箱梁剪力滞效应分析的有限梁段法

在薄壁箱梁剪力滞理论变分法基本微分方程的基础上,提出一种与一般梁单元方法相适应的分析箱梁剪力滞效应的有限梁段方法,导出相应的梁段单元计算剪力滞效应的系数矩阵和广义荷载列阵计算公式。分析简支梁和悬臂梁两种不同边界型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效应,并与相应的变分法解析结果做对比,验证本文方法的有效性和可靠性。本文方法简洁方便,计算公式表达简单,适宜各种边界条件下实际桥梁结构中箱梁剪力滞效应的分析。     

不同荷载形式下箱梁剪力滞效应分析的有限梁段法

采用基于剪切变形规律的翘曲位移函数,在能量变分法箱梁剪力滞微分方程的基础上,提出一个考虑集中弯矩作用的每个结点有2个剪力滞自由度梁段单元。当箱梁桥承受集中弯矩作用时,重新定义梁段单元的广义剪力滞位移,通过边界条件及剪力滞广义平衡和变形协调条件推导出新的剪力滞系数矩阵和广义荷载列阵。借助相关试验模型及工程实例,分析不同箱梁桥形式在竖向荷载及集中弯矩作用下沿梁纵向的剪力滞效应,并与相应的变分法解析结果进行对比,验证了本文方法的正确性。     

薄壁箱梁剪力滞计算的梁段有限元法

采用考虑剪切变形及不同的纵向位移剪力滞差值函数的翘曲位移函数,来研究薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度。采用能量变分法导出的控制微分方程的齐次解作为梁段的位移模式,由直接刚度法导出考虑了剪切变形的梁段单元的刚度矩阵;由功能原理获得单元荷载列阵,提出了一种能对工程中常用的变截面箱梁剪力滞计算的有限段法。有限段法计算结果与有机玻璃模型试验结果以及有限元法的计算值均符合良好。     

基于剪切变形规律的剪力滞分析的有限梁段法

选取基于剪切变形规律的翘曲位移函数的有限梁段法分析箱梁的剪力滞效应。该翘曲位移函数的定义是从剪力滞效应是由于翼板剪切变形引起的这一基本机理出发的,原理更加明确并且分析精度高。建立基于最小势能原理的变分法的箱梁剪力滞控制微分方程及边界条件,在此变分法微分方程的基础上,导出相应梁段单元剪力滞系数矩阵和广义荷载列阵,运用有限梁段法来分析剪力滞效应,分析试验模型及铁路简支箱梁分别在均布荷载和跨中集中荷载作用下以及悬臂箱梁箱在均布荷载作用下的剪力滞效应。分析简支梁和悬臂梁分别在均布荷载和跨中集中荷载作用下的剪力滞效应。并与相应的变分法解析结果进行比较,结果吻合良好,从而验证本文方法的正确性。     

有限梁段法在箱梁施工阶段剪力滞分析中的应用

选取基于翼板剪切变形规律的翘曲位移函数有限梁段法来分析箱梁在施工过程中的剪力滞效应。通过剪力滞控制微分方程和边界条件推导了相应梁段单元剪力滞系数矩阵和广义荷载列阵。以广州至珠海新建铁路预应力混凝土连续箱梁为例,分析箱梁桥悬臂施工的3个阶段在不同荷载工况作用下剪力滞系数沿梁长的分布情况,以及在体系转换后成桥运营阶段,箱梁在均布荷载和中跨跨中集中荷载作用下的剪力滞效应,并与变分法分析结果进行对比。结果表明,采用本文方法计算得到的箱梁剪力滞系数与采用变分法所得结果吻合良好,验证了该方法用于箱梁施工过程中剪力滞分析的适用性。     

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。     

薄壁箱梁剪滞剪切效应自振特性分析

在推导考虑剪力滞、剪切变形双重效应的单元刚度矩阵与等效结点荷载矩阵的基础上[1],进一步推导出考虑双重效应的单元质量矩阵,从而形成完整的薄壁箱梁考虑双重效应的矩阵分析体系,可方便地纳入矩阵位移法程序系统,为常见的薄壁连续梁等复杂结构的剪力滞效应分析提供一种计算手段。利用自编程序ZLBOX对薄壁箱型简支梁和悬臂梁考虑剪力滞、剪切变形双重效应时的自振特性进行了分析,所得结果与ANSYS实体单元计算结果符合良好。计算结果表明,剪力滞、剪切变形双重效应使薄壁箱梁的自振频率降低,剪力滞效应占双重效应的85%以上,双重效应对高阶频率的影响比低阶频率的影响大。     

薄壁箱梁挠曲性能的矩阵分析

在选取薄壁箱梁剪力滞控制微分方程的齐次解作为单元位移函数建立形函数矩阵基础上,运用虚功原理推导竖向集中荷载作用下单元等效节点力公式,提出双室箱梁的合理剪滞翘曲位移函数。通过对变截面悬臂箱梁有机玻璃模型进行计算,验证提出的梁段单元对分析变截面箱梁的有效性。结合实际箱梁算例,分析预应力混凝土变截面连续箱梁的挠曲性能。研究结果表明:所提出的梁段单元用于变截面箱梁分析时,具有较高的计算精度;在竖向集中荷载作用下,箱梁剪滞力矩图是一条平滑曲线,任意截面处剪滞力矩均不大于弯矩;剪滞效应使连续箱梁的跨中挠度明显增大,工程实践中必须认真对待。     

变截面薄壁箱梁剪力滞计算的 板元梁段法

为了计算分析变截面薄壁箱梁剪力滞效应及其参数的敏感性,提出一种考虑剪力滞效应的三节点板元梁段法。基于箱梁截面内应变-位移-基本变形之间的关系,以形函数作为单元内高度变化的插值函数,利用最小势能原理推导出梁段法对应的等参有限元行列式。使用编写的有限元程序对算例进行计算,梁段单元法计算结果与模型的实测值及有限元数值结果均吻合良好,验证了理论方法与公式推导的正确性和可靠性;在集中和均布荷载2种工况下,分别考察变截面薄壁箱梁剪力滞效应分析中常见影响参数的敏感性,研究结果表明:翼宽比、宽跨比和腹板倾角是影响变截面箱梁剪力滞效应的主要因素。文中方法计算精度好、效率高,对分析变截面箱梁的剪力滞效应具有一定的参考价值。     

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。     

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...     

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。     

变截面连续箱梁剪力滞分析的有限梁段法

采用基于剪切变形规律的翘曲位移函数的有限梁段法分析变截面连续箱梁的剪力滞效应。此翘曲位移函数的定义是根据剪力滞效应源于翼板剪切变形所致这一机理出发的,原理更加明确。在选定的剪力滞翘曲位移函数基础上,通过变分法建立箱梁剪力滞控制微分方程,然后用有限梁段法来分析变截面连续箱梁的剪力滞效应。变截面连续箱梁的截面几何尺寸沿梁长度方向会发生变化,因此还需结合当量截面法以及叠加原理。分析变截面连续箱梁在不同荷载工况下典型截面及其沿梁纵向的剪力滞效应,并与相应的有限元、有限段法解析结果进行比较,结果吻合良好,从而验证了本文方法的准确性。     

基于板壳有限元理论的薄壁箱梁剪力滞效应

为了分析计算薄壁箱梁剪力滞效应,直接从壳体结构特点出发,由8节点曲边四边形膜单元和基于Reinssner中厚板理论的弯曲单元推导考虑剪切闭锁效应的薄壁箱梁空间壳单元刚度矩阵及相应的刚度方程,并在MATLAB上编制相应的计算程序。通过数值算例,将理论计算值与ANSYS有限元结果,模型试验的实测值进行比较,三者吻合良好,验证了理论公式推导的正确性与可靠性。本文采用8节点的等参单元和二次型位移场形函数,不仅适用于计算直线箱梁,也适用于曲线箱梁,因而更具有普遍性。最后,从平衡微分方程的角度解释剪力滞产生的真正原因,不仅仅是由于剪应力沿横向分布不均匀,其本质更在于剪应力沿横向不均匀变化。     

薄壁曲线箱梁空间振动分析方法

通过在结点中引入高阶位移插值函数构造形函数矩阵,基于虚功原理和动力有限元理论,推导每个结点11自由度的薄壁曲线箱梁空间单元刚度矩阵和质量矩阵。在推导刚度矩阵时综合考虑薄壁曲线箱梁的拉压、弯曲、扭转、翘曲、畸变和剪力滞效应;在推导质量矩阵时,考虑扭心、畸心与质心不重合的影响。通过MATLAB编制相应的计算程序,求解薄壁曲线箱梁的前5阶自振频率和相应的振型,经与ANSYS板壳单元数值结果比较,吻合良好。本文沿梁长方向划分为数个单元便取得满意效果,所提出的方法可为桥梁结构抗震、抗风和车致振动计算提供依据。     

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。     

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。     

曲箱梁考虑剪力滞效应的弯扭耦合分析

本文以薄壁曲梁理论为基础，建立了薄壁曲线箱形梁考虑剪力滞效应的控制微分方程，提出了用样条有限点法（SFPM）分析薄壁曲线箱形梁剪力滞问题，考虑曲线箱梁的弯曲，扭转，翘曲和剪力滞效应等，以位移v,w和θ作为基本未知量，采用三次B样条函数作为位称插值函数，从最小势能原理出发，建立了样条离散化的刚度方程，推出了精确的刚度矩阵显式，并编制了相应的计算程序。样条有限点法将三维箱梁弯曲问题简化为一维问题，由于样条函数具有很好的光滑性，因而此方法能以极少的未知量得到较高的精度，文中给出了典型的计算实例，还分析了曲率半径及荷载形式对剪力滞效应的影响。     

变高度薄壁箱梁的剪力滞

考虑了3个不同的剪滞纵向位移差函数以反映薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度,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及剪切变形效应进行分析的方法。应用能量变分原理,导出了箱梁受横向荷载作用下的剪滞控制微分方程和边界条件,获得相应的闭合解。在理论解的基础上,进而建立一种考虑剪滞剪切效应的有限段模型。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。     

三跨连续变高度薄壁箱梁桥剪力滞效应试验研究

介绍采用电阻应变法测定三跨连续变高度薄壁箱梁有机玻璃电测模型桥在集中荷载与均布荷载作用下应力分布的剪力滞效应 ,试验测定结果验证了用能量变分原理导出的箱梁受横向荷载作用下剪力滞效应的有限段数值解的准确性。