钢桁腹预应力混凝土组合箱梁桥基本力学性能研究

钢桁腹预应力混凝土组合箱梁桥是一种采用钢桁式腹杆代替混凝土腹板的新型组合结构桥梁,能够充分利用混凝士的抗压和钢材的抗拉性能.以一座钢桁腹预应力混凝土组合箱梁桥为工程背景,运用有限元软件ABAQUS进行数值分析,研究了典型截面的混凝土顶底板的剪力滞效应、钢桁腹的应力等基本力学性能.研究表明:荷载作用下全桥的各个截面均存在正应力分布不均匀的现象;桥梁的约束情况对剪力滞的影响较大;除了桥梁跨中个别节点外,其他节点两个钢桁腹杆分别承受压力和拉力.     

单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应研究

由于单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁截面剪力滞效应与混凝土箱梁截面剪力滞效应相比有很大差异,并且波形钢腹板几乎承担了全部剪力,波形钢腹板的剪切模量也需要进行修正。为研究单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应,从波形钢腹板PC组合箱梁的受力特点出发,以满足剪力滞翘曲应力的轴向平衡条件,采用二次、三次抛物线定义了单箱双室、单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁的纵向位移差函数,利用势能驻值原理的能量变分法建立了波形钢腹板PC组合箱梁考虑剪力滞、剪切变形效应的控制微分方程组,并推导出简支梁、悬臂梁、连续梁在集中荷载、均布荷载作用下的解析解。通过解析法和有限元法分别计算了简支梁和悬臂梁的剪力滞效应,并研究了集中荷载和满跨均布荷载作用下的单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞分布规律,结果表明:采用二次抛物线剪力滞翘曲位移函数推导的剪力滞系数更为合理;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁在跨中集中荷载下,波形钢腹板与混凝土顶、底板交界处的剪力滞效应较为突出;随着波形钢腹板PC箱梁室数的增加,剪力滞系数明显减少,且解析解与有限元数值解一致,表明了解析解的正确性,并通过分析给出了相应的剪力滞系数,可以为单箱多室波形钢腹板箱梁的设计计算提供参考依据。     

大跨波形钢腹板连续箱梁桥有效分布宽度研究

波形钢腹板组合箱梁桥与钢筋混凝土箱梁桥一样,箱梁翼板也存在剪力滞效应.为研究大跨度变截面波形钢腹板组合连续箱梁的剪力滞效应,采用ANSYS的APDL参数化建模方法建立了典型的三跨式波形钢腹板组合连续箱梁桥的有限元模型,计算分析了集中(均布)荷载作用下变截面箱梁几何参数(腹板尺寸、宽高比、宽跨比、变截面)对于剪力滞系数的...     

变截面CSW-UHPC组合梁负弯矩区弯曲性能试验研究

为改善常规混凝土波形钢腹板(CSW)组合梁受拉区的受力性能，进一步减小结构重量并推动超高性能混凝土(UHPC)在桥梁工程中的应用，提出一种新型变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构，为研究其基本受力特征，特别是其抗弯与抗裂性能，设计并完成了一片预应力变截面CSW-UHPC组合悬臂箱梁的负弯矩静力模型试验，测试得到试验梁的荷载-应变响应、裂缝开展模式、挠度及破坏荷载等试验结果。依据试验结果对结构的剪力滞效应和钢腹板承剪比进行了研究；并深入研究了CSW-UHPC组合箱梁的抗裂性能和抗弯承载力计算方法；同时，完成了试验梁的非线性有限元分析。结果表明：这种变截面CSW-UHPC组合箱梁表现出良好的受力、变形和抗裂性能；试验梁的悬臂根部截面产生了负剪力滞效应，剪力滞效应越靠近加载点越明显；悬臂端部到根部截面，试验梁腹板承剪比从80.33%逐渐减小至2.15%;试验梁的极限抗弯承载能力和抗裂弯矩的理论值与试验值较为吻合，建议在计算承载力时，k值取为0.1～0.2。研究成果可为变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构的设计与应用提供参考。     

单箱多室波形钢腹板箱梁剪力滞研究

为客观准确地对单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应进行评价,结合单箱多室混凝土箱梁的计算特点,定义了波形钢腹板箱梁的剪滞翘曲位移函数,通过能量变分法建立了单箱双室和单箱三室波形钢腹板箱梁考虑剪力滞效应的基本微分方程。分别采用有限元方法和解析方法分析计算了范例的剪力滞效应,研究了跨中集中荷载和满跨均布载荷作用下截面的剪力滞分布规律,探讨了跨宽比对剪力滞效应的影响。研究表明,该解析解与有限元数值解吻合较好,但在箱梁顶底板与波形钢腹板接合处、外伸悬臂板边缘处有一些差异,需要进行修正。研究给出了相关的剪力滞系数,可以为波形钢腹板箱梁设计时的剪力滞系数取值提供参考。     

波纹腹板开孔对预应力钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

桥梁工程中为了方便工程检修与管线布设,经常在梁腹板上开孔。为研究腹板开孔对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,按照完全抗剪连接设计了2片承受两点对称集中荷载作用的预应力波纹腹板钢-混凝土简支组合梁,其中一片是预应力波纹腹板开孔组合梁,另一片是预应力波纹腹板无孔组合梁;采用ISO834国际标准升温曲线对其进行了恒载升温耐火试验,同时采用有限元软件ABAQUS对其进行了数值研究。研究结果表明:高温下2类预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁均在剪弯区发生剪切屈曲;在截面尺寸和跨度相同条件下,承受相同的绝对荷载时,腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于后者在临界状态下抗弯刚度降低,抗火性能下降;在高温作用下,腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于腹板未开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,预应力拉索的效率更高,下降速率更慢;腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁,在升温后期其滑移曲线发展速率略高于腹板未开孔钢-混凝土组合梁;对于腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,在未出现腹板局部屈曲截面上,腹板分担的剪力可达截面总剪力的78%;开孔截面的总剪力几乎完全由混凝土板承担;临界状态下钢梁腹板正应力略高于常温下的腹板正应力水平。     

基于有限梁段法的波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应分析

为简化并准确分析波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应,基于波形钢腹板组合箱梁能量变分法微分方程,考虑波形钢腹板剪切变形及体外预应力作用,采用有限梁段法推导得到梁段单元的系数矩阵和广义外荷载向量计算公式,求解波形钢腹板组合箱梁任意点的弯曲应力。以某等截面波形钢腹板组合简支试验梁为算例,将跨中截面正应力有限梁段法计算值与试验值、变分法及有限元法计算值进行对比,该方法跨中正应力分布与其它方法结果均吻合较好,顶板有限梁段法正应力峰值与有限元计算值相差仅1.6%,验证了该方法准确度较高。采用该方法分析伊朗德黑兰BR-06L/R特大桥波形钢腹板组合连续箱梁桥在悬臂施工及成桥阶段的剪力滞效应,结果表明：悬臂施工阶段,随着悬臂长度增加固定端剪力滞效应逐渐减弱;成桥阶段,中支点和集中荷载加载点处剪力滞效应非常显著,均布荷载作用下边跨正弯矩区剪力滞系数较大,中支点处的峰值为1.13。     

波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的设计计算分析

针对目前国内跨度最大的波纹钢腹板预应力组合箱梁桥——三道河中桥,对其箱梁主体、波纹钢腹板、剪力连接键及预应力布置等方面的设计及构造细节进行了介绍;并采用ANSYS建立了其空间有限元模型,参照现行的桥梁设计规范对其设计计算过程中的截面受力、波纹钢腹板的受力、剪力连接键的抗剪能力以及主梁变形等关键性问题进行了详细的阐述。计算结果表明,在正常使用极限状态下,混凝土顶底板的应力、波纹钢腹板剪应力及主梁挠度满足要求,且波纹钢腹板不会在其发生剪切屈服之前而发生局部屈曲、整体屈曲或合成屈曲破坏;在承载能力极限状态下,主梁承载能力满足要求;剪力连接键的抗剪能力满足要求且具有较大的安全储备。可为今后波纹钢腹板预应力组合梁桥的设计计算提供参考。     

波形钢腹板预应力混凝土箱梁足尺模型试验研究

根据国内首座波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁公路桥———泼河大桥的箱梁构造尺寸,设计了足尺模型试验梁,对其力学性能进行了试验研究。测试了波形钢腹板及顶板的混凝土纵向应变分布、挠度以及腹板剪力、体外预应力增量等问题。研究结果表明:波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的混凝土顶板和底板主要承担弯矩,波形钢腹板则主要承担剪力,箱梁的计算挠度应考虑钢腹板剪切变形的影响,混凝土顶板存在明显的剪力滞效应,同时得出在荷载作用下体外预应力增量呈线性变化规律,且应力增量很小。     

波纹钢腹板体外预应力箱梁桥的发展与展望

介绍了波纹钢腹板体外预应力箱梁的发展历史、国内外关于波纹钢腹板体外预应力箱梁的研究现状及已经取得的研究成果。分析了波纹钢腹板体外预应力箱梁的结构特点、理论计算方法、与普通预应力混凝土箱梁桥的区别以及在桥梁工程中应用的优势。最后,结合我国实际情况提出这一结构需要进一步研究的问题,包括波纹钢腹板的拼装工艺、与箱梁的剪力连接构造、波纹钢腹板体外预应力箱梁的疲劳性能研究及动力性能研究等等。     

波纹钢腹板与平钢腹板组合T梁桥力学性能对比分析

为研究波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥与平钢腹板-混凝土组合T梁桥力学性能优劣,以某3跨钢-混组合连续T梁桥为背景,采用非线性有限元软件建立2种腹板(平钢腹板和波纹钢腹板)形式的全桥实体模型,分析二者在车辆偏载作用下桥梁的纵向弯曲、横向挠曲、刚性扭转及稳定性能,并进行对比。结果表明:与平钢腹板-混凝土组合T梁桥相比,波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥抗弯刚度可提高10%,桥面板抗裂性可提高约20%,两者剪力滞系数接近;两者纯扭刚度相差不大,整体横向挠曲性能接近;波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥扭转刚度略大,跨中最大转角约为平钢腹板-混凝土组合T梁桥的85%,腹板扭转附加剪应力不到平钢腹板-混凝土组合T梁桥的一半;波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥的前5阶屈曲因子是平钢腹板-混凝土组合T梁桥的5~8倍,线弹性稳定性极大,且腹板无需额外设置加劲肋,经济优势较大。     

变截面波形钢腹板PC梁桥的设计与计算分析

结合一座实际工程的大跨波形钢腹板组合连续梁桥,阐述其箱梁截面结构设计、混凝土与波形钢腹板之间的剪力连接件、以及布束体系等,之后采用Midas建立了主梁的空间杆系有限元模型,对其混凝土顶、底板应力及抗弯承载力进行了验算,并对波形钢腹板剪应力及剪力连接件剪切承载力单独进行了验算,结果表明:混凝土顶板和底板的抗裂性能满足要求;波形钢腹板强度足够,不会出现剪切破坏和屈曲失稳;剪力连接件设计合理、抗剪能力满足要求。可为类似大跨波形钢腹板PC箱梁提供参考。     

波形钢腹板多室箱梁部分斜拉桥剪力滞效应分析

为了解波形钢腹板多室箱梁部分斜拉桥剪力滞效应对结构受力的影响,以某(58+118+188+108) m单箱四室波形钢腹板部分斜拉桥为背景,采用有限元法建立空间有限元模型,在跨中偏载和对称荷载作用下,计算主跨箱梁有索段和无索段顶底板混凝土正应力,分析各截面的剪力滞分布规律。结果表明:箱梁跨中截面混凝土顶板、底板正应力分布极不均匀,具有明显的剪力滞效应,箱梁混凝土顶板、底板剪力滞系数随距集中荷载作用点距离的增大急剧减小,截面顶板剪力滞效应均比底板大;箱梁顶底板均呈现正剪力滞效应,混凝土横隔板可以改善箱梁截面正应力分布,减弱剪力滞效应;顶底板剪力滞系数在无索段范围内急剧减小,有索段内急剧增大,车辆活载只在局部范围内引起较大的剪力滞效应,设计中应考虑此效应引起的不均匀应力。     

腹板形式对箱形梁桥体外预应力效率及经济性影响的研究

为对比混凝土腹板、平钢腹板及波纹钢腹板3种腹板形式对箱形梁桥体外预应力效率及经济性的影响,通过卡式定理推导验证了波纹钢腹板箱梁桥纵向刚度小于混凝土腹板箱梁桥及平钢腹板箱梁桥。基于推导结果,在预应力作用下,波纹钢腹板预应力效率应高于其他两种腹板形式箱梁桥。该文设计了3座配束相同、腹板形式不同的简支箱梁桥,利用有限元软件Ansys分别建立了有限元模型,计算了沿梁纵向1/4、1/2及3/4共3个截面的预应力效率。结果表明:波纹钢腹板预应力效率最高。通过比较3种腹板箱梁桥的初始费用及寿命周期成本现值,波纹钢腹板箱梁桥的寿命周期成本现值最低,经济性最优。     

波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应

该文论述了采用空间有限元法分析波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应。在分析中考虑了集中力和均布力两种最典型的荷载工况。分析得到的结果与等代腹板的混凝土箱梁剪力滞效应进行比较,比较结果表明两者剪力滞变化规律相同,只是波形钢腹板组合箱梁的剪力滞系数略大。最后,根据分析结果得出一些有参考价值的结论。     

波纹钢腹板组合结构抗剪连接件疲劳分析

波纹钢腹板预应力组合箱梁是一种新型的桥梁结构形式,由混凝土顶底板、体外预应力束和波纹钢腹板构成,是对传统的混凝土桥梁的一种改进。波纹钢腹板组合箱梁桥的疲劳,尤其是连接件的疲劳是设计时必须考虑的重要问题。文中基于某波纹钢腹板预应力连续刚构桥,采用BS5400的疲劳设计方法分别建立整体模型和局部模型分析了剪力件的应力历程,对该桥剪力连接件焊缝进行疲劳验算,介绍了疲劳分析的基本方法,证明了该桥剪力连接件在设计基准期内不会发生疲劳破坏。     

运宝黄河大桥箱梁腹板抗剪性能研究

为研究单箱五室波形钢腹板部分斜拉桥腹板的抗剪性能,以即将竣工验收的运宝黄河大桥为工程背景,利用Midas FEA软件建立该桥固结区域局部有限元模型,计算腹板的剪力分配与箱梁截面的剪力滞效应,考查混凝土内衬对波形钢腹板剪应力的影响。结果表明:同一截面中外侧钢腹板承担剪力的比重高于内侧,而混凝土腹板剪力分配比重明显高于钢腹板;随着远离墩梁固结区域,同一截面内混凝土腹板处的顶板正应力减小,钢腹板处的顶板正应力增大,底板的正应力均有所减小;混凝土内衬有效地降低了钢腹板剪应力,提高了钢腹板的抗屈曲性能。     

考虑剪切剪滞双重效应波形钢腹板组合箱梁的矩阵分析

为了更精确地研究考虑剪切剪滞双重效应波形钢腹板组合箱梁的力学性能,首先运用有限元分析方法,在综合考虑剪力滞与剪切变形双重效应影响的基础上,通过能量变分原理导出了波形钢腹板组合箱梁的控制微分方程并给出了解析解;之后在该解析解的基础上进一步推导了单元刚度矩阵及结点荷载列阵,还根据相关方程编制了FORTRAN有限元程序;最后将室内模型试验梁对波形钢腹板简支梁和连续梁的实测结果与所提理论的计算结果、ANSYS实体单元模型的计算结果进行对比分析。结果表明:所提理论和模型试验、有限元模拟3种方法所得剪力滞系数和挠度值吻合良好,且理论计算值与模型试验实测值所得跨中剪力滞系数、挠度值更接近;简支梁在承受集中荷载作用比承受均布荷载作用同一截面处的剪力滞效应影响大,连续梁在承受集中载荷作用时,在支座附近处截面的剪力滞效应的影响比跨中要大,并在靠近弯矩零点的一部分区域内表现出负剪力滞现象;波形钢腹板简支梁、连续梁的剪力滞系数随跨宽比的增大而呈曲线减小。研究成果可将波形钢腹板考虑双重效应的复杂计算问题,方便地纳入普通杆系结构矩阵位移结构体系中,可直接得到用于结构设计的剪力、弯矩,从而避免建立复杂的ANSYS有限元模型。     

大跨波形钢腹板组合箱梁桥悬臂施工力学分析

基于某13跨波形钢腹板连续梁桥,采用实际监测法和有限元数值模拟法,研究了波形钢腹板组合箱梁桥悬臂浇筑施工过程中温度效应和应力状态两个关键力学问题。研究结果表明,波形钢腹板组合箱梁桥悬臂施工过程中,大气温度变化可以引起梁体产生不可忽略的位移。施工过程中混凝土顶、底板由于剪力滞效应影响,纵向正应力呈现不均匀分布,而腹板剪应力分布均匀,且基本不受预应力施加的影响。     

单箱双室波形钢腹板pc组合箱梁桥偏载系数研究

基于南昌市朝阳大桥非通航孔段K26~K29的波形钢腹板PC箱梁桥,采用ansys软件建立三跨连续单箱双室波形钢腹板箱梁静力模型,通过比较模型桥试验、有限元方法和理论公式的分析结果,研究了偏载系数随着加载位置和加载力大小的变化规律。结果表明:加载截面附近内衬混凝土、横隔板、预应力钢束的存在,一定程度上加强了截面的刚度,致使截面挠度有所降低;经验系数法和经修正后的偏压系数法都不适用于单箱多室波纹钢腹板pc组合箱梁桥的偏载系数计算分析;对于该类单箱多室波纹钢腹板pc组合箱梁桥,有限元法得出的偏载系数与实测值较吻合,可作为以后工程设计参考。