波形钢腹板刚构桥和普通PC刚构桥跨中下挠对比分析

为对比研究波形钢腹板刚构桥和普通PC刚构桥的下挠特性,分别建立某大跨波形钢腹板刚构桥的杆件模型及三维实体模型,在此基础上将钢腹板替换为混凝土腹板,并添加腹板预应力束,对比研究钢腹板剪切、混凝土收缩徐变、预应力损失等因素对两桥的影响。结果表明:自重作用下钢腹板相比混凝土腹板产生了较大的剪切变形,波形钢腹板刚构桥挠度更大;预应力主要产生轴向力而非竖向力,故预应力作用下两种桥梁产生的剪切变形均不明显;相对湿度和收缩徐变的改变对普通PC刚构桥挠度影响更明显;普通PC刚构桥成桥各阶段总竖向位移约为波形钢腹板刚构桥的1.6～2.0倍。体内预应力损失对波形钢腹板刚构桥和普通PC刚构桥均有较明显的影响,体外预应力损失对波形钢腹板刚构桥挠度影响不明显;自重系数每增加0.025时,两桥跨中挠度约增加6%～8%。     

大跨波形钢腹板预应力组合箱梁桥线形控制技术研究

波形钢腹板体外预应力组合箱梁的显著特点是用波形钢腹板取代了混凝土腹板,其受力性能与常规预应力混凝土箱梁有较大差别。为了研究剪切变形和日照温度效应对大跨波形钢腹板预应力组合箱梁桥线形控制影响,本文以桃花峪黄河大桥跨大堤桥为背景进行了分析,研究表明:(1)剪切变形对大跨波形钢腹板预应力组合箱梁挠度影响不可忽略,需要以能精确模拟此类结构构造特点的空间有限元分析计算为基础进行该类结构线形控制。(2)在日照温度挠度效应方面,波形钢腹板预应力组合箱梁的日照温度挠度效应趋势和常规PC箱梁相同,但是其温度挠度变化比同跨径常规PC箱梁小。     

考虑腹板剪切行为的波形钢腹板梁理论模型

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板梁受力行为的影响,引入腹板剪切变形转角函数,将波形钢腹板梁的弯曲行为分解为桁架作用和弯曲作用,建立一个能够考虑波形钢腹板剪切变形的波形钢腹板梁理论模型。推导了端部无约束条件下简支波形钢腹板梁在均布荷载和端部约束条件下简支波形钢腹板梁在跨中集中荷载作用下的解析解,采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。研究结果表明:端部约束条件对主梁变形影响很小;波形钢腹板的剪切变形对主梁变形影响显著,在常见波形钢腹板梁桥尺寸范围内,由腹板剪切变形引起的主梁挠度占总挠度的10%～30%。     

考虑全截面剪切变形效应的波形钢腹板箱梁挠度计算

为了分析计算波形钢腹板箱梁在竖向荷载作用下的弯曲挠度,考虑波形钢腹板和混凝土顶、底板在其自身平面内的全截面剪切变形,引入符合力学规律的波形钢腹板和混凝土顶、底板在其面内剪切变形的位移函数,利用能量变分原理,推导出波形钢腹板箱梁挠度计算的解析解。结合单箱单室和单箱双室波形钢腹板箱梁算例,与仅考虑波形钢腹板剪切变形的挠度计算方法和ANSYS有限元解进行了比较分析。结果表明:该解析解的计算结果比仅考虑波形钢腹板剪切变形的计算结果更加精确,与有限元分析结果吻合良好,误差在5%以内,满足挠度计算的精度需求,且跨径越小,全截面剪切变形效应对挠度的影响越明显;针对单箱单室波形钢腹板箱梁,全截面剪切变形效应对挠度的贡献最大为36. 12%,其中波形钢腹板的剪切变形对总挠度的贡献最大为34. 46%,剪力滞效应对总挠度的贡献最大为1. 66%;而对于单箱双室波形钢腹板箱梁,全截面剪切变形效应对挠度的贡献最大为40. 91%,其中波形钢腹板的剪切变形对总挠度的贡献最大为36. 03%,剪力滞效应对总挠度的贡献最大为4. 88%;在相同的工况下,波形钢腹板箱梁的箱室越多,全截面剪切变形效应对挠度的贡献越大,挠度贡献值的最大增幅为4. 79%,在不同的工况下,集中荷载作用下全截面的剪切变形效应较为明显。     

大跨波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁桥施工控制研究

为提高波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁桥施工控制精度,使之更好地符合设计预期,以伊朗德黑兰北部高速公路主跨153m的波形钢腹板预应力混凝土箱形连续梁桥为背景,对该桥参数敏感性分析、主梁应力和线形监测与控制、波形钢腹板竖向高程控制等内容进行研究。通过参数敏感性分析明确了箱梁自重对主梁应力和变形的影响程度,为确定施工控制参数提供了基础。针对波形钢腹板竖向高程,采用了竖向高程和前后两段夹角双控,以高程控制为主,前后两段夹角控制为辅的控制方法。结果表明:通过施工控制主梁线形和应力满足规范精度要求,波形钢腹板竖向定位精度较高。     

均布荷载作用下波形钢腹板简支箱梁的挠度

基于波形钢腹板组合箱梁的特点,在其承受均布荷载作用下,运用能量变分原理推导了波形钢腹板简支箱梁考虑箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切效应下的挠度计算公式.结合室内模型试验梁的实测值和ANSYS三维有限元的计算值,对该公式的正确性进行了验证,同时分析了这2种影响因素对波形钢腹板简支箱梁挠度的影响程度.结果表明:该公式的计算结果与实测值及有限元计算值吻合良好;在承受均布荷载作用下,与初等梁理论计算的挠度相比较,剪力滞效应和波形钢腹板的剪切效应分别增大波形钢腹板简支箱梁挠度的1.82％和36.36％,因此在实际计算中必须考虑波形钢腹板剪切效应对挠度的影响,而可以忽略剪力滞对挠度的影响,研究结论可为今后波形钢腹板箱梁桥的设计计算提供参考.     

悬臂波形钢腹板组合箱梁模型试验研究

通过对有机玻璃波形腹板悬臂组合箱梁模型试验研究,考察了在单点对称加载作用下悬臂波形腹板箱梁的力学性能,同时对结构截面应变、变形和腹板剪应力计算进行了理论分析,并提出了考虑剪切变形影响的悬臂波形腹板组合箱梁的挠度计算公式。结果表明:悬臂波形腹板组合箱梁的实测应力与理论结果一致;腹板纵向应变分布满足平截面假定;波形腹板承担了截面大部分的剪力;悬臂波形腹板组合箱梁的挠度计算应计入剪切变形所产生的挠度增量,该结果可为工程设计和施工控制提供重要的参考依据。     

波形钢腹板混凝土工字梁剪切变形研究

针对波形钢腹板混凝土简支工字梁,运用能量法推导在集中力作用下,考虑剪切变形的挠度计算公式.通过与实体有限元模型比较,表明计算公式有较好的精度.参数分析表明:高跨比大于1/20,剪切挠度占总挠度超过10％;剪切变形对跨中挠度的贡献程度,随着波折角、波高的增大而增大;波形钢腹板混凝土工字梁相对于平钢腹板混凝土工字梁、混凝土腹板工字梁有更大的剪切变形.     

非对称钢-混混合梁桥关键技术研究

为给多跨非对称钢-混混合梁桥设计与施工提供参考,以一座4跨非对称钢-混混合梁桥——龙翔大桥主航道桥为背景,采用有限元软件建立该桥杆系结构有限元模型,分析不同合龙顺序、钢箱梁长度对该桥成桥后线形和内力的影响,以及9个关键参数对预拱度及合龙口纵向变形的影响。结果表明：合龙顺序对成桥线形和内力的影响较小,该桥采用2个中跨依次合龙的施工顺序;各墩墩顶负弯矩绝对值和中跨跨中挠度随钢箱梁长度与中跨跨径之比k₁增大而呈线性减小,该桥k₁最终取0.371,中跨钢箱梁长75 m;钢箱梁自重和主梁混凝土弹性模量对预拱度影响较大,前者变化6%、后者变化10%时预拱度变化值分别约为15 mm和13 mm;环境温度对合龙口纵向变形影响较大,环境温度变化10℃时合龙口纵向变形变化12 mm。施工控制时应严格控制钢箱梁自重、主梁混凝土弹性模量,确保按设计温度合龙。     

波形钢腹板部分斜拉桥受力性能分析

为探讨200m跨径范围内波形钢腹板部分斜拉桥的适用性,采用有限元分析,对比研究了跨径布置相同、承受荷载能力相当的波形钢腹板部分斜拉桥、混凝土部分斜拉桥、波形钢腹板斜拉桥和波形钢腹板连续刚构桥4种结构形式桥梁各主要构件的受力性能。结果表明:波形钢腹板部分斜拉桥主梁的结构形式及受力特性介于波形钢腹板连续刚构桥和波形钢腹板斜拉桥之间,更接近于连续刚构桥;与同跨径混凝土部分斜拉桥相比,波形钢腹板部分斜拉桥自重减轻,主梁结构更轻型化;混凝土部分斜拉桥与斜拉桥的界定方法和斜拉索容许应力的取值方法同样适用于波形钢腹板部分斜拉桥。     

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。     

波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的设计计算分析

针对目前国内跨度最大的波纹钢腹板预应力组合箱梁桥——三道河中桥,对其箱梁主体、波纹钢腹板、剪力连接键及预应力布置等方面的设计及构造细节进行了介绍;并采用ANSYS建立了其空间有限元模型,参照现行的桥梁设计规范对其设计计算过程中的截面受力、波纹钢腹板的受力、剪力连接键的抗剪能力以及主梁变形等关键性问题进行了详细的阐述。计算结果表明,在正常使用极限状态下,混凝土顶底板的应力、波纹钢腹板剪应力及主梁挠度满足要求,且波纹钢腹板不会在其发生剪切屈服之前而发生局部屈曲、整体屈曲或合成屈曲破坏;在承载能力极限状态下,主梁承载能力满足要求;剪力连接键的抗剪能力满足要求且具有较大的安全储备。可为今后波纹钢腹板预应力组合梁桥的设计计算提供参考。     

波纹钢腹板组合箱梁的抗剪受力性能

以某跨径为40 m的波纹钢腹板预应力组合梁桥为原型,根据相似理论设计制作了缩尺模型试验梁。通过测试模型梁在静力荷载作用下的挠度和应变,研究了该桥型的抗剪受力性能。采用有限元方法研究了波纹钢腹板的整体尺寸、波纹板厚度、波折角度、波纹板高度和平板宽度等对波纹钢腹板构件非线性剪切屈曲性能的影响。另外,对Hamilton所做的波纹钢腹板剪切屈曲试验结果进行了回归分析,给出了波纹钢腹板局部屈曲强度的半经验半理论计算公式。结果表明:混凝土顶板和底板承担了大部分弯矩,波纹钢腹板主要承担剪力,且剪力沿波纹板高度方向均匀分布。     

钢-混组合连续梁桥成桥后混凝土收缩徐变效应影响分析

钢-混组合连续梁桥的钢梁和桥面板通过剪力钉连接,混凝土桥面板的收缩徐变变形会受到钢梁的约束,继而引起桥面板和钢梁应力发生重分布。以某市区快速路环线工程钢-混组合连续梁桥为分析对象,研究发现混凝土收缩徐变对组合连续梁桥成桥后的线形和应力均产生一定不利影响,环境年平均相对湿度变化对组合连续梁桥线形和钢梁应力影响较小,相对湿度增加对桥面板受力有利。     

波形钢腹板工字钢梁抗弯性能试验研究

传统的工字钢梁通常由顶板、底板和中部的平腹板焊接而成,由于腹板承受较大的竖向荷载,极易出现弯曲变形,导致整体刚度下降,结构承载受到较大影响。为了改善这一情况,研究了波形钢腹板工字梁在竖向荷载作用下的弯曲特性,通过有限元分析、理论计算和试验研究,得出不同荷载值作用时相应的应变值和挠度值,并与普通工字梁进行对比。结果表明,波形钢腹板工字梁具有更大的抗弯极限承载力,能较大程度地改善传统工字钢梁挠度过大的问题。     

波形钢腹板预应力混凝土箱梁的试验研究

为研究波形钢腹板预应力混凝土箱梁这种新型桥梁结构的力学性能,根据国外已建实桥的箱梁尺寸,设计了缩尺模型试验梁。通过测试模型梁在静力荷载作用下的挠度和应变,来分析这种箱梁结构的弯曲、扭转和畸变等力学特性。试验结果表明:在弯曲荷载作用下,波形钢腹板主要承担剪力,而弯矩仅由混凝土顶板和底板来承担,同时箱梁的挠度应计及钢腹板的剪切变形的影响。另外,波形钢腹板预应力混凝土箱梁对偏心荷载作用时产生的扭转变形和畸变的抵抗能力相对较差。波形钢腹板预应力混凝土箱梁具有区别于传统混凝土箱梁结构的的力学特性。     

具有新型连接件的钢-混组合梁界面抗滑移试验与分析研究

为了解具有波折开孔板连接件的组合梁的界面抗滑移性能,采用试验与有限元模拟分析相对比的方法对设有双排波折开孔钢板连接件的钢-混凝土组合梁进行了研究。通过试验得到试验梁跨中截面沿梁高的应变分布、钢梁与混凝土板的界面相对滑移、相对滑移沿梁长的分布和组合梁破坏形态;通过与试验过程相应的有限元计算分析,得到组合梁的理论界面相对滑移曲线;实测与计算结果吻合较好。研究结果表明:波折开孔钢板连接件的抗滑移性能良好,混凝土板和钢梁具有良好的协同工作性能。     

隧道波纹钢板套衬接头抗弯性能有限元分析

为进一步探讨隧道波纹钢套衬结构纵向连接接头的安全性和适用性问题，对不同型号拼装式波纹钢板纵向接头抗弯力学性能进行研究，选取200 mm×55 mm、300 mm×110 mm和400 mm×150 mm 3种型号波纹钢板试件进行接头抗弯数值模拟。共设计12种工况，对比不同规格螺栓的应力分布规律、变形破坏形式及不同螺栓预紧力条件下的法兰板极限承载力及变形破坏特征，就螺栓应力、跨中挠度、极限承载力、法兰板接缝张开量及塑性破坏等方面进行深入分析。研究结果表明： 1）螺栓主要受拉弯变形，内侧螺栓较外侧螺栓受力更大，率先达到屈服状态； 2）接头薄弱点主要在于法兰板，其更容易发生变形破坏； 3）螺栓预紧力对波纹钢板的极限承载力、跨中挠度及接缝张开量均有一定的影响； 4）大波形波纹钢板极限抗弯承载能力约为深波形和中波形的1.36倍和1.67倍。     

槽型宽翼梁剪滞效应分析的有限段法

针对槽型宽翼梁剪滞效应分析已有方法通常忽略横向剪切变形的影响、计算工作量大、不便于工程应用的局限性,提出一种能准确分析变截面槽型宽翼梁剪滞、剪切双重效应的有限段法。基于最小势能原理,建立了槽型宽翼梁考虑剪滞效应和剪切变形双重影响的平衡控制微分方程及自然边界条件。在由方程得出均布荷载作用下的内力和位移初参数解的基础上,导出了槽型宽翼梁的有限段单元刚度矩阵和等效节点荷载列阵。应用有限段法,结合有机玻璃模型梁试验,分析了槽型宽翼梁竖向位移和应力的横向分布规律。数值算例表明,有限段法计算结果与有机玻璃模型试验实测结果以及ANSYS解符合良好;槽型宽翼梁的剪力滞效应明显;在槽型宽翼梁桥的设计与施工控制中,必须充分考虑剪力滞效应和剪切变形对结构应力和位移的影响。