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。     

斜拉桥单箱三室主梁剪力滞效应研究

文章以株洲建宁大桥斜拉桥为工程背景,建立了该桥主梁最大双悬臂、主梁最大单悬臂和成桥状态3个工况的空间有限元模型,通过计算结果的比较分析,研究了斜拉桥单箱三室主梁剪力滞效应,并经实桥测试验证了有限元数值计算结果。计算结果表明:斜拉桥单箱三室主梁部分箱梁截面顶板剪力滞效应显著;部分箱梁截面顶板最大应力出现在翼缘悬臂端;与顶板相比,箱梁底板剪力滞效应不明显;部分箱梁截面施工过程中的剪力滞效应较成桥状态显著。针对斜拉桥单箱三室主梁剪力滞效应的特点,提出用截面正应力分布曲线或剪力滞系数曲线表述其剪力滞效应的方法,对同类型桥梁箱梁设计提出了一些建议。     

考虑剪切剪滞双重效应波形钢腹板组合箱梁的矩阵分析

为了更精确地研究考虑剪切剪滞双重效应波形钢腹板组合箱梁的力学性能,首先运用有限元分析方法,在综合考虑剪力滞与剪切变形双重效应影响的基础上,通过能量变分原理导出了波形钢腹板组合箱梁的控制微分方程并给出了解析解;之后在该解析解的基础上进一步推导了单元刚度矩阵及结点荷载列阵,还根据相关方程编制了FORTRAN有限元程序;最后将室内模型试验梁对波形钢腹板简支梁和连续梁的实测结果与所提理论的计算结果、ANSYS实体单元模型的计算结果进行对比分析。结果表明:所提理论和模型试验、有限元模拟3种方法所得剪力滞系数和挠度值吻合良好,且理论计算值与模型试验实测值所得跨中剪力滞系数、挠度值更接近;简支梁在承受集中荷载作用比承受均布荷载作用同一截面处的剪力滞效应影响大,连续梁在承受集中载荷作用时,在支座附近处截面的剪力滞效应的影响比跨中要大,并在靠近弯矩零点的一部分区域内表现出负剪力滞现象;波形钢腹板简支梁、连续梁的剪力滞系数随跨宽比的增大而呈曲线减小。研究成果可将波形钢腹板考虑双重效应的复杂计算问题,方便地纳入普通杆系结构矩阵位移结构体系中,可直接得到用于结构设计的剪力、弯矩,从而避免建立复杂的ANSYS有限元模型。     

单箱多室波形钢腹板箱梁剪力滞研究

为客观准确地对单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应进行评价,结合单箱多室混凝土箱梁的计算特点,定义了波形钢腹板箱梁的剪滞翘曲位移函数,通过能量变分法建立了单箱双室和单箱三室波形钢腹板箱梁考虑剪力滞效应的基本微分方程。分别采用有限元方法和解析方法分析计算了范例的剪力滞效应,研究了跨中集中荷载和满跨均布载荷作用下截面的剪力滞分布规律,探讨了跨宽比对剪力滞效应的影响。研究表明,该解析解与有限元数值解吻合较好,但在箱梁顶底板与波形钢腹板接合处、外伸悬臂板边缘处有一些差异,需要进行修正。研究给出了相关的剪力滞系数,可以为波形钢腹板箱梁设计时的剪力滞系数取值提供参考。     

基于比拟杆法的多室箱梁竖弯段剪力滞效应计算及分析

为了分析梁轴线为竖向曲线的多室箱梁在桥墩处的剪力滞效应,基于比拟杆理论,通过用支座反力等效代替桥墩约束,求得了顶板沿桥轴线的轴力、剪力方程,算出了各加劲肋、腹板处加劲杆的换算面积,然后根据剪切变形协调方程,建立了考虑加劲肋影响的剪力滞微分方程组。将所建方程组的计算结果与采用ANSYS APDL软件建立的板壳有限元模型计算结果进行对比后发现：采用所建方程可避免求解2阶微分方程组的困难,易于使用,且能反映局部竖弯梁段的剪力滞效应变化情况,但计算精度随着叠加并积分的剪力流增加而降低;对于靠近计算起始端截面的加劲杆而言,比拟杆法计算应力与模型计算应力差值在10%左右;竖弯梁顶板最大应力处的剪力滞系数为1.4,大于直梁在该处的剪力滞系数1.2,直梁在该处的轴向应力与竖弯梁相比减小了5.9 MPa,可以认为存在竖弯的箱型梁对剪力滞的影响是不利的。     

预应力作用下箱梁桥的剪力滞效应研究

为了计算箱梁在预应力作用下的剪力滞效应,基于能量变分原理,结合预应力等效荷载法,建立了箱梁在直线、折线和曲线预应力布束方式下的剪力滞效应解析解.针对算例简支箱梁,研究了3种布束方式综合作用下箱梁的剪力滞效应,并和有限元板壳数值解进行了对比分析.以连续箱梁为例,研究了任意布束下梁体剪力滞效应的分布规律.结果表明:所提出的理论解析方法可以有效计算简支梁在预应力作用下的剪力滞效应;连续箱梁在预应力筋偏心锚固的梁端、折线布束的折角处和中支点等部位均会产生较大的剪力滞效应,由剪力滞效应产生的附加弯矩进一步增大了梁体的偏心距.     

九江长江公路大桥宽幅主梁结合段剪力滞效应分析

九江长江公路大桥主桥为双塔双索面混合梁斜拉桥。该桥主梁宽高比大,钢-混结合段构造和受力复杂,剪力滞效应显著。为研究钢-混结合段剪力滞效应分布对主梁受力及结构布置的影响,选取含结合段的主梁节段建立模型,采用有限元法分析结合段钢梁及混凝土梁关键截面顶、底板在设计控制工况内力作用下的应力和剪力滞系数分布。分析结果表明:结合段混凝土梁存在较强的剪力滞效应,底板靠斜底板处剪力滞系数最大,达到1.5,在未考虑纵向预应力作用的情况下,混凝土梁底板存在较强的顺桥向拉应力,建议根据剪力滞系数分布加强纵向预应力布置。     

大悬臂钢-混凝土组合脊骨梁的剪力滞效应

通过模型试验,首先研究了带波形钢腹板大悬臂挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁正、负弯矩截面在集中荷载和均布荷载作用下的剪力滞效应,探讨了混凝土板和钢底板上弯曲正应力的横向分布规律;然后基于能量变分原理和换算模量法,提出了多弹性模量、多最大剪切转角差函数和考虑横向预应力影响的组合脊骨梁剪力滞效应的理论计算方法;最后分析了悬臂长度对组合截面剪力滞效应的影响.试验、理论和有限元分析结果的比较表明:组合脊骨梁的正、负弯矩截面均存在明显的剪力滞现象,所提出的理论计算方法能够满足工程设计的精度要求.     

变截面薄壁箱梁剪力滞剪切变形效应分析

与文献[1]-[5]求解薄壁箱梁剪力滞问题不同，以REISSNER E^[6]提出的能量变分为出发点，在综合考虑剪力滞剪切变形效应的基础上，利用最小势能原理建立了薄壁箱梁的控制微分方程，在获得方程解析解后，导出了可广泛应用于变截面梁，连续梁剪力滞剪切变形效应分析的有限元列式，算例表明，该计算方法简捷，计算结果精度高，便于实际应用，具有很高的工程使用价值。     

横隔梁对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响

针对斜拉桥箱梁剪力滞效应研究中未考虑横隔梁设置的情况和部分施工技术人员对少设置或不设置横隔梁的建议,文章采用板壳单元模拟箱梁顶板、底板、斜腹板和横隔梁,建立了株洲建宁大桥斜拉桥成桥状态关于横隔梁不同设置方案的多个有限元模型,通过计算结果的分析和比较,论证了横隔梁设置与否、间距变化和厚度变化对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响.计算结果表明,横隔梁设置使箱梁截面顶板正应力分布趋于均匀,在研究斜拉桥箱梁剪力滞效应时不应忽略横隔梁的影响;并对横隔梁的设置提出了几点建议.     

斜拉桥π型主梁恒载剪力滞效应

π型主梁在斜拉桥中得到较为广泛的应用,因梁肋与桥面板刚度不同,截面上产生剪力滞效应,应力分布呈现出不均匀特征。现规范中缺乏对π型主梁剪力滞效应计算的相关规定,且已有研究主要针对箱梁与T梁桥,对π型主梁剪力滞效应研究较少。主梁受自重、预应力以及索力综合作用,剪力滞效应较为复杂,是研究中的难点。本文以某斜拉桥为例,采用有限元方法对π型主梁在最大双悬臂以及成桥2个关键施工工况下的恒载剪力滞效应展开研究。     

结合梁斜拉桥悬臂施工阶段剪力滞效应分析

为研究结合梁斜拉桥在悬臂施工阶段剪力滞效应的分布规律,以厦漳跨海大桥南汊主桥为背景,在实桥中布设4个测试截面,并采用ANSYS软件建立主梁有限元分析模型,对施工阶段结合梁的剪力滞效应进行现场测试和数值分析.分析结果表明:结合梁斜拉桥主梁在斜拉索轴向荷载和竖向荷载产生的弯矩共同作用下,存在较为显著的负剪力滞效应;在整个悬臂施工阶段,各截面有效宽度系数为0.85～0.95.根据分析结果,建议在对悬臂施工阶段进行应力验算时,混凝土板的应力应按初等梁理论计算的结果提高15％考虑;设计过程中可以忽略小纵梁对桥面结构剪力滞效应的影响,计算结果偏于安全.     

单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应研究

由于单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁截面剪力滞效应与混凝土箱梁截面剪力滞效应相比有很大差异,并且波形钢腹板几乎承担了全部剪力,波形钢腹板的剪切模量也需要进行修正。为研究单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应,从波形钢腹板PC组合箱梁的受力特点出发,以满足剪力滞翘曲应力的轴向平衡条件,采用二次、三次抛物线定义了单箱双室、单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁的纵向位移差函数,利用势能驻值原理的能量变分法建立了波形钢腹板PC组合箱梁考虑剪力滞、剪切变形效应的控制微分方程组,并推导出简支梁、悬臂梁、连续梁在集中荷载、均布荷载作用下的解析解。通过解析法和有限元法分别计算了简支梁和悬臂梁的剪力滞效应,并研究了集中荷载和满跨均布荷载作用下的单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞分布规律,结果表明:采用二次抛物线剪力滞翘曲位移函数推导的剪力滞系数更为合理;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁在跨中集中荷载下,波形钢腹板与混凝土顶、底板交界处的剪力滞效应较为突出;随着波形钢腹板PC箱梁室数的增加,剪力滞系数明显减少,且解析解与有限元数值解一致,表明了解析解的正确性,并通过分析给出了相应的剪力滞系数,可以为单箱多室波形钢腹板箱梁的设计计算提供参考依据。     

П形截面主梁斜拉桥剪力滞效应分析

以温州某∏形截面预应力混凝土梁斜拉桥为背景,采用数值计算方法,通过分析自重、斜拉索索力、预应力、对称活载及其组合作用下的剪力滞效应问题,研究该种桥型主梁剪力滞系数的分布规律。结果表明,∏形断面在单项荷载作用下的剪切变形从梁肋向两侧逐渐减小,且轴向力作用能减弱剪力滞效应;在作用效应组合下,截面出现负剪力滞现象,这亦为同类桥型设计应注意的问题。     

波形钢腹板多室箱梁部分斜拉桥剪力滞效应分析

为了解波形钢腹板多室箱梁部分斜拉桥剪力滞效应对结构受力的影响,以某(58+118+188+108) m单箱四室波形钢腹板部分斜拉桥为背景,采用有限元法建立空间有限元模型,在跨中偏载和对称荷载作用下,计算主跨箱梁有索段和无索段顶底板混凝土正应力,分析各截面的剪力滞分布规律。结果表明:箱梁跨中截面混凝土顶板、底板正应力分布极不均匀,具有明显的剪力滞效应,箱梁混凝土顶板、底板剪力滞系数随距集中荷载作用点距离的增大急剧减小,截面顶板剪力滞效应均比底板大;箱梁顶底板均呈现正剪力滞效应,混凝土横隔板可以改善箱梁截面正应力分布,减弱剪力滞效应;顶底板剪力滞系数在无索段范围内急剧减小,有索段内急剧增大,车辆活载只在局部范围内引起较大的剪力滞效应,设计中应考虑此效应引起的不均匀应力。     

考虑剪力滞效应影响的箱梁变形修正计算方法

为了研究考虑剪力滞效应后的箱梁弯曲变形计算问题,由箱梁弯曲的曲率方程出发,探讨了剪力滞效应对箱梁挠曲变形的影响机理.结合设计规范,提出了箱梁弯曲变形计算的剪力滞系数和有效翼缘分布宽度2种修正方法,利用提出的2种修正方法对简支梁和连续梁在集中和均布荷载下的挠度进行了计算.结果表明:剪力滞系数的修正方法精度较高;考虑到设计的方便性,建议在剪力滞系数未知的情况下采用有效翼缘分布宽度修正方法来考虑剪力滞效应对刚度的影响.     

逐跨施工混凝土连续箱梁考虑徐变的剪力滞效应研究

为了解徐变对逐跨施工连续箱梁桥剪力滞效应的影响,基于能量变分法及混凝土徐变理论,建立2跨逐跨施工连续梁考虑剪力滞效应的混凝土徐变次内力计算公式,并以跨径为30m+30m的逐跨施工现浇箱梁桥为例进行计算。结果表明:对于存在施工过程体系转化的逐跨施工连续梁桥,徐变次内力增加了梁体在负弯矩区的弯矩、减小了梁体正弯矩区段的弯矩;考虑徐变效应后,截面的剪力滞效应有所减弱。算例结构中,支座负弯矩区最大剪力滞系数减小20.26%,跨中正弯矩区的剪力滞系数增加了2.1%。     

短悬臂预应力箱梁施工剪滞特性数值研究

箱型梁剪力滞效应的存在可影响到结构设计的安全性,而目前桥梁结构设计规范中对剪力滞效应尚未作出规定。为研究预应力箱梁在施工时的短悬臂剪滞效应,以广州某预应力PC箱梁桥为数值计算模型,基于有限元软件ANSYS及MIDAS对预应力PC箱梁短悬臂剪力滞效应进行仿真计算与分析,研究表明短悬臂预应力箱梁剪力滞效应随悬臂梁越短而越明显。     

横隔梁对波形钢腹板PC连续梁桥纵向正应力的影响研究

目前关于横隔梁对波形钢腹板PC连续梁桥纵向正应力的影响,都是基于小梁试验或理论分析的基础,与实际有差别。鉴于此,依托一在建单箱九室波形钢腹板PC组合连续箱梁桥,建立该桥有限元模型,分析3车道偏载作用下有无横隔梁2个工况下箱梁顶、底板的纵向正应力分布规律和剪力滞效应。结果表明:未设横隔梁的桥梁纵向正应力分布变化剧烈,距墩顶越近,顶、底板正应力横向分布变化越大;设置横隔梁后桥梁纵向正应力分布较为均匀,顶、底板正应力横向分布在跨中截面附近变化较大;未设横隔梁与设置横隔梁时顶、底板正应力最大比值分别为1.47、1.32;设置横隔梁的桥梁在汽车荷载下剪力滞效应最大,3车道偏载与6车道对称荷载作用下箱梁顶板剪力滞系数比值为1.04,底板剪力滞系数比值为1.06;横隔梁对改善箱梁正应力分布、降低剪力滞程度具有显著影响。     

不同支承方式下三跨波形钢腹板连续梁弯桥剪力滞效应分析

为研究不同的支承方式对三跨波形钢腹板连续梁弯桥剪力滞效应的影响,采用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了三跨波形钢腹板连续梁弯桥的三维有限元模型,考虑了2种典型荷载工况——跨中集中荷载和全桥分布荷载下,典型截面的应力分布情况,计算出截面的剪力滞系数,并对4种不同支承方式下的剪力滞效应进行了分析。研究结果表明,三跨波形钢腹板连续梁弯桥边跨跨中截面应力最小为固定支承,中间支座截面应力最小为中间偏心铰支承,中跨跨中截面应力最小为固定支承。内侧的剪力滞系数要大于外侧,集中荷载下的剪力滞系数要大于均布荷载下的剪力滞系数,各支承方式下的剪力滞系数差异不大,集中荷载作用下剪力滞系数最小的为中间偏心铰支承,分布荷载作用下剪力滞系数最小的为中间固定墩支承。