车辆荷载作用下连续箱梁桥剪力滞效应分析

采用有限元方法对混凝土连续箱梁桥的剪力滞效应进行分析,重点研究了车辆荷载类型及作用位置对箱梁剪力滞效应的影响.结果表明:不同车辆荷载作用下,箱梁剪力滞系数横向分布规律不同,荷载等级对箱梁剪力滞效应的影响较为明显;车辆荷载纵向变位对梁端截面剪力滞效应影响较大,对跨中截面影响较小,距离支座越近剪力滞效应越明显;箱梁顶板中心剪力滞系数随着车辆荷载从翼板向箱梁中心移动,将经历一个负剪力滞效应到无剪力滞效应,再到正剪力滞效应的过程,而底板剪力滞效应受荷载横向移动的影响较小;车辆荷载对其作用点附近的局部区域剪力滞效应影响较大.     

预应力薄壁箱梁受弯剪力滞效应分析

首先对剪力滞效应的原理进行了综述,理清了概念,运用有限元软件ANSYS对某薄壁箱梁的剪力滞效应进行数值分析,与相关文献数值解、实测值和理论值进行对比,验证了模型的正确性。然后通过分析受弯箱梁本身受力特点,得到各影响因素对于其剪力滞系数的影响,并总结剪力滞系数沿跨径纵向分布的规律。再进一步分析了仅轴力、纯弯作用下剪力滞系数的纵向分布和翼缘板剪力流的关系,然后结合工程实践中的恒载、活载和预应力三者进行对比分析,得出全预应力结构有均衡剪力滞系数纵向分布及降低峰值的优点。最后对箱梁进入塑性状态后的剪力滞效应进行了研究并得出了相应结论,目的在于研究预应力作用下箱梁剪力滞特点及塑性状态箱梁剪力滞的变化规律,为工程实践提供一定理论基础。     

考虑集中弯矩作用的箱梁剪力滞分析有限梁单元

在变分法薄壁箱梁剪力滞基本微分方程的基础上,提出一个可考虑集中弯矩影响的分析箱梁剪力滞效应的有限梁单元。该单元每节点有两个剪力滞自由度,可适应各种边界条件和加载条件。定义考虑集中弯矩影响后的广义剪力滞位移向量,利用单元的边界条件导出箱梁考虑剪力滞效应的单元系数矩阵,再按结构系统分析时剪力滞广义平衡与变形协调条件导出考虑集中弯矩影响的广义荷载列阵计算公式。对简支梁、悬臂梁和连续梁在不同荷载作用下的剪力滞效应进行分析,并与变分法解析结果作对比,表明本文方法是可靠和有效的,可以分析任意结构型式的箱梁在包括集中弯矩在内的任意荷载作用下的剪力滞效应。     

单箱双室简支箱梁的剪力滞效应研究

研究目的:多室箱梁在竖向弯曲变形时,对应于初等梁理论纵向应力计算模式,存在多种横向剪力滞效应模式。本文在分析单箱双室箱梁剪力滞效应的基本模式和力学机理的基础上,结合铁路单箱双室简支箱梁算例,研究在跨中集中力和满跨均布荷载下,不同剪力滞效应模式的分布规律。以对剪力滞效应影响较为突出的高跨比为变量,研究高跨比变化对各剪力滞模式的影响规律。研究结论:通过对双室箱梁的剪力滞效应分析,得出:(1)以双室箱梁为代表的多室箱梁,对应于同一纵向对称荷载,存在着多种剪力滞效应模式,且不同模式的剪力滞效应差异较大;(2)在单箱双室箱梁的多种剪力滞效应模式中,集中力仅作用于中腹板时,截面的剪力滞效应最为突出,同时剪力滞效应对高跨比的改变最为敏感;(3)考虑到多室箱梁剪力滞效应的多模式性,在进行多室箱梁设计时,应充分考虑不同荷载作用模式对剪力滞效应的影响;(4)本文研究方法和结论可为多室箱梁桥的设计和力学分析提供理论借鉴。     

考虑截面配筋的箱梁剪力滞效应分析

为研究截面配筋后的箱梁剪力滞效应,采用能量变分法,建立箱梁剪力滞效应的分析方程,并推导出简支梁在集中荷载和均布荷载作用下考虑剪力滞效应的附加弯矩和挠度计算公式。结合铁路标准设计箱梁算例,分析了不同配筋率时的箱梁剪力滞效应。结果表明,截面配筋对箱梁剪力滞效应有一定的影响,随截面配筋率增大,截面剪力滞附加弯矩增大,挠度减小,剪力滞效应突出。对算例箱梁,考虑截面配筋后剪力滞附加弯矩增大可达298.37%,挠度减小可达15.98%,剪力滞系数增大可达1.36%。     

考虑截面配筋的变截面悬臂梁剪力滞效应研究

基于选定的三次抛物线剪滞翘曲位移函数,采用能量变分法推导出考虑截面配筋后的剪力滞控制微分方程,研究截面配筋对变截面悬臂箱梁剪力滞效应的影响。结合实际施工案例,利用差分法计算分析了不同荷载作用下,不同配筋率时施工至最大悬臂状态的箱梁剪力滞效应。研究结果表明:截面配筋对变截面悬臂箱梁剪力滞效应有一定影响,随着配筋率的增大,不同类型荷载作用下附加弯矩均增大,但箱梁不同部位的剪力滞系数变化不同。均布荷载作用下,剪力滞系数最大增加5.16%,最大减少24.42%;集中荷载作用下剪力滞系数最大增加2.77%,最大减少1.92%。     

剪力滞对箱梁弯曲刚度影响的分析

在薄壁箱梁剪力滞变分法原理的基础上,提出一种可以考虑剪力滞与梁弯曲刚度耦合影响的箱梁剪力滞效应的有限梁段方法,导出相应的有限单元公式。该方法在梁段单元每节点上采用两个剪力滞自由度,以适应不同的剪力滞位移边界条件。分析简支梁和悬臂梁两种不同边界形式的箱梁在均布荷载和集中荷载等不同荷载条件下的剪力滞系数和考虑剪力滞影响的梁的挠度,并与相应的变分法解析结果作对比,验证本方法的有效性和可靠性。算例结果表明,剪力滞对梁弯曲刚度的影响是明显的,且梁的刚度越大,这种影响的比例就越大。     

双室箱梁剪力滞效应的试验研究北大核心

为开展单箱双室箱梁剪力滞效应的试验研究,制作了有机玻璃简支箱梁模型。在容许开裂范围内,对该试验箱梁进行集中力作用于跨中截面三腹板上方、两对称边腹板上方和中腹板上方的加载。采用DH3816应变采集仪测得跨中及1/4跨截面各关键点应变值,并用百分表测得箱梁各关键截面挠度值。测量得到的截面应力分布规律验证了箱梁截面剪力滞效应的存在。同时对该有机玻璃简支箱梁,采用空间板壳数值方法计算了3种集中力工况下截面的剪力滞分布规律。结果表明,集中力作用下双室箱梁各翼板间存在明显的剪力滞效应,且荷载的横向作用位置对箱梁截面剪力滞效应影响较大。     

钢桁腹组合梁桥剪力滞效应分析

钢桁腹组合梁桥作为一种新型组合结构桥梁,具有自重轻、侧向通透性好、便于施工等众多优点。但与其他箱梁相似,同样存在较为明显的剪力滞效应。为精确分析剪力滞效应产生规律,本文通过建立实体有限元模型分析钢桁腹组合梁桥的弯曲应力分布状况,并着重分析混凝土顶底板厚度和钢桁腹杆壁厚等参数对剪力滞效应的影响。通过计算结果可看出,钢桁腹组合梁桥在全桥范围内均存在较为明显的剪力滞效应,靠近支座处较跨中的剪力滞效应更为显著;顶底板厚和腹杆壁厚均对组合梁剪力滞效应有较大影响,顶板厚度影响最大,实际设计中应予以注意。     

变截面连续箱梁剪力滞效应及其形成机制

为分析变截面连续梁的剪力滞效应,推导了变截面连续梁剪力滞效应的比拟杆控制方程,以某三跨连续梁为例检验了本文算法的正确性,讨论了箱梁梁高变化对连续箱梁剪力滞系数的影响,通过分析箱梁顶板和腹板内剪力流沿跨长的分布规律,探讨了梁高变化对连续箱梁正负剪力滞的影响规律。研究发现:连续梁正弯矩区呈现正剪力滞现象,负弯矩区的剪力滞现象与悬臂梁类似;梁高沿跨径方向的变化减弱了连续箱梁负弯矩区内剪力滞效应,但增大了正弯矩区的正剪力滞效应;工程设计时可以增大连续梁在负弯矩区内梁高的变化梯度,并减小正弯矩区内梁高的变化梯度,以最大程度地减小箱梁剪力滞效应。     

单箱双室波形钢腹板PC箱梁剪力滞效应分析

研究目的:由于不同的刚度分布,波形钢腹板预应力混凝土箱梁截面剪力滞效应与普通预应力混凝土箱梁截面存在较大差异,为研究单箱双室波形钢腹板预应力混凝土箱梁的剪力滞效应,借助有限元分析软件ANSYS建立单箱双室波形钢腹板预应力混凝土箱梁空间模型,分析两种典型荷载工况下典型截面的应力分布,得到典型截面的剪力滞系数,并与普通预应力混凝土箱形梁作比较,分析讨论7种几何参数变化条件下箱梁剪力滞系数的变化情况。研究结论:(1)采用波形钢腹板略增大了各断面的最大剪力滞系数;(2)对于顶板而言,中腹板的剪力滞系数大于边腹板,底板反之;(3)剪力滞系数的主要影响参数是宽跨比、承托长度、顶板厚度,横隔板数量对剪力滞系数的影响甚小;(4)该研究成果对波形钢腹板预应力混凝土箱梁设计及计算分析具有参考借鉴价值。     

双室箱梁剪力滞效应的试验研究

为开展单箱双室箱梁剪力滞效应的试验研究,制作了有机玻璃简支箱梁模型。在容许开裂范围内,对该试验箱梁进行集中力作用于跨中截面三腹板上方、两对称边腹板上方和中腹板上方的加载。采用DH3816应变采集仪测得跨中及1/4跨截面各关键点应变值,并用百分表测得箱梁各关键截面挠度值。测量得到的截面应力分布规律验证了箱梁截面剪力滞效应的存在。同时对该有机玻璃简支箱梁,采用空间板壳数值方法计算了3种集中力工况下截面的剪力滞分布规律。结果表明,集中力作用下双室箱梁各翼板间存在明显的剪力滞效应,且荷载的横向作用位置对箱梁截面剪力滞效应影响较大。     

单箱多室变宽度道岔连续梁桥空间力学性能分析

为了明确不同荷载条件下单箱多室变宽度道岔连续箱梁桥的应力分布及剪力滞效应,首先采用数值方法,利用ANSYS建立考虑预应力以及各种荷载工况加载方式的三维实体单元模型,分析箱梁在不同荷载效应下应力分布和变形趋势;然后,选择箱梁顶底板不同部位16个应变测点,采用多通道数据采集仪分别同步实测满堂支架现浇、预应力张拉及成桥落架等施工阶段时箱梁应力,并与数值分析数据进行对比验证;在此基础上,利用数值模型对该单箱五室预应力混凝土道岔梁在列车活载作用下的横向和纵向剪力滞效应进行分析。研究表明,三维实体数值模型可得到不同荷载工况作用下单箱多室箱梁应力分布的精细结果,数值分析结果和应力实测数据都显示箱梁顶底板应力分布不均匀,有明显的剪力滞效应,且顶板剪力滞效应更显著;数值分析还显示,车辆布载方式影响剪力滞效应,剪力滞效应沿着纵桥向变化,剪力滞系数最大达1.074。研究结果表明,单箱多室箱梁设计中应充分考虑箱梁剪力滞效应影响,以确保桥梁结构设计安全。     

考虑波纹钢腹板箱梁特点的挠度分析

基于波纹钢腹板箱梁特点,利用变分原理法,推导考虑箱梁剪力滞和剪切变形影响的波纹钢腹板箱梁挠度计算公式.结合室内模型试验和有限元分析,对该公式的有效性进行验证,并分析各影响因素对波纹钢腹板箱梁挠度的影响程度.分析结果表明:该公式的计算结果与试验和有限元分析的结果具有较高的一致性,表明该公式可用于波纹钢腹板箱梁设计和施工中的挠度计算,剪力滞对正应力分布有影响,剪切变形对正应力分布没有影响;与初等梁理论的计算结果比较,剪力滞效应和剪切变形分别增大波纹钢腹板箱梁挠度1.3%和44.7%.因此在实际计算波纹钢腹板箱梁挠度时,不可忽略剪力滞和剪切变形的影响.     

大跨公铁同层斜拉桥超宽幅钢箱梁剪力滞效应

超宽幅钢箱梁高宽比较小,竖向荷载作用下超宽幅钢箱梁处于双向受弯状态,其受力特征不同于常规钢箱梁。为研究正弯矩作用下超宽幅钢箱梁剪力滞效应引起的纵桥向正应力非均匀分布特征,以宜宾临港长江大桥为工程背景,利用ANSYS建立超宽幅钢箱梁跨中梁段空间有限元模型;考虑7种典型荷载工况,计算得到不同荷载工况下超宽幅钢箱梁顶板及底板纵向剪力滞系数分布;并研究不同横隔板间距及斜拉索索距对超宽幅钢箱梁顶板及底板纵向剪力滞系数的影响。研究结果表明：(1)超宽幅钢箱梁在不同荷载作用下,结构受力存在明显的空间受力特征,双向弯曲,约束扭转、剪力滞后等力学行为值得关注;(2)正弯矩作用下顶板纵向正应力受正剪力滞效应影响,底板纵向正应力受负剪力滞影响;(3)适当增加横隔板间距及减小斜拉索索距可降低剪力滞效应;(4)超宽幅钢箱梁设计时应进行精细化分析,以明确结构空间受力特征。     

斜交支承连续箱梁剪力滞效应的梁段有限元分析

选取二次抛物线作为剪力滞翘曲位移函数,用能量变分法导出双室箱梁剪力滞控制微分方程。通过分别建立单元两端支点处和梁轴处位移之间的变换关系,考虑弯曲、约束扭转及剪力滞变形之间的耦合关系,提出一种适用于斜交支承连续箱梁剪力滞效应分析的梁段单元。对一斜交支承3跨连续双室箱梁模型的计算值与ANSYS壳单元计算值和实测值均吻合良好,证明该单元是可靠的。详细分析斜交支承角度变化对斜交支承3跨连续箱梁剪力滞效应及内力分布的影响,结果表明:与常规支承箱梁相比,斜交支承箱梁的剪力滞效应更为显著;控制截面的弯矩和剪滞力矩均随着斜交支承角度增大而减小,但双力矩却随斜交支承角度增大而增大;荷载横向作用位置对双力矩的分布有显著影响;剪力滞和约束扭转引起的翘曲应力在总应力中占较大比例,设计中必须认真对待。     

变高度连续曲线箱梁的剪力滞效应

应用能量变分原理,推导弯曲、扭转、剪力滞耦合的曲线箱梁弹性控制微分方程及其边界条件,得到微分方程的闭合解。利用所得的弹性控制微分方程的齐次解作为位移模式,应用刚度法和功能原理推导单元刚度矩阵及荷载列阵,建立一种考虑弯曲、扭转、剪力滞的曲线箱梁有限段模型。编制计算程序,对变高度连续曲线箱梁进行计算,探讨在不同荷载下的宽跨比和梁高比两个参数对剪力滞的影响,得到变高度连续曲线箱梁剪力滞效应的一些规律。进行剪力滞模型试验研究,并对模型桥进行有限段法和有限元法的数值计算,计算值与试验结果吻合较好,验证本文方法的正确性。本文所得公式是对连续曲线箱梁剪力滞效应理论的补充,分析所得结果为连续曲线箱梁的工程设计提供参考。     

变截面波形钢腹板-UHPC箱梁剪力滞效应试验与理论研究

为进一步推广大跨径变截面波形钢腹板组合箱梁的应用、并提高其抗裂性能,提出变截面波形钢腹板-UHPC组合箱梁新体系。为研究其剪力滞效应,设计并完成一根大比例变截面波形钢腹板-UHPC组合模型梁在不同边界的静力加载试验。采用变截面比拟杆分析理论进行理论分析、建立ABAQUS有限元模型进行数值分析,获得对应测点的应力结果。从模型试验、理论分析、数值仿真分析中获得变截面波形钢腹板-UHPC组合模型梁在不同边界、不同荷载条件下的剪力滞效应规律及负剪力滞效应出现的区域,验证比拟杆分析剪力滞效应的可行性。研究结果表明：在集中荷载作用剪力滞效应纵向影响区之外,非应力集中区域,试验、理论计算与有限元三者的应力结果吻合良好,验证了变截面比拟杆理论分析集中荷载纵向影响区以外梁段剪力滞效应的可行性;集中荷载处顶板的剪力滞系数取值建议不小于1.4,其他地方的取值建议不小于1.1;在纵向影响区内会出现剪力滞效应正负交替现象,在悬臂梁根部截面变化较大的地方会出现负剪力滞效应。     

高墩大跨曲线刚构桥箱梁剪力滞效应研究

以一座位于半径R=600 cm曲线上的高墩(墩高73 m)大跨连续刚构桥——芦家沟大桥为工程背景,应用ANSYS软件建立实桥三维板壳有限元模型,对其进行空间有限元分析,并用参数变换法对影响曲线箱梁剪力滞效应的主要因素进行分析。通过对不同参数曲线箱梁桥剪力滞效应的计算分析,总结出了连续曲线刚构桥曲线箱梁剪力滞效应随各种影响因素变化的规律。     

基于节段预制拼装施工阶段的PK箱梁剪力滞效应研究

为探究混凝土PK箱梁在节段预制拼装施工阶段的剪力滞效应,以石首长江公路大桥为工程背景,采用空间结构计算理论以及现场实测方法对模型计算结果进行验证,研究PK箱梁在自重作用,预应力张拉、提升与滑移不同阶段的剪力滞效应的变化规律,为类似工程提供理论支撑。研究结果表明:考虑空间预应力的PK箱梁结构模型计算结果与实测结果吻合较好,误差在6%~7%之间;自重作用时应力较小,但剪力滞效应最大,提升与滑移阶段的剪力滞效应相对较小,且沿箱梁截面呈非线性走势;张拉横向预应力越大,剪力滞系数曲线沿横桥向越趋于平缓,预应力对剪力滞的影响效果明显;预应力张拉量相等时,吊点与滑靴位置的改变是影响剪力滞效应的主要因素。建议在设计节段预制拼装施工方案时,对预应力张拉方法以及吊点与滑靴位置的设置予以充分考虑,控制箱梁剪力滞效应,保障施工阶段结构的安全性。