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。     

铁路正交异性钢桥面板疲劳应力分析与寿命评估

以南京大胜关长江大桥为对象,建立铁路正交异性钢桥面板结构有限元模型,基于热点应力法对典型构造细节的疲劳应力进行计算分析,得到此类桥面结构的疲劳易损区。结合桥梁实际使用情况,基于美国公路桥梁设计规范(AASHTO规范)对桥面板典型焊接细节的疲劳寿命开展计算与评估,结果表明,疲劳Ⅰ与疲劳Ⅱ极限状态下5类疲劳易损构造细节的疲劳应力幅计算值均小于容许值,疲劳寿命满足设计要求。     

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。     

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。     

弹性阶段波形钢腹板简支曲线组合梁弯扭变形的解析解

为了研究波形钢腹板简支曲线组合梁在弯扭复合作用下的挠度及扭转角效应,根据波形钢腹板自身的结构特点,考虑曲梁曲率、箱梁剪力滞效应、剪切变形和扭转变形,利用最小势能原理和变分法推导了弯扭效应微分方程,并采用伽辽金法进行求解,得到了竖向均布荷载下波形钢腹板简支曲线组合梁的挠度、扭转角的解析解,将计算结果与有限元模型计算结果进行了对比,结果吻合良好。     

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。     

加载波形对钢桥典型构造细节疲劳性能的影响

对既有铁路钢桥构造细节进行梳理分析,选择十字形焊接接头、盖板端焊缝、U肋纵向角焊缝等典型的构造细节,研究其在不同加载波形条件下的疲劳性能。首先,根据三种典型构造细节在实桥中的受力特征和实验室加载条件,设计能够反映实桥受力特征的试件,建立有限元模型,验证试件设计的合理性,掌握试件的应力分布状态和应力集中程度。然后,开展矩形波和正弦波加载条件下三种典型构造细节的疲劳试验。最后,对三种典型构造细节的疲劳试验结果进行分析,掌握了加载波形对于构造细节疲劳性能的影响程度,可为我国铁路钢桥的设计和评估提供依据。     

波形钢腹板组合箱梁抗扭性能的试验及理论研究

为了研究波形钢腹板组合箱梁的扭转性能,分别对2根单箱单室截面和单箱双室截面波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁在纯扭作用下的受力性能进行了全过程加载试验研究,测试了试验梁的扭转角、截面应变和裂缝随荷载发展的规律,获得了波形钢腹板组合梁纯扭破坏现象,并根据试验结果给出了开裂扭矩和极限扭矩的计算方法。结果表明,波形钢腹板组合箱梁在纯扭作用下,混凝土顶、底板斜裂缝与梁轴线呈40°～45°的夹角;混凝土开裂前扭率与扭矩呈线性增长关系,开裂以后试验梁扭转刚度降低,扭率与扭矩呈非线性增长;开裂扭矩和极限扭矩均可以表示为闭口截面与混凝土板式截面所承担的扭矩的叠加。     

钢桁梁全焊桁片腹杆与节点焊接连接细节疲劳性能试验研究

为避免焊缝交叉,钢桁梁全焊桁片中,腹杆与节点连接采用带半圆过焊孔的焊接构造。为评估钢桁梁全焊桁片腹杆与整体节点焊接细节抗疲劳性能,对其进行有限元数值模拟及疲劳试验研究。根据实际焊接细节结构特点,基于应力场相似原则完成试验模型设计。利用ANSYS建立实桥结构及试验模型的有限元模型,对应力分布状态及应力集中系数进行比较分析。采用3组9个试件,完成不同应力幅下钢桁梁全焊桁片腹杆与节点连接构造典型焊接细节的疲劳试验,通过数据拟合得到该焊接细节的S-N曲线。结合其他既有疲劳试验数据及欧洲规范、日本规范对该焊接细节疲劳性能进行评估。结果表明:过焊孔与翼缘焊接部位存在较大的应力集中,对焊接节点的疲劳性能有较大削弱;反复荷载作用下,过焊孔与翼缘板交接焊趾处首先产生疲劳裂纹。     

工形梁竖向加劲肋端部疲劳性能及加固方法研究

对我国既有铁路钢桥调研发现有些钢梁已产生疲劳裂纹,其中工形梁腹板竖向加劲肋端部裂纹较多。随着运营列车轴重和运营时间的增加,这些裂纹可能会进一步扩展,须采取相应措施对结构予以补强。本文针对64 m下承式钢桁梁的纵梁腹板竖向加劲肋端部构造,设计疲劳试件并展开疲劳试验,得到该构造的热点应力疲劳强度,为实桥疲劳评估提供依据。通过设计节段模型进行了不同加固方法的疲劳试验,掌握了节段模型加固前后的疲劳性能,并提出了在翼缘增设角钢的加固方法。     

两种不同环境下预应力混凝土梁疲劳破坏试验对比分析

以我国目前普通铁路既有线上32 m跨度全预应力混凝土简支T梁为工程背景,通过12片1/6预应力混凝土模型梁非腐蚀环境和腐蚀环境下疲劳试验,对预应力混凝土梁疲劳破坏形态进行研究,对其破坏机理进行分析,结果表明非腐蚀环境下,恒、活载跨中弯矩在0.45Mu时为配筋合适的预应力混凝土梁疲劳破坏时的临界荷载点(Mu为跨中静载极限弯矩,临界点以疲劳寿命为200万次进行定义),超过该临界点后,需要适时加固;腐蚀环境下,梁底普通钢筋锈蚀后(预应力筋不锈蚀),疲劳损伤程度随锈蚀率增大而增大,锈蚀率越大疲劳寿命越短;锈蚀率7%为腐蚀疲劳破坏的临界点(临界点以疲劳寿命为200万次进行定义),超过腐蚀临界点以后,需要对预应力混凝土梁进行加固。两种不同环境下预应力混凝土梁疲劳破坏试验对比分析结果表明,预应力混凝土梁中非预应力筋虽然对静载承载力贡献不大,但是对疲劳抗裂作用明显,设计中应保证非预应力钢筋配置充足,包括充足的细密的箍筋、侧面纵向补充钢筋和梁底纵向抗裂钢筋、锚下螺旋钢筋等非预应力筋,以便分散裂缝宽度,提高疲劳破坏时的延性。     

钢轨接头螺栓的有限元应力集中分析

应用有限元接触分析方法 ,研究钢轨螺栓螺纹根部的应力集中。通过优化螺栓螺纹根部圆角半径和螺母结构、改变螺纹根部直径的方法 ,缓解螺纹根部的应力集中 ,改善应力分布 ,实现提高螺栓疲劳强度的目的。     

预测碳纤维薄板增强RC梁抗弯疲劳寿命的AFN法

在碳纤维薄板(CFL)增强RC梁中,加固后构件的疲劳寿命受到被加固结构本身性能、加固材料性能以及荷载水平等因素的影响,加固效果具有明显的非线性,加固后疲劳寿命难以显式表达。本文采用AFN法预测加固梁的疲劳寿命:用层次分析法(Analytic hierarchy process)对影响疲劳寿命的主要因素进行分析;用模糊聚类法(Fuzzy clustering)确定训练样本;运用神经网络方法(Neural network),建立疲劳寿命隐函数关系式,从而预测CFL加固梁抗弯疲劳寿命。以疲劳试验数据为样本,用层次分析法选取最大荷载、CFL的应力水平、初始挠度、循环次数为200时跨中挠度的试验数据作为疲劳寿命隐函数的随机变量输入单元,以CFL加固梁的抗弯疲劳寿命作为输出单元。通过预测值与试验值的对比分析,验证了AFN法预测CFL增强RC梁抗弯疲劳寿命的合理性。     

包头站站台雨棚结构设计研究

包头站站台雨棚采用分叉式钢管混凝土柱与双向正交钢梁组成的钢框架结构体系,钢管混凝土分叉柱为雨棚梁提供了更多的支撑点,有效地减小了雨棚梁的计算跨度,使得结构更加合理。介绍该工程的结构布置、结构分析及重要节点设计。对分叉式钢管混凝土柱的受力性能进行分析研究,得出分叉柱的支撑角在35O~50O变化时,分叉式钢管混凝土柱与雨棚梁形成的结构体系可达到最优的受力状态,使得结构最为经济、合理。     

体外预应力高强混凝土三跨变截面连续梁试验研究

简要介绍了四片体外预应力高强混凝土变截面连续梁的设计与制作过程,由静力测试结果可知,在承载能力极限状态下,连续梁裂缝宽度随预应力比率即PPR取值的增大而增大,其数量随PPR取值减小而增多;普通钢筋可以有效地限制裂缝的发生和发展;体外预应力筋的应力增量与中跨中挠度变化近似成线性关系,可用三折线刚度折减的办法,按弹性理论计算试验梁的挠度及预应力筋的应力增量。     

斜拉桥波形钢腹板箱梁的力学特性研究

研究了斜拉桥中波形钢腹板箱梁在成桥状态下的力学特性。以新密市溱水路波形钢腹板箱梁斜拉桥为工程实例,通过有限元计算与分析得到主梁的竖向位移、波形钢腹板的剪应力、混凝土板的正应力和竖向挠度、主梁的纵向正应变、混凝土板的应力传递等各项力学规律。结果表明,波形钢腹板的竖向剪应力沿梁高方向近似均匀分布;波形钢腹板的竖向变形在整个主梁的竖向变形中起主要作用;波形钢腹板的纵向正应变小于混凝土板;按波形钢腹板承担全部剪力的传统理论进行结构设计偏于保守。     

拓扑优化设计方法与经验设计方法的RC开孔深梁对比试验研究

为推动拓扑优化方法早日应用到钢筋混凝土深梁工程设计中,研究多目标优化算法并展开试验验证是实现此目的的必经之路。为此,开展分别按钢筋应力多目标ESO和经验设计方法设计的一组开孔深梁对比试验。试验结果表明,相较于经验设计方法,钢筋应力多目标ESO设计的试件在节省用钢量和基本保持承载力的前提下,变形能力和耗能能力大幅提升,受力钢筋能更充分发挥强度,同时改良了深梁脆性破坏的常规形态。造成这种改进的根本原因,是钢筋应力多目标ESO综合考虑了2个优化目标,设计的斜向钢筋能有效补强传力路径中垂直于受压混凝土的受拉方向,更契合深梁的受力机理。钢筋应力多目标ESO方法可供日后钢筋混凝土深梁工程设计参考。     

主筋锈蚀对钢筋混凝土梁承载特性的影响

基于适当的钢筋、混凝土本构关系以及锈蚀钢筋和混凝土的黏结滑移模型,建立有限元模型,对5根不同主筋锈蚀率的钢筋混凝土梁进行承载特性分析。获得了梁中点处的荷载-挠度关系,受力筋的应变分布以及钢筋与混凝土之间的滑移分布。研究结果表明：随着受力筋锈蚀率的增大,钢筋混凝土梁的极限承载力降低,延性下降,受力筋的最大拉应变和伸长量逐渐增加,钢筋和混凝土之间的滑移量也大幅增加。