波纹钢腹板剪切屈曲分析中初始缺陷的模拟和影响程度分析

通过非线性有限元方法分析波纹钢腹板剪切屈曲极限荷载和屈曲模态,采用一致缺陷模态法模拟波形尺寸缺陷,钢板厚度缺陷则通过钢板厚度分布函数对单元厚度的修正来引入。分析结果表明过大的波形尺寸缺陷会降低波纹钢腹板的剪切屈曲极限荷载,而波纹钢腹板对因钢板厚度缺陷而引起的过早屈曲要大大优于平钢腹板,微小的厚度缺陷对波纹钢腹板的剪切屈曲极限荷载影响很小。     

波纹钢腹板组合箱梁的抗剪受力性能

以某跨径为40 m的波纹钢腹板预应力组合梁桥为原型,根据相似理论设计制作了缩尺模型试验梁。通过测试模型梁在静力荷载作用下的挠度和应变,研究了该桥型的抗剪受力性能。采用有限元方法研究了波纹钢腹板的整体尺寸、波纹板厚度、波折角度、波纹板高度和平板宽度等对波纹钢腹板构件非线性剪切屈曲性能的影响。另外,对Hamilton所做的波纹钢腹板剪切屈曲试验结果进行了回归分析,给出了波纹钢腹板局部屈曲强度的半经验半理论计算公式。结果表明:混凝土顶板和底板承担了大部分弯矩,波纹钢腹板主要承担剪力,且剪力沿波纹板高度方向均匀分布。     

折线形腹板工字钢梁试验研究

为研究一种新型波纹腹板钢梁——折线形腹板钢梁在静力荷载作用下的抗剪屈曲性能,完成了折线形腹板钢梁及在梁长四分点设置或不设置加劲肋的平腹板钢梁在跨中集中荷载作用下的静力试验,对其受力性能进行了分析,着重探讨了折线形钢腹板的屈曲性能、屈曲形式和屈曲后强度。试验研究表明,折线形钢腹板的相邻板件互为支承,弯折处很好地起到了加劲肋的作用,从而使折线形钢腹板的抗剪屈曲能力较一般的平直腹板有很大的提高。用折线形腹板钢梁来代替传统的平腹板钢梁可以使钢梁腹板的厚度减小,可以不设或少设间隔加劲肋,有明显的经济效益,值得进一步研究和推广。     

波纹钢腹板剪切屈曲影响因素分析

采用考虑剪切变形的8节点曲壳单元离散波纹钢腹板,并用有限元方法进行非线性剪切屈曲分析。分析中采用一致缺陷模态法和引入钢板厚度缺陷分布函数的方法进行波形尺寸缺陷和钢板厚度缺陷的模拟。在此基础上研究了波纹形状、腹板整体外形尺寸和钢腹板厚度等因素对波纹钢腹板剪切屈曲极限荷载和屈曲模态的影响。     

波纹腹板H形钢梁承载力的参数化分析

采用ANSYS有限元软件对波纹腹板H形钢梁进行参数化分析,通过对比不同腹板厚度、波纹板宽、波纹倾角和材料强度对钢腹板承载能力和失稳的影响,为设计和下一步研究提供参考。     

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。     

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。     

波纹钢腹板剪切屈曲性能的参数研究

波纹钢腹板梁与采用平面腹板的传统钢板梁相比，在用钢量相同的情况下，具有更大的抗剪屈曲能力。目前的一些标准和规范，如欧洲规范，给出了确定波纹腹板梁抗剪屈曲承载力的设计方法。本研究利用ANSYS软件进行非线性有限元分析，对波纹腹板的抗剪屈曲能力开展了参数研究，并验证了欧洲规范计算公式的准确性。结果表明，波纹腹板的抗剪屈曲能力随着腹板厚度、腹板高度、波纹角度、波纹深度和沿梁跨波纹数的增加而增加，随着波纹宽度的增加而降低；欧洲规范公式的精度对于梯形波纹腹板是合适的，但对于使用三角形或矩形波纹腹板的梁，则必须加以修正。     

纯弯作用下波形钢腹板Ⅰ型钢梁的弹性弯扭屈曲分析

以开口截面薄壁杆件的约束扭转理论为基础,推导出波形钢腹板Ⅰ型钢梁约束扭转时扭转中心的精确位置,并求得以扭转中心为极点的主扇性惯性矩,在此基础上求得波形钢腹板Ⅰ型钢梁的弹性弯扭屈曲临界荷载的计算公式.使用所得的计算公式对5片波形钢腹板Ⅰ型钢梁进行弹性弯扭屈曲临界荷载的计算,计算结果与ANSYS有限元结果吻合良好,验证了所得公式的正确性.最后,分析了波形钢腹板Ⅰ型钢梁波形的形状对其弹性弯扭屈曲临界荷载的影响.     

正弦波形波纹腹板工字型钢板梁的抗剪强度

为研究正弦波形波纹腹板工字型钢板梁的抗剪性能,采用ABAQUS非线性有限元程序,借助于线弹性特征值屈曲分析以及弹塑性剪切屈曲分析(考虑腹板初始缺陷的影响),将典型正弦波形波纹腹板钢板梁的抗剪强度与梯形波纹腹板钢板梁做了对比,并分析了影响正弦波形波纹腹板钢板梁抗剪强度的关键因素.数值分析结果表明,在波长与波幅不变的情形下,正弦波形的抗剪承载力低于梯形形式,在设计中应予以注意;若通过减小波长保证材料用量不变,正弦波形的抗剪承载力与梯形形式相同;正弦波形波纹钢腹板钢板梁的剪切屈曲临界应力随着腹板厚度的增加或波长的减小而显著增大,而腹板高度与波幅均没有显著影响正弦波形波纹钢腹板的剪切屈曲临界应力对初始缺陷的敏感程度.     

波纹钢腹板混凝土箱梁动力特性研究

采用sap2000建立了波纹钢腹板混凝土箱梁的空间有限元模型,并通过与波纹钢腹板混凝土试验箱梁实测值的对比验证了有限元模型的适用性,进而分析了波纹钢腹板结构参数对梁动力特性的影响规律。分析结果表明,波纹钢腹板厚的增大能在一定程度上提高箱梁的振动频率,尤其是扭转振动频率;波纹钢腹板折叠角变大时,其对竖向振动频率和横向振动频率影响较小,但能较大地提高扭转振动频率;波纹钢腹板水平面板宽度的变化使波纹钢腹板箱梁的竖向振动频率、扭转振动频率、横向振动频率都是先增加后减小,因此存在最优板宽范围,但不宜过大。     

钢混组合梁力学性能的研究

由于钢混组合梁形式较多,选取波纹钢腹板与平钢腹板组合槽形梁为研究对象，对两种形式的组合梁进行力学性能对比分析；以某试验梁为依托，建立平钢腹板和波纹钢腹板2种腹板形式的实体有限元模型并对其进行破坏加载，比较两者的截面应变分布、荷载-位移曲线、刚度，并对钢腹板全过程力学行为进行分析。结果表明：波形钢腹板对强度的影响并不明显，但平钢腹板极易出现屈曲破坏状态；波纹钢腹板混凝土槽形组合梁、平钢腹板混凝土槽形组合梁荷载-位移曲线总体上均具有显著的弹性阶段、弹塑性阶段、弱化阶段；平钢腹板组合梁在弹塑性阶段位移增长较快，弱化阶段强度下降速率较快；加载过程中，刚度、Mises应力均小于波形钢腹板。     

波纹钢腹板组合箱梁桥应力集中系数分析

为进一步深化现有波纹钢腹板组合箱梁桥应力集中效应研究理论,优化现有工程设计,以某波纹钢腹板组合箱梁桥为工程背景建立节段空间有限元模型,分别对腹板与顶底板倾角、波纹钢腹板尺寸参数等进行分析。通过多组设计参数,研究应力集中变化情况,找出不同设计参数对应力集中的影响规律,并进行相应的敏感性分析。     

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。     

新型波形钢腹板的参数设计研究

本文介绍了确定波形钢腹板几何尺寸需考虑的因素,并以常用的3种波形钢腹板的几何尺寸为基础,通过局部屈曲和整体屈曲的控制条件,初步拟定新型波形钢腹板的几何尺寸。通过有限元软件,对波形钢腹板进行特征值屈曲分析,研究腹板高度及厚度对3种新型波形钢腹板剪切屈曲强度的影响,最终得到新型波形钢腹板的几何尺寸的取值范围。     

波纹钢腹板混凝土箱梁的扭转振动分析

在分析箱梁扭转振动的基础上,根据波纹钢腹板混凝土箱梁的特点,推导了波纹钢腹板混凝土箱梁扭转振动的理论计算方法,并考虑了横隔板对扭转振动的影响。制作了波纹钢腹板混凝土箱梁模型,对其进行了动力试验和详细的空间有限元分析,并采用所推导的理论计算方法进行了计算。对理论分析结果、有限元数值计算结果以及动力试验结果的对比表明:推导的理论计算方法具有较高的精度;在波纹钢腹板混凝土箱梁跨内合理设置横隔板能够有效提高箱梁的抗扭刚度,改善其动力性能。     

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。     

预应力混凝土波纹钢腹板组合箱梁受力性能研究

该文概述了预应力混凝土波纹钢腹板组合箱梁在国内外的发展与应用情况,采用有限元分析方法,对跨径、材料、预应力钢束以及顶底板尺寸均相同的波纹钢腹板组合箱梁和平板钢腹板组合箱梁的受弯性能、抗剪性能、抗扭性能以及剪力滞效应进行了分析;比较了两种模型在不同荷载作用下跨中截面、四分点截面上的变形与内力分布;并对两种预应力混凝土组合箱梁的动力特性进行对比。研究成果表明:与平板钢腹板组合箱梁相比,预应力混凝土波纹钢腹板组合箱梁的腹板纵向刚度很小,横向挠曲刚度较高;波纹钢腹板组合箱梁跨中剪力滞效应较为显著,整体刚度较小。     

波形钢腹板预弯组合梁承载性能影响因素分析

通过缩尺模型试验,研究对称荷载作用下预弯组合梁的承载性能与破坏模式;采用有限元软件ABAQUS建立弹塑性有限元模型,分析预弯钢梁高度、翼缘板宽度、腹板厚度、腹板波高等波形腹板钢梁主要构造参数对预弯组合梁结构承载性能的影响。结果表明,弹塑性损伤模型可较好地模拟波形钢腹板预弯组合梁的结构响应与极限承载力;预弯组合梁极限承载能力基本随预弯钢梁高度和翼缘板宽度的增加而线性增加,但受腹板厚度与波高影响较小;预压阶段钢梁稳定性受钢梁翼缘板宽度影响显著,且失稳荷载随翼缘板宽度增加而显著线性增加。     

桩土共同作用对波纹钢腹板组合结构桥梁地震反应影响分析

桩土共同作用对桥梁地震反应的影响很大,本文以某座单箱单室三跨波纹钢腹板组合结构桥梁为例,采用有限元软件Midas Civil建立了考虑桩土共同作用的波纹钢腹板组合结构桥梁有限元模型。为分析桩土共同作用对波纹钢腹板组合结构桥梁地震反应的影响规律,本文计算与对比了考虑与不考虑桩土共同作用下的结构动力响应,为未来类似桥梁的抗震设计提供参考。