钢桁梁腹杆插入式节点杆端应力分析与探讨

研究目的:为便于制造与安装,大跨钢桁连续梁桥往往在采用整体节点,腹杆与主桁节点连接时,腹杆插入节点板中,采用高强螺栓两面连接。由于仅连接杆件的两个面,另外一面(或两面)不直接承受节点板传递的荷载,必然存在剪力滞效应。通过建立钢桁梁腹杆的几种典型截面的有限元模型,研究两面连接腹杆端部的应力分布,从而掌握腹杆端头板件应力分布的规律并用于指导钢桁梁桥节点设计。研究结论:杆件端部最大正应力均发生在螺栓群末端;一般来说,杆件板厚越大,螺栓连接沿杆件长度方向的排数越多,最大正应力与名义正应力的比值越小;截面形式变化、板件厚度变化不会对最大剪应力的发生部位产生影响;杆件中部,截面应力趋于均匀,剪力滞效应不显著。     

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.     

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。     

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。     

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。     

比拟杆法分析研究单箱三室箱梁剪力滞效应

基于比拟杆法,推导单箱三室箱梁的比拟杆面积计算公式和剪力滞效应计算的控制微分方程。针对算例,分别采用本文理论、有机玻璃模型试验和有限元法分析简支箱梁和连续箱梁在集中力和均布荷载作用下的剪力滞效应。研究结果表明:本文理论解与有机玻璃模型试验解和板壳有限元解吻合良好。对简支箱梁,中腹板部位的顶和底板正应力均大于边腹板处顶和底板正应力。对连续箱梁,跨中截面中腹板处的顶和底板正应力均大于边腹板处和底顶板正应力。但对满跨均布荷载下的支座截面,底板正应力在边腹板部位大于中腹板部位,应力相差最大约12.91%。在单箱三室箱梁设计中考虑各腹板部位顶和底板正应力的差异,并以此确定有效翼缘分析宽度是非常必要的。     

变分原理分析混凝土箱梁的剪力滞效应

本文针对翼板沿截面宽度方向变厚度的混凝土箱梁,利用势能变分原理,建立单室混凝土箱梁的剪滞效应分析方法。基于选定的剪力滞翘曲位移函数,提出变厚度翼板的广义截面常数计算公式。针对常见的简支梁和悬臂梁,导出集中力和均布荷载作用下的考虑剪滞效应的纵向应力和竖向挠度计算公式。通过对算例混凝土简支箱梁的剪力滞效应采用板壳数值解和本文理论解的对比分析,验证本文分析方法的精度。通过改变翼板厚度,研究混凝土箱梁翼板厚度变化对剪力滞效应的影响规律。     

钢-超高性能混凝土组合梁剪力滞分析的有限梁段法

在选定的剪力滞翘曲位移函数的基础上,钢-超高性能混凝土(UHPC)组合梁剪力滞控制微分方程以及相应边界条件可基于能量变分法推导得到.将钢-UHPC组合梁离散为若干梁段,通过剪力滞控制微分方程的常数求解,可得到用于求解钢-UHPC梁段单元剪力滞效应的系数矩阵和广义荷载列阵,从而建立梁段单元各结点具有2个剪力滞未知量的有限...     

薄壁曲箱梁桥剪滞效应分析

以薄壁曲杆理论为基础，运用能量变分原理，建立了薄壁曲箱梁桥剪力滞的弹性控制微分方程，并导出了弯、扭、剪力滞耦合的一般闭合解。所得的计算公式，是对符拉索夫（Ｖｌａｓｏｖ）方程的推广，适合于曲、直箱梁桥的剪滞效应计算。给出了典型的计算实例，并与有限条法数值解作了比较。最后分析了曲率中心角、宽跨比、宽高比、宽厚比、板厚比以及荷载型式等因素对剪滞效应的影响，其结果对工程设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁力学性能分析

W形腹板箱梁具有典型桁式体系受力特征,更符合单索面斜拉桥的受力要求,目前已在公路桥中推广应用。为指导铁路桥相关设计,通过采用有限元软件建立计算模型,对某铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁设计开展系统分析,研究不同设计参数对箱梁各板件内力的影响、荷载作用下箱梁截面横向受力性能、以及箱梁截面剪力滞效应。研究结果表明,同梁高、不同斜腹板倾角的铁路W形截面顶板、内腹板均受拉,底板与外腹板均受压;随着边斜腹板倾角减小和内腹板倾角增大,顶板、外腹板轴力变大,内腹板轴力减小,底板轴力则基本不变;根据计算分析得到不同位置处的W形截面在铁路荷载作用下,预应力筋合理的布置方式;剪力滞效应方面,荷载作用下,支点及拉索附近的剪力滞效应较为明显,剪力滞系数约为1.1。通过研究,对铁路荷载作用下该种新型截面形式有了系统全面的认识,合理选择截面参数的同时应考虑剪力滞效应以提高结构经济性。     

波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合箱梁的有效分布宽度研究

考虑混凝土顶板和钢底板不同的模量,结合变分法推导波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板(简称CSWSB)组合箱梁剪力滞效应的控制微分方程组和边界条件,建立CSWSB简支组合箱梁跨中集中荷载、均布荷载作用下剪力滞系数和有效分布宽度的计算公式,采用模型试验梁对2种荷载工况下单箱单室组合箱梁的剪力滞效应和有效分布宽度进行分析。研究结果表明:简支组合箱梁在集中荷载和均布荷载作用下剪力滞系数表达式正确,集中荷载作用下的剪力滞效应比均布荷载作用下的剪力滞效应明显,上翼缘板的剪力滞效应比下翼缘板的剪力滞效应明显;根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》计算CSWSB组合箱梁翼板有效分布宽度时,与理论计算局部差值达到了10%,富余量较小;与《钢-混凝土组合桥梁设计规范》计算CSWSB组合箱梁翼板有效分布宽度对比,整体差值率偏大,设计中应给予重视。     

波形钢腹板钢底板混凝土组合梁的挠度分析

研究目的:为精确分析波形钢腹板钢底板混凝土组合梁在长期荷载作用下的挠度变化,在纳入组合梁剪切变形效应、剪力滞效应及收缩徐变效应对挠度计算影响的基础上,采用能量变分法推导出波形钢腹板钢底板混凝土组合梁的控制微分方程与自然边界条件,得到波形钢腹板钢底板混凝土组合简支单箱双室箱梁分别在跨中集中荷载和满跨均布荷载作用下的挠度计算公式;利用所得公式计算荷载作用7d、1 000d和3650 d时的挠度值,与ANSYS数值解以及不考虑收缩徐变效应的计算值进行对比,并通过了模型试验结果的验证。研究结论:(1)本文挠度计算值与ANSYS数值解及模型试验结果吻合良好;(2)波形钢腹板钢底板混凝土组合简支箱梁在跨中集中荷载和满跨均布荷载作用1000 d后,跨中挠度分别增大了9.12%和12.94%;(3)在3650 d后,跨中挠度分别增大了14.69%和18.32%,显然收缩徐变效应对组合箱梁挠度计算的影响不可忽略;(4)本文研究可为同类波形钢腹板钢底板混凝土组合梁的挠度计算提供参考。     

考虑3个剪力滞位移函数的曲线箱梁大挠度问题

根据薄壁曲线梁理论和势能变分原理,针对悬臂板、顶板和底板假设3个不同的剪力滞翘曲位移函数,导出薄壁曲线箱梁在弯、扭、剪力滞耦合时的曲线箱梁几何非线性控制微分方程。由样条配点法得到残值方程组,再采用同伦延拓法进行求解,得到结构在荷载作用下的半解析解。计算表明:剪力滞效应对翼缘板宽度的变化较敏感,而受翼缘板厚度的影响很小;当翼缘板各部分宽度不同时,要合理可靠地分析结构的受力状态,应对翼缘板的悬臂板、顶板和底板分别取不同的剪力滞翘曲位移函数进行计算。几何非线性对曲线箱梁内力、位移的影响程度取决于荷载的数值,对于三跨等跨连续曲线箱梁,当qzs/(Eh2w)>1.0×10-3时,应考虑结构的几何非线性效应。     

截面构造对薄壁箱梁剪力滞效应力学响应的研究

为了研究考虑剪力滞效应的混凝土薄壁箱梁肋板厚度对箱梁截面正应力分布的影响,利用有限元软件建立不同肋板厚度的数值模型得到跨中上翼缘板沿横截面的剪力滞系数,对比分析薄壁箱梁不同肋板厚度下的剪力滞系数分布情况。结果表明:相同条件下考虑剪力滞效应情况的薄壁箱梁肋板越薄,横截面剪力滞系数越大,横截面应力越大;为了保证安全的前提下,薄壁箱梁肋板厚度取值应满足规范的最小值要求。     

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。     

装配式宽幅连续T梁剪力滞效应研究

为研究装配式宽幅连续T梁剪力滞效应的突出位置和普通钢筋、预应力钢束对剪力滞效应的影响,建立实体有限元模型,通过改变普通钢筋直径、预应力钢束横向布置位置和股数进行分析。得出剪力滞效应在支点顶部较为突出;通过理论推导及模型数据发现在不同配筋方式中剪力滞效应的应力最大值与最小值之差基本不变,剪力滞效应不受配筋的影响。虽然配预应力钢束无法抵消剪力滞,但是可以使支点受力在安全范围内。本文中,应力最大值与最小值之差值约为0.6 MPa,为避免支点顶部出现拉应力使混凝土开裂,建议在设计中预应力需要预留大于0.6 MPa的安全储备。     

剪力键布置方式对连续组合梁桥受力特性的影响

在连续组合梁桥中,剪力键的类型、布置范围和布置间距的差别将引起结构受力特性的差异。利用通用有限元软件MSC NASTRAN对连续组合梁桥结构进行了数值模拟(主要包括用弹簧单元和MPC单元模拟不同类型和抗剪刚度的剪力键,以及用GAP单元模拟负弯矩区混凝土板的开裂),计算了在不同剪力键布置方式下连续组合梁桥的内力分布和变形。通过对计算结果的分析比较,认为剪力键布置方式的不同导致界面处剪力分布、滑移分布、负弯矩区混凝土板中钢筋应力分布、挠度等的显著变化。尤其在连续组合梁桥负弯矩区配置柔性剪力键,可以大大降低混凝土板中钢筋的拉应力;不过,在柔性剪力键与跨中刚度较大的剪力键相交位置,会在刚性剪力键中产生很大的剪力集中,钢筋中也出现轻微的应力集中。因此,工程人员在连续组合梁桥结构设计过程中可以通过调整剪力键的布置方式,使其结构内力分布和变形更加合理。