单箱双室变厚翼板CSW简支箱梁剪滞剪切效应

以单箱双室翼板变厚度的波形钢腹板箱梁为研究对象,按照波形钢腹板箱梁的独有结构特点,通过变分法的最小势能原理,建立单箱双室翼板变厚度的波形钢腹板箱梁在考虑剪滞效应和剪切变形双重效应下的控制微分方程并进行推导求解.选用满足轴向剪滞翘曲应力自平衡的二次抛物线定义翼板纵向位移差函数,在满跨均布荷载和集中荷载分别作用下,计算得到单箱双室翼板变厚度的波形钢腹板箱梁的截面应力理论值,并与三维有限元值进行对比分析.研究结果表明:按照本文方法计算得到的结果与有限元分析值吻合良好,验证了本文计算方法的正确性;利用本文按变翼缘厚度计算与按等厚度简化计算的结果相比,最大误差可减少33％,说明按照翼板变厚度进行剪滞效应分析可以得到更为准确的结果.     

弹性阶段波形钢腹板简支曲线组合梁弯扭变形的解析解

为了研究波形钢腹板简支曲线组合梁在弯扭复合作用下的挠度及扭转角效应,根据波形钢腹板自身的结构特点,考虑曲梁曲率、箱梁剪力滞效应、剪切变形和扭转变形,利用最小势能原理和变分法推导了弯扭效应微分方程,并采用伽辽金法进行求解,得到了竖向均布荷载下波形钢腹板简支曲线组合梁的挠度、扭转角的解析解,将计算结果与有限元模型计算结果进行了对比,结果吻合良好。     

考虑波纹钢腹板箱梁特点的挠度分析

基于波纹钢腹板箱梁特点,利用变分原理法,推导考虑箱梁剪力滞和剪切变形影响的波纹钢腹板箱梁挠度计算公式.结合室内模型试验和有限元分析,对该公式的有效性进行验证,并分析各影响因素对波纹钢腹板箱梁挠度的影响程度.分析结果表明:该公式的计算结果与试验和有限元分析的结果具有较高的一致性,表明该公式可用于波纹钢腹板箱梁设计和施工中的挠度计算,剪力滞对正应力分布有影响,剪切变形对正应力分布没有影响;与初等梁理论的计算结果比较,剪力滞效应和剪切变形分别增大波纹钢腹板箱梁挠度1.3%和44.7%.因此在实际计算波纹钢腹板箱梁挠度时,不可忽略剪力滞和剪切变形的影响.     

比拟杆法分析研究单箱三室箱梁剪力滞效应

基于比拟杆法,推导单箱三室箱梁的比拟杆面积计算公式和剪力滞效应计算的控制微分方程。针对算例,分别采用本文理论、有机玻璃模型试验和有限元法分析简支箱梁和连续箱梁在集中力和均布荷载作用下的剪力滞效应。研究结果表明:本文理论解与有机玻璃模型试验解和板壳有限元解吻合良好。对简支箱梁,中腹板部位的顶和底板正应力均大于边腹板处顶和底板正应力。对连续箱梁,跨中截面中腹板处的顶和底板正应力均大于边腹板处和底顶板正应力。但对满跨均布荷载下的支座截面,底板正应力在边腹板部位大于中腹板部位,应力相差最大约12.91%。在单箱三室箱梁设计中考虑各腹板部位顶和底板正应力的差异,并以此确定有效翼缘分析宽度是非常必要的。     

变截面薄壁箱梁剪力滞计算的 板元梁段法

为了计算分析变截面薄壁箱梁剪力滞效应及其参数的敏感性,提出一种考虑剪力滞效应的三节点板元梁段法。基于箱梁截面内应变-位移-基本变形之间的关系,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导出梁段法对应的等参有限元行列式。使用编写的有限元程序对算例进行计算,梁段单元法计算结果与模型的实测值及有限元数值结果均吻合良好,验证了理论方法与公式推导的正确性和可靠性;在集中和均布荷载2种工况下,分别考察变截面薄壁箱梁剪力滞效应分析中常见影响参数的敏感性,研究结果表明:翼宽比、宽跨比和腹板倾角是影响变截面箱梁剪力滞效应的主要因素。文中方法计算精度好、效率高,对分析变截面箱梁的剪力滞效应具有一定的参考价值。     

扁平超宽连续箱梁桥空间受力性能分析与研究

扁平超宽箱梁桥由于具有较大的宽跨比,其受力性能呈现明显的空间效应,通常的单梁模型计算已不能满足设计的精度要求,主要体现在宽箱梁各腹板纵向受力的差异性以及明显的剪力滞效应,同时由于大宽跨比使得横向预应力的作用不仅增加了顶板的压应力,也使得整体箱梁截面下缘出现拉应力,造成边腹板底部纵向裂缝,这些都给宽箱梁的设计带来了不利。因此为研究宽箱梁的空间效应,本文运用ANSYS有限元软件建立了全桥实体模型,计算了各腹板纵向受力差异及剪力滞效应,以及横向预应力对箱梁横向受力的影响,得到了一些有益的结论,为设计人员提供一定的参考。     

客运专线连续箱梁竖向温差取值探讨

为研究客运专线箱梁竖向温差荷载对结构受力的影响,对比分析美国、英国、日本及中国四种不同桥梁规范给定的非线性日照温度曲线,结合3跨变截面连续箱梁实例,计算不同桥梁规范非线性日照温度下结构截面的温度应力,表明我国铁路规范规定的温差荷载对结构使用阶段受力影响相对较大。结合我国客运专线桥梁结构实际情况,考虑桥面轨道结构对桥面温差的折减效应,提出我国客运专线箱梁桥竖向温差选取的建议。     

施工过程中高铁连续(梁)桥日照温差效应分析

高速铁路连续梁桥的日照温差效应在工程设计与施工中不可忽视.在杭甬客运专线某连续梁桥施工过程中,对箱梁结构进行了现场24 h温度观测.将实测的温度应力值与采用各国桥梁规范中5种不同的温度梯度模式下的有限元计算分析值进行对比,研究预应力混凝土连续梁桥在施工过程中,的温度效应问题,得出有益于温度效应分析的结论.     

斜拉桥箱形主梁斜腹板的合理厚度分析

针对斜拉桥中双箱式主梁,采用三维有限元分析方法,建立具有不同斜腹板厚度(18 cm,24 cm,30 cm,35 cm,40 cm)的5个箱形主梁有限元模型,分析其空间应力分布特点,归纳出斜拉桥中此类双箱单室倒梯形截面的薄弱环节及斜拉桥箱梁在不同斜腹板厚度下的应力变化。考虑到梁段以外附近区域的作用,在其两端截面上施加由平面杆系结构分析所得的端面内力,另外,索力和预加力(梁纵向、横隔梁横向、斜腹板竖向)也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。通过对以上工况计算结果的静力分析,归纳出斜拉桥中此类双箱式截面的应力分布特点,并提出斜腹板厚度的合理化建议。分析表明:斜腹板厚度为30 cm左右时,主梁的应力分布比较合理。     

薄壁直线箱梁仿真分析的板段元方法

针对现有计算方法无法准确反应箱梁断面框架受力特征的缺陷,提出一种新的板段单元分析法。该方法基于Kirchhoff直线法假设,在已有箱梁腹板、翼板刚度方程基础上,准确考虑横隔板对结构整体受力的影响,相对粗略考虑横隔板自身的应力变化规律,提出新的横隔板元位移模式,从而建立完整的箱梁板元分析列式。算例分析表明:该方法可正确模拟箱梁纵向正应力受横隔板的影响规律,即较好地反映横隔板对箱梁翼、腹板的弹性支承效应;与通用有限元精细模型相比,在相同的计算精度要求下,板段元法所需的自由度少得多,极大地降低了仿真分析的计算量。板段元法适用于其他断面形状的箱梁结构或肋板式结构,也可用于斜交箱形直梁的分析,具有较好的适用性。     

变截面波形钢腹板组合箱梁腹板剪应力实用计算方法研究

为了计算变截面波形钢腹板组合箱梁腹板中的剪应力及其承剪比,考虑变截面效应,通过弹性微元段的受力平衡方程,计入弯矩和轴力引起的附加剪应力,导出变截面波形钢腹板组合箱梁的腹板剪应力计算公式;依据节段施工的波形钢腹板组合箱梁桥结构的建造特点,考虑节段内梁底线形为线性变化,将公式中各参数的微分运算转化为简单的代数运算,给出实用求解方法;最后通过算例对所推导公式的计算结果与等截面计算公式和有限元数值结果进行对比。研究结果表明:变截面梁的梁高和底板厚度的变化对剪应力有较大影响,波形钢腹板剪应力计算应当考虑变截面效应影响,波形钢腹板剪应力实用计算方法能方便工程应用。     

等截面波纹腹板钢箱组合连续梁自振特性

综合考虑剪力滞效应、褶皱效应、剪切变形和转动惯量的影响,对组合箱梁上下翼板和悬臂板设立2个不同的剪滞纵向动位移差函数,采用Hamilton原理和能量变分法,建立组合箱梁的弹性控制微分方程和自然边界条件,得到相应广义位移的闭合解,进行等截面波纹腹板钢箱组合连续梁的自振特性研究。结果表明:该闭合解计算结果与有限元计算结果及模型试验值吻合良好,剪力滞效应降低了波纹腹板钢箱组合连续梁的竖向刚度,其影响随宽跨比的增大而趋强;受褶皱效应的影响,组合梁的自振频率降低,随着频率阶数升高,剪力滞和褶皱效应的影响增大;底板厚度的增加对连续组合箱梁1阶频率的影响较大,对其高阶频率的影响趋势减弱;采用换算截面法计算波纹腹板钢箱组合连续梁的自振特性具有可靠性。     

高速磁浮大型箱梁日照温度效应分析

磁浮系统对于轨道梁的温度变形控制要求极高,现有规范对于温度梯度的规定没有考虑不同地区气候因素的影响。在已有文献试验数据的基础上,验证有限元拟合箱梁温度效应的正确性,建立磁浮箱梁有限元模型,研究日大气环境下箱梁在上海与青岛两地的温度效应,在此基础上研究风速对于箱梁温度梯度的影响。结果表明:不同地区由于日照辐射、风速、大气温度等因素的不同,箱梁的竖向与横向最不利温差大小不一致,但温差分布趋势一致;竖向与横向温差梯度与规范相比存在一些区别,主要表现为温差不是单方向减小;3种方法计算的竖向温度变形中,拟合公式由于没有考虑箱梁横向温度梯度,其计算的竖向温度变形最小,规范公式与三维模型计算结果相近;风速对于箱梁的温差有较大影响,风速越大,温差越小,实际工程应考虑当地风速的大小。     

考虑层间效应的无砟轨道复合板温度荷载效应计算方法研究

既有无砟轨道结构温度应力解析计算方法,多基于Winkler弹性地基梁理论对无砟轨道各层应力进行分析,而对层间温度梯度不同带来的影响考虑较少。目前无砟轨道温度荷载效应研究多采用有限元方法,不利于工程设计。本文在结合既有混凝土梁温度应力计算方法的基础上,考虑层间黏结效应及层间温度梯度的不同,提出无砟轨道翘曲应力计算新方法。对采用新方法得到的计算结果与有限元模型计算结果进行了对比。结果表明:根据新方法计算得到的应力与变形分布规律和有限元模型计算得到的结果吻合较好,验证了新方法的可靠性。文中还对新方法的应用条件进行了讨论,给出了该方法应用于多种无砟轨道时的适用条件。     

预应力混凝土箱梁桥腹板主应力影响因素研究

研究目的：为控制大跨度箱梁桥腹板斜裂缝的出现，对腹板主应力的两项影响因素，竖向预应力筋的构造形式和腹板厚度变化方式进行了研究。 研究方法：在腹板厚度的各种变化形式下，采用桥梁分析软件对腹板主拉应力进行了计算和分析。同时，针对普通形式竖向预应力筋的缺点，提出了另外两种竖向预应力筋的布置构想；并采用Ansys软件对竖筋各种构造形式下的腹板主应力进行了空间有限元对比分析。 研究结果：得出了腹板厚度不同变化情况下的腹板主应力曲线；竖向预应力筋不同构造形式下腹板主应力变化曲线和局部梁段节点第一主应力云图。 研究结论：（1）腹板厚度变化方式的取用是一个重要的裂缝控制因素，应尽量采用较为缓和的变化方式。（2）与普通型竖筋相比，U型竖筋的优势是可以使U型区域内的腹板混凝土受到整体预压应力作用，限制腹板主拉应力的出现和大小。新型竖筋构造形式对腹板主应力的影响分析，对连续体系箱梁的竖筋合理布置提供了参考意见。     

波形钢腹板曲线箱梁桥静力特性

建立了考虑不同力学因素的有限元模型,对不同曲率半径的波形钢腹板曲线箱梁桥的静力特性进行计算,分析了结构主要部位在活载作用下的内力、变形和应力分布随其曲率半径的变化规律。研究结果表明:波形钢腹板使得曲线箱梁桥抵抗翘曲的能力减弱;波形钢腹板箱梁截面正应力横向分布不均匀,钢腹板和混凝土板相交处正应力发生突变;钢腹板剪应力沿腹板高度分布不均匀。     

考虑空间整体效应的温度自应力计算

针对在计算混凝土桥梁结构的温度自应力时,按现行的计算方法得到的结果与实测的数据有较大差别的问题,根据温度作用下的应力-应变关系及结构内力特点,并运用三维平面假设,改变温度荷载的加载方式和多余约束力的状态,推导出考虑空间整体效应的温度自应力计算方法。对箱梁的实例分析表明：在计算桥梁结构的温度自约束应力时,应考虑纵横向温度应力-应变之间的互相影响,采用与实际情况相符合的温度荷载加载方式,这样使计算结果更接近实际值。     

新型波形钢腹板组合箱梁畸变效应

为研究新型波形钢腹板（CSW）组合箱梁的畸变效应,以板梁框架法和位移法为基础,建立单箱多室新型CSW组合箱梁的畸变控制微分方程和边界条件,得到畸变正应力解析解,并采用有限元法检验推导结果的正确性。应用推导结果对比分析新型CSW组合箱梁与传统CSW组合箱梁的畸变性能,以及截面高度、箱室宽度和钢底板厚度对新型CSW组合箱梁畸变效应的影响。结果表明：解析解计算得到的畸变正应力与有限元模型计算的结果吻合较好,畸变角的变化规律与有限元模型计算结果一致;与传统CSW组合箱梁相比,新型CSW组合箱梁的畸变翘曲刚度减小了38.89%,畸变框架刚度减小了71.84%,抗畸变能力减弱;随着截面高度和箱室宽度增加,新型CSW组合箱梁跨中畸变角和跨中畸变双力矩均逐渐增大,且箱室宽度的影响更为明显;随着钢底板厚度增加,新型CSW组合箱梁跨中畸变角逐渐减小,跨中畸变双力矩逐渐增大。     

大跨径连续梁拱桥箱梁空间受力研究

大跨度箱梁——悬吊组合结构作为新型的梁拱组合桥式,其箱梁空间受力较为复杂。以合蚌客运专线九龙岗特大桥主桥连续梁拱组合桥为工程背景,建立了2种有限元仿真模型,并对箱梁的纵向应力、腹板剪力分配及支座反力分配规律、箱梁横向受力的差异进行了分析。     

铁路预应力混凝土箱梁弯扭及支座不平整效应的有限元分析

通过对秦沈客运专线20、24、32m三种双线简支箱形梁进行的有限元分析，研究了混凝土简支箱形梁在偏心荷载作用下的弯扭效应、支座不平整效应以及各种荷载作用下的应力分布和剪力滞后等问题，并针对箱梁的空间应力分布提出了用“正交力增大系数”考虑剪力滞后等影响的方法。