结构参数对大跨波形钢腹板箱梁桥动力特性的影响

为寻求大跨波形钢腹板箱梁桥在保证横向刚度前提下的合理结构参数,对其不同结构参数下的动力特性进行研究。以紫金大桥[(88+156+88)m波形钢腹板组合连续梁桥]为背景,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,研究该桥的动力特性,并分析箱梁截面形式、横隔板布置方式和横向约束方式对其动力特性的影响。结果表明:大跨度波形钢腹板箱梁桥的横向抗弯刚度和抗扭刚度均较低;其他参数相同时,箱室数量对大跨度波形钢腹板箱梁桥的动力特性影响很小;中横隔板对大跨度波形钢腹板箱梁桥的动力特性影响较小,端横隔板能够有效地提高其横向抗弯刚度和抗扭刚度;横向约束方式对大跨度波形钢腹板组合箱梁桥的横向抗弯刚度有显著影响,端部支座的约束效果比中间支座更明显。     

横隔板对波形钢腹板箱梁动力特性的影响分析

为了分析横隔板对波形钢腹板箱梁动力特性的影响,采用有限元软件Ansys建立了波形钢腹板箱梁模型。同时,为了进行动力特性对比分析,建立了混凝土腹板箱梁模型。在有限元模型中,钢腹板与混凝土顶、底板的连接采用多点约束法(MPC),即采用接触单元Conta175与目标单元Targe170模拟其连接。分别提取各模型前10阶振型进行对比分析。为了验证Ansys软件计算结果的准确性,还分别采用Midas/Civil软件对有关算例进行了分析。计算结果表明:波形钢腹板箱梁抗扭刚度较混凝土腹板箱梁的要低;端横隔板是保证波形钢腹板箱梁抗扭刚度的主要措施;从动力学方面来看,跨中横隔板并不能有效提高箱梁的抗扭刚度;波形钢腹板箱梁竖向弯曲刚度是由混凝土顶、底板决定的。     

多箱室波形钢腹板PC部分斜拉桥结构动力性能分析

以朝阳沟水库特大桥为研究对象,采用三维有限元软件建立全桥空间力学模型,分别计算多箱室波形钢腹板箱梁、传统砼腹板箱梁的自振频率和振型,通过对比两种截面形式的动力特性研究多箱室波形钢腹板箱梁的受力性能,结果表明,将砼腹板换成波形钢腹板后,箱梁刚度和受弯性能得到改善,同时通过合理设置横隔梁,其抗扭性能得到提高;分别构建多箱室波形钢腹板箱梁部分斜拉桥、连续刚构桥和传统斜拉桥空间力学模型,对比分析不同结构形式多箱室波形钢腹板箱梁的自振频率和振型,分析3种桥型的动力特性和刚度,结果显示,波形钢腹板部分斜拉桥的动力性能、主梁刚度优越。     

单箱双室波形钢腹板pc组合箱梁桥偏载系数研究

基于南昌市朝阳大桥非通航孔段K26~K29的波形钢腹板PC箱梁桥,采用ansys软件建立三跨连续单箱双室波形钢腹板箱梁静力模型,通过比较模型桥试验、有限元方法和理论公式的分析结果,研究了偏载系数随着加载位置和加载力大小的变化规律。结果表明:加载截面附近内衬混凝土、横隔板、预应力钢束的存在,一定程度上加强了截面的刚度,致使截面挠度有所降低;经验系数法和经修正后的偏压系数法都不适用于单箱多室波纹钢腹板pc组合箱梁桥的偏载系数计算分析;对于该类单箱多室波纹钢腹板pc组合箱梁桥,有限元法得出的偏载系数与实测值较吻合,可作为以后工程设计参考。     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁桥动力特性参数分析

为研究结构参数对单箱多室波形钢腹板组合箱梁桥动力特性的影响,以南昌市朝阳大桥非通航孔桥为工程背景,利用有限元分析软件ANSYS建立该桥的空间有限元模型,分析横隔板和横隔梁布置、钢腹板板厚、钢腹板与横隔梁连接方式、支座约束及箱梁截面形式对该桥频率及振型的影响。结果表明:端横隔板对结构基频影响较大,中横隔梁主要影响桥面板局部振动;结构各阶频率随着腹板厚度增加略微增加;腹板与横隔梁的不同连接方式对各阶频率与振型影响不大;双固定支座可以限制结构横向弯曲,延缓桥面板局部振动出现;合理选择箱梁翼缘板宽度和箱室宽度可以有效限制结构扭转变形。     

单箱多室波形钢腹板箱梁桥设计方法探讨

波形钢腹板箱梁桥应用于宽桥面时,为了保证抗剪,常常需要多道腹板,因而出现单箱多室波形钢腹板组合箱梁桥。然而,在建立单梁模型时,常用软件并不能准确模拟此种截面形式。为此,该文以单箱两室波形钢腹板三跨连续梁桥为例,建立梁格模型与简化的单梁模型进行对比分析,并通过实体模型验证这两种模型的适用性,为该类桥型的设计研究提供参考。     

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组合箱梁动力特性研究

基于波形钢腹板PC组合箱梁与普通PC箱梁空间有限元模型,对二者的动力特性进行了对比研究。计算结果表明,二者的纵向弯曲刚度相差不大;设置横隔板后,波形钢腹板PC组合箱梁的扭转刚度显著增加,和普通PC箱梁比较接近;由于其自重较轻,结构抗震性能优越。     

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.     

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。     

多跨波形钢腹板连续梁桥缩尺模型试验研制

以南昌朝阳大桥非通航孔波形钢腹板组合梁桥为试验原型,根据模型试验的特点和目的,设计并研制了三跨单箱双室波形钢腹板模型试验桥;选择了合适的模型材料,设计了微混凝土配合比,根据弹性相似律确定了相似比并进行了配重处理,对波形钢腹板及抗剪连接件进行了设计;对模型桥进行了静力及动力校核,对比分析了模型桥及实桥的动力特性,满足相应的相似要求。设计研制的模型具有可行性,可用于研究实际工程中多跨波形钢腹板连续梁桥的静动力特性。     

大跨连续波形钢腹板组合箱梁桥的横隔板设置研究

近几年,波形钢腹板箱梁桥作为国内一种新型组合结构桥梁形式,工程实践逐渐向大跨度方向发展。随着跨径不断增大,横隔板等构造措施对主梁振动特性的影响变得不可忽视。采用大型通用有限元软件ANSYS建立了一座大跨度波形钢腹板箱梁桥的三维有限元模型,研究了横隔板布置位置对主梁竖弯、横弯和扭转振动模式基频的影响。研究结果表明,合理的横隔板布置方案可以有效改善大跨度连续波形钢腹板组合箱梁桥的动力特性,最优的横隔板布置位置是梁端和中支座偏中跨跨中12 m处。     

钢桁腹杆PC组合箱梁桥自振特性研究

为研究钢桁腹杆预应力混凝土(PC)组合箱梁桥自振特性,以一座三跨连续波形钢腹板PC组合箱梁桥为背景工程,将原箱梁中的波形钢腹板用钢桁腹杆代替,进行钢桁腹杆PC组合箱梁桥的设计。利用ANSYS和Midas Civil两种分析软件建立三维有限元模型,分析该桥型的自振特性。以横隔板的布置为参数,研究其对钢桁腹杆PC组合箱梁桥自振特性的影响。结果表明:钢桁腹杆PC组合箱梁桥竖弯刚度小,抗扭刚度大;布置横隔板对钢桁腹杆PC组合箱梁桥的竖弯刚度影响不大,对箱梁的横弯刚度和抗扭刚度有一定影响,且当对横隔板进行合理布置时,箱梁的抗扭刚度提高明显。     

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。     

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。     

单箱多室波形钢腹板箱梁剪力滞研究

为客观准确地对单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应进行评价,结合单箱多室混凝土箱梁的计算特点,定义了波形钢腹板箱梁的剪滞翘曲位移函数,通过能量变分法建立了单箱双室和单箱三室波形钢腹板箱梁考虑剪力滞效应的基本微分方程。分别采用有限元方法和解析方法分析计算了范例的剪力滞效应,研究了跨中集中荷载和满跨均布载荷作用下截面的剪力滞分布规律,探讨了跨宽比对剪力滞效应的影响。研究表明,该解析解与有限元数值解吻合较好,但在箱梁顶底板与波形钢腹板接合处、外伸悬臂板边缘处有一些差异,需要进行修正。研究给出了相关的剪力滞系数,可以为波形钢腹板箱梁设计时的剪力滞系数取值提供参考。     

大跨度波形钢腹板PC组合连续箱梁桥动力特性和及响应分析

奉化江大桥主桥是跨径布置为100＋160＋100m大跨度连续预应力波形钢腹板组合梁桥,为单幅主梁采用单箱三室的波形钢腹板组合箱梁截面。采用Midas Civil 2012软件对其进行空间结构有限元法计算模型,对桥梁进行动力特性分析和响应分析计算,得到相应计算结论,为以后类似桥梁动力特性和及响应分析计算提供依据。     

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。     

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。     

波纹钢腹板连续箱梁的动力分析

随着对于波纹钢腹板新型桥梁研究的深入开展,其动力性能的分析也备受关注。通过静力抗弯刚度等效的原则,分别建立了普通混凝土连续箱梁和波纹钢腹板连续箱梁模型,对比分析了二者的动力特性。计算和分析结果表明：采用波纹钢腹板连续箱梁可以有效的减轻自重,但其抗扭刚度较低,增加横隔板可以有效的增加抗扭强度,过密的横隔板对抗扭刚度的提高不再明显。