基于有限混合单元法的受弯构件剪力滞效应研究北大核心

为研究对称荷载下受弯构件的剪力滞效应,以某(40+90+70+300+20)m独塔自锚式悬索桥为研究对象,采用ANSYS 11.0建立全桥空间有限元模型(主跨300m钢箱梁用板壳单元模拟,其余部分用杆系单元模拟),采用TDV/RM 9.1建立全桥空间有限元杆系模型,运用有限混合单元法进行剪力滞系数和有效分布宽度计算,并与欧洲、日本规范有效分布宽度的计算值进行比较。结果表明:支点截面的正应力沿着梁宽方向变化较为剧烈,其它截面的正应力变化较为平缓,越接近支点的截面剪力滞效应越明显;受弯构件支点截面与跨中截面的有效分布宽度可通过采用该方法的计算值内插求得;欧洲、日本规范受弯构件的有效分布宽度计算值较有限元计算值偏大,且未能考虑复杂受力情况下的精确计算。     

大悬臂多腹板宽箱梁受力特性研究

结合工程实际,应用有限元软件MIDAS/CIVIL分别建立杆系有限元模型和空间实体模型,对大悬臂、多腹板、宽箱室变截面箱梁在对称荷载作用下的剪力滞效应、偏载作用下的腹板受力不均匀效应进行分析。结果表明,截面上下翼缘剪力滞效应较为显著,按规范提供的有效翼缘宽度折减计算不能完全包络剪力滞效应的影响;同时,箱梁的偏载效应从跨中至支点方向逐渐增大。     

混凝土斜拉桥П形截面主梁弯曲受力分析

为了研究混凝土斜拉桥П形截面主梁的弯曲受力特征,指导П形截面主梁的设计,以某跨径组合为(110+220+110)m的双塔四索面预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元软件分别建立全桥整体杆系单元模型与桥塔附近主梁节段实体单元模型,对其П形截面主梁的弯曲受力情况进行了计算分析,并通过截面剪力滞系数来描述剪力滞效应的影响。结果表明,最不利组合荷载作用下,塔底主梁节段在桥轴线处上拱,П形截面主梁两侧肋板下挠;预应力对横梁的作用明显,横梁产生向上反拱;主梁在计算荷载作用下除应力集中点外,全截面受压;塔根部主梁截面的剪力滞较为显著,剪力滞系数介于0.68~1.12之间;其它截面的纵向应力分布相对均匀,剪力滞系数介于0.81~1.12之间。对于П形截面主梁斜拉桥,塔根部附近主梁节段在设计时必须考虑剪力滞效应的影响,其它位置截面可以按照初等梁理论进行设计。     

不同支承方式下三跨波形钢腹板连续梁弯桥剪力滞效应分析

为研究不同的支承方式对三跨波形钢腹板连续梁弯桥剪力滞效应的影响,采用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了三跨波形钢腹板连续梁弯桥的三维有限元模型,考虑了2种典型荷载工况——跨中集中荷载和全桥分布荷载下,典型截面的应力分布情况,计算出截面的剪力滞系数,并对4种不同支承方式下的剪力滞效应进行了分析。研究结果表明,三跨波形钢腹板连续梁弯桥边跨跨中截面应力最小为固定支承,中间支座截面应力最小为中间偏心铰支承,中跨跨中截面应力最小为固定支承。内侧的剪力滞系数要大于外侧,集中荷载下的剪力滞系数要大于均布荷载下的剪力滞系数,各支承方式下的剪力滞系数差异不大,集中荷载作用下剪力滞系数最小的为中间偏心铰支承,分布荷载作用下剪力滞系数最小的为中间固定墩支承。     

异形钢筋混凝土梁桥剪力滞效应分析

利用有限单元法对异形钢筋混凝土梁桥的剪力滞效应进行分析,得到了关键截面的剪力滞系数和有效分布宽度,并与现行规范和文献[1]的有效宽度进行对比。结果表明:异形梁桥的剪力滞效应明显,部分梁段跨中截面出现负剪力滞效应;当T型截面梁宽跨比小于0.25时,现行规范、文献[1]和有限单元法计算的有效宽度相近,当宽跨比大于0.4时,规范有效宽度偏于保守,文献[1]和有限单元计算的有效宽度相近。     

单箱多室鱼腹形截面混凝土连续箱梁的剪力滞效应

鱼腹形箱梁的受力较普通箱梁更为复杂,其剪力滞效应或翼缘的有效分布宽度能否沿用普通箱梁的取值值得重新审视。该文以某两跨鱼腹形截面连续箱梁桥为工程背景,采用空间实体有限元法,对比分析了鱼腹形箱梁与相应普通箱梁的剪力滞效应。结果表明:集中荷载和均布荷载作用下,鱼腹形箱梁除中支点截面边腹板处受拉顶板局部剪力滞系数与普通箱梁相差较大外,其余位置处两类箱梁的剪力滞系数相近;鱼腹形箱梁底板的有效宽度系数较顶板的相应值偏大,可偏安全地按顶板的相应值取用;对比两类箱梁的有效宽度系数可知,鱼腹形箱梁各跨中部梁段的ρ_s系数可以采用规范针对普通截面箱梁的相应值,而ρ_f系数不宜沿用规范计算值,为应用方便,文中提出了ρ_f系数计算的解析式。     

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.     

连续弯箱梁桥剪力滞效应分析

在对称荷载作用下箱形截面梁法向应力是不均匀的，在开口截面称之为“翼缘板有效分布宽度”，在闭口截面称之为“剪力滞效应”，研究剪力滞效应，主要是为了满足设计的要求，保证结构的安全，本文结合实际工程，主要介绍弯箱梁桥剪力滞效应的一些特征以及和直线梁桥剪力滞效应的区别。     

斜拉桥单箱三室主梁剪力滞效应研究

文章以株洲建宁大桥斜拉桥为工程背景,建立了该桥主梁最大双悬臂、主梁最大单悬臂和成桥状态3个工况的空间有限元模型,通过计算结果的比较分析,研究了斜拉桥单箱三室主梁剪力滞效应,并经实桥测试验证了有限元数值计算结果。计算结果表明:斜拉桥单箱三室主梁部分箱梁截面顶板剪力滞效应显著;部分箱梁截面顶板最大应力出现在翼缘悬臂端;与顶板相比,箱梁底板剪力滞效应不明显;部分箱梁截面施工过程中的剪力滞效应较成桥状态显著。针对斜拉桥单箱三室主梁剪力滞效应的特点,提出用截面正应力分布曲线或剪力滞系数曲线表述其剪力滞效应的方法,对同类型桥梁箱梁设计提出了一些建议。     

中承拱整体现浇式∏形行车主梁剪力滞效应分析

基于空间有限元计算,考虑结构的整体受力,对中承拱整体现浇式行车主梁作了相关荷载分析,指出:剪力滞对∏形主梁的抗弯刚度和截面正应力的影响差异显著,采用有效宽度法进行设计不可行;吊杆索力调整对降低剪力滞系数有重要意义;剪力滞系数受梁宽、肋高的影响很大,肋宽、板厚次之;横梁的存在可改善局部范围内截面正应力的分布;荷载横向作用位置与主要受力部位剪力滞系数关系深刻.     

一种适用于变截面箱梁计算的一维有限元

在变截面连续箱梁的设计与计算中,为有效考虑剪力滞效应对整体结构位移和截面应力分布的影响,提出一种考虑剪力滞效应的一维有限元,该单元具有三个节点共21个自由度。文中选取二次抛物线的翘曲位移函数来反映剪力滞效应导致截面纵向位移沿横向不均匀分布的规律,利用最小势能原理推导出梁段法对应的等参有限元行列式。选取一座三跨的有机玻璃连续箱梁模型作为算例,本文计算结果与模型的实测值及Midas civil数值计算结果均吻合良好,验证了理论方法与公式推导的正确性和可靠性,为变截面箱梁的设计与计算提供借鉴与参考。     

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。     

单塔单索面钢箱梁宽体斜拉桥空间效应分析

单塔单索面钢箱梁斜拉桥作为单线悬吊体系常用于交通量日益增大的市政宽体桥梁,但是该类桥型主梁宽跨比较大,需要充分考虑其空间力学行为特征才能在结构安全的前提下充分发挥其功能与景观的特性。以一座宽跨比为0.289的单塔单索面市政斜拉桥为例,首先从动力特性以及剪力滞效应角度对比了精细化三维空间模型与传统杆系梁格模型对该类桥型结构分析的准确性与适用性,推荐并使用精细化三维空间模型进行背景桥梁的空间效应分析,包括空间应力分布、局部构件受力以及偏载受力特性。分析结果表明:(1)纵、横向正应力沿截面横向均具有非常明显的分布不均匀现象,特别在一些复杂构造处,不均匀性更加明显;顶、底板均会表现出突出的剪力滞效应,有效宽度计算时需要考虑该效应。(2)局部构件受力同样具有强烈的空间性,最大值与最小值分布在不同位置,并且与主体结构应力分布相似。(3)偏载作用下,顶板应力水平会有明显提高,尤其偏载侧腹板位置,应力水平较高,偏载作用会进一步加剧顶板剪力滞的效应;偏载效应在底板处并不如顶板明显,仅在桥墩处表现出较强的剪力滞效应或应力不均匀分布特性。     

结合梁斜拉桥悬臂施工阶段剪力滞效应分析

为研究结合梁斜拉桥在悬臂施工阶段剪力滞效应的分布规律,以厦漳跨海大桥南汊主桥为背景,在实桥中布设4个测试截面,并采用ANSYS软件建立主梁有限元分析模型,对施工阶段结合梁的剪力滞效应进行现场测试和数值分析.分析结果表明:结合梁斜拉桥主梁在斜拉索轴向荷载和竖向荷载产生的弯矩共同作用下,存在较为显著的负剪力滞效应;在整个悬臂施工阶段,各截面有效宽度系数为0.85～0.95.根据分析结果,建议在对悬臂施工阶段进行应力验算时,混凝土板的应力应按初等梁理论计算的结果提高15％考虑;设计过程中可以忽略小纵梁对桥面结构剪力滞效应的影响,计算结果偏于安全.     

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.     

单箱三室波形钢腹板箱梁剪力滞效应研究

对某单箱三室波形钢腹板箱梁进行试验研究,得到各工况下测试截面测点的正应力,与有限元结果进行对比分析,测试数据与试验值接近,采用有限元分析结果研究单箱三室波形钢腹板箱梁剪力滞效应.研究结果表明:单箱三室波形钢腹板箱梁边腹板剪力滞系数大于中腹板.与边腹板相连的边室上翼缘有效宽度计算系数小于与中腹板相连的边室上翼缘有效宽度计算系数.与中腹板相连的边室上翼缘有效宽度计算系数大于中室.现有的国内外桥梁规范,均未考虑多室箱梁翼板剪切变形差异造成的有效宽度计算系数的变化,无法准确给出其有效宽度计算系数.     

斜拉桥叠合梁剪力滞效应有限元计算方法

为研究叠合梁的剪力滞效应,以一座大跨径叠合梁斜拉桥为实例,提出了一种基于三分析模型的有限元计算方法,首先建立全桥整体有限元杆系模型,然后取出中跨跨中区域和L/4区域建立局部杆系模型,并采用影响矩阵法调整斜拉索的等效竖向分力以及边界条件,使其弯矩和轴力与全桥杆系模型对应区域相吻合;最后将该局部杆系模型转换为局部实体模型,并施加局部杆系模型的边界条件和荷载,这样就能获得代表区域混凝土桥面板在各个荷载工况下准确的应力分布结果以及剪力滞后系数。分析结果表明,提出的方法能有效地减少分析工作量,并准确获得了斜拉桥叠合梁的剪力滞后系数,其计算结果为同类叠合梁斜拉桥的设计提供一定的借鉴。     

大跨度RPC铁路简支箱梁有效宽度研究

RPC箱梁轻薄的截面使其翼缘剪力滞效应显著,通过对72m铁路简支箱梁采用有限元程序ANSYS进行三维分析,得到不同荷载工况、梁高、顶板厚度对跨中断面顶、底板剪力滞效应的影响规律,计算出对应的有效宽度系数,并与现行设计规范相关有效宽度计算结果比对。研究表明:(1)跨中断面在二期铺装荷载作用下剪力滞效应最显著;(2)随着高跨比的增大,跨中断面剪力滞效应逐渐增大;(3)增加顶板厚度可有效减小跨中断面剪力滞效应;(4)箱梁顶板有效宽度较规范计算偏小;(5)降低二期恒载可以改善顶板有效宽度折减。     

双反弯曲线钢箱连续梁桥剪力滞效应研究

双反弯曲线钢箱梁桥由于存在弯扭耦合效应,会引起截面扭转、支座反力不均匀等现象,受力较为复杂.针对双反弯曲线钢箱梁桥的剪力滞效应,本文通过采用壳单元建立空间精细化有限元模型,详细讨论了其横向及纵向“剪力滞”效应的规律,可为今后类似桥梁的设计计算提供参考.     

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。