薄壁箱梁挠曲性能的矩阵分析

在选取薄壁箱梁剪力滞控制微分方程的齐次解作为单元位移函数建立形函数矩阵基础上,运用虚功原理推导竖向集中荷载作用下单元等效节点力公式,提出双室箱梁的合理剪滞翘曲位移函数。通过对变截面悬臂箱梁有机玻璃模型进行计算,验证提出的梁段单元对分析变截面箱梁的有效性。结合实际箱梁算例,分析预应力混凝土变截面连续箱梁的挠曲性能。研究结果表明:所提出的梁段单元用于变截面箱梁分析时,具有较高的计算精度;在竖向集中荷载作用下,箱梁剪滞力矩图是一条平滑曲线,任意截面处剪滞力矩均不大于弯矩;剪滞效应使连续箱梁的跨中挠度明显增大,工程实践中必须认真对待。     

考虑悬臂板贡献的箱梁约束扭转效应研究

箱梁在约束扭转时悬臂板会承受一定的剪应力,但在计算过程中却没有充分考虑悬臂板对约束扭转的贡献。本文基于梁理论的扭转分析对箱梁约束扭转的计算公式进行了修正,并充分考虑了悬臂板对约束扭转的贡献。对比分析了按修正前后2种方式计算的翘曲应力之间的差别,研究了结构参数对箱梁约束扭转的影响。结果表明:考虑悬臂板的翘曲应力比未考虑时大,尤其是在集中荷载作用下,考虑悬臂板后的翘曲正应力增加了27%,翘曲剪应力增加了63.7%;在集中扭矩作用处,箱梁的约束扭转力矩和翘曲双力矩很大,而且衰减很快,导致集中扭矩作用处的箱梁截面产生很大的翘曲应力;高跨比、高宽比、宽厚比等设计参数对箱梁的约束扭转有一定的影响,总体规律是约束扭效应随着高跨比的增大而增大,随高宽比的增大而减小,随宽厚比的减小而减小。     

变高度连续曲线箱梁的剪力滞效应

应用能量变分原理,推导弯曲、扭转、剪力滞耦合的曲线箱梁弹性控制微分方程及其边界条件,得到微分方程的闭合解。利用所得的弹性控制微分方程的齐次解作为位移模式,应用刚度法和功能原理推导单元刚度矩阵及荷载列阵,建立一种考虑弯曲、扭转、剪力滞的曲线箱梁有限段模型。编制计算程序,对变高度连续曲线箱梁进行计算,探讨在不同荷载下的宽跨比和梁高比两个参数对剪力滞的影响,得到变高度连续曲线箱梁剪力滞效应的一些规律。进行剪力滞模型试验研究,并对模型桥进行有限段法和有限元法的数值计算,计算值与试验结果吻合较好,验证本文方法的正确性。本文所得公式是对连续曲线箱梁剪力滞效应理论的补充,分析所得结果为连续曲线箱梁的工程设计提供参考。     

直线矩形箱梁静力分析的双翘曲位移函数法

为了准确反映矩形箱梁翼板的剪滞变化幅度,分别对下翼板和上翼板悬臂部分各设置1个剪滞纵向位移差函数,以最小势能原理为基础,考虑剪力滞后和剪切变形效应的影响,推导出箱形截面梁的控制微分方程和自然边界条件,据此获得相应的广义位移闭合解。运用传统分析方法、板壳有限元法和给出的双翘曲位移函数法,分析跨宽比、荷载类型等因素对矩形箱梁翼板剪滞效应的影响。结果表明:设置矩形箱梁双翘曲剪滞纵向位移差函数可以更好地反映矩形箱梁翼板纵向位移和正应力的变化;与传统分析方法相比,双翘曲位移函数法与有限元数值解吻合更好。     

双室箱梁剪力滞效应的试验研究北大核心

为开展单箱双室箱梁剪力滞效应的试验研究,制作了有机玻璃简支箱梁模型。在容许开裂范围内,对该试验箱梁进行集中力作用于跨中截面三腹板上方、两对称边腹板上方和中腹板上方的加载。采用DH3816应变采集仪测得跨中及1/4跨截面各关键点应变值,并用百分表测得箱梁各关键截面挠度值。测量得到的截面应力分布规律验证了箱梁截面剪力滞效应的存在。同时对该有机玻璃简支箱梁,采用空间板壳数值方法计算了3种集中力工况下截面的剪力滞分布规律。结果表明,集中力作用下双室箱梁各翼板间存在明显的剪力滞效应,且荷载的横向作用位置对箱梁截面剪力滞效应影响较大。     

基于剪切变形规律的箱梁剪力滞效应研究

本文从薄壁箱梁的剪力滞效应是由于翼板剪切变形所致这一本质出发,通过分析箱梁在竖向弯曲时翼板的剪力流分布规律,提出利用翼板剪切变形规律来定义其剪滞翘曲函数的方法。针对常见的单室箱梁,定义出截面仅有一个未知翼板剪切变形最大差,各翼板符合剪切变形规律的翘曲位移函数。建立基于变分法的箱梁剪力滞控制微分方程。通过对典型结构的剪力滞效应分析,表明本文分析结果与模型试验值、基于板壳元的数值解以及截面具有3个未知剪切变形最大差的变分解吻合良好。证明本文提出的基于翼板剪切变形规律的剪力滞翘曲位移函数不仅原理明确,而且具有未知变量少,分析精度高的特点。本文剪力滞翘曲位移函数的定义方法适用于各种薄壁截面,可为复杂截面剪力滞翘曲位移函数的定义提供参考。     

考虑3个剪力滞位移函数的曲线箱梁大挠度问题

根据薄壁曲线梁理论和势能变分原理,针对悬臂板、顶板和底板假设3个不同的剪力滞翘曲位移函数,导出薄壁曲线箱梁在弯、扭、剪力滞耦合时的曲线箱梁几何非线性控制微分方程。由样条配点法得到残值方程组,再采用同伦延拓法进行求解,得到结构在荷载作用下的半解析解。计算表明:剪力滞效应对翼缘板宽度的变化较敏感,而受翼缘板厚度的影响很小;当翼缘板各部分宽度不同时,要合理可靠地分析结构的受力状态,应对翼缘板的悬臂板、顶板和底板分别取不同的剪力滞翘曲位移函数进行计算。几何非线性对曲线箱梁内力、位移的影响程度取决于荷载的数值,对于三跨等跨连续曲线箱梁,当qzs/(Eh2w)>1.0×10-3时,应考虑结构的几何非线性效应。     

带悬臂板薄壁箱梁极惯性矩的合理计算方法

分析带悬臂板箱梁横截面上各项剪应力及其合成的扭矩,导出极惯性矩和翘曲系数的表达式并论证计算极惯性矩时考虑悬臂板的必要性。在约束扭转控制微分方程基础上,给出简支箱梁跨中作用集中扭矩荷载时各广义位移和内力的初参数解。结合数值算例,分别按考虑和不考虑悬臂板情况计算极惯性矩,将求得的全截面翘曲正应力与通用有限元软件ANSYS壳单元计算结果进行比较,分析不同极惯性矩计算结果对广义位移和内力的影响。结果表明:计算极惯性矩考虑悬臂板时求得的翘曲正应力比不考虑时更接近ANSYS壳单元的计算结果,证实考虑悬臂板更合理;计算极惯性矩时是否考虑悬臂板,对箱梁扭转角和广义翘曲位移的影响较小,但对双力矩和二次扭矩有明显影响,不考虑悬臂板时跨中截面的双力矩和二次扭矩分别减小22%和39%。     

变截面连续箱梁剪力滞效应及其形成机制

为分析变截面连续梁的剪力滞效应,推导了变截面连续梁剪力滞效应的比拟杆控制方程,以某三跨连续梁为例检验了本文算法的正确性,讨论了箱梁梁高变化对连续箱梁剪力滞系数的影响,通过分析箱梁顶板和腹板内剪力流沿跨长的分布规律,探讨了梁高变化对连续箱梁正负剪力滞的影响规律。研究发现:连续梁正弯矩区呈现正剪力滞现象,负弯矩区的剪力滞现象与悬臂梁类似;梁高沿跨径方向的变化减弱了连续箱梁负弯矩区内剪力滞效应,但增大了正弯矩区的正剪力滞效应;工程设计时可以增大连续梁在负弯矩区内梁高的变化梯度,并减小正弯矩区内梁高的变化梯度,以最大程度地减小箱梁剪力滞效应。     

斜交连续箱梁桥的温度应力与位移研究

以单根斜梁模型模拟斜交连续箱梁,在三力矩方程基础上,分析非线性日照梯度温度作用下斜交连续箱梁的温度应力和位移,系统研究斜度和弯扭刚度比对三跨斜交连续箱梁温度应力和位移的影响,绘制的大量曲线清晰显示了其影响规律.研究结果表明,在常用斜度范围内,中跨梁底拉应力和梁顶压应力随斜度的增大而减小,随弯扭刚度比的增大而增大;边跨跨中有较大的上拱位移,且其值随斜度的增大而减小,随弯扭刚度比的增大而增大;中跨跨中位移随斜度增大将由下挠转变为上拱,其临界斜度随弯扭刚度比的增大而增大.