥的设计和力学分析提供理论借鉴。     

比拟杆法分析研究单箱三室箱梁剪力滞效应

基于比拟杆法,推导单箱三室箱梁的比拟杆面积计算公式和剪力滞效应计算的控制微分方程。针对算例,分别采用本文理论、有机玻璃模型试验和有限元法分析简支箱梁和连续箱梁在集中力和均布荷载作用下的剪力滞效应。研究结果表明:本文理论解与有机玻璃模型试验解和板壳有限元解吻合良好。对简支箱梁,中腹板部位的顶和底板正应力均大于边腹板处顶和底板正应力。对连续箱梁,跨中截面中腹板处的顶和底板正应力均大于边腹板处和底顶板正应力。但对满跨均布荷载下的支座截面,底板正应力在边腹板部位大于中腹板部位,应力相差最大约12.91%。在单箱三室箱梁设计中考虑各腹板部位顶和底板正应力的差异,并以此确定有效翼缘分析宽度是非常必要的。     

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.     

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。     

双室箱梁剪力滞效应的试验研究北大核心

为开展单箱双室箱梁剪力滞效应的试验研究,制作了有机玻璃简支箱梁模型。在容许开裂范围内,对该试验箱梁进行集中力作用于跨中截面三腹板上方、两对称边腹板上方和中腹板上方的加载。采用DH3816应变采集仪测得跨中及1/4跨截面各关键点应变值,并用百分表测得箱梁各关键截面挠度值。测量得到的截面应力分布规律验证了箱梁截面剪力滞效应的存在。同时对该有机玻璃简支箱梁,采用空间板壳数值方法计算了3种集中力工况下截面的剪力滞分布规律。结果表明,集中力作用下双室箱梁各翼板间存在明显的剪力滞效应,且荷载的横向作用位置对箱梁截面剪力滞效应影响较大。     

双室箱梁剪力滞效应的试验研究

为开展单箱双室箱梁剪力滞效应的试验研究,制作了有机玻璃简支箱梁模型。在容许开裂范围内,对该试验箱梁进行集中力作用于跨中截面三腹板上方、两对称边腹板上方和中腹板上方的加载。采用DH3816应变采集仪测得跨中及1/4跨截面各关键点应变值,并用百分表测得箱梁各关键截面挠度值。测量得到的截面应力分布规律验证了箱梁截面剪力滞效应的存在。同时对该有机玻璃简支箱梁,采用空间板壳数值方法计算了3种集中力工况下截面的剪力滞分布规律。结果表明,集中力作用下双室箱梁各翼板间存在明显的剪力滞效应,且荷载的横向作用位置对箱梁截面剪力滞效应影响较大。     

波形钢腹板曲线箱梁桥静力特性

建立了考虑不同力学因素的有限元模型,对不同曲率半径的波形钢腹板曲线箱梁桥的静力特性进行计算,分析了结构主要部位在活载作用下的内力、变形和应力分布随其曲率半径的变化规律。研究结果表明:波形钢腹板使得曲线箱梁桥抵抗翘曲的能力减弱;波形钢腹板箱梁截面正应力横向分布不均匀,钢腹板和混凝土板相交处正应力发生突变;钢腹板剪应力沿腹板高度分布不均匀。     

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。     

新型波形钢腹板组合箱梁畸变效应

为研究新型波形钢腹板（CSW）组合箱梁的畸变效应,以板梁框架法和位移法为基础,建立单箱多室新型CSW组合箱梁的畸变控制微分方程和边界条件,得到畸变正应力解析解,并采用有限元法检验推导结果的正确性。应用推导结果对比分析新型CSW组合箱梁与传统CSW组合箱梁的畸变性能,以及截面高度、箱室宽度和钢底板厚度对新型CSW组合箱梁畸变效应的影响。结果表明：解析解计算得到的畸变正应力与有限元模型计算的结果吻合较好,畸变角的变化规律与有限元模型计算结果一致;与传统CSW组合箱梁相比,新型CSW组合箱梁的畸变翘曲刚度减小了38.89%,畸变框架刚度减小了71.84%,抗畸变能力减弱;随着截面高度和箱室宽度增加,新型CSW组合箱梁跨中畸变角和跨中畸变双力矩均逐渐增大,且箱室宽度的影响更为明显;随着钢底板厚度增加,新型CSW组合箱梁跨中畸变角逐渐减小,跨中畸变双力矩逐渐增大。     

单箱双室箱梁有效翼缘宽度的取值研究

为了确定单箱双室箱梁有效翼缘宽度的取值,分别按照中国现有规范中对单箱单室箱梁以及美国AASHTO规范中对单箱多室箱梁有效翼缘宽度取值的规定,对箱梁的刚度进行折减并建立梁格模型。为了对比刚度折减精度,采用有机玻璃模型进行实测研究,建立基于实体单元的有限元数值模型。通过对比不同模型在集中荷载作用下的竖向变形和纵向应力可知,按中国规范刚度折减后的挠度值与试验值相对误差为-4.4%,按美国规范则为4.8%,按中国规范刚度折减后的梁格峰值应力与实体单元数值模拟值的相对误差为-25.0%,计算结果偏小;按美国规范则为-7.2%,在10%以内。当计算单箱双室箱梁的应力时,建议按美国AASHTO规范进行刚度折减。     

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。     

扁平超宽连续箱梁桥空间受力性能分析与研究

扁平超宽箱梁桥由于具有较大的宽跨比,其受力性能呈现明显的空间效应,通常的单梁模型计算已不能满足设计的精度要求,主要体现在宽箱梁各腹板纵向受力的差异性以及明显的剪力滞效应,同时由于大宽跨比使得横向预应力的作用不仅增加了顶板的压应力,也使得整体箱梁截面下缘出现拉应力,造成边腹板底部纵向裂缝,这些都给宽箱梁的设计带来了不利。因此为研究宽箱梁的空间效应,本文运用ANSYS有限元软件建立了全桥实体模型,计算了各腹板纵向受力差异及剪力滞效应,以及横向预应力对箱梁横向受力的影响,得到了一些有益的结论,为设计人员提供一定的参考。     

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。     

单箱多室变宽度道岔连续梁桥空间力学性能分析

为了明确不同荷载条件下单箱多室变宽度道岔连续箱梁桥的应力分布及剪力滞效应,首先采用数值方法,利用ANSYS建立考虑预应力以及各种荷载工况加载方式的三维实体单元模型,分析箱梁在不同荷载效应下应力分布和变形趋势;然后,选择箱梁顶底板不同部位16个应变测点,采用多通道数据采集仪分别同步实测满堂支架现浇、预应力张拉及成桥落架等施工阶段时箱梁应力,并与数值分析数据进行对比验证;在此基础上,利用数值模型对该单箱五室预应力混凝土道岔梁在列车活载作用下的横向和纵向剪力滞效应进行分析。研究表明,三维实体数值模型可得到不同荷载工况作用下单箱多室箱梁应力分布的精细结果,数值分析结果和应力实测数据都显示箱梁顶底板应力分布不均匀,有明显的剪力滞效应,且顶板剪力滞效应更显著;数值分析还显示,车辆布载方式影响剪力滞效应,剪力滞效应沿着纵桥向变化,剪力滞系数最大达1.074。研究结果表明,单箱多室箱梁设计中应充分考虑箱梁剪力滞效应影响,以确保桥梁结构设计安全。     

单箱多室箱梁剪力滞效应参数研究

为研究单箱多室箱梁结构剪力滞效应及识别其影响参数,基于箱梁剪力滞理论分析模型,采用现行规范查图法和推荐公式法计算截面有效宽度的方法,系统分析了B/L(宽跨比)、翼缘悬臂长度等参数对箱梁剪力滞效应敏感度。结果表明:变截面单箱多室箱梁剪力滞效应主要受箱室宽度、悬臂长度、梁高及跨径控制;箱梁剪力滞效应以中跨梁段部分至支点截面次序增强;同时分析得到跨径与悬臂长度变化时,有效宽度折减系数的增减规律。     

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。     

斜拉桥箱形主梁斜腹板的合理厚度分析

针对斜拉桥中双箱式主梁,采用三维有限元分析方法,建立具有不同斜腹板厚度(18 cm,24 cm,30 cm,35 cm,40 cm)的5个箱形主梁有限元模型,分析其空间应力分布特点,归纳出斜拉桥中此类双箱单室倒梯形截面的薄弱环节及斜拉桥箱梁在不同斜腹板厚度下的应力变化。考虑到梁段以外附近区域的作用,在其两端截面上施加由平面杆系结构分析所得的端面内力,另外,索力和预加力(梁纵向、横隔梁横向、斜腹板竖向)也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。通过对以上工况计算结果的静力分析,归纳出斜拉桥中此类双箱式截面的应力分布特点,并提出斜腹板厚度的合理化建议。分析表明:斜腹板厚度为30 cm左右时,主梁的应力分布比较合理。     

斜拉桥箱形主梁直腹板的合理厚度分析

利用三维有限元分析方法,建立具有不同直腹板厚度(25、30、35、40、45 cm)的5个箱形主梁有限元模型,分析其空间应力分布特点,归纳出斜拉桥中此类双箱单室倒梯形截面的薄弱环节及斜拉桥箱梁在不同直腹板厚度下的应力变化.考虑到梁段以外附近区域的作用,在其两端截面上施加由平面杆系结构分析所得的端面内力,另外,索力和预加力(梁纵向、横隔梁横向、斜腹板竖向)也施加在相应的位置,分析不同工况下箱形主梁在施工荷载、自重、索力和预应力作用下的空间应力效应.通过对以上工况计算结果的静力分析,归纳出斜拉桥中此类双箱式截面的应力分布特点,并给出直腹板厚度的合理化建议.分析表明,直腹板厚度为40 cm左右时,主梁的应力分布比较合理.