施工过程对箱梁剪力滞效应影响分析

针对目前箱梁剪力滞理论和分析方法所涉及的对象仅限于支承形式简单、结构体系确定的箱梁结构,基于考虑剪力滞自由度的有限元方法,提出可以同时考虑施工动态过程、结构体系转换和混凝土收缩徐变的混凝土箱梁剪力滞效应有限元分析方法.该方法将结构及施工过程划分为与实际对应的若干时间间隔,用动态的结构有限元仿真程序自动完成桥梁施工动态过程仿真分析.以某两端固定箱梁和某两跨连续箱梁为例进行考虑施工过程和混凝土收缩徐变的箱梁剪力滞效应分析.结果表明:该方法简单、可靠;施工方法和徐变对混凝土箱梁剪力滞效应的影响明显,施工方法不同,超静定箱梁在各施工阶段的剪力滞系数明显不同,箱梁同一截面在不同施工阶段的剪力滞系数也明显不同.     

桥面板徐变效应对组合箱梁桥剪力钉力学行为的影响

钢—混组合梁桥中桥面板通过剪力钉连接。以某三跨一联钢—混组合连续箱梁直桥为例,使用ANSYS建立全桥精细化实体模型,模拟桥梁的分阶段施工,对比了预制桥面板与现浇桥面板徐变效应下剪力钉内力,并分析了预制桥面板存放时间对其的影响及其在成桥10年间的时间历程。研究表明,桥面板采用现浇施工时,剪力钉横桥向徐变内力较采用预制桥面板时有不同程度的增大,在每跨支点区域增量可达其徐变内力值的25%～30%,而跨中区域增幅较小;桥面现浇对剪力钉顺桥向徐变内力有一定的“卸载”作用,全桥剪力钉顺桥向徐变内力均减小并且在两侧支点处减幅最大,可达25%,而跨中区域剪力钉减幅不明显。若采取预制桥面板,可通过延长预制混凝土板龄期来减小成桥阶段剪力钉的徐变内力,但这种方法对早期混凝土较为有效,经综合比较认为预制存放龄期为180 d较为合理。混凝土徐变速率在成桥初期较大,而后逐渐降低,成桥前2年桥面板徐变可完成80%～90%;作为累计内力的剪力钉徐变内力,在成桥前2年可达总徐变内力的90.2%,而后由于混凝土徐变速率缓慢,剪力钉内力变化不大。     

考虑施工过程的钢箱—混凝土组合梁桥的徐变效应分析

采用ANSYS建立3×50 m的桥梁实体有限元模型，并基于按龄期调整的有效模量法和有限元增量法，使用徐变准则进行徐变等效计算，在考虑施工过程后研究预制板加载龄期为90 d的钢混组合梁桥的徐变效应，并对比预制和现浇两种不同施工方法的桥梁徐变效应。研究结果表明，桥面板中支点负弯矩区徐变应力储备是边支点的7.8倍；跨中徐变应力纵向分布为边跨>中跨，而横向呈现“两边大，中间小”的规律；支点截面呈现明显的正剪力滞现象，且外侧腹板处徐变应力为内侧腹板处的3.5倍。同时，相较于整体现浇桥面板，预制桥面板的边跨正弯矩区徐变应力显著减小，采用龄期180 d的预制板时应力减少了45%;预制比现浇桥面板的剪力滞现象更明显，支点截面龄期180 d的预制板腹板应力为现浇的4.3倍。     

大跨径波形钢腹板连续梁桥非对称悬臂施工应力及屈曲分析

大跨径波形钢腹板连续梁桥为了减少悬臂施工阶段及运营阶段墩顶箱梁承受的剪力及负弯矩,在设计时通常将跨中一定范围内的箱梁混凝土底板替换为钢底板来减小中跨结构重量,而边跨相对应节段采用满堂支架施工,这种非对称悬臂施工会使桥梁边跨及中跨混凝土应力分布出现较大差异。通过对某三跨波形钢腹板连续梁桥在非对称悬臂施工过程中混凝土应力分布特性及屈曲分析特征值进行分析并得出一些结论,为后续研究提供参考。     

钢-混组合连续箱梁施工预拱度设置影响因素研究

为确定合理的临时支撑间距与拆除时机、负弯矩区剪力连接件类型及是否设置桥面板预留槽等,以便于钢-混组合连续梁桥设置合理的预拱度,以某(40+75+75+40)m钢-混组合连续梁桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析相关设计与施工因素对预拱度设置的影响规律。结果表明:钢梁拼装时应采用临时密支撑,并在正弯矩区桥面板混凝土浇筑后再拆除临时支撑;负弯矩区应采用抗拔不抗剪连接件,桥面板正、负弯矩交界区域应设置桥面板预留槽;仅边跨设置向上的混凝土收缩徐变预拱度值,而中跨不需设向下的混凝土收缩徐变预挠度值。该桥边、中跨跨中钢梁制造预拱度分别为17.7mm和161.9mm,施工时考虑了10mm的弹性变形预抬值。成桥时组合梁线形误差在±10mm内,满足设计要求。     

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。     

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。     

高墩大跨弯桥剪力滞特性分析

以3跨变截面箱梁弯连续刚构桥为研究对象,分别采用平面有限元和空间有限元方法计算了自重作用下控制截面的剪力滞系数,并对剪力滞效应进行了分析,主要对弯曲半径、宽跨比、梁高比、墩高、施工阶段等因素对变截面箱梁剪力滞效应的影响进行了分析了.结果表明,自重荷载作用下,弯桥半径对剪力滞系数影响较大,沿纵桥向变化非常明显,但任一截面中心点的变化不大;边跨支座断面的截面应力分布最不均匀;跨径不变,随着曲率半径的减小,剪力滞系数越大,应力的不均匀分布也加剧变化;梁高比越大,剪力滞系数越大;墩越矮剪力滞系数越小,高墩时,墩高的变化不会影响剪力滞系数的分布.在悬臂施工阶段中,悬臂端截面的应力剪滞系数随着施工悬臂长度的增加而减小.     

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。     

连续钢板组合梁力学性能研究

为了解连续钢板组合梁力学性能特点,并改善其负弯矩区易开裂的状况,以长沙至益阳段高速公路扩容工程4×30m连续钢板组合梁桥为背景,采用ANSYS软件建立组合梁有限元模型,分析组合梁结构施工过程及成桥阶段的应力分布,研究支点负弯矩区桥面板裂缝控制措施。结果表明,施工阶段简支状态下,连续钢板组合梁混凝土桥面板基本处于受压状态,钢梁跨中最大Von Mises应力约为70.5MPa,翼缘焊钉顺桥向剪力从跨中向两侧支点逐渐增加,最大值12kN;汽车活载作用下,墩顶处混凝土桥面板顺桥向最大拉应力为2.9MPa,钢梁最大Von Mises应力约为64.6 MPa,焊钉顺桥向剪力峰值约为22kN。采用调整施工顺序、墩顶区现浇微膨胀纤维混凝土、加强负弯矩区纵筋配置等措施有效调整了结构应力分布,减小负弯矩区的裂缝宽度。     

混凝土松弛系数的实用计算

结构中的混凝土应力和应变都在随着时间而改变,在众多的徐变时间本构方程中,代数本构是最强有利的工具,其精度和关键取决于松弛系数。松弛系数是与时间相关的变量,有工程意义的是松弛系数终值,用计算图来表示它,精度高,使用方便。基于我国公路混凝土桥涵规范的徐变系数模型,按照徐变增量求和本构方程,采用逐步积分的数值方法,对影响松弛系数终值的主要因素进行了参数分析,包括弹性模量、加载龄期、有效厚度、环境湿度和混凝土抗压强度。精细考虑混凝土弹性模量随时间的变量模型,对结果影响不大,故可用28 d弹性模量的常量模型。加载龄期和有效厚度是影响松弛系数终值的两个主要因素,加载龄期越早松弛系数越小,有效厚度越小松弛系数越大。由此给出了松弛系数终值的计算图。应用该计算图,按照代数方法推导了两跨整浇连续梁的徐变次弯矩计算公式,对预制梁现场连接的连续梁采用一个重分布系数来修正徐变次弯矩计算公式。结果表明:若采用Trost提出的定值0.8的松弛系数,对加载龄期早情况的结果偏差大;徐变对整浇连续梁的支座负弯矩没有影响,但对通常的体系转换连续梁影响大,如对预制梁现场连接连续梁产生较大的支座负弯矩,忽略徐变这一与时间有关的因素可能造成安全隐患。     

影响连续梁桥混凝土收缩效应的参数敏感性分析

本文阐述了变截面PC连续箱梁桥混凝土收缩效应的理论及有限元仿真研究,为研究收缩效应对PC梁桥施工及运行阶段中的成桥线形和截面内力响应的影响,以某三跨变截面PC连续箱梁桥为例,基于3D仿真模型分析环境湿度、加荷龄期、桥梁运行时间影响连续梁混凝土收缩效应的参数如进行连续梁桥内力分布及位移响应的敏感性分析。结果表明:混凝土连续梁收缩效应随环境相对湿度和桥梁运行周期的增大而增大,随着加荷龄期的推迟而减小,基于变截面PC箱梁竖向位移和截面内力响应的参数敏感性分析,提出了施工过程中减少混凝土收缩效应的建议。     

钢-混凝土组合连续梁力学性能分析

通过对采用分块预制桥道板的钢-混凝土组合连续梁的力学性能分析,得出不同剪力键布置形式对组合连续梁竖向位移、钢与混凝土间相对滑移及对钢梁应力的影响,以及两种不同施工方式对组合连续梁中钢梁应力、竖向位移及桥道板应力的影响。分析结果表明剪力键数量、布置间距及剪力键刚度是影响钢-混凝土组合梁的力学性能的重要因素,同时还表明:分区段安装预制桥道板比一次落架安装桥道板效果好,尤其是对负弯矩区桥道板,分区段安装可以减小负弯矩区段桥道板的受力,控制和预防早期施工阶段中负弯矩区段混凝土裂缝的产生。     

河口大桥施工过程剪力滞效应研究

兰州河口大桥为主跨360m的双塔双索面组合梁斜拉桥,主梁采用П形工字钢-混凝土组合梁,采用悬臂拼装法施工。为研究后续施工(施工步骤增加)对当前截面以及当前截面施工工况变化对已完成梁段剪力滞效应影响的规律,基于能量变分法及矩阵分析法,建立П形钢-混凝土组合梁斜拉桥截面任意位置剪力滞效应分析的有限梁段公式及剪力滞系数计算公式,并通过施工现场实桥试验对该桥施工过程中的剪力滞效应进行分析。结果表明:随着施工步骤的增加,截面应力分布更加均匀,剪力滞系数趋于平稳;施工步骤变化对腹板和翼板交界处剪力滞系数的影响较翼板中点处剪力滞系数大,腹板和翼板交界附近的剪力滞现象更加严重;施工工况变化对剪力滞的影响明显,同一截面不同工况剪力滞系数明显不同,甚至剪力滞特征(正、负剪力滞效应)也可能不同。     

多跨长联预应力混凝土连续箱梁桥合龙方案分析

以一座14跨悬臂浇筑施工的多跨长联预应力混凝土连续箱梁桥为背景,计算出该桥按常规的4种合龙方案合龙,成桥时各跨跨中截面底板压应力,得出多跨长联桥按照不同的合龙方案合龙,成桥时内力差别很大,其中预加力次弯矩起了很大的作用,所以若单从受力方面考虑,可以从预加力次弯矩的均匀性、大小来判断某种合龙方案的优劣.归纳多跨长联桥各种合龙方案的优缺点及其施工时需注意的一些事项.比较多跨长联桥按常规的4种合龙方案合龙,合龙束引起的次弯矩、混凝土收缩徐变次弯矩大小,且对预加力次弯矩、混凝土收缩徐变次弯矩进行了分析,可为类似工程提供有价值的技术资料.     

简支变连续桥负弯矩区长期性能研究

简支变连续梁桥同时具有简支梁和连续梁的特点,墩顶负弯矩区受力状态是该类桥梁要点,负弯矩区的配筋形式、有效应力、收缩徐变等参数均会对弯矩区长期性能产生影响。以某4跨40 m简支变连续T梁桥为背景,利采用MIDAS/civil软件建立全桥分析模型,讨论负弯矩区不同配筋形式、不同收缩徐变模式的影响。分析表明:不同的收缩徐变模式会产生不同的结果,收缩徐变产生的长期效应会较大影响负弯矩的应力分布,合理的配筋可有效限制简支变连续桥梁负弯矩区拉应力,设计阶段应合理设计墩顶负弯矩钢束,使其既能限制截面上缘拉应力又经济合理。     

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。     

超宽预应力混凝土箱梁斜拉桥压重试验研究

为了弄清超宽预应力混凝土箱梁斜拉桥在活载作用下的剪力滞效应、偏载效应等复杂结构行为,通过主梁压重试验及有限元仿真分析进行了对比研究。结果表明,正载工况负弯矩截面顶底板纵向应力较为均匀,正弯矩截面表现出正剪力滞效应,顶板剪力滞系数为1.6,底板剪力滞系数为1.2;偏载工况大部分测点的偏载系数为0.5~1.0,大部分测点的应力小于正载工况。     

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。     

连续组合曲线箱梁桥焊钉受力特性分析

为了得到连续组合曲线箱梁桥中焊钉的受力特性,结合某三跨连续梁桥工程实例,用空间有限元模型详细计算了不同荷载形式下箱形组合曲梁的受力,得到剪力钉在组合梁中的剪力分布。在恒载作用下,剪力钉切向剪力在弯矩图反弯点附近大,其他位置小,而法向剪力则在支座处同时出现极值,且内、外侧顶板剪力钉在支座处的剪力方向相反;在车辆横向偏载作用下,偏外侧荷载作用下内外侧顶板剪力钉的剪力差明显大于偏内侧荷载;混凝土收缩效应使得剪力钉在全桥两端的剪力远大于其他部位;混凝土徐变效应所产生的剪力钉切向剪力与均布恒载方向相反;随着断率半径的增加而增加,外侧和内侧顶板剪力钉承受的剪力不均匀程度增加。