大跨组合斜拉桥梁腹板及加劲肋合理设计

为合理设置大跨组合斜拉桥钢板梁的腹板及其加劲肋,结合实例,在考虑后屈曲性能的影响下,对钢主梁受压区格长高比和加劲肋与腹板刚度比的合理选取进行研究。采用有限元软件EBPLATE计算腹板正应力屈曲系数、剪切屈曲系数及抗剪承载力,分析屈曲系数与钢主梁受压区格长高比和加劲肋与腹板刚度比的关系。结果表明:统筹考虑受压区纵肋布置及横肋的间距,受压区格长高比建议设计值区间为2.0~2.5,在这个区间纵肋的有效宽度大,局部正应力屈曲系数较大且剪切屈曲系数处于中值;在受压区,加劲肋与腹板刚度比建议设计值区间取13.0~15.0,在腹板厚度适中的情况下,使腹板成为中度加劲板。     

等效加劲板单元在U形加劲板稳定性计算中的应用研究

为解决大跨度扁平钢箱梁主梁U形加劲板数值仿真时计算模型过于庞大的问题,提出一种等效加劲板单元有限元计算理论和U形加劲板的简化方法。通过将U形加劲板中U形小箱肋简化为等效加劲条的处理方式,重新分配盖板的横向刚度,计算等效加劲肋对板件受力的影响,采用基于Ansys平台二次开发的Fortran语言进行稳定性分析,与全真壳单元有限元模型进行对比。结果表明：与全真壳单元模型相比,该文提出的等效加劲板单元模型挠度计算结果相对误差仅为5.9%,低阶模态下屈曲系数相对误差仅为2%左右;在该文计算平台的处理下,采用等效加劲板单元模型获得的前5阶模态的时间仅为全真壳单元的1/3左右。     

钢桥板式加劲肋局部稳定试验与设计方法研究

板式加劲肋是钢结构桥梁中钢箱、钢塔以及钢拱等结构的基本组成板件,板式加劲肋的局部失稳是其主要的失稳破坏模式。为研究板式加劲肋的局部稳定性能,分别设计了变化板肋厚度与宽度2组板肋局部稳定试件进行轴压试验,并建立相应的有限元分析模型,计入本构关系、残余应力与局部初始几何缺陷对局部稳定性能的影响,得到板式加劲肋与三边简支板的局部稳定简化计算公式。试验与分析结果表明:①当板肋宽厚比小于16时,出现板肋与被加劲板的同时屈曲破坏,反之,则仅出现板肋的局部失稳破坏;②随着板肋宽厚比的增大,试件发生破坏时的失稳变形现象越来越明显,对于变板肋厚度试件,试件极限平均应力随着板肋宽厚比的增大,呈先增大后减小的趋势,对于变板肋宽度试件,极限平均应力随着板肋宽厚比的增大逐步递减;③当相对宽厚比大于0.91时,采用板肋加劲板构件中的板肋所拟合的三次多项式曲线高于其他规范曲线,当相对宽厚比小于0.95时,三边简支一边自由的简化模型所拟合的公式曲线与GB 50017-2017规范曲线、Eurocode 3曲线以及美国AISI规范曲线较为接近,在整个相对宽厚比范围内均高于中国钢桥规范与日本规范曲线;④采用构件中板式加劲肋拟合的公式可以更好地计算实际试件承载力,采用三边简支一边自由的简化模型拟合的公式则更安全,推荐采用三边简支板拟合公式进行计算。     

L形加劲肋刚度比分析研究

作者根据铁木辛柯弹性理论,推导了L形加劲肋刚性加劲刚度比公式。通过建立数值模型,对比分析日本学者Giencke.E和本文的简化公式,并分析了其适用范围。     

腹板纵向加劲肋对移动模架主梁屈曲稳定性的影响

为了研究移动模架主梁屈曲稳定性及极限承载力,在不同断面尺寸下调整移动模架主梁腹板纵向加劲肋的竖向位置,并通过有限元模拟与规范对比的方法,开展了腹板纵向加劲肋对主梁屈曲稳定性影响的研究。结果表明,当腹板纵向加劲肋距腹板受压区边缘0.25h0～0.35h0范围内时,移动模架主梁屈曲稳定性可提高5.8%～9.7%。     

基于欧洲规范及相关研究的板梁承载力设计

欧洲规范EN 1993-1-5是一个通用规范,指导板结构(包括加劲的和未加劲的钢板)的承载力设计,对该规范主要内容、研究进展等进行介绍.该规范推荐的分析方法包括有效截面法、折减应力法和有限元分析法;剪力滞后通过有效宽度来计算;板类型和柱类型屈曲采用有效截面法分析;剪切抗力采用“旋转应力场”法计算;考虑了3种类型的横向荷载模式;给出了弯矩-剪力耦合和弯矩-横向力耦合计算公式;提出了板结构中加劲肋的设计法则和一些其它板结构设计细则;介绍了折减应力法原理.目前与EN 1993-1-5及板屈曲问题相关的研究工作包括纵向加劲腹板的剪力抗力、弯矩-剪力耦合分析等工作.     

正交异性钢箱梁U型肋加劲板极限承载力试验

以杭州湾跨海大桥通航孔斜拉桥钢箱梁U型肋加劲板为研究对象,按照相似理论设计制作了9块缩尺比例为1:3的扁平钢箱梁闭口U型肋加劲板模型,通过极限承载力试验研究加劲板稳定极限承载力.研究结果表明:9块加劲板模型在轴向荷载作用下发生的失稳破坏形态主要有3种,即母板破坏、母板与加劲肋共同破坏以及加劲肋破坏;各种破坏形态下模型的位移与应变具有相似的变化规律;模型的极限承载力随母板和加劲肋厚度的增加而增大,随着加劲肋高度和间距的增大而减小.     

基于一阶分析法的柔性加劲板优化设计

对柔性加劲板的合理布置进行分析.将能量方法与一阶分析的优化方法相结合,建立柔性加劲板的非线性规划模型,其中以加劲肋的用钢量为目标函数,以加劲肋的根数及尺寸为设计变量,建立满足加劲肋刚度比及加劲板稳定性要求的状态变量之间的约束关系,用以确定柔性加劲板的优化设计.在计算中,列出了优化模型的具体表达式及优化过程中的关键求解策略.应用该法对某加劲板进行了优化设计,计算结果表明,将能量法与一阶分析法引入柔性加劲板的优化设计是可行的,结果也是合理的.     

对受压加劲板极限承载力计算方法的评述

评述了国内外部分规范关于受压加劲板的加劲肋设置要求及其极限承载力计算方法,并结合实例进行了简要的比较说明,研究结果可供钢桥的结构设计参考。     

带加劲肋的圆端形夹层板桥墩防撞套箱受力分析

带圆端头的桥墩是常见的桥墩形式之一,为探讨该种圆端形桥墩在采用夹层板防撞套箱时内部设置不同形式和数量加劲肋对防撞性能的影响,采用数值计算法,通过静力等效的荷载作用方式,对分别设置不同数量的水平加劲肋和竖向加劲肋的夹层板防撞箱内、外层钢板在最不利正撞时的应力和变形进行了对比分析。结果表明:设置水平加劲肋和竖向加劲肋均能有效减小防撞箱撞击点处夹层板的应力,但对内、外层钢板的应力减小程度不相同,对同一位置不同方向的应力减小程度也不相同;设置竖向加劲肋能有效减小防撞套箱撞击点处夹层板外层钢板的竖向和横向(水平向)应力,但对内层钢板只有效减小竖向应力;水平加劲肋只有效减小防撞套箱撞击点处夹层板外层钢板的竖向应力和内层钢板的横向应力,其他应力不明显;竖向加劲肋对撞击点处夹层板外层钢板的两个方向应力减少程度大于水平加劲肋的减少程度,而对内层钢板而言,水平加劲肋对撞击点处横向应力的减少程度大于竖向应力的减少程度;设置过多数量的水平加劲肋或竖向加劲肋对改善防撞箱受力和变形不明显,反而增加自重及成本,但由于现实中碰撞点是随机的,必须设置一定密度的加劲肋,特别是竖向加劲肋,而水平加劲肋不宜多设。     

钢箱梁加劲板局部动力性能设计参数研究

为了解钢箱梁加劲板局部振动的特性以及结构与材料参数对其动力性能的影响规律,指导结构设计,以常见的钢箱梁梯形肋加劲板为例,基于有限元软件ANSYS二次开发,建立有限元模型(母板、横隔板与梯形肋的各个板件均用Shell63单元模拟,铺装层采用8节点实体板单元模拟),计算其基本动力特性,分析梯形肋的数量及厚度、横隔板数量、母板厚度、铺装层厚度等设计参数对加劲板自振频率的影响。结果表明:加劲板的2阶自振频率相比于1阶显著提高,之后阶次的增幅相对平缓,且四边固支的自振频率大于四边简支的自振频率,设计时加劲板的基频与高阶频率应分开考虑,且无需详细考虑每一阶高阶振动;合理确定梯形肋与横隔板的位置比增加数量更能有效提高相应的自振频率;母板、梯形肋与铺装层厚度的变化对自振频率的影响不明显,建议在设计规范的范围内取较低值。     

闭口加劲肋钢箱梁横隔板过焊孔处裂纹处治

随着正交异性钢桥面板梁结构的普及应用,该结构形式相关的病害案例不断出现,常有铺装损坏、板件裂纹、构件断裂等。结合某跨江桥梁横隔板裂纹处治案例,分析了正交异性钢桥面板在车辆超载情况下出现疲劳的合理性;闭口加劲肋过焊孔疲劳细节对横隔板疲劳性能影响较大,例桥中加劲肋过焊孔形式与当前经常采用细节优劣。横隔板厚度及横隔板连续性对横隔板疲劳性能的影响。得出闭口加劲肋顶缘过焊孔堆焊封起有利于构件疲劳性能,闭口加劲肋弧形缺口形状及尺寸大小会影响构件疲劳性能等。     

带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁开孔腹板的抗剪性能

带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁腹板成排开孔后,主要削弱了其抗剪稳定性和抗剪强度。为探明这一新型桥梁结构的力学特点,采用有限元方法对钢-混凝土组合蜂窝梁开孔腹板的抗剪性能进行了深入研究。对不同边界条件下的开孔腹板进行弹性剪切屈曲分析,考虑孔洞的影响引入径高比和宽高比参数,对实腹板剪切屈曲系数加以修正,并引入约束系数表征约束程度,推导得到了开孔腹板剪切屈曲系数的计算公式。建立开孔腹板抗剪极限承载能力有限元计算模型,考虑材料、几何双重非线性,对不同参数开孔腹板的抗剪承载能力进行了大量的有限元分析,在数据分析基础上量化弹性屈曲荷载和屈曲后荷载对开孔腹板抗剪承载能力的贡献。引入腹板的开孔率参数,提出了开孔腹板抗剪极限承载力的计算公式,同时分析了不同初始几何缺陷对开孔腹板抗剪性能的影响。结果表明:不同边界条件下的开孔腹板剪切屈曲系数公式与有限元值吻合良好;开孔腹板仍可发展一部分屈曲后强度,屈曲后强度可偏保守地表示为开孔腹板塑性强度的30%,开孔腹板抗剪极限承载力计算公式与有限元计算结果吻合较好,且总体偏于安全;不同的初始几何缺陷对开孔腹板荷载-位移曲线形式有较大影响,但对其抗剪承载能力影响很小。     

加劲型矩形钢管混凝土的轴压承载力对比分析

为了对比分析PBL加劲肋与其他加劲措施对构件承载力的影响,广泛收集了国内外设直肋、约束拉杆、隅撑、钢筋笼、钢筯加劲肋、锯齿形加劲肋、拼接直肋、拼接斜肋及无肋矩形钢管混凝土的构造形式及承载力试验结果,引入了承载力提高系数评价各加劲形式的承载力水平。结果表明:设PBL加劲肋和约束拉杆矩形钢管混凝土承载力能够提高构件极限承载力20%以上;PBL加劲肋兼有力学性能优越和施工简便的双重特点。     

U肋加劲板的声振特性研究

为分析U肋加劲板的声振特性,联合锤击试验和数值仿真方法从振动传递特性和声辐射性能2个方面进行研究。首先,以某钢箱梁为原型,设计制作一足尺U肋加劲板结构,通过锤击激励获得不同位置的振动和噪声响应。然后,以有限元计算得到的振动响应作为边界元仿真的边界条件,建立混合有限元-边界元模型预测U肋加劲板的振动声辐射,并将仿真结果与实测值进行对比。最后,通过数值仿真探讨U肋的声振贡献量,并分析结构设计参数（顶板厚度、U肋厚度和U肋间距）对顶板声功率级的影响规律。研究结果表明：相比混凝土结构,U肋加劲板的振动噪声更加明显,且频谱范围更宽,主要集中在几百至上千Hz;U肋正上方和U肋之间的顶板原点导纳差异不大;顶板原点导纳和U肋传递导纳的频谱特性相似,并在量值上具有可比性;混合有限元-边界元预测方法具有较高的精度,但计算效率不高;受到U肋自身的振动声辐射和声反射效应的影响,U肋加劲板正下方的噪声比侧方高出约10 dB（A）,声压级峰值频段为400~1 250 Hz;顶板厚度和U肋间距是决定顶板声辐射大小的决定性因素,算例中顶板厚度减小6 mm或U肋间距增大300 mm时,顶板声功率级分别增加5.4 dB（A）或9.4 dB（A）;U肋厚度在6~10 mm内变化时,顶板声功率级改变不大。     

钢桥规范受压板件局部稳定计算问题探讨

受压板件局部稳定计算方法是《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）中的核心计算方法之一。通过实际设计工程中的应用,并结合一定的理论分析,发现该规范局部稳定计算方法存在以下问题：（1）板元局部稳定折减系数计算公式与宽厚比限制值不协调,宽厚比取上限时折减系数显著小于1;（2）横肋刚柔性判别公式精度不够高,导致在横肋刚柔分界线处加劲板局部稳定折减系数不连续,突变幅度可能较大,且横肋由柔性加强为刚性时折减系数可能反而减小。     

开口加劲板件的稳定极限承载力研究

为研究斜拉桥钢箱开口加劲板件的初始变形和残余应力等初始缺陷对加劲板件的稳定极限承载能力的影响,结合加劲板件材料本构关系,对不同相对宽厚比系数的开口加劲板件进行了稳定极限承载力的分析,研究了初始变形和残余应力对开口加劲板件稳定承载力的影响,研究结果表明:当相对宽厚比系数R=1时,开口加劲板件的设计对缺陷最为敏感;其整体初...     

PBL加劲型矩形钢管混凝土组合桁梁桥设计

高速公路跨线桥黄延桥为(24+40+24)m连续刚构体系PBL加劲型矩形钢管混凝土组合桁梁桥。该桥主梁采用矩形钢管桁架和混凝土行车道板构成的组合桁梁;桥墩采用Y形双肢矩形钢管混凝土树状桥墩,下设菱形承台+钻孔灌注桩基础。在负弯矩区下弦杆和Y形桥墩的矩形钢管内设置PBL纵肋并灌注混凝土,形成PBL加劲型矩形钢管混凝土断面,以提高杆件承载力、改善受压钢管局部屈曲性能。为提高该桥PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的承载力、改善节点的失效模式,采取主管内灌注混凝土和支管与主管同宽两项优化措施。混凝土桥面板通过上弦闭口PBL开孔预埋钢板连接件与主桁相连。桥墩通过纵、横向呈方格网络集中布置的PBL开孔钢板与承台固结。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土结构力学性能研究综述

为改善钢管混凝土套箍效应和节点传力可靠性问题,提出PBL加劲型矩形钢管混凝土结构,从管壁局部屈曲力学性能、构件力学性能、界面力学性能和节点力学性能4个方面,对已有研究成果进行总结,并与传统的钢管混凝土结构进行对比,综述了不同结构的宽厚比限值、轴压强度、轴压稳定、抗弯性能、压弯性能、剪切-滑移本构关系、节点传力长度、疲劳荷载作用下钢-混界面黏结性能、节点静力性能和节点疲劳性能,系统地阐述了PBL加劲型矩形钢管混凝土结构的力学性能优势。结果表明:在轴压和压弯荷载作用下,由于混凝土的支撑作用,以及PBL纵肋的加劲和连接作用,钢管的宽厚比限值相比矩形钢管混凝土结构提高到2倍以上;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件轴压承载力相比矩形钢管混凝土有所提高,同时,PBL纵肋保证了构件的完全黏结,组合作用得到发挥,结构的轴压和抗弯刚度也得到提高;PBL加劲肋孔中的混凝土榫提供了较大的抗剪承载力,界面强度相比矩形钢管混凝土提高2倍以上,剪切模量提高3倍以上,有效缩短了节点传力长度,且疲劳荷载作用下,界面性能更可靠;管内PBL纵肋的抗拔作用,可有效限制节点部位主管表面弯曲变形,使节点刚度和承载力得到提高,焊趾位置热点应力集中系数明显减小,疲劳性能得到改善。     

混合梁自锚式悬索桥钢梁加劲过渡段传力机理研究

为研究混合梁钢梁加劲过渡段受力特性,以某独塔混合梁自锚式悬索桥为研究对象,选取包含钢梁加劲过渡段在内的主梁节段,运用大型通用有限元软件ANSYS建立"实-壳"混合有限元模型,并对其进行局部仿真分析。仿真结果表明,在最不利负弯矩工况下,钢梁加劲过渡段各板件的Mises应力最大约为90 MPa,横梁连接区域各板基本不参与受力。在此基础上,对4种不同钢梁过渡段加劲构造的交界处进行应力集中程度分析,仿真结果表明,"U肋内嵌T肋"构造的交界处应力集中程度最大,"混合加肋"构造的交界处应力集中程度最小。