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。     

波形钢腹板多室箱梁部分斜拉桥剪力滞效应分析

为了解波形钢腹板多室箱梁部分斜拉桥剪力滞效应对结构受力的影响,以某(58+118+188+108) m单箱四室波形钢腹板部分斜拉桥为背景,采用有限元法建立空间有限元模型,在跨中偏载和对称荷载作用下,计算主跨箱梁有索段和无索段顶底板混凝土正应力,分析各截面的剪力滞分布规律。结果表明:箱梁跨中截面混凝土顶板、底板正应力分布极不均匀,具有明显的剪力滞效应,箱梁混凝土顶板、底板剪力滞系数随距集中荷载作用点距离的增大急剧减小,截面顶板剪力滞效应均比底板大;箱梁顶底板均呈现正剪力滞效应,混凝土横隔板可以改善箱梁截面正应力分布,减弱剪力滞效应;顶底板剪力滞系数在无索段范围内急剧减小,有索段内急剧增大,车辆活载只在局部范围内引起较大的剪力滞效应,设计中应考虑此效应引起的不均匀应力。     

轴向荷载横桥向对称布置下的双主肋主梁剪力滞效应

针对斜拉桥双主肋主梁等工程实际,研究轴向荷载作用位置相对截面形心在横桥向对称偏移时的双主肋主梁剪力滞效应,推导了桥面板上任一点正应力和剪力滞系数的计算公式。结果表明:当轴向荷载横桥向作用位置从ξ=0向ξ=b对称移动时,桥面板将经历负剪力滞效应-无剪力滞效应-正剪力滞效应的变化过程,结论与有机玻璃模型Ansys解吻合良好。轴向荷载横桥向对称变位引起的双主肋主梁剪力滞效应明显,建议在结构设计时予以考虑。     

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。     

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.     

单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁的受力性能研究

为掌握荷载横向作用位置对单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁受力性能的影响,设计制作了缩尺比例为1∶10的模型梁,对简支模型梁分别进行了横向对称的双点和四点集中力弹性加载试验,集中力在横向分布作用在边、中腹板处顶板,对顶、底板的纵向应变、钢腹板剪应变和梁底挠度进行了测试。同时,建立有限元模型进行对比分析,并提出用腹板剪力系数表示"腹板剪力分配的不均匀程度"。结果表明:对于单箱三室的波形钢腹板混凝土组合箱梁,对称荷载的横向作用位置对作用截面的剪力滞系数横向分布有显著影响,不同腹板处顶、底板剪力滞系数的差异较大,在荷载作用点附近达最大值;加载截面横隔板的设置可以减弱剪力滞效应,而非加载截面的横隔板使顶、底板正应力分布呈现类似"负剪力滞效应";剪力在各钢腹板间不是平均分配,直接承受集中荷载的腹板可分担70%以上的剪力,其剪力系数最大可达2.0;横隔板可减小剪力不均匀分配的影响。     

连续箱梁桥施工阶段负剪力滞效应研究

在初等梁理论的基础上,利用变分原理和有限差分法推导出在悬臂状态下梁的应力,得到理论剪力滞系数;结合某桥悬臂施工,实测了顶、底板应力值并计算了剪力滞系数,并对二者进行了比较分析。研究发现,随着施工的进行,悬臂根部截面底板、1/8跨截面顶板、1/4跨截面底板实测剪力滞系数与理论计算剪力滞系数变化趋势基本相同;悬臂根部截面顶、底板的剪力滞呈现交替变化的特征,1/8跨截面顶板始终处于正剪力滞状态、底板由正剪力滞状态变为负剪力滞状态,1/4跨截面顶、底板均处于负剪力滞状态,且负剪力滞效应明显。     

河口大桥施工过程剪力滞效应研究

兰州河口大桥为主跨360m的双塔双索面组合梁斜拉桥,主梁采用П形工字钢-混凝土组合梁,采用悬臂拼装法施工。为研究后续施工(施工步骤增加)对当前截面以及当前截面施工工况变化对已完成梁段剪力滞效应影响的规律,基于能量变分法及矩阵分析法,建立П形钢-混凝土组合梁斜拉桥截面任意位置剪力滞效应分析的有限梁段公式及剪力滞系数计算公式,并通过施工现场实桥试验对该桥施工过程中的剪力滞效应进行分析。结果表明:随着施工步骤的增加,截面应力分布更加均匀,剪力滞系数趋于平稳;施工步骤变化对腹板和翼板交界处剪力滞系数的影响较翼板中点处剪力滞系数大,腹板和翼板交界附近的剪力滞现象更加严重;施工工况变化对剪力滞的影响明显,同一截面不同工况剪力滞系数明显不同,甚至剪力滞特征(正、负剪力滞效应)也可能不同。     

横隔梁对波形钢腹板PC连续梁桥纵向正应力的影响研究

目前关于横隔梁对波形钢腹板PC连续梁桥纵向正应力的影响,都是基于小梁试验或理论分析的基础,与实际有差别。鉴于此,依托一在建单箱九室波形钢腹板PC组合连续箱梁桥,建立该桥有限元模型,分析3车道偏载作用下有无横隔梁2个工况下箱梁顶、底板的纵向正应力分布规律和剪力滞效应。结果表明:未设横隔梁的桥梁纵向正应力分布变化剧烈,距墩顶越近,顶、底板正应力横向分布变化越大;设置横隔梁后桥梁纵向正应力分布较为均匀,顶、底板正应力横向分布在跨中截面附近变化较大;未设横隔梁与设置横隔梁时顶、底板正应力最大比值分别为1.47、1.32;设置横隔梁的桥梁在汽车荷载下剪力滞效应最大,3车道偏载与6车道对称荷载作用下箱梁顶板剪力滞系数比值为1.04,底板剪力滞系数比值为1.06;横隔梁对改善箱梁正应力分布、降低剪力滞程度具有显著影响。     

横隔板设置对偏心荷载作用下混凝土箱梁剪力滞的影响

针对横隔板对混凝土箱梁剪力滞的影响,利用桥梁设计软件MIDAS／Civil2006对在偏心荷载作用下,设置不同横隔板数目时,混凝土箱梁剪力滞的影响进行了分析比较,得到剪力滞系数沿截面横向和纵向的变化曲线。分析结果表明,加设3道横隔板后,箱梁受力有明显改善。     

超宽预应力混凝土箱梁斜拉桥压重试验研究

为了弄清超宽预应力混凝土箱梁斜拉桥在活载作用下的剪力滞效应、偏载效应等复杂结构行为,通过主梁压重试验及有限元仿真分析进行了对比研究。结果表明,正载工况负弯矩截面顶底板纵向应力较为均匀,正弯矩截面表现出正剪力滞效应,顶板剪力滞系数为1.6,底板剪力滞系数为1.2;偏载工况大部分测点的偏载系数为0.5~1.0,大部分测点的应力小于正载工况。     

九江长江公路大桥宽幅主梁结合段剪力滞效应分析

九江长江公路大桥主桥为双塔双索面混合梁斜拉桥。该桥主梁宽高比大,钢-混结合段构造和受力复杂,剪力滞效应显著。为研究钢-混结合段剪力滞效应分布对主梁受力及结构布置的影响,选取含结合段的主梁节段建立模型,采用有限元法分析结合段钢梁及混凝土梁关键截面顶、底板在设计控制工况内力作用下的应力和剪力滞系数分布。分析结果表明:结合段混凝土梁存在较强的剪力滞效应,底板靠斜底板处剪力滞系数最大,达到1.5,在未考虑纵向预应力作用的情况下,混凝土梁底板存在较强的顺桥向拉应力,建议根据剪力滞系数分布加强纵向预应力布置。     

П形截面主梁斜拉桥剪力滞效应分析

以温州某∏形截面预应力混凝土梁斜拉桥为背景,采用数值计算方法,通过分析自重、斜拉索索力、预应力、对称活载及其组合作用下的剪力滞效应问题,研究该种桥型主梁剪力滞系数的分布规律。结果表明,∏形断面在单项荷载作用下的剪切变形从梁肋向两侧逐渐减小,且轴向力作用能减弱剪力滞效应;在作用效应组合下,截面出现负剪力滞现象,这亦为同类桥型设计应注意的问题。     

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。     

大跨箱梁桥剪力滞剪切变形双重效应分析

以对直线箱梁考虑剪力滞后、剪切变形的分析为基础,给出考虑双重效应的直线箱梁在均布荷载作用下的初参数解,推导了在局部坐标系下的单元刚度矩阵及等效节点荷载矩阵。利用ANSYS大型有限元软件对大跨度连续梁桥各关键截面进行多工况分析,总结各个工况作用下应力分布情况以及剪力滞系数的分布规律,从而对大跨度连续箱梁桥的整体及典型截面处的应力进行计算、分析。     

分段施工单箱双室悬臂箱梁的剪力滞效应

为研究悬臂施工单箱双室悬臂箱梁的剪力滞效应特点,建立分段施工的悬臂箱梁有限元模型,对自重荷载作用下的顶、底板正应力进行分析。结果表明:分段施工对悬臂端部附近2个梁段影响最明显,剪力滞系数最大值应提高10%,对远离悬臂端部梁段的影响可忽略;中横隔板的设置对单箱双室悬臂箱梁横的2个梁段的正应力分布有一定影响,剪力滞系数最大值可提高5%,对远离横隔板梁段的剪力滞效应基本无影响。     

大悬臂钢-混凝土组合脊骨梁的剪力滞效应

通过模型试验,首先研究了带波形钢腹板大悬臂挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁正、负弯矩截面在集中荷载和均布荷载作用下的剪力滞效应,探讨了混凝土板和钢底板上弯曲正应力的横向分布规律;然后基于能量变分原理和换算模量法,提出了多弹性模量、多最大剪切转角差函数和考虑横向预应力影响的组合脊骨梁剪力滞效应的理论计算方法;最后分析了悬臂长度对组合截面剪力滞效应的影响.试验、理论和有限元分析结果的比较表明:组合脊骨梁的正、负弯矩截面均存在明显的剪力滞现象,所提出的理论计算方法能够满足工程设计的精度要求.     

基于有限混合单元法的受弯构件剪力滞效应研究

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。     

基于比拟杆法的多室箱梁竖弯段剪力滞效应计算及分析

为了分析梁轴线为竖向曲线的多室箱梁在桥墩处的剪力滞效应,基于比拟杆理论,通过用支座反力等效代替桥墩约束,求得了顶板沿桥轴线的轴力、剪力方程,算出了各加劲肋、腹板处加劲杆的换算面积,然后根据剪切变形协调方程,建立了考虑加劲肋影响的剪力滞微分方程组。将所建方程组的计算结果与采用ANSYS APDL软件建立的板壳有限元模型计算结果进行对比后发现：采用所建方程可避免求解2阶微分方程组的困难,易于使用,且能反映局部竖弯梁段的剪力滞效应变化情况,但计算精度随着叠加并积分的剪力流增加而降低;对于靠近计算起始端截面的加劲杆而言,比拟杆法计算应力与模型计算应力差值在10%左右;竖弯梁顶板最大应力处的剪力滞系数为1.4,大于直梁在该处的剪力滞系数1.2,直梁在该处的轴向应力与竖弯梁相比减小了5.9 MPa,可以认为存在竖弯的箱型梁对剪力滞的影响是不利的。     

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。