波形钢腹板组合箱梁的顶板横向受力有效分布宽度试验研究

为了研究波形钢腹板组合箱梁顶板的横向应力有效分布宽度,制作了2根波形钢腹板组合箱梁的试验模型,对其横向内力进行了实际测定,并利用有限元进行了数值分析。分析结果表明,对于波形钢腹板箱梁的顶板和悬臂翼板,其横向受力的有效分布宽度均大于现行规范值。从而说明现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中关于箱梁顶板和悬臂翼板横向受力有效分布宽度的有关规定,对波形钢腹板组合箱梁设计是安全的。     

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。     

基于广义极值分布的大跨刚构桥温度梯度研究

为了确定混凝土箱梁内部最不利正、负温度梯度分布形式,对处于成桥阶段的某大跨径混凝土连续箱梁桥进行了为期13个月的持续温度观测。在现场采集温度数据的基础上,采用概率统计分析后运用广义极值分布的方法计算沿箱梁高度方向和沿腹板宽度方向最不利正温度梯度及顶板、腹板和底板厚度方向最不利负温度梯度,并建立结构整体模型和温度控制截面模型进行不同温度梯度形式下温度效应研究。结果表明:计算得出的实测最不利温度梯度与规范规定的温度梯度不同,为观测桥梁所在地区分析混凝土箱梁温度效应影响提供指导。     

考虑抗扭性能影响的多梁式矮箱梁桥荷载横向分布计算

目前对于多梁式矮箱梁桥的荷载横向分布计算采用刚接梁法,或采用有限元软件建立模型计算,但以上2种方法都未将抗扭刚度的影响考虑在内。因此,以上采用的2种计算分析方法不能对结构的特性进行准确模拟计算,也不能十分准确地对桥梁技术状况以及承载能力进行评价。为此,基于传统刚接梁计算荷载横向分布方法,在建立柔度系数矩阵时加入考虑主梁和翼板的约束扭转作用,提出一种适用于多梁式矮箱梁桥的荷载横向分布计算方法。为验证该方法的正确性,以某20 m跨径预制PC箱梁桥为对象,采用考虑抗扭刚度、未考虑抗扭刚度的刚接梁法和有限元数值模拟方法（梁格模型和板单元模型）计算其荷载横向分布系数,并与场地试验（中载和偏载2种工况）实测结果进行验证对比。结果表明：所提出的横向分布计算方法比未考虑箱梁主梁和翼板扭转的刚接梁法计算精度更高,也更接近实桥受力特点;同时,梁格模型、板单元模型与所提出的横向分布计算方法所得计算结果整体趋势基本上一致,相比于有限元数值模拟计算结果,采用该横向分布计算方法所得应变和挠度横向分布与实测结果更为接近,且偏差都在20%以内;该方法可在现场场地试验和桥梁承载能力评定中替代复杂的有限元数值计算方法,为预制矮箱梁桥场地试验和桥梁技术状况及其承载能力的评定提供较为准确的理论参考依据。     

新型波形钢腹板组合箱梁等效阻尼比计算方法

为确定新型波形钢腹板组合箱梁等效阻尼比的合理取值,基于阻尼等效前后复频率相等原则,利用复频率和组合结构材料阻尼比之间的关系,提出新型波形钢腹板组合箱梁各阶模态等效阻尼比计算方法.采用有限元软件建立3个新型波形钢腹板组合箱梁的动力分析模型,利用该方法计算得到该新型组合结构等效阻尼比并与实测结果进行对比.结果表明:采用该方...     

单箱三室波形钢腹板箱梁剪力滞效应研究

对某单箱三室波形钢腹板箱梁进行试验研究,得到各工况下测试截面测点的正应力,与有限元结果进行对比分析,测试数据与试验值接近,采用有限元分析结果研究单箱三室波形钢腹板箱梁剪力滞效应.研究结果表明:单箱三室波形钢腹板箱梁边腹板剪力滞系数大于中腹板.与边腹板相连的边室上翼缘有效宽度计算系数小于与中腹板相连的边室上翼缘有效宽度计算系数.与中腹板相连的边室上翼缘有效宽度计算系数大于中室.现有的国内外桥梁规范,均未考虑多室箱梁翼板剪切变形差异造成的有效宽度计算系数的变化,无法准确给出其有效宽度计算系数.     

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。     

波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布

采用修正偏心压力法研究波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布规律。结合工程实例,利用修正偏心压力法计算某单箱三室波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布系数,利用空间有限元分析程序进行了数值模拟,并对其偏心荷载工况下的挠度进行了实测。将修正偏心压力法、有限元模拟方法得到的挠度值与实测挠度值进行对比。结果表明,修正偏心压力法将空间问题转化为平面问题,且充分考虑了波形钢腹板组合箱梁的抗扭作用。得到的荷载横向分布系数与有限元计算结果吻合较好。采用该方法计算波形钢腹板连续组合箱梁桥荷载横向分布是可行且偏于安全的。     

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     

连续箱梁桥腹板斜裂缝的技术研究

连续箱梁桥的腹板斜裂缝是近年来箱型桥梁的突出问题,本文围绕箱梁腹板斜裂缝的影响因素和控制措施,从设计和施工管养两个方面进行了分析,提出了计算模式、腹板厚度、预应力筋布置形式、温度、混凝土收缩徐变、施工不当是影响箱梁腹板斜裂缝的主要因素,并分别对它们进行了分析,得出了箱梁腹板斜裂缝的控制措施。     

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。     

预应力混凝土箱梁桥日照温度效应计算软件的编制

根据热传导理论建立预应力混凝土箱梁桥日照温度分布的分析模型,该模型考虑气候条件、桥梁地理位置、方位、材料特性、结构尺寸、翼缘板对腹板的遮阴作用等各种因素的影响,再通过热结构耦合方法将截面上各处不同的温度转换到结构单元的截面上,从而实现箱梁桥温度应力和温度变形的计算,对ANSYS进行二次开发,利用APDL、UIDL和TCL/TK将上述功能内嵌于ANSYS软件中,方便使用.     

现浇箱梁边腹板及翼板外模及其支撑施工方法的探讨

现浇箱梁是一种比较常规的桥梁结构也是应用比较普遍的结构形式之一。国道319线漳州段改线一期工程(厦漳同城大道-中闽互通)及龙海市龙江大道二期工程-北港特大桥项目北港特大桥部分包括现浇箱梁20联,中闽互通部分包括现浇箱梁24联。现浇箱梁主要有底板、腹板、翼板及顶板构成,本文主要探讨现浇箱梁边腹板及翼板外模及其支撑体系的施工方法。     

横隔板对波形钢腹板箱梁动力特性的影响分析

为了分析横隔板对波形钢腹板箱梁动力特性的影响,采用有限元软件Ansys建立了波形钢腹板箱梁模型。同时,为了进行动力特性对比分析,建立了混凝土腹板箱梁模型。在有限元模型中,钢腹板与混凝土顶、底板的连接采用多点约束法(MPC),即采用接触单元Conta175与目标单元Targe170模拟其连接。分别提取各模型前10阶振型进行对比分析。为了验证Ansys软件计算结果的准确性,还分别采用Midas/Civil软件对有关算例进行了分析。计算结果表明:波形钢腹板箱梁抗扭刚度较混凝土腹板箱梁的要低;端横隔板是保证波形钢腹板箱梁抗扭刚度的主要措施;从动力学方面来看,跨中横隔板并不能有效提高箱梁的抗扭刚度;波形钢腹板箱梁竖向弯曲刚度是由混凝土顶、底板决定的。     

单箱多室波形钢腹板箱梁横隔板位置优化设计

与传统的混凝土腹板的箱梁相比,波形钢腹板箱梁具有特殊受力特性,钢腹板主要承受剪应力。对于单箱多室桥面较宽的波形钢腹板箱梁来说,各钢腹板的竖向剪应力分布比较复杂。通过空间有限元分析,发现不同横隔板的位置对钢腹板的竖向剪应力影响较大。应用有限元分析软件ANSYS建立单箱多室波形钢腹板箱梁参数化分析模型,计算得到最佳横隔板设计位置,并给出在单向车道荷载偏载作用下沿桥梁横向各钢腹板剪应力分布情况,为波形钢腹板箱梁的合理设计提供参考。     

基于各国家地区桥梁规范的箱梁梯度温度效应模拟方法

各国家地区的桥梁设计规范中对竖向梯度温度分布的规定均不相同,在进行混凝土连续箱梁桥温度效应有限元计算时,不易进行模拟。为了提高计算效率,提出了一种能够智能匹配不同梁高梯度温度场函数的模拟方法,通过编程在有限元计算软件中加以实现。在某公路3跨预应力混凝土变高连续箱梁桥的设计中,采用实现了新模拟方法的SCDS软件对中国规范和欧洲规范梯度温度效应进行计算,并与通用有限元软件MIDAS计算结果作对比分析。研究结果表明:3种规范的主要差别在于温度基数的取值及对于结构下缘温度的考虑;运用新的温度分布模拟方法可提高工效;用该方法模拟温度函数,温度效应计算结果与MIDAS一致;3种梯度温度所产生的结构效应中,美国规范最大,中国规范居中,欧洲规范偏小。     

波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的理论与试验研究

基于能量变分法原理推导了波形钢腹板组合箱梁在集中荷载和均布荷载作用下的剪力滞效应计算公式,讨论了波高区混凝土的合理计算宽度取值问题;制作了2根模型梁、并进行了在集中荷栽和均布荷载作用下的加载试验,通过实测箱梁翼板的纵向应力分布来研究这种组合结构在外荷载作用下的剪力滞效应的变化规律;在此基础上利用空间有限元分析程序进行了数值分析.结果表明:剪力滞系数的理论值、模型实测值以及空间有限元计算值吻合良好,波高区混凝土按1倍波高进行取值计算时结果偏于安全;集中荷载相对于均布荷载而言,其剪力滞系数较大;结果证明了本文公式可用于波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应计算.     

波纹钢腹板混凝土箱梁的扭转振动分析

在分析箱梁扭转振动的基础上,根据波纹钢腹板混凝土箱梁的特点,推导了波纹钢腹板混凝土箱梁扭转振动的理论计算方法,并考虑了横隔板对扭转振动的影响。制作了波纹钢腹板混凝土箱梁模型,对其进行了动力试验和详细的空间有限元分析,并采用所推导的理论计算方法进行了计算。对理论分析结果、有限元数值计算结果以及动力试验结果的对比表明:推导的理论计算方法具有较高的精度;在波纹钢腹板混凝土箱梁跨内合理设置横隔板能够有效提高箱梁的抗扭刚度,改善其动力性能。     

西江特大桥大悬臂宽幅箱梁挂篮设计

西江特大桥属于单索面单幅预应力混凝土矮塔矮墩斜拉桥,主梁采用变高度斜腹板单箱三室宽幅箱梁断面,且每浇注梁块箱梁内设有横隔板,对应隔板位置设有翼板加劲肋板。其较大的梁块重量、顶板宽度、翼板宽度及变化的底板宽度都给用于此桥型的挂篮的设计提出来诸多问题。本桥挂篮设计,根据箱梁结构特点,选用了菱形挂篮形式,并根据荷载分布,巧妙设计了侧模支架、前上横梁和后上横梁的结构,把原计划的分次浇注改为整体一次性浇注的方式;针对该庞大挂篮系统的移机,整体的受力分析及挠度计算以有限元分析软件Midas Civil为平台进行了分析运算,重点解决了挂篮施工的整体稳定性、抗扭曲变形、移机同步性等几大难题。     

大跨径波形钢腹板箱梁桥截面竖向温度梯度研究

依托山东省高广高速公路小清河3号桥为研究对象,对其波形钢腹板箱梁横截面进行长期温度观测。基于全年温度较高时段(5—7月)现场实测数据,采用数理统计的方式研究其截面竖向温度分布规律及温度标准值。结果表明:波形钢腹板箱梁截面竖向温度呈非线性分布,顶板温度变化最大,波形钢腹板整体温度分布较为一致,钢混连接部位温度变化最小;通过分布拟合假设检验,截面竖向温度服从对数正态分布;以重现期为50年计算了小清河3号波形钢腹板连续箱梁桥的竖向温度标准值,并提出了竖向温度梯度分布模式。