变分原理分析连续箱梁开裂后的剪力滞效应

变分原理通常适用于箱形截面梁剪力滞效应弹性分析,基于换算截面法和解肢法,运用变分原理推导了钢筋混凝土连续箱梁均布荷载作用的剪力滞系数计算公式,考虑了混凝土开裂对连续箱梁剪力滞效应的影响,并与试验结果和规范方法进行了对比。分析表明混凝土开裂将引起连续箱梁剪力滞效应分布规律发生变化,且混凝土开裂对跨中截面翼缘有效分布宽度系数的影响较小,对中间支座截面的影响较大。本文方法力学概念明确,是其弹性分析适用范围的拓展,可广泛应用于连续箱梁开裂后的剪力滞效应分析。     

变截面连续箱梁桥剪力滞及剪切变形双重效应分析的传递矩阵法

基于能量原理,考虑箱梁截面底板、顶板、悬臂板剪滞翘曲幅度一般各不相同的影响和轴力自平衡条件,计入腹板剪切变形,导出了箱梁的平衡控制微分方程组、边界条件;给出了该方程组在均布荷载作用下的初参数解,提出一种研究变截面连续箱梁桥剪力滞后效应的传递矩阵法。建立了相应的场矩阵和点矩阵,从而实现了变截面连续箱梁桥内力、应力及位移的一维递推求解。数值算例与模型试验及已有文献结果对比表明:该文方法计算精度好、效率高,为求解连续箱梁、变截面箱梁的剪力滞问题提供了强有力的计算手段。     

北京新机场结构后浇带施工控制

北京新机场航站楼核心区一层为437 m×565 m超大型单块混凝土板,由1152个隔震支座支撑。混凝土板由宽度4 m～4.5 m的结构后浇带分为11个区进行施工。为减小结构后浇带封闭施工对隔震支座水平位移的影响,基于航站楼温度场的分布模型及不同区域温度随时间的变化规律,研究了不同后浇带封闭顺序及施工进度下结构温度变形的变化规律。研究结果表明:在相同温度场分布下,后浇带封闭顺序对隔震支座最大水平位移影响很小;后浇带的施工进度对隔震支座位移的影响明显,存在最优施工进度,采用10天一个施工步的施工速度,隔震支座的位移最小。     

体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布试验研究

进行了3根体外预应力混凝土两跨连续梁受力全过程试验。试验表明,自加载至受拉区混凝土开裂前,连续梁处于弹性阶段,边支座、中支座反力、跨中截面和中支座截面弯矩的实测值与采用弹性理论计算值接近。受拉区混凝土开裂后至非预应力受拉钢筋屈服,边支座反力及跨中截面弯矩实测值开始向大于弹性理论计算值的方向偏离;而中支座反力及中支座截面弯矩实测值则向小于弹性理论计算值的方向偏离。当梁内受拉非预应力筋屈服后,边支座、中支座反力的实测值以及跨中截面弯矩和中支座截面弯矩实测值与弹性理论计算值的偏差进一步增大,这种偏差在试验梁破坏时达到最大。3根试验梁中支座截面弯矩重分布值分别为12.8%、16.9%及14.6%。试验实测值还与4个不同设计规范的弯矩重分布计算值进行了比较。结果表明:采用美国ACI 318-95规范及中国GB 50010-2010规范计算的中支座截面弯矩重分布值均小于试验实测值;除一根编号为B5的梁外,加拿大A23.3-M84规范的预测值与试验值最为接近;而英国BS8110规范则偏于不安全。实际设计中,可按中国规范公式来计算体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布,但必须合理确定体外预应力筋的极限应力。     

钢-混凝土叠合梁横截面日照温度分布研究

介绍了桥梁结构横截面上温度分布的若干形式及其对结构受力的影响。基于平面非稳态温度场的基本理论,按求解导热微分方程的第三类边界条件加载,应用ANSYS有限元软件对某实桥的钢-混凝土叠合梁截面在日照作用下的温度分布进行时程仿真计算,进而评价了不同材质在叠合梁截面中的热力学性能。通过对比实测数据和计算结果,验证了计算方法和我国桥梁规范对桥梁横截面温度分布的界定的合理性。     

薄壁曲线箱梁考虑材料弹塑性的剪力滞效应

依据势能变分原理,推导了薄壁曲线箱梁考虑翼缘应力剪力滞效应和材料非线性的刚度矩阵。采用样条有限点法和截面内力塑性系数法对薄壁曲线箱梁的弹塑性问题进行了求解。研究表明:弯曲剪力滞效应系数的非线性特征较挠度和扭转角的要明显;在荷载达到一定程度时,随荷载的增加,箱梁截面上的翼缘应力的分布逐渐均匀。该文的方法简单、实用,并可推广于变截面、变曲率薄壁曲线箱梁的计算。     

浅析预应力混凝土变截面箱梁挂篮施工技术

文章从预应力混凝土变截面箱梁挂篮施工的施工工艺和施工技术两个方面进行了详细的分析和探讨,从而详细的论述了预应力混凝土变截面箱梁的挂篮施工技术。     

鱼骨法计算箱梁支座反力研究

通过对某座预应力混凝土现浇连续箱梁的支座反力计算,总结出用"鱼骨"的力学模型来计算分析箱梁的支座反力,该方法建模简单,计算结果准确,对直线及曲线桥梁的支座反力计算均可使用。     

预应力混凝土箱梁开裂后的刚度损伤评估

箱梁容易在支座、1/4跨及跨中位置出现裂缝,箱梁开裂病害与箱梁过量下挠相互耦合,其作用机理较为复杂,评估箱梁过量下挠的难点在于箱梁裂后的刚度分布特性研究。为了有效评估箱梁裂后刚度,制作了大比例尺预应力混凝土连续箱梁模型,开展了反复荷载作用下的箱梁破坏性试验,分别采用两种方法开展了箱梁裂后刚度分布特性研究。第一种方法,结合试验数据,基于Levenberg-Marquardt优化算法,对已测试得到的不同开裂程度下的挠度进行刚度分布反演;第二种方法,基于模型试验测试的荷载挠度曲线直接建立刚度折减评估参数,对开裂后箱梁的刚度损伤分布进行统计分析。对比分析了两种方法计算得到的箱梁裂后刚度纵向分布特征,验证了评估结果的有效性。研究结果表明:箱梁裂后开裂区域的刚度折减系数以加载位置为参考点,其余部位的刚度损伤沿箱梁纵向呈线性分布。提出了箱梁裂后刚度损伤计算方法。该研究可对开裂后箱梁的服役性能评估提供了理论参考。     

薄壁箱梁剪滞效应的能量变分法

考虑了三个不同的剪滞纵向位移差函数以反映薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度,提出了一种能对工程中常用的变高度梯形截面箱梁剪力滞及剪切变形效应进行分析的方法。应用能量变分原理,导出了箱梁受横向荷载作用下的剪滞控制微分方程和边界条件,获得相应的闭合解,并探讨了不同纵向位移差函数对剪力滞的影响。最后通过高阶有限条法计算验证了本文方法的正确性。所得的公式比以往剪滞理论有了发展,因此更具有一般性。     

考虑剪切变形时薄壁箱梁的挠曲分析

为分析剪切效应对薄壁箱梁受力特性的影响,利用微板的面内剪切及平衡微分方程,分别推导出不考虑和考虑薄壁箱梁各板面内剪切效应的弯曲位移函数。选取剪切效应引起的附加挠度作为广义位移,通过定义的剪切广义力矩及剪切翘曲位移函数,将剪切变形状态从全梁挠曲变形状态中分离出来,作为独立的变形状态进行分析。为满足全截面翘曲应力的自平衡条件,引入两个截面特性参数对广义剪切翘曲位移函数进行了修正。数值算例表明,按该文推导的薄壁箱梁剪切弯曲位移函数计算的两跨连续梁跨中截面应力与实测值及有限元值吻合良好。挠度计算表明:剪切效应使得该箱梁在集中和均布荷载作用下跨中挠度分别增大27%和24%。     

一种考虑剪滞效应的斜支承连续箱梁挠曲扭转分析方法

通过在支承坐标系下考虑约束条件,提出一种适用于斜支承连续箱梁挠曲扭转分析的薄壁箱梁单元。该单元具有10 个自由度,可方便地考虑斜支承连续箱梁的剪滞效应和扭翘变形。选取挠曲剪滞微分方程和约束扭转微分方程的齐次解作为单元位移函数,推导出单元刚度矩阵各元素的具体表达式。从剪滞翘曲应力的轴向平衡条件出发,建立双室箱形断面的剪滞翘曲位移函数,并给出了剪滞翘曲几何特性的一般计算公式。用所编制的电算程序SSCBA 对一个3 跨斜支承双室连续箱梁模型进行计算,计算值与实测值和ANSYS 壳单元结果均吻合较好,证实该箱梁单元是可靠的。计算表明:在跨中偏心荷载作用下,斜支承连续箱梁的剪滞翘曲变形和约束扭转翘曲变形对应力分布具有显著影响。     

Design of steel box girder for Taizhou Yangtze River Highway Bridge

Taizhou Yangtze River Highway Bridge is the first three-pylon two-span suspension bridge in China. The main girder adopts flat steamline steel closed box girder which has well wind-resistant capability and is technically mature besides beautiful appearance. Straight web plates of the steel box girder in longitudinal direction is proposed in order to ensure the integrity of the steel box girder, and to keep the stress of the steel box girder continuous in the middle pylon, as well as to reduce the gradient of the middle pylon columns . The cross section of the box girder has one box with three cells. Solid-web diaphragm plate with good integrity and high torsional stiffness is adopted. The lifting lugs are utilized in the anchors of suspender cable. In this paper, selection of the cross section of the steel box girder, the general structure design, local structure design and main structure calculation results of Taizhou Yangtze River Bridge are introduced emphatically.     

箱梁颤振的数值模拟及气动能量分析

通过风洞试验测试了箱梁的颤振性能,根据流固弱耦合的计算策略并结合动网格技术模拟了箱梁的颤振过程。针对固体模型在流场中的运动受网格尺寸限制且易造成网格变形过大导致计算失败的问题提出了动网格弹簧系数分层设置的解决办法。给出了气流输入到振动模型的气动能量计算公式和模型表面区域气动能量比的定义,并从能量平衡的观点给出了颤振稳定判据。通过对振动模型气动能量特性的研究发现箱梁迎风侧风嘴是气动能量的主要输入部位,并且在一个完整的振动周期内气流输入到振动系统的能量不断增加,从而造成箱梁振动稳定性的丧失。将数值模拟获得的振动断面周围的流场采用了相位平均的方法进行了处理,分析了箱梁颤振状态下尾部旋涡的演化规律。应用本征正交分解技术(POD)分析了箱梁表面压力的空间分布特征。研究结果表明箱梁颤振过程中表面压力的主要组成部分向模型迎风侧的风嘴漂移。     

大跨波形钢腹板箱梁桥日照温度场及温差效应研究

针对目前我国桥涵设计规范未给出波形钢腹板箱梁日照温度梯度,和其温度梯度研究工作的不足。以港珠澳大桥连接线工程某特大跨波形钢腹板连续箱梁桥为研究对象,对其波形钢腹板箱室断面,进行了3 d的日照温度场观测。研究了其日照温度场分布规律,继而提出波形钢腹板箱梁竖向和横向温度梯度数学计算模型,并对温差参数的取值进行了探讨。结合现场实测数据和有限元软件,对比不同温度梯度模式的温差计算值,分析了其温差效应。研究结果表明:实测波形钢腹板箱梁温度场分布与传统箱梁相差较大;温度梯度模式为指数函数和线性函数组成的分段函数;该模式计算得到的竖向及横向温差值与实测结果十分吻合,其他模式与实测结果相差较大;由于温差效应影响,顶板中轴线下缘产生了较大的横向拉应力,设计中应给予关注。该模式可为不同气候条件地区同类桥梁温度荷载计算提供重要参考。     

升温过程中混凝土构件轴向变形简化计算

混凝土的热惰性将导致构件截面温度分布的不均匀性,由此必然产生温度变形差。采用有限元和试验验证相结合的方法,对影响混凝土构件温度变形差的主要因素进行了热-力耦合分析,确定了构件截面尺寸和升温速度等因素的影响程度,并给出温度变形差和等效温度的简化计算公式。有了等效温度,即可将升温过程中混凝土构件轴向变形转化为按截面温度分布均匀计算。同时,它可用来分析不均匀温度场引起的力学问题。     

箱梁表面的压力分布对颤振稳定性的影响EI北大核心CSCD

该文建立了箱梁表面压力与颤振导数之间的数学关系,探讨了表面压力的分布特性对箱梁颤振导数和颤振临界风速的影响。结合流固松耦合的计算方法,利用动网格技术模拟了箱梁的风致振动。采用分块分析方法研究了箱梁表面压力的局部特性对颤振导数以及系统振动能量的影响。研究结果表明:箱梁迎风侧风嘴附近的分布压力对模型振动的稳定性产生了不利的影响,而模型尾部的压力则有助于提高系统的颤振临界风速。当迎风侧的分布压力向模型尾部移动时,对箱梁颤振稳定性影响较大的颤振导数则会发生较显著的变化,箱梁的颤振临界风速也随之增加,因此断面迎风侧风嘴附近区域的分布压力对颤振导数和系统振动的稳定性影响最大。另外,迎风侧风嘴附近的区域也是振动系统吸收气动能量的主要部位,而箱梁尾部风嘴附近的区域则消耗系统的振动能量。箱梁表面压力与模型振动最大位移之间的相位差对颤振导数有较大影响,当相位差沿断面呈反对称分布,并使气动阻尼始终为负时,则有利于箱梁颤振的稳定性。     

航道边界形状对移动载荷激励冰层位移响应特性的影响研究

基于欧拉-拉格朗日流体与固体耦合算法,针对移动载荷激励冰层响应问题开展了数值模拟。对均匀水深条件下的冰层位移响应进行了数值计算并与实验结果进行对比分析,发现二者获得的临界速度值、冰层位移响应波形特征以及最大下陷值都吻合较好,说明所采用的数值计算方法是可靠、有效的。针对限制水域不同航道边界形状条件下移动荷载激励冰层位移响应和载荷临界速度进行了数值模拟,得到了航道边界形状对位移响应和临界速度的影响规律,结果表明:不同截面形状直航道条件下,当矩形截面变化到梯形截面时,临界速度变小,且各速度下冰层最大下陷位移也相应变小;矩形截面形状弯曲航道条件下,临界速度仍存在,且该临界速度对应的冰层最大下陷位移幅值比直航道条件下大。     

考虑荷载分布模式的弯剪型结构最优刚度分布解析研究

如果结构在外部激励下产生均匀损伤或均匀变形,则可避免出现薄弱层且可提高承载能力和安全性,以此为目标进行结构优化具有重要意义。将弯剪型结构简化为连续变截面悬臂杆,假定结构截面函数具有自然指数型和幂函数型等形式,将地震和风荷载等外部激励等效为均布、倒三角和惯性相关等三种荷载分布模式。根据均匀变形准则将结构绝对位移曲线关于高度的二次导数为零作为优化目标,建立结构连续化位移方程并进行优化求解,获得了考虑荷载分布形式的弯剪型结构最优刚度和截面分布解析解。理论和数值分析结果表明:截面按幂函数变化的结构能够实现均匀损伤,不同荷载分布模式下的最优刚度或截面分布有所不同。有限元静动力分析结果进一步验证了解析解的准确性和实用性。