波形钢腹板组合箱梁矮塔斜拉桥塔墩梁固结段受力分析

为研究波形钢腹板矮塔斜拉桥塔墩梁固结区域的复杂受力情况,采用有限元法对该处进行精细化数值模拟,分析单箱三室波形钢腹板截面总剪力中腹板承担剪力的比例,直、斜腹板承担的剪力及剪应力比较,内衬混凝土对腹板剪应力分布的影响,以及顶、底板端部正应力的整体计算与局部计算比较分析.结果表明:塔墩梁固结段波形钢腹板承担的剪力远小于常规梁段;直、斜腹板剪应力分布规律一致,但由于单箱三室截面中各室宽度不同,各腹板承担的剪力也不同,设计中应考虑此影响;矮塔斜拉桥主梁承担剪力较小,设计中可省略内衬混凝土设置;整体模型计算中得到的顶、底板正应力基本偏大于局部模型计算结果.     

变截面波形钢腹板PC梁桥的设计与计算分析

结合一座实际工程的大跨波形钢腹板组合连续梁桥,阐述其箱梁截面结构设计、混凝土与波形钢腹板之间的剪力连接件、以及布束体系等,之后采用Midas建立了主梁的空间杆系有限元模型,对其混凝土顶、底板应力及抗弯承载力进行了验算,并对波形钢腹板剪应力及剪力连接件剪切承载力单独进行了验算,结果表明:混凝土顶板和底板的抗裂性能满足要求;波形钢腹板强度足够,不会出现剪切破坏和屈曲失稳;剪力连接件设计合理、抗剪能力满足要求。可为类似大跨波形钢腹板PC箱梁提供参考。     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁内衬混凝土布置方式研究

为优化波形钢腹板内衬混凝土组合结构受力,以南昌朝阳大桥通航孔桥——单箱多室波形钢腹板单索面多塔斜拉桥为工程背景,通过理论计算和有限元分析研究了单箱多室波形钢腹板组合箱梁内衬混凝土布置形式对结构抗剪性能的影响。结果表明:有无设置内衬混凝土对单箱多室波形钢腹板组合箱梁腹板剪应力水平较高的波形钢腹板影响较大,对腹板剪应力水平较低的波形钢腹板影响较小;内衬混凝土单侧设置和双侧设置波形钢腹板剪应力的影响相差不大;内衬混凝土双侧设置及仅有内衬混凝土无波形钢腹板设置对混凝土剪应力的影响相差较小;对单箱多室波形钢腹板组合箱梁高剪应力水平腹板内衬混凝土可以考虑双侧布置或仅设置混凝土腹板,不设置波形钢腹板;而剪应力水平较低的腹板则考虑设置单侧内衬混凝土。     

内衬混凝土对波形钢腹板组合梁桥力学性能的影响

为了解设置内衬混凝土波形钢腹板组合梁桥的剪切性能、轴向性能、弯曲性能和稳定性能及内衬混凝土参数对其力学性能的影响,以某三跨波形钢腹板组合连续箱梁桥为背景,采用ANSYS软件建立空间有限元模型,分析设置内衬混凝土后波形钢腹板组合梁桥的结构挠度、轴向应力、剪切应力、弯曲性能和稳定性,研究内衬混凝土的长度、厚度变化对结构稳定性、轴向性能及弯曲性能的影响,并给出内衬混凝土的合理长度与厚度建议。结果表明:内衬混凝土能显著降低支点区域波形钢腹板的剪应力和预应力施加效率,提高结构稳定性能;混凝土桥面板压应力随着内衬混凝土长度和厚度的增加而减小;实桥设计时,建议内衬混凝土长度不小于中支点梁高,厚度最大不小于0.07倍中支点梁高,最小满足混凝土浇筑及构造要求。     

波形钢腹板箱梁桥内衬混凝土构造尺寸的优化研究

波形钢腹板箱梁桥在桥梁根部处通常设置有一定厚度的内衬混凝土与波形钢腹板共同承担截面剪力,但对内衬混凝土具体构造尺寸的研究尚不全面;依托实际工程为背景,通过对波形钢腹板箱梁桥进行ANSYS有限元数值模拟分析,研究内衬混凝土对波形钢腹板受力性能的影响,并给出内衬混凝土构造尺寸的优化建议,包括内衬混凝土的长度,根部处最大厚度以及钢混结合段结束点处的最小厚度等,对以后的类似工程实践提供一些理论依据。     

单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁的受力性能研究

为掌握荷载横向作用位置对单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁受力性能的影响,设计制作了缩尺比例为1∶10的模型梁,对简支模型梁分别进行了横向对称的双点和四点集中力弹性加载试验,集中力在横向分布作用在边、中腹板处顶板,对顶、底板的纵向应变、钢腹板剪应变和梁底挠度进行了测试。同时,建立有限元模型进行对比分析,并提出用腹板剪力系数表示"腹板剪力分配的不均匀程度"。结果表明:对于单箱三室的波形钢腹板混凝土组合箱梁,对称荷载的横向作用位置对作用截面的剪力滞系数横向分布有显著影响,不同腹板处顶、底板剪力滞系数的差异较大,在荷载作用点附近达最大值;加载截面横隔板的设置可以减弱剪力滞效应,而非加载截面的横隔板使顶、底板正应力分布呈现类似"负剪力滞效应";剪力在各钢腹板间不是平均分配,直接承受集中荷载的腹板可分担70%以上的剪力,其剪力系数最大可达2.0;横隔板可减小剪力不均匀分配的影响。     

波形钢腹板多室箱梁部分斜拉桥剪力滞效应分析

为了解波形钢腹板多室箱梁部分斜拉桥剪力滞效应对结构受力的影响,以某(58+118+188+108) m单箱四室波形钢腹板部分斜拉桥为背景,采用有限元法建立空间有限元模型,在跨中偏载和对称荷载作用下,计算主跨箱梁有索段和无索段顶底板混凝土正应力,分析各截面的剪力滞分布规律。结果表明:箱梁跨中截面混凝土顶板、底板正应力分布极不均匀,具有明显的剪力滞效应,箱梁混凝土顶板、底板剪力滞系数随距集中荷载作用点距离的增大急剧减小,截面顶板剪力滞效应均比底板大;箱梁顶底板均呈现正剪力滞效应,混凝土横隔板可以改善箱梁截面正应力分布,减弱剪力滞效应;顶底板剪力滞系数在无索段范围内急剧减小,有索段内急剧增大,车辆活载只在局部范围内引起较大的剪力滞效应,设计中应考虑此效应引起的不均匀应力。     

偏载作用下单箱三室波形钢腹板悬臂梁的力学特性

为了解单箱三室波形钢腹板组合梁悬臂施工状态下的扭转效应,设计制作了1片单箱三室波形钢腹板双悬臂梁模型,研究了该类悬臂梁在偏载作用下梁体变形、截面翘曲应力、翘曲应变及波形钢腹板附加剪应力等力学性能,并以国内某单箱三室波形钢组合梁桥为背景,采用有限元模型分析了不同工况下最大悬臂施工阶段单箱三室波形钢腹板截面的力学性能。结果表明:偏载作用下,波形钢腹板上纵向翘曲应变明显小于混凝土顶底板,计算时可忽略波形钢腹板纵向翘曲应力的影响;截面最大翘曲正应力出现在混凝土底板角点处,钢腹板附加剪应力沿梁高方向呈均匀分布,且加载侧边腹板附加应力值明显大于中腹板;实际工程中,考虑恒载作用时,截面底板翘曲应力约占弯曲应力的20%,故在进行该类桥设计计算时,不可忽略混凝土板翘曲正应力和波形钢腹板附加剪应力的影响。     

波形钢腹板内衬混凝土组合梁弯、剪性能试验

为改善波形钢腹板组合梁负弯矩区受力性能,避免波形钢腹板剪切屈曲以及受压翼缘局部屈曲,提出波形钢腹板内衬混凝土形成组合构造的措施。通过设计具有不同弯、剪比参数的2个试件,开展波形钢腹板内衬混凝土组合梁模型试验,研究其承受弯矩与剪力共同作用下的力学性能,明确不同弯、剪比对极限承载能力以及失效模式的影响,建立弯、剪共同作用的相关方程。试验结果表明:试件的破坏模式为明显的弯、剪耦合破坏,内衬混凝土出现弯曲、剪切2类主裂缝;弯剪比对试件未开裂截面抗剪刚度影响较小,但对初始开裂后试件抗剪刚度影响较大;弯剪比增大,试件开裂荷载减小,结构的延性增加;在弯、剪共同作用下,未开裂截面应变基本满足平截面假定,但受拉区混凝土开裂后,相应区域波形钢腹板由于"折叠效应"应变较小,平板段几乎为0,斜板段由于混凝土的挤压作用应变不为0。最终依据模型试验与数值模拟结果,建立弯、剪共同作用下波形钢腹板内衬混凝土组合梁承载力评价准则,为今后的设计提供参考。     

波形钢腹板变截面连续体系梁桥钢腹板承剪分析

为了了解波形钢腹板变截面连续体系梁桥钢腹板的弯曲剪应力及剪力传递效率,基于组合有限元思想,采用有限元软件建立大桥精细模型,首先对组合箱梁拟平截面假定进行验证,然后选取12个控制截面,分析自重、自重+预应力荷载作用下各控制截面的波形钢腹板剪应力及剪力传递效率。计算结果表明:弯曲作用下变截面波形钢腹板组合箱梁截面满足平截面假定,波形钢腹板中的剪应力沿板厚均匀分布,自重及预应力作用下变截面波形钢腹板组合截面的剪力传递效率为50%~80%,且变截面效应带来的梁高和底板厚变化会使波形钢腹板参数相同的梁段剪力分配比例有明显变化。     

基于有限梁段法的波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应分析

为简化并准确分析波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应,基于波形钢腹板组合箱梁能量变分法微分方程,考虑波形钢腹板剪切变形及体外预应力作用,采用有限梁段法推导得到梁段单元的系数矩阵和广义外荷载向量计算公式,求解波形钢腹板组合箱梁任意点的弯曲应力。以某等截面波形钢腹板组合简支试验梁为算例,将跨中截面正应力有限梁段法计算值与试验值、变分法及有限元法计算值进行对比,该方法跨中正应力分布与其它方法结果均吻合较好,顶板有限梁段法正应力峰值与有限元计算值相差仅1.6%,验证了该方法准确度较高。采用该方法分析伊朗德黑兰BR-06L/R特大桥波形钢腹板组合连续箱梁桥在悬臂施工及成桥阶段的剪力滞效应,结果表明：悬臂施工阶段,随着悬臂长度增加固定端剪力滞效应逐渐减弱;成桥阶段,中支点和集中荷载加载点处剪力滞效应非常显著,均布荷载作用下边跨正弯矩区剪力滞系数较大,中支点处的峰值为1.13。     

某黄河大桥主桥上部结构有限元静力分析

以某黄河大桥主桥(70 m+11×120 m+70 m波形钢腹板PC组合多跨连续箱梁桥)为背景,按合龙、张拉体外预应力钢束、施加二期恒载、施加活载等施工及营运流程,进行波形钢腹板预应力混凝土组合桥梁的上部结构顶底板混凝土应力、波形钢腹板应力及结构刚度(挠度)的有限元静力分析,验算其是否符合现行规范要求.结果表明,波形钢腹板的钢板厚度可以满足要求;墩顶处顶板不满足抗裂要求.正常使用极限状态下箱梁波形钢腹板竖向剪应力满足规范限值,但安全系数不高;波形钢腹板屈曲验算得到的剪切屈服强度为31 MPa,安全系数很大.     

波形钢腹板组合箱梁弹性阶段弯曲理论及模型试验研究

基于波形钢腹板组合箱梁独特的受力特点,建立了系统的弹性阶段受弯分析理论：从弯曲正应变分布的拟平截面假定出发,采用材料力学方法,推导了正应力、剪应力及波形钢腹板承担的剪力占整个截面所受剪力比例的计算公式;运用能量原理推导了挠度的计算公式。分析表明：在完全忽略波形钢腹板弯曲刚度的情况下,其剪应力沿梁高是不变的;波形钢腹板承担的剪力比例一般在80％以上;在设计常用的高跨比下,波形腹板剪切变形引起的挠度不可忽略。在此基础上,进行了1根模型梁的试验研究,理论分析值与试验结果、空间有限元计算值吻合良好,说明本文理论公式可以在设计中应用。     

波形钢腹板与混凝土腹板箱拱受力性能对比分析

波形钢腹板混凝土箱形拱圈具有自重轻、受力小、腹板不开裂、施工方便等优点,具有广阔的应用前景。为研究波形钢腹板混凝土箱拱的力学性能,该文以某工程实例为原型,利用大型有限元软件建立精细的分析模型,对比研究波形钢腹板混凝土箱拱和混凝土腹板箱拱在自重、全桥恒载、车道荷载作用下的受力特性,发现波形钢腹板箱拱混凝土顶、底板Mise应力均小于混凝土腹板箱拱,波形钢腹板与混凝土顶、底板应力分配更合理,受力性能更优秀,波形钢腹板箱拱同一截面的中腹板Mise应力值平均大于边腹板5.1%。分析结果可为该类型拱桥的研究提供参考。     

波形钢腹板预应力混凝土箱梁足尺模型试验研究

根据国内首座波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁公路桥———泼河大桥的箱梁构造尺寸,设计了足尺模型试验梁,对其力学性能进行了试验研究。测试了波形钢腹板及顶板的混凝土纵向应变分布、挠度以及腹板剪力、体外预应力增量等问题。研究结果表明:波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的混凝土顶板和底板主要承担弯矩,波形钢腹板则主要承担剪力,箱梁的计算挠度应考虑钢腹板剪切变形的影响,混凝土顶板存在明显的剪力滞效应,同时得出在荷载作用下体外预应力增量呈线性变化规律,且应力增量很小。     

波形钢腹板剪力分担比例有限元分析

基于有限元分析程序ANSYS软件,将实体单元、板桥单元及杆单元进行组合,建立波形钢腹板PC组合简支梁计算模型,分别模拟计算组合梁在三分点对称加载作用下的波形钢腹板力学性能,对3个控制截面波形钢腹板剪应力分布及剪力分担比例进行理论分析,通过分析得出波形钢腹板承担截面剪力,分担比例为79.2%~82.9%,其中剪应力沿截面高度分布较均匀,同时对波形钢腹板相邻的直板段与斜板段剪应力关系进行分析。     

波形钢腹板-混凝土组合箱梁扭转效应分析

简支波形钢腹板-混凝土组合箱梁扭转效应显著,文中根据组合箱梁受力特性,结合传统混凝土箱梁扭转分析理论,研究组合箱梁在集中偏心荷载作用下的扭转效应。结合相关文献的实验值,对偏心荷载下截面扭转翘曲正应力和扭转翘曲剪应力值进行修正,并通过ANSYS软件计算值进行对比分析。结果表明,在波形钢腹板-混凝土组合箱梁跨中作用偏心集中荷载时,扭转双力矩和弯扭力矩在跨中具有最大值,扭转翘曲应力在跨中截面处腹板底板交点处有最大值;跨中截面翼缘板自由端部翘曲剪应力为0 Pa;考虑扭转效应时跨中截面扭转剪应力均为弯曲剪应力的49%;理论计算值与ANSYS软件计算值误差小于10%,具有较好的计算精度。     

钢壳-混凝土组合沉管结构抗剪试验

深中通道隧道段采用钢壳-混凝土组合沉管结构(简称SSC组合结构)作为其主结构,隧道横断面抗剪性能成为该结构关键问题。为揭示该结构抗剪机理,基于深中通道沉管顶板局部构造及尺寸,以钢隔板间距、钢腹板间距为变化参数,设计3个缩尺比例为1∶2.5的SSC组合结构试件,开展抗剪试验及数值模拟分析。结果表明：与钢壳格室长高比2.20的试件相比,长高比1.10的试件抗剪极限承载力提高约21.3%;与格室宽高比1.88的试件相比,宽高比0.94的试件单宽抗剪承载力提高约43.4%,减小钢腹板间距、隔板间距能够提高SSC组合结构抗剪承载力;格室长高比2.20的试件破坏为混凝土腹部出现多条从支点到加载点的对角斜裂缝,并伴随加载点和支点处局部混凝土压溃;长高比为1.10的结构破坏为近跨中格室混凝土对角斜压破坏;SSC组合结构抗剪承载力主要由钢腹板和混凝土两部分分担,当长高比从2.20减小至1.10时,钢腹板分担的剪力几乎不变,但混凝土主压应变角度从约29.4°增大至约37.6°,混凝土分担剪力明显增加;钢腹板间距减小后,靠近腹板40%~50%截面高度范围内混凝土的主压应力增大,该范围以外的应力基本不变,表明钢腹板与内填混凝土间形成组合作用,能够提高腹板附近混凝土的承载性能。基于机理分析结果,提出了能够合理考虑组合作用的SSC组合沉管结构抗剪受力模型。     

悬臂施工期波形钢腹板斜拉桥腹板剪力分配规律研究

为了解单箱多室波形钢腹板组合梁斜拉桥悬臂施工期腹板剪力分配规律及传递路径,以某单箱五室波形钢腹板组合梁斜拉桥为研究对象,采用有限元法建立悬臂施工阶段实体有限元模型,分析施工阶段应力叠加作用下各腹板的剪应力分布和剪力分配比例。结果表明:各腹板剪力分配比例与施工工况密切相关,当前节段斜拉索张拉时,剪力主要由中腹板承担;后续节段施工时各腹板剪力承担比例趋于一致。斜拉索作用下4道边腹板剪应力值相差不大,而中腹板剪应力值与有无钢导梁相关;横隔板的设置可明显改善各腹板剪力的不均匀分配现象。最大悬臂状态斜拉索及自重共同作用下,无钢导梁区中腹板承担剪力占比大于边腹板,因此单箱多室波形钢腹板组合梁斜拉桥腹板施工期受力关键控制腹板为无钢导梁区中腹板。     

波形钢腹板PC梁桥施工期的可靠度分析

为分析波形钢腹板PC梁桥施工期可靠度指标,以西南地区某实桥为工程背景,基于现场施工荷载数据和荷载效应应变数据,结合有限元数值分析软件和现场统计数据,建立顶板-波形钢腹板剪力键的荷载效应概率模型,在此基础上,构建剪力键施工期的时变可靠度功能函数,采用一阶二次矩法计算3个关键截面施工期的可靠度指标。研究表明:波形钢腹板PC梁桥施工阶段局部应力最大位置出现在顶板-腹板的剪力键位置,各关键截面剪力键在施工期的可靠度指标均大于标准可靠度指标,具有一定的安全储备。