铁路桥梁结构任意截面截面特性计算方法研究

研究目的:铁路桥梁结构设计中,无论是结构抗力还是工程量计算,截面特性均是重要的设计计算参数。铁路桥梁结构类型多,梁部、桥墩和基础等不同构件截面类型复杂多样,且多为箱形、空心截面等复杂截面形式,设计中对复杂截面截面特性的计算通常采用简化处理方式或借助外部商业软件,导致计算精度不足或设计效率低下,为解决这一问题,需要开展任意截面的截面特性计算方法研究。研究结论:(1)铁路桥梁结构截面均只由线段和圆弧组成,可采用统一格式表征,任意截面均可用一个或多个封闭轮廓线描述;(2)每个封闭轮廓线可离散为多组具有共同顶点的三角小块和三角球冠小块,计算每个小块截面特性并叠加便可得到封闭轮廓线截面特性;(3)基于计算理论编写了通用计算程序,程序提供读取和处理AutoCAD软件图形数据的方法;(4)以混凝土箱梁和薄壁钢箱梁作为算例,计算结果表明本文提出的方法计算精度高,满足工程设计要求;(5)本文给出的计算方法理论推导清晰,除铁路工程外,在公路和市政工程等领域依然适用。     

组合截面计算浅析

根据组合梁的计算原理对一钢混组合截面的简支梁进行了比较计算。采用了手算,利用M IDAS施工阶段联合截面功能建立的梁模型和板梁模型分别进行计算,说明了组合截面计算的方法和其中存在的一些问题。     

钢筋混凝土截面损伤分析与检测

以平截面假定和截面力平衡关系为基础,导出钢筋混凝土双向压弯截面含损伤变量的割线刚度、切线刚度矩阵。将截面受压混凝土分成若干四边形,用高斯数值积分完成每个四边形的积分,截面含损伤变量的刚度等于各四边形积分之和。对截面进行了全过程损伤分析,并进行钢筋混凝土梁损伤试验,用冲击回波法检测垂直裂缝,试验检测结果与理论分析结果较吻合。     

串列六边形截面桥塔气动干扰效应研究

为了研究串列六边形截面塔柱的气动干扰效应,采用数值模拟方法研究串列塔柱的三分力系数。首先,对正方形截面的三分力系数进行数值模拟,验证数值模型的准确性;然后,计算单个塔柱截面的上游和下游截面的三分力系数;最后,考查了间距等参数的影响。结果表明,对单个塔柱截面来说,上游截面阻力系数较大,上下游两个截面的升力系数斜率完全相反。对串列塔柱截面来说,上游截面的阻力系数在两截面的距离较小时会变大,但距离较大时会变小;下游截面的阻力系数比单个截面的小,而升力系数和力矩系数的变化较小。     

任意截面钢筋混凝土构件配筋计算方法

钢筋混凝土构件在工程结构中广泛应用,复杂异形截面多向受力状态下,弯矩作用平面与弯曲平面不重合,截面的强度与配筋计算极为复杂,没有较好的解决方案。本文以平截面假定为依据,基于容许应力法推导出了任意截面钢筋混凝土构件的配筋验算公式,将复杂截面的配筋计算问题转化为复杂截面几何特性的求解,利用格林积分变换公式精确高效地实现了任意截面的特性求解,解决了任意截面钢筋混凝土构件单向以及多向受力状态下配筋验算问题,并编制了相应的任意截面钢筋混凝土构件的配筋验算程序。通过大量对比验算表明,本文的计算方法和程序计算结果精确可靠,计算效率高。     

考虑截面配筋的变截面悬臂梁剪力滞效应研究

基于选定的三次抛物线剪滞翘曲位移函数,采用能量变分法推导出考虑截面配筋后的剪力滞控制微分方程,研究截面配筋对变截面悬臂箱梁剪力滞效应的影响。结合实际施工案例,利用差分法计算分析了不同荷载作用下,不同配筋率时施工至最大悬臂状态的箱梁剪力滞效应。研究结果表明:截面配筋对变截面悬臂箱梁剪力滞效应有一定影响,随着配筋率的增大,不同类型荷载作用下附加弯矩均增大,但箱梁不同部位的剪力滞系数变化不同。均布荷载作用下,剪力滞系数最大增加5.16%,最大减少24.42%;集中荷载作用下剪力滞系数最大增加2.77%,最大减少1.92%。     

盾构隧道衬砌截面的承载能力功能函数

研究目的:盾构隧道衬砌管片为偏心受压构件,存在正截面大偏心受压、小偏心受压以及斜截面受剪等失效模式.以往的研究中给出了典型条件下弯矩表达或轴力表达的正截面承载能力功能函数,但并不能全面表征衬砌管片的工作模式.本文从盾构隧道衬砌管片承载能力和内力的解析式出发,提出适用于普遍情况的正截面偏心受压承载能力功能函数和斜截面抗剪承载能力功能函数的多种表达形式,为正确计算截面承载能力可靠度提供条件.并在此基础上评价管片截面承载能力功能函数的敏感性因素.研究结论:通过研究建立了盾构隧道衬砌正截面承载能力和斜截面承载能力的功能函数,提出了大小偏心状态的正截面承载能力解析表达式和斜截面抗剪承载能力的解析表达式,并通过实例对影响承载能力功能函数的随机变量进行了敏感性分析,得出如下结论:对于正截面承载能力,当采用不同表达形式的功能函数时,功能函数对随机变量的敏感性是不同的;Pv对拱顶截面的正截面承载能力功能函数影响最大;ft对拱腰截面的斜截面承载能力功能函数影响最大.     

通用截面特性计算软件开发研究

为找到一种适用于任意截面形式的截面特性计算方法,开发通用高效的计算软件,通过对截面特性中面积、静矩、惯性矩和惯性积的数学表达式进行深入研究,运用格林公式将截面特性的数学表达式中对面积的二重积分转换为对截面边界曲线的积分,代入曲线参数方程将边界曲线的二元积分转换为一元积分,利用牛顿-莱布尼兹公式精确求解截面特性,进而采用面向对象方法开发通用截面特性计算软件。软件使用灵活方便,适用于实体或空心,整体或分离,单一或组合材料的任意组合截面形式。通过在大量工程设计项目的应用表明:本方法计算结果精确,计算效率高,实用意义突出。     

现浇X型混凝土桩截面几何特性研究

基于X型桩截面的外包方形截面边长、开弧间距及开弧弧度3个控制变量,推导X型截面面积、周长表达式,建立X型桩截面惯性矩的数值计算方法。X型桩的截面面积及截面惯性矩随外包方形截面边长和开弧间距的增大而增大,随开弧弧度数的增大而减小;周长随X型桩截面3个控制变量的增大均增大;周长与面积比随外包方形截面边长和开弧间距的增大而减小、随开弧弧度数的增大而增大。截面面积相同时,X型桩的周长及截面惯性矩均比圆形桩和方形桩大,且比值均随外包方形截面边长及开弧弧度数的增大而增大,随开弧间距的增大而减小。可见,截面面积相同时,X型桩的侧摩阻力大于圆形桩和方形桩,单桩承载力高。     

矩形截面重力式桥墩台双向偏心受压下截面极限承载力计算的等效面积法

分析了采用极限状态设计法时，混凝土及砌体矩形截面实体墩台双向偏心受压下，轴向力作用点位置与截面受压区形状的关系，给出了计算截面抗力的一种精确而简便的方法。     

变截面桩的水平荷载模型试验研究

通过模型试验分析了水平荷载作用下桩在不同变截面位置处桩的工作机理.根据水平荷载—位移曲线、桩身入土深度—拉压应变、水平荷载—拉压应变、水平荷载—桩顶转角的测试结果,分析了变截面桩的水平承载性能,并进一步分析了变截面不同位置变化对水平承载特性的影响.结果表明,变截面桩为弹性桩,桩身截面位置的合理布设对于桩体材料节省和抵抗水平位移具有关键的影响,合理布设变截面位置对于工程具有实际意义.     

现浇Ⅹ型混凝土桩截面几何特性研究

基于Ⅹ型桩截面的外包方形截面边长、开弧间距及开弧弧度3个控制变量,推导Ⅹ型截面面积、周长表达式,建立Ⅹ型桩截面惯性矩的数值计算方法.Ⅹ型桩的截面面积及截面惯性矩随外包方形截面边长和开弧间距的增大而增大,随开弧弧度数的增大而减小;周长随Ⅹ型桩截面3个控制变量的增大均增大;周长与面积比随外包方形截面边长和开弧间距的增大而减小、随开弧弧度数的增大而增大.截面面积相同时,Ⅹ型桩的周长及截面惯性矩均比圆形桩和方形桩大,且比值均随外包方形截面边长及开弧弧度数的增大而增大,随开弧间距的增大而减小.可见,截面面积相同时,Ⅹ型桩的侧摩阻力大于圆形桩和方形桩,单桩承载力高.     

钢轨截面曲线圆弧圆心精确求取方法

0引言铁路工务部门在对钢轨打磨过程中,首先需要通过各种测量手段获取钢轨截面的廓形,然后将该廓形与标准钢轨截面廓形进行对比,从而求取钢轨的磨损值。国产钢轨的截面廓形由3段圆弧构成,以60kg/m钢轨为例,钢轨截面廓形有R300、R80和R13等3段圆弧组成(见图1)。因此,对钢轨截面廓形上的某点而言,求取在该点的磨损值需要求取钢轨截面廓形圆弧的圆心,然后根据圆心求取钢轨截面廓形在该点处的法线,进而求得该点的磨损值。考虑到当前在求取钢轨磨损值时,采用AutoCAD作图     

椭圆形截面墩柱承载力计算

本文在参考矩形及圆形墩柱承载力计算方法的基础上,根据混凝土受压结构正截面承载计算的基本假定,采用微积分原理,得到了椭圆环形截面柱在大偏心受压情况下混凝土最大压应力及钢筋应力表达式。另外作为实心椭圆构件其计算公式同样适用。     

任意截面任意布筋的配筋计算

研究目的:复杂截面复杂布筋的钢筋混凝土结构的配筋计算一直是困扰工程界的一个难题,对于非对称非均匀布筋的复杂截面,一直没有给出合理的解决方案.本文以AutoCAD为二次开发平台,基于ObjectARX和VC+ +采用解析法、迭代法和图解法相结合的方式,解决钢筋混凝土任意截面任意布筋的配筋计算问题(允许应力法),并编制相应的允许应力法任意配筋程序AFPA(Arbitrary Fabrication Program for Allowable stress).研究结论:AFPA对任意钢筋混凝土截面进行配筋计算是可行和可靠的;AFPA对任意混凝土截面进行应力重分布计算是可行和可靠的;双向受力的空心截面通过中间设置隔板来控制截面钢筋拉应力和裂缝宽度作用不大.     

钢筋混凝土箱形截面构件最小配筋计算

根据钢筋混凝土箱形截面构件受弯时其受拉翼缘底板混凝土在开裂前参与承受弯距的事实，由单筋矩形钢筋混凝土截面构件极限状态法的最小配筋率推导出单筋箱形截面构件极限状态法的最小配筋面积的计算方法。此方法也适用于其它带受拉翼缘的工字形截面构件的最小配筋计算。     

高强钢薄壁箱形截面梁稳定性研究

基于薄板的弹塑性大挠度有限元理论和弧长法,综合考虑了各种缺陷的影响,分别研究了梁的长细比、翼缘宽厚比和截面边长比对梁的稳定性的影响。最后在考虑了高强钢薄壁箱形截面梁的局部和整体的相关屈曲的基础上,提出了以翼缘宽厚比和截面边长比为参数的高强钢薄壁箱形截面梁的极限承载能力计算公式,并证实了公式的有效性。为有关高强度薄壁箱形截面梁的稳定性设计提供参考。     

钢筋混凝土单筋矩形梁正截面承载力分析

研究目的:通过引入经济配筋率,分析配筋率、梁截面尺寸与抗弯承载力之间的关系,推导出按正截面承载力要求进行梁高估算的直接公式,并提出综合考虑抗弯承载力及挠度验算的方法来进行单筋矩形梁正截面优化设计,从而町简便地确定合理的截面尺寸及纵向配筋量.并探讨纵向配筋率的变化对挠度及最大裂缝宽度的影响,以及配筋率与极限弯矩、荷载效应标准组合弯矩值之间的关系.研究结论:利用正截面承载力估算梁高的直接估算式,能在满足梁正截面承载力要求及经济配筋的同时,结合满足挠度控制要求的跨高比限值进行截面设计.又可对某些大截面尺寸受弯构件采用正截面承载力及挠度控制的方法进行优化设计.对常用的配筋率范围ρ∈[0.6%,1.5%],在梁截面尺寸、材料强度等级不变的情况下,当荷载增加时,按极限承载力设计的配筋率随之增加,此时尽管梁的刚度有所提高,但其跨中挠度值也增大.因此,在进行最大裂缝宽度计算时,虽由于荷载的增大会导致相关参数变化,但配筋率的增大能较好地控制裂缝宽度.     

圆形截面抗滑桩模型试验研究

基于相似理论,对工程实际中应用的圆形截面抗滑桩进行模型试验,观测模型桩的钢筋应力、弯矩、剪力、裂缝分布和变形情况。试验结果表明:在滑坡推力作用下混凝土承受的弯矩远小于钢筋承受的弯矩,钢筋承担了大部分的滑坡推力;在滑坡推力作用下圆形截面抗滑桩的弯矩和剪力曲线均呈S形分布;滑坡推力均匀作用在整根桩上;圆形截面抗滑桩底部为最容易发生破坏的脆弱区。     

组合截面混凝土梁在城市轨道交通中的应用

工形组合截面混凝土梁由预制部分和现浇部分叠合而成，由于混凝土的收缩徐变及预应力损失的影响，截面存在应力重分布现象，梁的受力、变形计算与全截面预应力梁相比有所不同。文章以25m跨度的工形组合梁为例，介绍组合截面梁在城市轨道交通中的应用。