单箱多室波形钢腹板箱梁横隔板位置优化设计

与传统的混凝土腹板的箱梁相比,波形钢腹板箱梁具有特殊受力特性,钢腹板主要承受剪应力。对于单箱多室桥面较宽的波形钢腹板箱梁来说,各钢腹板的竖向剪应力分布比较复杂。通过空间有限元分析,发现不同横隔板的位置对钢腹板的竖向剪应力影响较大。应用有限元分析软件ANSYS建立单箱多室波形钢腹板箱梁参数化分析模型,计算得到最佳横隔板设计位置,并给出在单向车道荷载偏载作用下沿桥梁横向各钢腹板剪应力分布情况,为波形钢腹板箱梁的合理设计提供参考。     

波形钢腹板PC组合箱梁扭转性能分析

波形钢腹板PC组合箱梁具有自重轻,抗剪强度高,预应力施加效率高等优点。但由于其截面扭转刚度低于常规箱梁,使得结构扭转效应明显。该文运用乌氏第二定理推导波形钢腹板箱梁在偏心荷载作用下约束扭转应力及刚性扭转角计算公式;采用初参数法求解波形钢腹板PC组合箱梁的刚性扭转角、翘曲正应力及扭转剪应力。结合相关文献的实测数据及有限元分析结果验证理论分析方法的准确性,并对波形钢腹板PC组合箱梁桥的扭转性能进行分析。由约束产生的翘曲正应力有限元分析结果为理论计算结果的97.14%,扭转剪应力有限元分析结果为理论计算结果的102.13%。     

波形钢腹板剪力分担比例有限元分析

基于有限元分析程序ANSYS软件,将实体单元、板桥单元及杆单元进行组合,建立波形钢腹板PC组合简支梁计算模型,分别模拟计算组合梁在三分点对称加载作用下的波形钢腹板力学性能,对3个控制截面波形钢腹板剪应力分布及剪力分担比例进行理论分析,通过分析得出波形钢腹板承担截面剪力,分担比例为79.2%~82.9%,其中剪应力沿截面高度分布较均匀,同时对波形钢腹板相邻的直板段与斜板段剪应力关系进行分析。     

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。     

现浇单箱多室宽箱梁横梁受力特性研究

为确定单箱多室宽箱梁的横梁设计计算方法,结合工程实例,采用Ansys软件进行三维实体有限元分析,研究了箱室数量和纵、横向预应力对横梁受力的影响,并将该文提出的横梁实用计算方法和有限元结果进行对比。结果表明:采用该文计算模式的横梁应力分布和实体有限元结果吻合良好;恒载作用下,90%以上横梁剪力由腹板传递,实用计算方法可以采用腹板集中力加载方式;纵、横向预应力对各腹板传递剪力的比例有较大影响,常用的腹板等比例加载方式可能偏不安全,有必要通过实体有限元分析结果确定。     

波形钢腹板PC梁桥施工期局部应力分析

以某大桥波形钢腹板异步浇筑施工为背景,针对波形钢腹板施工期局部应力集中问题,采用有限元分析软件Ansys建立波形钢腹板有限元模型并模拟异步浇筑施工过程。基于有限元模型和现场实测数据,得到了各施工工况下桥梁关键截面波形钢腹板的局部应力状态。研究表明:有限元模型与实测应力数据相对吻合,随着施工的进行,各项应力值均不断增大,0#块根部波形钢腹板剪应力实测值在施工到8#悬臂节段时达到最大值(23.3 MPa),低于有限元计算值(26.5 MPa)和钢腹板材料的强度设计值(310 MPa)。     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁斜拉桥抗剪特性研究

为了解单箱多室波形钢腹板组合箱梁斜拉桥在施工过程中的剪应力分布情况,以某单箱五室波形钢腹板PC组合箱梁斜拉桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥空间有限元模型和边塔主梁施工过程精细模型,并结合实桥施工监测数据,研究单箱多室波形钢腹板组合箱梁在不同施工阶段的抗剪特性。结果表明:波形钢腹板组合箱梁的挠度实测值与精细模型计算值基本吻合;斜拉索张拉时,组合箱梁的剪切变形会显著增大组合箱梁的挠度;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的腹板剪应力沿高度方向变化较小,呈等值分布;各腹板的剪应力分布与施工工况有关,在斜拉索张拉阶段剪应力主要由中腹板承担,但后续节段施工会改善腹板间的剪应力不均匀现象。     

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。     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁内衬混凝土布置方式研究

为优化波形钢腹板内衬混凝土组合结构受力,以南昌朝阳大桥通航孔桥——单箱多室波形钢腹板单索面多塔斜拉桥为工程背景,通过理论计算和有限元分析研究了单箱多室波形钢腹板组合箱梁内衬混凝土布置形式对结构抗剪性能的影响。结果表明:有无设置内衬混凝土对单箱多室波形钢腹板组合箱梁腹板剪应力水平较高的波形钢腹板影响较大,对腹板剪应力水平较低的波形钢腹板影响较小;内衬混凝土单侧设置和双侧设置波形钢腹板剪应力的影响相差不大;内衬混凝土双侧设置及仅有内衬混凝土无波形钢腹板设置对混凝土剪应力的影响相差较小;对单箱多室波形钢腹板组合箱梁高剪应力水平腹板内衬混凝土可以考虑双侧布置或仅设置混凝土腹板,不设置波形钢腹板;而剪应力水平较低的腹板则考虑设置单侧内衬混凝土。     

单箱多室波形钢腹板简支箱梁偏载系数简化计算方法

为了得到单箱多室波形钢腹板简支箱梁偏载系数的简化计算方法,用刚性横梁法推导了单箱多室波形钢腹板箱梁荷载横向分布系数的计算公式,通过有限元建模计算单箱多室波形钢腹板箱梁的偏载系数,并对影响偏载系数的因素进行参数敏感性分析。基于偏载系数与荷载横向分布的关系,提出偏载系数的简化计算公式,利用该公式对某工程实例进行了偏载系数计算。结果表明,影响正应力偏载系数及剪应力偏载系数的最主要因素是宽跨比,提出的偏载系数简化计算公式适用于不超过5室,单室宽度与跨径比介于0.08~0.24的单箱多室波形钢直腹板箱梁正应力偏载系数及剪应力偏载系数的求解。     

斜腹式、鱼腹式箱梁剪应力计算

针对目前应用越来越广泛的斜腹式、鱼腹式箱梁,阐述了其剪应力计算不同于矩形截面梁的地方,并指出其剪应力计算不符合传统的矩形截面梁剪应力计算的假定。针对上述问题,分别采用平面梁单元和空间块体单元对拟定的斜腹式、鱼腹式箱梁截面的剪应力进行计算对比。结果表明,采用传统的矩形截面梁的剪应力计算公式来计算斜腹式、鱼腹式箱梁腹板上的剪应力,结果将有较大的误差。为此,提出了腹板抗剪有效厚度的概念,为斜腹式、鱼腹式箱梁剪应力计算提供了一个简便的、可行的方法。     

偏载作用下单箱三室波形钢腹板悬臂梁的力学特性

为了解单箱三室波形钢腹板组合梁悬臂施工状态下的扭转效应,设计制作了1片单箱三室波形钢腹板双悬臂梁模型,研究了该类悬臂梁在偏载作用下梁体变形、截面翘曲应力、翘曲应变及波形钢腹板附加剪应力等力学性能,并以国内某单箱三室波形钢组合梁桥为背景,采用有限元模型分析了不同工况下最大悬臂施工阶段单箱三室波形钢腹板截面的力学性能。结果表明:偏载作用下,波形钢腹板上纵向翘曲应变明显小于混凝土顶底板,计算时可忽略波形钢腹板纵向翘曲应力的影响;截面最大翘曲正应力出现在混凝土底板角点处,钢腹板附加剪应力沿梁高方向呈均匀分布,且加载侧边腹板附加应力值明显大于中腹板;实际工程中,考虑恒载作用时,截面底板翘曲应力约占弯曲应力的20%,故在进行该类桥设计计算时,不可忽略混凝土板翘曲正应力和波形钢腹板附加剪应力的影响。     

波形钢腹板组合箱梁弹性阶段弯曲理论及模型试验研究

基于波形钢腹板组合箱梁独特的受力特点,建立了系统的弹性阶段受弯分析理论：从弯曲正应变分布的拟平截面假定出发,采用材料力学方法,推导了正应力、剪应力及波形钢腹板承担的剪力占整个截面所受剪力比例的计算公式;运用能量原理推导了挠度的计算公式。分析表明：在完全忽略波形钢腹板弯曲刚度的情况下,其剪应力沿梁高是不变的;波形钢腹板承担的剪力比例一般在80％以上;在设计常用的高跨比下,波形腹板剪切变形引起的挠度不可忽略。在此基础上,进行了1根模型梁的试验研究,理论分析值与试验结果、空间有限元计算值吻合良好,说明本文理论公式可以在设计中应用。     

单箱多室箱梁横梁受力研究

为了研究单箱多室箱梁横梁受力情况,需首先求得横梁各道腹板恒载、活载分配情况。旨在研究箱梁横梁各道腹板恒载分配情况,通过结合工程实例,采用大型通用有限元软件MIDAS CIVIL2010建立了多个连续箱梁的实体模型,计算出不同跨度、不同跨数、不同截面的箱梁横梁各道腹板恒载分配力,并将其与目前常用的计算方法所得出的腹板恒载分配力进行了对比。得出了箱梁横梁各腹板恒载分配比例,为单箱多室箱梁横梁的设计计算提供参考。     

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。     

基于动力刚度矩阵的波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率分析

为合理分析波形钢腹板的剪切变形对波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率的影响,首先,运用能量变分原理推导出波形钢腹板PC箱梁桥的单元刚度矩阵。其次,根据推导所得的单元刚度矩阵,采用MATLAB软件编制了考虑钢腹板剪切效应影响的多跨等截面波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率计算的求解程序。该程序计算所得自振频率值的正确性,得到了已建实桥频率实测值和ANSYS三维有限元计算值的验证。最后,对多跨等截面波形钢腹板PC连续箱梁桥弯曲振动频率的影响参数进行了分析。结果表明:本研究程序计算的自振频率值与已建实桥的实测值及有限元值吻合较好,该求解程序具有较高的精度,前5阶自振频率的差值在6.01%和7.32%以内;波形钢腹板的剪切变形效应对波形钢腹板PC连续箱梁桥的自振频率影响较大,而波形钢腹板的剪切模量是否进行修正及波形钢腹板的型号对该桥型的弯曲振动频率的影响较小,前5阶弯曲振动频率的差值在1.07%和0.55%以内,可以将其忽略不计;可将考虑剪切变形效应下波形钢腹板PC连续梁桥的动力分析问题,方便地纳入到普通杆系结构矩阵位移体系中,避免了ANSYS有限元模型建立和求解的复杂性,可为该桥型弯曲振动频率的计算与分析提供一定的参考依据。     

箱梁横梁的计算剖析

箱梁横梁起到连接腹板和支撑箱梁的作用。箱梁通过与其接触面上的剪应力来传递荷载,同时箱梁也是其边界的一部分。箱梁在横梁受弯上是否提供抗力以及其接触面上的剪应力如何分布?该文就这些问题来讨论箱梁横梁最佳的计算方法,同时给出空间的有限元解答。     

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...     

波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布

采用修正偏心压力法研究波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布规律。结合工程实例,利用修正偏心压力法计算某单箱三室波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布系数,利用空间有限元分析程序进行了数值模拟,并对其偏心荷载工况下的挠度进行了实测。将修正偏心压力法、有限元模拟方法得到的挠度值与实测挠度值进行对比。结果表明,修正偏心压力法将空间问题转化为平面问题,且充分考虑了波形钢腹板组合箱梁的抗扭作用。得到的荷载横向分布系数与有限元计算结果吻合较好。采用该方法计算波形钢腹板连续组合箱梁桥荷载横向分布是可行且偏于安全的。     

大跨径连续刚构桥箱梁腹板开裂原因数值分析

在分析引起连续刚构箱梁桥箱梁腹板开裂原因的基础上,以广东佛山三水二桥为工程背景,采用Midas有限元软件和ANSYS软件,对无应力损失、预应力损失分别为30%和50%三种情况下预应力砼连续刚构箱梁桥腹板主压应力和受力情况进行了计算,对整体降温和一定温度梯度影响下箱梁腹板裂缝情况进行了计算分析,进而指出了设计和施工中预防连续刚构箱梁桥箱梁腹板开裂的措施以及中国相关规范有关温度梯度规定的缺陷。