基于Timoshenko梁理论的薄壁箱梁剪力滞效应研究

基于Timoshenko梁理论,对单箱单室混凝土薄壁箱梁的翘曲位移函数进行了修正,合理构造了考虑各翼板剪切变形差幅值关系、横截面轴力平衡条件以及腹板剪切变形影响的翘曲位移函数,建立了体系总势能函数,利用Euler-Lagrange方程得到了结构稳定平衡状态下薄壁箱梁剪力滞效应计算理论的微分方程。结合ABAQUS有限元数值模型,对比分析了简支箱梁在集中力荷载和满跨均布荷载作用下横截面各翼板纵向应力分布规律。结果表明,集中力荷载作用下,靠近加载端截面测点3受应力扰动影响明显,误差偏大,远离腹板区域,文中所提的解析解与有限元数值模型解的误差控制在5%左右;均布荷载作用下箱室内顶底板误差可以控制在5%左右,而悬臂翼板由于边界条件假设与箱室内翼板一致,与有限元数值存在一定的偏差,主要表现在误差远离腹板时逐渐增加,但可以控制在10%以内。因此,采用本研究中所构造的翘曲位移函数能较好地反映剪力滞影响下纵向应力分布规律,与有限元数值模拟的结果吻合良好,从而验证了分析方法的正确性。     

单箱三室薄壁箱梁剪力滞效应分析的能量变分法

针对单箱三室箱形截面,假定内室和外室的顶板、底板具有不同的剪滞纵向位移差函数以及考虑薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度,应用能量变分原理,推导出箱梁受横向荷载作用下的剪滞控制微分方程和边界条件,并得到解析解;最后通过有限单元法验证其理论分析的正确性.     

等截面薄壁箱梁剪力滞效应的能量变分法解

在用能量变分法求解薄壁箱梁的剪力滞问题时,不同于以往假设箱梁的上顶板、悬臂板和下底板具有相同的纵向位移转角差函数,采用了三个不同的纵向位移转角差函数来反映薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度,通过变分原理建立了薄壁箱梁弯曲变形的控制微分方程,并获得相应的解析解。结果与采用相同位移差函数的解析解和ANSYS有限元计算进行比较分析,验证了本文方法更合理。     

薄壁箱梁剪力滞实验与计算研究

本文在分析箱梁剪力滞效应时,用多个不同的纵向位移剪力滞差值函数以反映薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度,并且考虑了剪切变形情形,构造薄壁箱梁的翘曲位移函数,提出了一种能对工程中常用的变高度梯形截面箱梁剪力滞计算的梁段有限元法。进行了有机玻璃模型试验,并对模型桥作了有限段法和有限元法的数值计算,计算值与试验结果均吻合良好。     

附加轴向位移对薄壁箱梁翼板应力的影响

带有任意悬臂的梯形单箱单室箱梁,在定义其位移翘曲函数时,需要在全截面上附加一均匀的轴向位移,以使纵向位移在全截面上构成轴力自平衡。为确定附加轴向位移对箱梁上、下翼板应力的影响程度,首先定义剪滞翘曲函数分别取为2次、3次和4次抛物线,并考虑翼板宽度及其至截面形心轴距离的影响,利用截面轴力自平衡条件,建立了附加轴向位移的表达式,进而分析了其主要特点。然后用最小势能原理推导出控制微分方程和箱梁上、下翼板应力的求解方程。最后将文中计算方法所得结果、实测值和SAP板壳单元的计算结果进行对比,发现3者吻合良好。因此,在计算翼板应力时,考虑附加轴向位移与否对箱梁上、下翼板应力的影响程度均较小,可以忽略不计。     

多室薄壁箱梁剪力滞效应的解析解

为研究单箱多室箱梁的剪力滞效应,对不同翼板分别设置不同剪滞纵向位移差函数,纵向翘曲位移函数横向分布规律采用k次抛物线,同时考虑全截面轴力自平衡的条件,根据能量变分法推导出n室箱梁剪滞效应的控制微分方程组及其闭合解,并通过双室和三室箱梁算例将本文变分解与有限元计算结果进行对比,结果表明:本文变分解与有限元解比较吻合,两种方法计算的翼板应力沿横向变化规律基本一致,剪滞翘曲位移抛物线取高次时箱梁顶板结果更接近于有限元解,取低次时悬臂板更接近于有限元解,抛物线次数对腹板位置结果影响较小。     

直线独柱支承连续箱梁抗扭计算的简化

本文从经典的薄壁杆结构计算理论出发，推导了简支超静定闭口薄壁箱梁活载自由扭转和约束扭转情况下的扭矩影响线函数。     

薄壁简支箱梁剪滞翘曲位移模式研究

翼板纵向翘曲位移模式是否妥当对剪滞效应的分析有很大影响。该文在板壳理论的基础上建立有限元模型,考察薄壁箱梁在弯曲变形时翼板纵向位移沿横向的不均匀分布。应用回归分析方法,用最小二乘法对各种假定逐一拟合,以残差大小作为检验函数逼近程度的指标;当残差平方和最小时,其对应的函数形式也就最符合真实变形。     

薄壁简支箱梁的弯曲振动频率研究

为更准确地分析简支箱梁弯曲振动频率,基于薄壁箱梁弯曲理论,采用一个剪切翘曲参数来综合表达翼板和腹板的剪切变形。首先运用能量原理,推导了考虑面内剪切效应时的总弯曲势能;然后基于Hamilton原理,分别导出考虑和不考虑箱梁转动动能的弯曲振动控制微分方程及相应的自然边界条件。为避免求解高次微分方程的复杂计算,通过分析简支箱梁的自然边界条件,采用伽辽金法求出满足边界条件的广义位移函数w(z,t)和g(z,t),从而方便地导出了简支箱梁弯曲振动频率的解析计算表达式。以某简支直腹板箱形截面梁作为数值算例采用以下4种方法计算该箱梁前5阶竖向弯曲振动频率:(1)运用ANSYS的beam189梁单元建立该简支箱梁考虑截面剪切效应的有限元模型;(2)采用shell 63壳单元建立该简支梁的空间有限元模型;(3)笔者所推导的分别考虑和不考虑箱梁转动动能时的两种解析公式。将以上4个计算结果进行对比分析,验证了解析公式的正确性,同时得出梁的转动动能对箱梁弯曲自振特性的影响较小,可忽略。最后分析了剪切变形对箱梁竖向弯曲振动频率的影响,结果表明翼板的剪切变形对箱梁弯曲振动频率的影响小于腹板剪切变形的影响;剪切变形对箱梁竖向弯曲振动频率的影响,随着跨高比的增加而减小,随着频率阶数的增加而增大。     

高速铁路混凝土箱梁空间力学特性分析

立足于薄壁箱梁剪力滞、畸变、约束扭转的传统的解析理论,建立一般高速铁路箱梁的解析计算模式,并结合有限元数值方法,分析高速铁路混凝土箱梁横截面的应力分布规律,及关键影响因素,针对一般设计提出双线高速铁路箱梁畸变与约束扭转增大系数的概念。     

肋板式主梁剪力滞分析

首先根据最小势能原理用变分法推导了肋板式主梁的纵向位移函数的微分方程,推导中采用了3种不同的纵向位移函数,分别得出相应的微分方程。然后通过实例对3个微分方程的求解结果进行了对比分析,并把它们同有限元的结果进行对比,得出肋板式主梁翼板的合理的剪力滞分布形式。     

混凝土薄壁箱梁翼缘等效计算宽度

阐述了混凝土薄壁箱梁受压翼缘剪力滞效应与其等效计算宽度之间的内在关系，给出了混凝土薄壁箱梁受压翼缘等效宽度计算系数的严格定义；同时，结合混凝土单轴受压本构关系，推导得出了混凝土薄壁箱梁弹性受力状态下和承载力极限状态下，受压翼缘等效宽度计算系数公式，为应用初等混凝土梁理论解决混凝土薄壁箱梁正截面抗弯承载力计算奠定了基础。     

关于薄壁箱形梁的悬臂翼缘板在翘曲扭转中作用的探讨

分析了带悬臂翼缘板的薄壁箱梁在约束扭转时的内力状态。在此基础上，推导了考虑悬臂板影响的约束扭转微分方程，以及翘曲函数(β)和扭率(θ)的关系方程，并讨论了悬臂板对截面翘曲扭矩的贡献。     

铁路简支箱梁阻尼板材减振性能模型试验研究

为研究阻尼板材对铁路简支箱梁桥的减振效果,以某铁路桥32m简支箱梁为原型,制作几何缩尺比10∶1的简支箱梁相似模型,分别在模型梁跨中截面腹板、翼板、底板敷设阻尼板材,对模型梁进行锤击试验,测量各部位的振动响应,研究阻尼板材对腹板、翼板、底板的减振效果。结果表明:箱梁翼板振动随频率增加缓慢衰减,腹板和底板的振动在中高频段衰减较快;振动由顶板传递至底板时衰减最快,传递至翼板时衰减最慢;在腹板敷设阻尼板材后,腹板的振动显著减小,底板的振动有一定程度减小,翼板的振动变化很小;在翼板、底板敷设阻尼板材后,相应部位的振动均大幅减小;阻尼板材能大幅降低箱梁各板件的振动,具有良好的减振效果。     

薄壁曲线箱梁自由振动的有限段法

该文以薄壁曲杆理论和有限元法为基础,提出了薄壁曲线箱梁自由振动特性分析的有限段法。取曲线箱梁微分方程的齐次解为位移模式,通过Hamilton原理,推导出梁段单元的自由振动方程,得到了单元刚度矩阵和单元质量矩阵。通过矩阵组合,将曲线箱梁自振频率问题转化为广义特征值问题进行求解。文中给出了算例,并与理论解作了比较,证明该方法的正确性。在此基础上,讨论了曲率半径对于几种常用边界条件(简支、悬臂、连续)曲线箱梁自振频率的影响,得到了一些规律性的结论。     

曲线箱梁考虑剪滞效应的几何非线性分析

在考虑箱梁翼缘正应力的剪滞效应和结构竖向挠度的几何非线性影响前提下,依据势能变分原理,推导了薄壁曲线箱梁的非线性控制微分方程,并采用样条配点法和Newton-Raphon迭代法进行求解.算例计算表明,本文结果与有限条的解吻合较好,但本文的方法更经济、简单、实用,可推广于变截面、变曲率薄壁曲线箱梁的计算.     

波形钢腹板组合箱梁在对称加载作用下剪力滞效应的试验研究

按照比例尺 1∶ 1 2对一实例桥进行缩尺并经适当调整 ,制成波形钢腹板组合箱梁模型。对模型梁进行对称加载弯曲试验 ,实测箱梁翼板纵向正应力分布 ,同时进行了空间有限元数值分析和能量变分法理论分析 ,对组合箱梁翼板的剪力滞效应规律进行了试验研究和计算分析     

基于有限曲条-柔度理论薄壁弯箱梁结构力学分析

文章应用有限曲条-柔度理论对带隔板连续薄壁弯箱梁结构进行力学分析。引入Novozhilov理论,推导了简支有限曲条元刚度矩阵,利用谐函数正交性解决了刚度矩阵元素耦合问题,并联合运用ξ坐标法和Gauss求积法解决了刚度矩阵元素求积问题。研究了内部横隔板和外部支座赘余力问题,应用柔度理论推导了赘余力凝聚矩阵,解决了带隔板连续薄壁弯箱梁结构内外部超静定问题。推导带隔板连续弯箱曲条元整体平衡方程后,给出了求解位移场和应力场的具体计算步骤,编制了相应的计算程序。通过典型算例分析可知,对于带隔板连续薄壁弯箱梁结构,有限曲条-柔度理论是一种较为高效的计算方法,所需单元少且计算过程快速、稳定收敛;对于内部超静定结构,用文章推导的柔度理论求解是适合的。     

单索面混合式斜拉桥的约束扭转计算公式

应用薄壁杆件理论中的初始参数法，推导出主跨箱梁截面由钢－混凝土混合构成的单索面斜拉桥的翘曲扭转计算公式。它补充了设计手册中的内容，公式简单，可以不用三维计算机程序而能得到较精确结果，因而具有实用价值。     

曲线箱梁考虑剪滞效应的几何非线性分析

在考虑箱梁翼缘正应力的剪滞效应和结构竖向挠度的几何非线性影响前提下，依据势能变分原理，推导了薄壁曲线箱梁的非线性控制微分方程，并采用样条配点法和Newton-Raphon迭代法进行求解。算例计算表明，本文结果与有限条的解吻合较好，但本文的方法更经济、简单、实用，可推广于变截面、变曲率薄壁曲线箱梁的计算。