基于板壳单元的箱梁桥空间应力分析

采用8节点40自由度实体退化板壳单元编制有限元软件,对预应力混凝土箱梁桥进行空间应力分析.以某(80+150+80)m预应力混凝土连续刚构桥为例,对采用板壳单元与采用杆系单元计算预应力混凝土箱梁桥空间应力的结果进行对比、分析,板壳单元程序分析结果表明截面最大主拉应力主要出现在箱梁顶、底板与腹板交界处以及底板横向跨中附近;建议活载正应力放大系数一般可以取1.15,部分位置可取1.2～1.6,活载剪应力放大系数一般可取1.5～1.8.     

箱梁薄壁效应及腹板开裂成因分析

预应力混凝土箱形梁是典型的空间薄壁结构,具有薄壁效应.比较不同计算方法,确定采用7自由度空间梁单元计算薄壁箱梁的空间效应,以所选取的3个箱梁桥样本为例,建立7自由度空间受力模型,得到各截面应力及活载偏载放大系数,指出在箱梁活载应力分析中,对剪力采用的经验放大系数1.05明显偏小.并结合其中某桥梁病害实测情况,说明对于活载剪应力的设计不当,导致对主拉应力的考虑不足,是引起腹板、底板斜裂缝的重要因素.     

连续梁桥的活载正应力偏载系数研究

在变截面连续箱梁桥中,由于活载的内力影响面的形状比较复杂,箱梁几何构造对约束扭转正应力的影响沿桥跨度是变化的,因而,不宜对全桥采用统一的偏载系数.通过理论分析和基于实桥的有限单元的数值计算,探讨变截面连续梁偏载系数沿跨度的分布规律,提出实用的偏载系数取值建议,供工程设计参考.     

宽幅展翅箱梁活载应力放大系数分析

宽幅展翅箱梁在预应力混凝土桥梁工程中应用越来越广泛,其薄壁效应成为计算中的重点。在计算活载应力时,常规的平面杆系计算程序大都采用放大系数的近似处理方法。文中利用空间计算软件引入了箱梁的翘曲自由度,考虑箱梁的薄壁效应,并结合珠海横琴二桥引桥宽幅展翅箱梁的工程实例对活载正应力和剪应力放大系数进行分析。     

预应力混凝土简支梁桥在重载作用下的抗剪性能分析

以某跨度为32 m的变截面预应力混凝土简支T梁为研究对象,通过建立数值模型,重点分析了恒载、活载以及不同重载列车荷载组合作用下的梁体剪应力变化规律.分析得到了以下结论:预应力荷载对梁体剪应力影响最大,其次是自重荷载,最小的是二期恒载,剪应力峰值均发生在距离梁端支座1.5m处,恒载组合作用下梁体剪应力满足规范要求;C64型、C70型、C80型和KM98型列车荷载下剪力以及弯矩依次增大,简支梁桥结构的安全性能逐渐降低;不同荷载组合下的剪应力分布曲线变化规律相同,并且剪应力峰值均满足规范要求;工程中可以用剪应力作为控制梁体裂缝开展的主要因素,以初步防止开裂现象发生.     

变截面波形钢腹板-UHPC组合箱梁剪应力试验

为进一步减轻大跨径变截面桥梁结构自重，增加结构跨越能力并增强结构抗裂性能，提出了变截面波形钢腹板(Corrugated Steel Webs, CSW)-UHPC组合箱梁结构新理念，该结构截面尺寸更小、自重更轻，其结构剪力分布、截面剪应力分布与常规组合结构区别较大，需深入研究。以变截面CSW-UHPC组合箱梁为研究对象，取变截面微段进行受力分析，结合剪应力互等定理，推导了系统完善的腹板剪应力计算公式，并基于工程需要，提出了一种简化计算方法。继而，设计了一片大比例变截面CSW-UHPC模型梁，模拟大跨径组合梁桥施工过程中典型的受力状态，完成了不同边界条件、不同加载位置、不同加载类型及微裂缝状态共计6种工况下的静力加载试验，获得了各截面剪应力分布及沿跨度方向承剪比变化规律，并结合空间实体有限元模型对计算理论进行全面的验证。结果表明：各工况下腹板实测剪应力值与所提公式理论值、有限元结果吻合良好，证明了所提公式的正确性；组合箱梁倾斜底板参与了截面抗剪而不可忽略，体现出明显的变截面效应；特别是最大悬臂工况下其模型梁根部位置附近承剪比仅为2%～6%,剪力大部分由倾斜底板来承担，实测和理论剪应力大小...     

波形钢腹板变截面连续体系梁桥钢腹板承剪分析

为了了解波形钢腹板变截面连续体系梁桥钢腹板的弯曲剪应力及剪力传递效率,基于组合有限元思想,采用有限元软件建立大桥精细模型,首先对组合箱梁拟平截面假定进行验证,然后选取12个控制截面,分析自重、自重+预应力荷载作用下各控制截面的波形钢腹板剪应力及剪力传递效率。计算结果表明:弯曲作用下变截面波形钢腹板组合箱梁截面满足平截面假定,波形钢腹板中的剪应力沿板厚均匀分布,自重及预应力作用下变截面波形钢腹板组合截面的剪力传递效率为50%~80%,且变截面效应带来的梁高和底板厚变化会使波形钢腹板参数相同的梁段剪力分配比例有明显变化。     

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。     

预应力混凝土变截面梁的剪应力计算

一、前言预应力混凝土梁的剪应力计算,是计算主应力的必要前提。变截面梁的剪应力计算与等截面梁不同,它不仅与剪力Q有关,而且与法向力N和弯矩M有关。《铁路标准设计通讯》1978年第5期载有房国安、许东林同志的《预应力混凝土变高度梁的剪应力计算》一文,它改正了苏联吉勃西曼著《预应力钢筋混凝土桥梁理论与计算》一书中的符号错误,澄清了苏联波里万诺夫著《钢筋混凝土桥(设计与计算)》(上册)的某些含糊不清之处。但是,这些计算均限于矩形截面。实际上最常用的是箱形变截面梁。铁道部第二设计院科研所柳逢茂、范乃营、段美贵等同志推导了《变截面钢筋混凝     

组合-混凝土混合连续梁桥接头PBL板抗剪受力分析

以三跨组合-混凝土混合连续梁桥为研究对象,采用有限元软件Ansys对常用的后承压板组合-混凝土接头段模型进行仿真分析,总结接头段PBL板抵抗剪力受力规律,提出PBL板抗剪的简化计算方法。分析结果表明:接头段PBL板剪应力分布很不均匀,从靠近接头截面到远离接头截面剪应力逐步减小,按经典力学弹性理论简化计算PBL板最大剪应力值偏小,在实际应用中应乘以一个1.15的放大系数进行修正。     

简支梁桥主梁的活载剪力计算

该文考虑荷载横向分布系数沿跨度的变化,用解析法建立了简支梁桥主梁由车道荷载图式中的集中荷载产生的支点截面最大剪力实用计算公式,避免了通过试算求最大剪力时的麻烦,详细论述了各种情况下主梁支点截面最大剪力的计算方法。同时对车道荷载中的均布荷载产生的支点剪力,也导出了具体计算公式,以便实际应用。最后通过三个算例,详细说明了公式在各种情况下的应用。     

移动荷载作用下沥青混凝土桥面铺装层动力响应分析

为了准确地分析铺装层的受力状态,将车辆荷载简化为移动均布荷载,采用有限元法分析了铺装层在移动荷载作用下的动力响应。分析结果表明,在移动荷载作用下,以较低的速度行驶对铺装各层应力影响较大,各应力分量与移动荷载速度基本呈线性关系;刹车情况下离表面较近区域不再经历正反两次剪应力作用,只是离表面较深处存在很小正反剪应力作用;最大水平剪应力发生在铺装表面,且随深度的增加迅速减小;水平荷载对水平剪应力影响很大,随着水平力系数δ增大,在同一铺装层深度处的最大水平剪应力增加比较明显;在相同δ的条件下,随着深度的增加水平剪应力越小。通过上述分析,提出桥面铺装层控制性设计指标,从而为桥面铺装设计提供理论依据。     

混凝土单箱多室宽箱梁剪力滞系数分析

该明确了宽跨比、宽高比均较大的低高度混凝土单箱多室连续梁桥在活载作用下的剪力滞效应分布特点,通过空间实体模型与平面杆系模型相结合的有限元法,对此类桥的空间应力响应进行了研究。研究表明:边跨和中跨跨中断面的剪力滞效应均较小,而中支点断面的剪力滞效应十分显著。研究给出此类桥型不同区段合理剪力滞系数的取值,成果可为今后类似工程的设计、施工及长期监测研究提供参考。     

拼宽梁桥横向受力及偏载系数分析

以某钢-混凝土拼宽连续梁桥为例，研究了不同连接方案形式下拼宽桥的结构力学性能。通过有限元梁格模型对拼宽桥梁进行了横向受力分析，分析结果表明，连接形式对弯矩的影响主要在横向截面中间连接位置处，而对轴力和剪力的影响主要在横向截面的两端处，铰接形式的受力较刚接形式更为不利。同时本文对桥梁拼宽改造前后的偏载系数进行了研究，分析表明拼宽后偏载系数较原先有所降低，建议偏载系数为1.18，可供同类工程参考。     

基于恒载性超载的桥梁受剪构件可靠性

恒载性超载主要是由桥面铺装大修、路线改造引起。为衡量在役桥梁恒载性超载的程度,引入恒载超载系数的概念。以斜截面受剪构件(T形截面)为例,借鉴"校准法"的基本原理,分析恒载性超载对基于原规范(JTJ 023-85)和现行规范(JTG D60-2004)设计建造的桥梁可靠性指标的影响规律。得出结论:若设计采用的活、恒载标准值效应比值ρ一定,可靠指标随着恒载超载系数ζd的增加近似呈线性减小趋势。ρ值越大,可靠指标的降低幅度越小,表明设计采用的恒载效应所占比重越大,桥梁的抗恒载性超载能力越弱,反之越强。桥梁结构或构件隐含的可靠度越高,桥梁的承载潜力越大,相应结构或构件的抗恒载性超载能力越强。     

大跨箱梁桥剪力滞剪切变形双重效应分析

以对直线箱梁考虑剪力滞后、剪切变形的分析为基础,给出考虑双重效应的直线箱梁在均布荷载作用下的初参数解,推导了在局部坐标系下的单元刚度矩阵及等效节点荷载矩阵。利用ANSYS大型有限元软件对大跨度连续梁桥各关键截面进行多工况分析,总结各个工况作用下应力分布情况以及剪力滞系数的分布规律,从而对大跨度连续箱梁桥的整体及典型截面处的应力进行计算、分析。     

铁路混合梁斜拉桥动静载荷载试验研究

宁波铁路枢纽甬江铁路斜拉桥是国内首座铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥,对其进行动静载荷载试验研究具有重要价值。本文基于有限元法获得的理论数据制定了动静载试验方案。测试了各项初始参数并与设计值分析比较以作为后续测试的初始数据。测量了桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力,检验是否达到设计要求。对试验截面的应力、挠度以及索力检测结果等实测值与计算值进行了比较并获得校验系数,对桥梁真实承载能力做出了评定。此外,还检验了桥梁在满载货车以各种速度运行条件下的实际工作状态。对列车动活载作用下主梁的最大横向、竖向加速度值,结构阻尼系数等参数进行了测定,并参照相关规范作了评价。基于动静载试验结果的分析,对甬江桥的工作性能进行了较为全面的评估,该桥工作状态达到了设计要求。     

预应力混凝土简支空心板梁桥静载校验系数分析

以内蒙古呼伦贝尔市境内的上护林大桥为工程背景,在预应力混凝土空心板桥的常规静载试验的基础上,提出断面应变校验系数的概念。结合常规校验系数与断面应变校验系数对该桥的工作状况进行评估,得出该桥横向联系及整体工作状况良好,且断面应变校验系数法可以在类似结构桥梁的荷载试验结果分析中加以推广和应用。     

大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段受力性能研究

为研究大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段的力学行为与传力机理,设计相似比为1:4的全截面静载试验模型,测试最不利及超载工况下结构的应力、变形、开裂等;结合有限元仿真分析,研究桥塔钢-混结合段的传力机理,并进一步探讨结构构造参数对其影响规律。结果表明:最不利荷载工况下,钢结构最不利压应力为-165.44 MPa,位于钢过渡段主跨受压侧壁板;混凝土最不利拉应力为8.65 MPa,叠加预应力效应后约为1.73 MPa,位于混凝土段边跨受拉侧;沿塔轴向,钢结构应力平缓降低并在承压板附近存在突变,混凝土应力较为平稳;剪力钉及PBL剪力键弯曲应力均呈"两头大、中间小"的马鞍形分布。模型各构件实测应力随荷载增加呈线性增长,模型整体处于弹性受力状态;结合段钢-混最大滑移值仅65 μm,钢-混之间协同受力良好;模型上下缘实测应力差异约为10%,表明双向曲面构造引起一定的空间受力特性,但挠度量值差异小。超载工况下,1.4倍加载时混凝土段边跨受拉侧出现裂纹;1.7倍加载时钢过渡段主跨受压侧局部应力屈服,模型受力整体表现为以钢过渡段受压侧及混凝土段受拉侧最为不利。2.0倍加载下,模型水平挠度随荷载变化均近似线性增加,转角近似满足线性变化,受混凝土开裂影响较小;最大水平挠度仅1.43 mm,挠跨比约为1/3 000,结构具有良好的刚度性能;结合段内混凝土局部开裂对受拉区的钢-混相对滑移影响较为显著。通过承压板、钢壁板及PBL板分别传递荷载66.3%、15.2%及18.5%,承压板为主要传力构件。参数讨论表明,原桥合理承压板、钢壁板厚度分别介于40~80、24~40 mm之间,剪力连接件刚度对结构传力影响较小。