波形钢腹板组合箱梁自振特性与试验研究

为了精确计算波形钢腹板组合箱梁的振动频率, 根据能量变分原理, 推导了振动频率公式, 得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解。对一试验波形钢腹板组合箱梁进行了动力测试, 得到了实际自振频率, 并与简单梁理论、本文理论公式与三维有限元模型的计算频率进行对比。结果表明: 剪力滞效应及剪切变形对波形钢腹板组合箱梁的振动频率影响较大, 考虑剪力滞及剪切变形影响后的波形钢腹板组合箱梁的振动频率有所降低, 且降低程度随着计算频率阶次的增加而迅速增加, 因而在波形钢腹板组合箱梁振动频率的计算中须计其影响。     

考虑截面剪切变形时曲线箱梁的弯扭分析

为了分析剪切效应对曲线箱梁的影响,基于薄壁箱梁弯曲理论,用一个剪切翘曲参数来综合表达翼板和腹板的剪切变形,运用能量变分法导出考虑剪切效应及约束扭转时曲线箱梁弯扭挠曲控制微分方程组.通过分析边界条件,采用伽辽金数值法求解上述微分方程,从而得出曲线箱梁的弯扭挠曲应力表达式.数值算例结果表明,按本文公式计算出的曲线箱梁弯扭挠曲应力与实测值吻合良好,验证了本文方法的正确性;腹板的剪切变形对箱梁剪切翘曲应力影响较小,可忽略.通过分析曲线箱梁在竖向均布荷载下的整体正应力可知,剪切翘曲应力占比为15%~20%,而扭转翘曲应力相对较小,占比约为6%.     

剪切变形对波形钢腹板箱梁挠度的影响

波形钢腹板箱梁是一种新型的钢-混凝土组合结构, 与传统混凝土腹板箱梁相比, 其挠度计算中剪切变形的影响是不可忽略的。结合波形钢腹板箱梁的结构特点并应用初等梁理论, 提出该种箱梁受弯时考虑了剪切变形影响的挠度计算方法, 通过模型试验和有限元分析进行了验证; 同时指出不同剪跨比, 剪切变形对箱梁挠度的影响是不同的, 并就考虑剪切变形影响与否的剪跨比界限值提出建议.     

波形钢腹板PC组合箱梁桥的挠度计算与分析

为研究箱梁剪力滞效应和钢腹板剪切变形对波形钢腹板PC箱梁桥挠度的影响,基于能量变分法对该桥型的挠度计算进行了分析.首先,从箱梁翼板的面内剪切变形和弯曲剪力流的分布规律出发,在理论上推得可同时考虑箱梁剪力滞效应和钢腹板剪切变形的纵向位移函数;其次,以所得的纵向位移函数为基础,运用能量法推导出该桥型的挠度计算公式,并用模型试验及有限元法对公式的正确性进行了验证;最后,分析在箱梁宽跨比和钢腹板高度变化时,在不同荷载类型作用下,箱梁剪力滞效应和腹板剪切变形分别对波形钢腹板PC简支和连续箱梁桥挠度的影响.研究结果表明:当宽跨比为0.108~0.650时,在集中荷载作用下,剪力滞效应和钢腹板剪切变形对波形钢腹板PC连续箱梁桥的挠度影响较大,不可忽略;当宽跨比为0.108~0.650时,在均布荷载作用下,波形钢腹板PC简支和连续箱梁桥仅需考虑波形钢腹板剪切变形对其挠度的影响,只有在特定的宽跨比和特定的波形钢腹板截面高度下,才需要考虑剪力滞效应对其挠度的影响.      

波形钢腹板箱梁剪力滞效应研究

为了研究波形钢腹板箱梁的剪力滞效应,建立了考虑波形钢腹板剪切变形的箱梁纵向位移翘曲函数,考虑顶底板的纵向、面内剪切变形能和钢腹板的剪切变形能;基于能量变分原理,推导了适用于波形钢腹板箱梁剪力滞分析的解析解;综合对比模型试验、有限元分析及变分解析解的计算结果。研究表明:推导的波形钢腹板剪力滞解析解计算结果与模型试验、有限元分析结果吻合;集中荷载加载工况下,剪力滞影响区域仅在加载位置左右两侧附近很小范围;加载位置越靠近支座位置,剪力滞效应越明显;宽高比对剪力滞无影响,剪力滞系数与宽跨比呈线性相关;翼缘板宽度增加后箱梁的剪力滞系数增大。     

基于能量法的波形钢腹板箱梁挠度计算

文章基于能量变分原理,通过在纵向位移函数中引入翘曲变形函数以及剪切转角来分别考虑箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切变形的影响,提出一种波形钢腹板箱梁挠度计算的解析方法;分别针对简支梁作用均布荷载和集中荷载两种工况,推导挠度计算公式,通过与有限元方法的比较验证该方法的准确性,并进行箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切变形的挠度贡献分析。     

曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁扭转振动频率分析

为科学合理地分析曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁的扭转振动特性,首先,综合考虑弯扭耦合效应和波形钢腹板的剪切变形效应,基于Galerkin法和Hamilton原理建立了该桥型的扭转振动频率控制微分方程和自然边界条件.随后,根据自然边界条件,求解了剪切变形效应和弯扭耦合效应共同作用下曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁扭转振动频...     

薄壁箱梁挠度的一种简化分析方法

为寻求考虑剪切变形影响的薄壁箱梁挠度计算简化方法,以单位力法为基础分析薄壁箱梁的挠曲变形. 首先,通过对薄壁箱梁挠曲剪应力分布模式的分析获取组成箱梁各壁板的剪切影响系数表达式,基于该剪切影响系数,利用Timoshenko梁理论导出简单箱梁挠度的解析表达式;其次,利用卡式第二定律推导出箱梁的梁段单元分析模型,编制了求解变截面箱梁等复杂结构的电算程序;最后,对等截面及变截面箱梁的算例模型进行了分析. 数值算例结果表明:程序计算的挠度与实测值及ANSYS空间有限元结果误差在3%以内;针对数值算例,剪切变形使箱梁挠度增大20%以上;随着宽高比的增大,翼板剪切产生的附加挠度会增大,而腹板情况与之相反.      

薄壁箱梁的剪切附加挠度分析

从薄壁箱梁弯曲剪力流出发,分析箱梁的应力应变关系,并与初等梁理论相结合,导出适合薄壁箱梁的合理剪切参数,从而简化箱梁腹板剪切附加挠度的计算.采用对剪切附加曲率的积分及能量变分法,导出腹板剪切附加挠度和考虑全截面剪切变形的箱梁挠度计算公式.通过剪切附加挠度与弯曲挠度的对比,分析影响翼板和腹板剪切变形的主要因素.建立了ANSYS空间模型算例,结果表明,按本文的计算式所得挠度与ANSYS结果吻合良好;当宽跨比、高跨比较大时,均布荷载作用下的简支箱梁跨中因剪切变形产生的附加挠度将达弯曲挠度的22%以上,应予以重视.     

基于等效截面法的蝶形腹板箱梁剪力滞效应研究

根据等效截面原理对箱梁空腹处截面进行等效处理,考虑其横截面轴力平衡关系,建立了腹板剪切变形下的翘曲位移函数,并推导出结构平衡状态下的剪力滞效应微分方程。结合模型试验、ABAQUS有限元模型以及相关文献值,对比分析了蝶形腹板箱梁(简支)在集中荷载及均布荷载作用下的纵向应力分布规律,并得到全梁段剪力滞系数三维分布模型。结果表明：竖向荷载作用下,蝶形腹板箱梁纵向应力呈正剪力滞效应状态分布,且箱梁支点截面和跨中截面的腹板接缝处剪力滞效应较大;集中、均布荷载作用下,研究结果与试验值、有限元值均较为吻合;与文献值相比,两者相对误差(绝对值)在2.00%～2.44%。     

基于Reissner原理的波形钢腹板箱梁约束扭转分析

为更加合理地分析波形钢腹板箱梁约束扭转效应,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演了翘曲正应力和剪应力计算式,应用Reissner原理建立了波形钢腹板箱梁约束扭转控制微分方程,给出了不同于乌曼斯基第二理论的翘曲系数公式. 通过简支梁数值算例验证了所推导公式的正确性,并分析了腹板厚度和悬臂板宽度变化对箱梁横截面应力的影响. 研究结果表明:相对于乌曼斯基第二理论,基于Reissner原理计算的应力与有限元解吻合更好;按乌曼斯基第二理论与按Reissner原理计算的翘曲系数的比值可达到4.70;波形钢腹板主要承担剪应力,几乎不承担翘曲正应力,而顶底板既承担翘曲正应力也承担剪应力,应对顶底板予以重视,防止斜裂缝的产生;腹板厚度增大能减小翘曲正应力;随着悬臂板宽度的增大,当悬臂板宽度比大于0.10时,翘曲正应力减小,而当悬臂板宽度比大于0.30时,总剪应力几乎无变化.      

不对称变截面箱梁桥在悬臂施工阶段扭转控制分析

采用空间理论方法、剪力流理论及Prandtl的薄膜比拟法,推导出了不对称箱型变截面梁悬臂施工扭转角度和剪力计算公式.并用该公式对重庆鱼洞长江大桥在悬臂施工阶段箱梁扭转变形及受力进行了计算分析.计算结果证实了,在施工阶段因恒载和施工荷载的不对称分布产生的扭矩对主箱梁的扭转变形影响不大,箱梁所受到的内力在施工控制许容范围内.     

不对称变截面箱梁桥在悬臂施工阶段扭转控制分析

采用空间理论方法、剪力流理论及Prandtl的薄膜比拟法,推导出了不对称箱型变截面梁悬臂施工扭转角度和剪力计算公式.并用该公式对重庆鱼洞长江大桥在悬臂施工阶段箱梁扭转变形及受力进行了计算分析.计算结果证实了,在施工阶段因恒载和施工荷载的不对称分布产生的扭矩对主箱梁的扭转变形影响不大,箱梁所受到的内力在施工控制许容范围内.     

闭口薄壁杆件的约束扭转剪应力分析

基于周边不变形理论,推导了闭口薄壁杆件的约束扭转剪应力计算公式,对有关文献中的另一种剪应力公式进行了分析与论证,发现这些文献中对闭口薄壁杆件约束扭转时的纯扭转剪应力和约束扭转剪应力的表达是不正确的,并进行了更正.最后通过一个发生约束扭转的悬臂箱梁算例,具体分析比较了按本文公式和有关文献中公式计算的约束扭转剪应力的差别.     

腹板几何参数对波纹钢腹板桥梁动力特性的影响

采用ANSYS建立波纹钢腹板空间有限元模型,分析了波纹钢腹板箱梁的动力特性的影响因素。钢腹板板厚的增大能提高箱梁的刚度,尤其是箱梁扭转刚度的提高。但当板厚增加到一定程度时,提高箱梁刚度的程度就会变小,应结合静力计算和经济要求选择适宜的板厚。折角变大时,箱梁的竖向振动频率会减小,箱梁的扭转振动频率会增大。随着波高的增大,箱梁的抗扭刚度也在不断增大。水平面板长度的变化影响波纹钢腹板的面外刚度的增大和减小。过大时,反而使梁的扭转刚度降低。因此应有其优化范围,不宜过大。     

圆拱结构平面外稳定分析方法

为研究圆拱结构的平面外稳定问题,根据其与圆曲梁变形的相关性,首先考虑二阶弯矩效应建立了圆曲梁平衡方程,结合圆曲梁几何方程和物理方程,推导了考虑大位移的自由扭转圆曲梁的挠度控制方程和扭转角控制方程,分别给出了圆曲梁的挠度和扭转角的解析解一般格式及相应简化格式,同时获得了圆曲梁变形和内力表达式;在此基础上,提出了圆拱结构平...     

波形钢腹板组合梁弯曲变形的三角级数解

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板组合梁弯曲变形行为的影响,采用三角级数拟合简支波形钢腹板组合梁的变形曲线,各构件弯曲变形满足平截面假定,基于最小势能原理,推导了简支和悬臂波形钢腹板组合梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的弯曲变形解析解和简化解;基于简化解推导出考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁挠度增大系数,并给出对考虑剪切变形影响与否的高跨比界限;采用有限元方法验证了解析解和简化解的正确性和适用性. 研究结果表明:所提方法边界条件明确、推导过程简单、结果可靠、适用性强,可为波形钢腹板组合梁的设计和变形计算提供可靠的依据.      

基于Reddy理论的新型波形钢腹板组合箱梁挠度计算

为准确计算新型波形钢腹板(CSW)组合箱梁的挠度,基于Reddy高阶剪切变形理论,考虑钢-混接触面滑移变形和全截面高阶剪切变形效应,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出新型CSW组合箱梁等参有限元行列式;以一根8.0?m新型波形钢腹板简支组合箱型试验梁为例,基于本文理论编制了相应的计算程序,计算了...     

广东金马大桥空间耦合自由振动分析的理论研究

基于大位移非线性弹性理论的广义变分原理,考虑了加劲梁轴向压缩应变能和剪切应变能的影响,建立了斜拉桥与T构协作体系空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函,通过约束变分导出了协作体系斜拉桥的加劲主梁的纵向振动、竖向挠曲振动、横向挠曲振动、扭转振动及加劲主塔的纵向振动及扭转振动的基础微分方程,并以数值计算验证推导的有效性.     

曲梁在预应力径向分力作用下的受力分析

通过理论分析与模型试验研究,比较了曲梁在径向力作用下的不同受力模型;分析了径向拉应力在曲线箱梁腹板中的分布以及防崩钢筋面积和预应力筋保护层厚度的影响;讨论了径向拉应力对裂缝的影响及预防措施,最后提出了防崩钢筋面积与径向拉应力的拟合关系式,可供曲线箱梁的设计及施工参考。