部分波形钢腹板箱梁桥受力特性分析

为了分析部分波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥结构的空间力学特性,以24 m+40 m+24 m连续梁桥设计方案为对象,用三维有限元方法分析了在竖向荷载以及预应力作用下的结构应力和变形特性,并与波形钢腹板扩展梁理论进行比较,讨论了扩展梁理论的适用性.在此基础上进一步分析了部分波形钢腹板箱梁桥的力学行为,以及两种腹板过渡区域的传力机理.结果表明,按扩展梁理论设计虽然能够得到精度较好的纵向应力结果,但挠度和剪切应力计算精度有待提高;按腹板承担截面全部竖向剪力的设计方法偏于安全;波形钢腹板箱梁和预应力混凝土腹板箱梁过渡区域的结构传力机理十分复杂,设计时应予慎重分析.     

波形钢腹板PC组合箱梁桥在旧桥改造中的应用

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁是一种经济、高效、施工简便的新型钢-混凝土组合结构,目前在新建桥梁中已有较广泛的应用。以南照淮河公路大桥(65+98+65)m维修改造工程为背景,该桥原上部结构拆除重建,下部结构改造利用。对波形钢腹板PC组合箱梁桥和组合钢箱梁桥两种方案进行了综合比较,考虑到波形钢腹板PC组合箱梁桥施工便捷、受力性能合理、运营管理方便以及造价低等优势,建议上部结构更换为波形钢腹板PC组合箱梁。对新建上部波形钢腹板PC组合箱梁桥进行了有限元分析,结果表明该方案在不增加上部结构自重的前提下,上部新建波形钢腹板组合梁可以满足现状使用要求。     

波形钢腹板PC组合箱梁受扭全过程分析

为了揭示波形钢腹板PC组合箱梁的受扭作用机理,根据薄壁结构理论分析了截面扭矩分配及受扭变形协调条件,采用USTMT模型对波形钢腹板PC组合箱梁进行了受扭全过程计算,并在其基础上对混凝土抗压强度、波形钢腹板厚度和屈服强度、预应力钢束初始预应力及普通钢筋配筋强度比进行了参数分析,发现以波形钢腹板PC组合箱梁中混凝土板和钢腹板扭率相同为变形协调条件较为合理;开裂扭矩、屈服扭矩和极限扭矩均随混凝土立方体抗压强度的增大而增大,但波形钢腹板承担的扭矩几乎不变;波形钢腹板厚度对混凝土板承受的扭矩几乎无影响,但使波形钢腹板承担的扭矩增大;波形钢腹板屈服强度f_wy对开裂扭矩和混凝土板承受的极限扭矩几乎无影响,但使屈服扭矩和波形钢腹板承担的极限扭矩增大,混凝土强度越高,能够使波形钢腹板发生屈服的钢材强度等级越高;极限扭矩随配筋强度比ξ的增大而增大,且存在一个ξ的敏感区域,同时随钢束初始预应力的增大而线性增加,但增幅较小,尤其是对波形钢腹板承受的扭矩几乎没有影响。     

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁结构在中国桥梁工程中的应用

介绍了波形钢腹板预应力混凝土（PC）组合箱梁桥中波形钢腹板的设计方法,给出了中国在建和已建的该类桥梁结构中波形钢腹板的抗剪屈曲界限图,总结了中国在这种桥梁中所使用的几种抗剪连接件形式,并介绍了2种新型的抗剪连接件及2007年以来中国在建的4座波形钢腹板PC组合箱梁桥的结构及其特点,为今后这种结构的桥梁建设提供了有益的参考。     

等截面波形钢腹板连续箱梁竖向基频的参数研究

制作了波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁的室内试验梁模型,对其竖向基频进行了实测,并利用ANSYS有限元分析软件求得其有限元值,试验梁的有限元值与实测值吻合良好,验证了有限元分析方法的精度和可行性.在此基础上,利用ANSYS有限元分析软件研究了等截面波形钢腹板连续箱梁的横隔板、预应力、波纹形状及跨径对其竖向基频的影响程度,分析结果表明,横隔板、预应力和波纹形状对其竖向基频的影响很小,而跨径对其竖向频率的影响较大.同时发现,《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中连续梁基频的估算公式不适用于波形钢腹板连续箱梁的竖向基频估算,因此本文对估算公式进行了修正,本文的研究成果能为类似波形钢腹板连续箱梁的竖向基频计算提供参考依据.     

腹板几何参数变化对波纹钢腹板箱梁桥的力学影响

以邢衡高速公路邢台段上一座波纹钢腹板组合箱梁桥(50 m+80 m+50 m)为工程实例,通过有限元软件Midas建立波纹钢腹板组合箱梁桥空间模型。分析了钢腹板几何参数变化下的箱梁基本力学特性,结果显示:箱梁挠度受腹板几何参数变化的影响很小;减小腹板直线段长度b对箱梁有利;波纹钢腹板相对于平板钢腹板可以明显提高箱梁抗扭刚度,弯折角越大,箱梁抗扭刚度越大;增加腹板厚度t可以改善箱梁受力性能。     

波形钢腹板箱梁桥面板横向温度效应分析

针对我国公路桥涵设计规范仅给出混凝土箱梁的温度梯度模式,并未涉及波形钢腹板箱梁温度梯度模式的不足,本文鉴于2种箱梁结构的构造特点及力学性能的差异,对某波形钢腹板连续箱梁桥进行了为期1 a的温度效应观测。研究了其日照温度场分布规律,提出了波形钢腹板箱梁温差计算模式;且基于温度梯度模式得出了箱梁桥面板的横向内力。结果表明:箱梁桥面板同一高度各测点的温度变化规律一致,沿桥面板横向的各测点混凝土温度变化规律均呈正弦曲线变化趋势;基于二维温度梯度模式的结构力学方法计算结果与有限元结果吻合,可以为该地区波形钢腹板箱梁温度效应产生的温度应力值提供参考。     

波形钢腹板PC组合箱梁桥的新型异步施工技术分析

波形钢腹板PC组合箱梁桥是一种新型的钢-混凝土组合梁桥.为了进一步了解波形钢腹板PC组合箱梁桥的应用范围,本文以武西高速桃花峪黄河大桥跨大堤桥工程概况为研究背景,介绍其施工技术特点.同时根据其采用的新型异步悬臂浇筑法施工进行分析,通过对其异步悬臂浇筑施工工艺、挂篮构造进行简述.本文致力于通过本文概述能对波形钢腹板PC组合箱梁桥进行进一步推广,促进该桥型能够在我国未来的桥梁工程建设中得到进一步发展.     

预应力砼箱梁桥腹板斜裂缝影响因素分析

为预防大跨度预应力混凝土箱梁桥腹板斜裂缝的出现，从影响腹板主应力的3含方面：纵向预应力钢筋布置方式、竖向预应力筋的构造形式和腹板厚度的变化方式，进行了研究和探讨．     

波纹钢腹板组合箱梁抗弯性能有限元分析

波纹钢腹板预应力组合箱梁桥作为一种新型高效的桥梁结构已经引起广泛关注.为了解决波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的实际工作性能,通过ANSYS大型有限元计算软件,采取合理的有限元单元对此结构进行三维模拟分析,得出在"平截面假定"下波纹钢腹板预应力组合箱梁在弹性范围内其挠度值与荷载的增长呈线性关系;在集中荷载下,跨中截面的剪力滞较四分点处明显,而底板的剪力滞效应较小,表明剪力滞效应只对局部区域有影响,为工程的实际应用提供有价值的参考.     

钢腹板体外预应力组合箱梁剪力滞效应有限元分析

应用ANSYS有限元软件建立钢腹板体外预应力组合箱梁有限元模型,在集中荷载对称作用在肋板处和集中荷载作用在翼板中心两种加载方式下,对波纹钢腹板体外预应力组合箱梁与平钢腹板体外预应力组合箱梁的剪力滞效应进行分析,对波纹钢腹板体外预应力组合箱梁在两种加载方式下的剪力滞系数沿纵向和横向的分布进行了讨论．结果表明：两种箱梁剪力滞系数的变化规律相同,但波纹钢腹板体外预应力组合箱梁的剪力滞效应相对明显;荷栽作用位置从肋板向翼板中心移动时,波纹钢腹板组合箱梁顶板由正剪力滞效应到负剪力滞效应变化,纵向在荷载作用位置附近剪力滞效应明显．     

钢腹杆PC组合梁桥抗弯性能

为研究钢腹杆PC组合梁桥的抗弯性能,开展了钢腹杆PC组合梁模型试验,研究了钢腹杆PC组合梁混凝土顶底板应变与主梁变形等随荷载的变化规律,揭示了组合梁弯曲应变沿截面高度的分布规律,得到了组合梁的破坏模式;进行了钢腹杆PC组合梁有限元参数分析,探讨了主梁高跨比和偏载效应对钢腹杆组合梁抗弯性能的影响;提出了钢腹杆PC组合梁截面开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩计算方法。研究结果表明：钢腹杆PC组合梁桥的破坏过程包括弹性阶段、开裂弹性阶段、弹塑性阶段和失效阶段。在弹性阶段和开裂弹性阶段,钢腹杆PC组合梁截面顶底板变形满足“平截面假定”。钢腹杆PC组合梁跨中截面的变形与应力随高跨比的增大而减小。对于自重较小的钢腹杆组合梁桥,偏载对组合梁变形与应力的影响较大,且变形与应力增大系数随高跨比的增大而增大。与有限元和试验结果相比,本文提出的钢腹杆PC组合梁开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩的计算方法具有较高的精度。     

考虑滑移效应的体外预应力波形钢腹板梁桥的应力增量

体外预应力筋的应力增量在波形钢腹板梁桥理论中至关重要。在已有的应力增量计算方法中,适用于波形钢腹板梁桥的方法相对较少,考虑预应力筋滑移效应的更少。为研究适用于波形钢腹板组合梁体外预应力筋应力增量的计算公式,考虑在转向块处体外预应力筋与混凝土之间滑移效应的影响,通过分析预应力筋的变形和结构整体变形的几何关系,推导出对称荷载作用下的应力增量计算公式。结合现有试验数据,利用Ansys建立了实体模型,使用非线性弹簧单元Combin39来实现预应力筋的滑移效应;并将求得的计算值与试验值和模型值进行比对分析。结果表明：推导的应力增量公式计算值与波形钢腹板组合梁试验值吻合较好,验证了该方法的适用性;考虑滑移效应影响时,结构的整体挠度和应力增量增大,承载能力降低。     

钢-混凝土连续组合梁腹板局部屈曲分析

对连续组合梁负弯矩区钢腹板的稳定性进行了研究,分析了负弯矩区钢梁腹板在弯曲、轴向压力和剪切作用下的力学性能,提出了组合梁腹板在各种荷载作用下的局部稳定性简化计算模型,建立了非均匀受压、纯剪和弯剪复合受力状态下的临界屈曲应力计算公式;分别计算了钢梁腹板在非均匀受压和纯剪状态下的弹性屈曲系数,并根据偏心受压与剪切作用下的相关方程计算了钢梁腹板在复杂应力状态下的弹性屈曲系数;基于屈曲分析结果,提出了组合梁在弹性受力阶段钢梁腹板不设横向加劲肋的高厚比限值。结果表明：采用该方法确定的钢梁腹板高厚比更具合理性,且计算过程简单,结果偏于安全。     

马蹄形断面波形钢腹板支架稳定承载性能研究

为了研究波形钢腹板支架结构在围岩压力作用下的平面内稳定性能,设计了马蹄形断面波形钢腹板支架的模型试验,分析了支架的稳定承载力、位移与应变发展规律。试验结果表明：支架的最终破坏形态为整体非对称失稳,支架两侧向外变形产生水平位移,右侧水平位移明显大于左侧水平位移;极限荷载时,仅拱顶翼缘和角部腹板进入了塑性阶段。支架的试验结果与有限元分析结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,对波形钢腹板支架的弹塑性屈曲性能进行了有限元参数分析,表明波形钢腹板支架对初始缺陷并不敏感,而腹板高度、腹板厚度及翼缘厚度是弹塑性稳定承载力的敏感参数,影响较大。长细比较小时,对称失稳和反对称失稳均可能发生;长细比较大时,支架会发展反对称失稳;支架的弹塑性屈曲荷载随长细比的增大而降低。有限元计算结果表明,相同边界条件和荷载情况下,波形钢腹板支架的极限稳定承载力是用钢量相同的矿用工字钢支架的2倍以上。     

A Method for Elastic Shear Buckling Calculation of Curved Bridge Webs

平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲计算

刘素梅,丁汉山

（东南大学 土木工程学院,南京 210096）

创新点说明：

曲线组合梁桥和曲线钢桥在国内外已大量修建,但在曲线桥设计时,平钢腹板的剪切屈曲计算通常采用直桥公式,或仅在直桥公式上新增一个修正系数。本文把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳,采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导了曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。参数分析表明：曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

研究目的：

得出平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲强度计算公式。

研究方法：

把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳进行剪切屈曲分析;

1）采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。

2）针对实桥,确定参数h²/(Rt)的取值范围。给定参数h²/(Rt)和长高比l/h具体数值,利用Matlab程序计算弹性剪切屈曲系数。

3）对弹性剪切屈曲系数进行拟合,得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数拟合公式,进而得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲强度拟合公式。

研究结果：

1）曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。

2）对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。

结论：

本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

关键词：曲线桥;曲线腹板;剪切屈曲;各向同性壳

     

波形钢腹板组合梁抗震性能试验

为探讨波形钢腹板内衬混凝土和焊接加劲肋的两种构造波形钢腹板组合梁抗震性能,通过剪跨比为1.67的波形钢腹板组合梁缩尺模型拟静力加载试验,比较分析了破坏特点、滞回曲线、承载力、延性、强度与刚度退化、耗能能力、变形恢复能力等基本力学特性.研究结果表明:钢腹板内衬混凝土和焊接加劲肋的波形钢腹板组合梁分别为弯剪和剪切破坏,腹板分别发生局部屈曲和整体屈曲,混凝土板根部均产生剪切斜裂缝;内衬混凝土相比焊接加劲肋的波形钢腹板组合梁的承载力、延性和耗能能力较高;两种构造均可提高腹板稳定性,滞回曲线形状相对饱满,强度退化系数均大于0.9,粘滞阻尼系数大于0.2,残余变形率小于0.61,表明两种构造的波形钢腹板组合梁强度退化不明显,耗能能力和变形恢复能力较强.     

工字型钢-混凝土连续组合梁腹板局部稳定性分析

对工字型钢-混凝土连续组合梁负弯矩区腹板在复合应力作用下的力学性能进行了研究,提出了工字型组合梁腹板在复合应力作用下的局部稳定性计算模型,建立了相应的临界屈曲应力计算公式;基于组合梁腹板的稳定性特点和偏心受压与剪切作用下的相关方程,计算了工字型组合梁腹板在复合应力状态下的弹性屈曲因数,采用势能驻值原理分析得出了连续组合梁负弯矩区腹板稳定的临界应力,提出了弹性受力阶段腹板不设横向加劲肋的高厚比限值。计算结果表明：该计算方法有广泛的适用性,且大部分情况下可以放宽对高厚比的限制,为工字型组合梁负弯矩区腹板的合理优化设计提供了参考。     

单索-叠合板预应力组合网架静力特性分析

构建一种新型预应力组合网架结构,采用预应力索代替长向下弦,混凝土叠合板代替上弦,形成下弦长向为索,上弦为整体现浇混凝土板的预应力组合网架结构。利用有限元软件ANSYS对该结构进行静力特性分析,结果表明节点竖向位移值越靠近结构中心位置越大;叠合板、腹杆出现拉压应力;下弦杆与索均为拉应力,且越靠近中心位置值越大。该结构位移值及应力值均满足规范设计要求。     

波形钢板钢管混凝土柱的极限承载力

提出了波形钢板钢管混凝土柱的有限元分析方法,采用正交异性板来模拟波形钢板。应用ANSYS通用程序对算例进行了分析,并应用有限元方法分析了偏心率、长细比2个主要参数对波形钢板钢管混凝土柱极限承载力的影响。结果表明：可采用稳定折减系数和偏心率折减系数相乘的计算公式来考虑二者对波形钢板钢管混凝土柱极限承载力的影响,其中偏心率折减系数可采用《钢管混凝土结构设计与施工规程））（CECS28：90）的计算公式;稳定折减系数应将换算长细比乘以考虑柱肢的钢材型号和混凝土强度等级的材料修正系数,然后采用《钢管混凝土结构设计与施工规程》（JCJ01—89）的稳定系数计算方法。