基于能量法的波形钢腹板箱梁挠度计算

文章基于能量变分原理,通过在纵向位移函数中引入翘曲变形函数以及剪切转角来分别考虑箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切变形的影响,提出一种波形钢腹板箱梁挠度计算的解析方法;分别针对简支梁作用均布荷载和集中荷载两种工况,推导挠度计算公式,通过与有限元方法的比较验证该方法的准确性,并进行箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切变形的挠度贡献分析。     

波形钢腹板组合箱梁自振特性与试验研究

为了精确计算波形钢腹板组合箱梁的振动频率,根据能量变分原理,推导了振动频率公式,得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解。对一试验波形钢腹板组合箱梁进行了动力测试,得到了实际自振频率,并与简单梁理论、本文理论公式与三维有限元模型的计算频率进行对比。结果表明:剪力滞效应及剪切变形对波形钢腹板组合箱梁的振动频率影响较大,考虑剪力滞及剪切变形影响后的波形钢腹板组合箱梁的振动频率有所降低,且降低程度随着计算频率阶次的增加而迅速增加,因而在波形钢腹板组合箱梁振动频率的计算中须计其影响。     

波形钢腹板PC组合箱梁桥的挠度计算与分析

为研究箱梁剪力滞效应和钢腹板剪切变形对波形钢腹板PC箱梁桥挠度的影响,基于能量变分法对该桥型的挠度计算进行了分析.首先,从箱梁翼板的面内剪切变形和弯曲剪力流的分布规律出发,在理论上推得可同时考虑箱梁剪力滞效应和钢腹板剪切变形的纵向位移函数;其次,以所得的纵向位移函数为基础,运用能量法推导出该桥型的挠度计算公式,并用模型试验及有限元法对公式的正确性进行了验证;最后,分析在箱梁宽跨比和钢腹板高度变化时,在不同荷载类型作用下,箱梁剪力滞效应和腹板剪切变形分别对波形钢腹板PC简支和连续箱梁桥挠度的影响.研究结果表明:当宽跨比为0.108~0.650时,在集中荷载作用下,剪力滞效应和钢腹板剪切变形对波形钢腹板PC连续箱梁桥的挠度影响较大,不可忽略;当宽跨比为0.108~0.650时,在均布荷载作用下,波形钢腹板PC简支和连续箱梁桥仅需考虑波形钢腹板剪切变形对其挠度的影响,只有在特定的宽跨比和特定的波形钢腹板截面高度下,才需要考虑剪力滞效应对其挠度的影响.      

基于等效截面法的蝶形腹板箱梁剪力滞效应研究

根据等效截面原理对箱梁空腹处截面进行等效处理,考虑其横截面轴力平衡关系,建立了腹板剪切变形下的翘曲位移函数,并推导出结构平衡状态下的剪力滞效应微分方程。结合模型试验、ABAQUS有限元模型以及相关文献值,对比分析了蝶形腹板箱梁(简支)在集中荷载及均布荷载作用下的纵向应力分布规律,并得到全梁段剪力滞系数三维分布模型。结果表明：竖向荷载作用下,蝶形腹板箱梁纵向应力呈正剪力滞效应状态分布,且箱梁支点截面和跨中截面的腹板接缝处剪力滞效应较大;集中、均布荷载作用下,研究结果与试验值、有限元值均较为吻合;与文献值相比,两者相对误差(绝对值)在2.00%～2.44%。     

波形钢腹板箱梁剪力滞效应的变分法求解

变分原理通常适用于箱形截面梁剪力滞效应弹性分析.基于波形钢腹板组合箱梁在弯曲荷载作用下的"拟平截面假定",运用变分原理推导了波形钢腹板箱梁在集中荷载作用下翼板的正应力和剪力滞系数计算公式,并与有限元分析结果进行了对比.分析结果表明:变分法算得的翼板正应力和剪力滞系数和有限元法结果吻合,该法可为今后波形钢腹板组合梁桥的设计计算提供参考.     

波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应的变分解法

为分析波形钢腹板PC组合箱梁的剪滞剪切变形效应,提出选取广义位移φ(x)、w′(x)、u_1(x)、u_2(x)、u_3(x)作为5个独立的变量,采用反映底板、顶板和悬臂板不同宽度的剪滞变化幅度的多次抛物线作为纵向翘曲位移差函数,运用能量变分原理导出了基于多广义位移的基本微分方程及相应的边界条件,并得到相应的解析解.通过有限元法和模型试验验证了本文方法的正确性,得到的公式比以往剪力滞理论更具有一般性,为波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应的分析提供有效手段和方法.     

基于Reddy理论的新型波形钢腹板组合箱梁挠度计算

为准确计算新型波形钢腹板（CSW）组合箱梁的挠度,基于Reddy高阶剪切变形理论,考虑钢-混接触面滑移变形和全截面高阶剪切变形效应,以形函数作为单元内高度变化的插值函数,利用最小势能原理推出新型CSW组合箱梁等参有限元行列式;以一根8.0 m新型波形钢腹板简支组合箱型试验梁为例,基于本文理论编制了相应的计算程序,计算了集中、均布荷载作用下该梁的竖向挠度,并通过模型试验和有限元模拟验证了本文解析计算方法的可靠性;最后分析了剪力键剪切刚度、波形腹板型号、子梁高度比、跨高比等参数对新型CSW组合箱梁挠度的影响程度. 研究结果表明:考虑新型CSW组合箱梁全截面剪切变形效应后的挠度值较初等梁理论值增大约10%,较Timoshenko理论值增大约1.87%. 全截面剪切变形效应对挠度贡献随跨高比逐渐增大而减小. 跨高比和剪力键剪切刚度越小或子梁高度比越大,剪切变形效应对结构竖向挠度的影响越发显著,而波形钢腹板型号对箱梁挠度影响较小.      

波形钢腹板组合梁弯曲变形的三角级数解

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板组合梁弯曲变形行为的影响,采用三角级数拟合简支波形钢腹板组合梁的变形曲线,各构件弯曲变形满足平截面假定,基于最小势能原理,推导了简支和悬臂波形钢腹板组合梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的弯曲变形解析解和简化解;基于简化解推导出考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁挠度增大系数,并给出对考虑剪切变形影响与否的高跨比界限;采用有限元方法验证了解析解和简化解的正确性和适用性. 研究结果表明:所提方法边界条件明确、推导过程简单、结果可靠、适用性强,可为波形钢腹板组合梁的设计和变形计算提供可靠的依据.      

移动荷载下波形钢腹板曲线组合梁桥动力特性研究

综合考虑曲梁弯扭耦合、腹板剪切变形及箱梁的约束扭转,利用能量变分法和哈密顿原理对移动荷载作用下波形钢腹板曲线组合梁桥的竖向自振频率和动位移解析解进行了推导,将理论值与文献算例值及有限元值进行对比,验证了理论推导的正确性。在理论推导的基础上,探究了腹板剪切变形和箱梁约束扭转对曲梁自振及强迫振动的影响。结果表明箱梁的约束扭转对曲梁自振及强迫振动动力响应影响较小,腹板剪切变形影响较大,在计算中不应忽略。     

波形钢腹板多室箱梁部分斜拉桥施工期剪力滞 效应分析

为研究波形钢腹板部分斜拉桥在悬臂施工阶段主梁的剪力滞规律,以某单箱四室斜腹板波形钢腹板部分斜拉桥为实例,采用Midas/FEA有限元软件建立精细有限单元计算模型,研究悬臂施工阶段主梁的剪力滞效应分布规律。计算结果表明:在主梁最大悬臂状态,悬臂根部截面主梁顶板的应力分布最不均匀,剪力滞系数最大,其剪力滞系数离开悬臂根部后迅速减小,然后经历增大减小再增大的过程;梁段顶板在自重、斜拉索、预应力荷载共同作用下截面剪力滞效应受预应力荷载效应控制,均多呈现正剪力滞效应;主梁施工过程中,截面剪力滞效应规律不变;在桥梁施工过程分析时以主梁最大悬臂状态下的箱梁顶底板剪力滞系数为参考。     

纵向预应力对箱梁剪力滞效应的差分解

选取3次抛物线变化的纵向位移,通过能量变分原理得到悬臂箱梁的剪力滞基本微分方程,再利用有限差分法进行求解,将该方法用于分析纵向预应力等效荷载作用下的悬臂箱梁剪力滞效应.运用ANSYS有限元软件建立模型,采用Solid 95单元模拟箱梁,采用Link8单元模拟预应力钢束,分析在纵向预应力作用下箱梁剪滞系数分布规律并与差分法求解的结果进行对比.经过对比,验证了差分法求解纵向预应力等效荷载作用下箱梁剪滞效应的可行性,同时分析了纵向预应力对箱梁剪滞效应的影响.     

简支钢—混组合箱梁剪力滞效应研究

为研究简支钢—混凝土组合箱梁体系的剪力滞效应,建立了可考虑剪力滞后、剪切变形、材料和几何非线性的三维数值模型,采用模型对影响钢—混凝土组合箱梁力学行为的主要参数(宽跨比、滑移刚度和荷载形式等)进行了分析,分析结果表明:组合箱梁的剪力滞效应与荷载类型和作用位置有关,剪力滞系数随着宽跨比的增大而增大。     

剪切变形对波形钢腹板箱梁挠度的影响

波形钢腹板箱梁是一种新型的钢 -混凝土组合结构 ,与传统混凝土腹板箱梁相比 ,其挠度计算中剪切变形的影响是不可忽略的。结合波形钢腹板箱梁的结构特点并应用初等梁理论 ,提出该种箱梁受弯时考虑了剪切变形影响的挠度计算方法 ,通过模型试验和有限元分析进行了验证 ;同时指出不同剪跨比 ,剪切变形对箱梁挠度的影响是不同的 ,并就考虑剪切变形影响与否的剪跨比界限值提出建议解此微分方程即可得到考虑剪切变形对挠度影响时梁的总挠度 y。考察简支梁在一集中荷载作用下的情况 ,如图 5所示 ,集中荷载 P作用在梁跨中 ,梁跨径为 l,对任意截面而言 ,剪力如下　 0≤ x≤ l2 ,Q( x) =P/2 ;l2 相似文献   

简支组合箱梁在横向对称荷载作用下的解析解及剪力滞研究

对于上下翼缘宽度都较大的钢-混凝土组合箱梁,分别考虑了钢梁底板、混凝土顶板和悬臂板由剪力滞效应引起的纵向翘曲,以及钢梁与混凝土板之间的相对滑移,在线弹性阶段采用位移叠加的概念,根据能量变分原理建立了钢-混凝土简支组合箱梁平衡微分方程,得到了均布荷载和集中荷载作用下的应力和挠度的解析解,并将解析解与试验结果及ANSYS软件的计算结果进行了相互验证.通过对组合梁荷载效应的参数研究,发现剪滞效应和钢梁与混凝土板之间的滑移效应存在耦合关系,滑移效应的增大使剪滞效应缓解,但使滑移变形和组合梁的挠度增大.结果还表明,不同荷载类型所产生的剪滞系数沿梁轴的分布有明显差别.     

波形钢腹板预应力混凝土简支梁的剪力偏载系数研究

为研究波形刚腹板预应力混凝土简支梁的剪力偏载系数,运用有限元软件ANSYS分别对某高架桥的截面腹板剪力分担比例与剪应力偏载增大系数进行计算分析,得出相关结论:部分箱梁截面附近存在内衬混凝土、横隔板,可有效分担腹板的部分剪力;波形钢腹板组合梁截面腹板的剪力增大系数范围为1.22~1.42,大于常规取值1.15,故经验估值法不适于波形钢腹板偏载系数的计算。     

基于Reissner原理的波形钢腹板箱梁约束扭转分析

为更加合理地分析波形钢腹板箱梁约束扭转效应,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演了翘曲正应力和剪应力计算式,应用Reissner原理建立了波形钢腹板箱梁约束扭转控制微分方程,给出了不同于乌曼斯基第二理论的翘曲系数公式. 通过简支梁数值算例验证了所推导公式的正确性,并分析了腹板厚度和悬臂板宽度变化对箱梁横截面应力的影响. 研究结果表明:相对于乌曼斯基第二理论,基于Reissner原理计算的应力与有限元解吻合更好;按乌曼斯基第二理论与按Reissner原理计算的翘曲系数的比值可达到4.70;波形钢腹板主要承担剪应力,几乎不承担翘曲正应力,而顶底板既承担翘曲正应力也承担剪应力,应对顶底板予以重视,防止斜裂缝的产生;腹板厚度增大能减小翘曲正应力;随着悬臂板宽度的增大,当悬臂板宽度比大于0.10时,翘曲正应力减小,而当悬臂板宽度比大于0.30时,总剪应力几乎无变化.      

瞬时荷载作用下薄壁箱梁剪力滞效应研究

为弥补动荷载作用下薄壁箱梁剪力滞效应研究的不足,依据薄壁箱梁自由振动齐次振动微分方程,结合基于最小势能原理的箱梁截面竖向位移控制微分方程及边界条件,提出薄壁箱梁无阻尼自由振动的弯矩解析解,从而建立了瞬时动荷载作用下考虑剪力滞效应的箱梁截面正应力解析表达式,并对比了宽跨比对薄壁箱梁的剪力滞效应的影响.数值算例结果表明,按本方法计算的翼缘板应力值与有限元计算结果吻合良好.     

连续斜交箱梁桥剪力滞效应分析

斜交箱梁桥在我国应用广泛,其剪力滞效应不能简单的采用正桥的相关理论。利用有限元软件ANSYS建立连续斜交箱梁桥三维实体单元模型,系统地分析了斜交箱梁桥横向剪力滞效应的变化规律和斜度、宽跨比的参数变化以及不对称加载对剪力滞系数的影响,并编制了剪力滞计算表格,为工程实际和设计研究提供了参考。研究结果表明,斜交箱梁桥横向剪力滞效应变化明显,斜度、宽跨比、不对称加载对剪力滞系数影响很大,生产实践中应充分重视斜交箱梁桥的剪力滞效应。     

新型波形钢腹板组合箱梁桥横隔板间距研究

为有效控制新型波形钢腹板钢底板混凝土顶板组合箱梁畸变和翘曲效应,利用有限元模型分析横隔板形式和数量对偏心荷载作用下新型组合梁截面畸变性能的影响,并基于参数研究腹板厚高比和截面厚宽比与横隔板间距的关系。结果表明:横隔板可有效增强新型波形钢腹板组合箱梁抗畸变性能,但对控制截面扭转变形作用较差;腹板厚高比和截面厚宽比对组合梁截面畸变效应影响较大,综合考虑腹板厚高比和截面厚宽比的影响,拟合出新型波形钢腹板组合箱梁桥横隔板合理间距经验公式,所提出的经验公式计算结果与有限元结果吻合较好,可为该类组合桥梁横隔板设计提供理论支撑。     

荷载横变位下箱梁剪滞效应的二次抛物线解

不同于以往将荷载作用于箱梁的肋板处研究剪力滞效应,采用将对称的荷载作用于上翼缘板的其他横向位置,结合数值模拟的结果,以二次抛物线作为箱梁翼缘板的纵向位移函数,通过能量变分法,推导出荷载作用在横向任意位置时箱梁的应力,从而得到荷载在不同横向位置时箱梁剪力滞效应的变化规律.