薄壁简支箱梁剪力滞效应参数研究

箱形截面梁剪力滞效应的影响是结构设计中不能忽视的因素.剪力滞效应的存在,使箱梁截面实际应力与按初等梁理论计算出的应力有很大差异.若忽略此影响会造成结构设计的不安全.对简支箱梁剪力滞效应进行研究,并分析了剪力滞效应的主要影响因素.     

考虑滑移和剪切变形的单箱双室组合箱梁剪力滞效应

为准确分析单箱双室组合箱梁的剪力滞效应,考虑钢混凝土的界面滑移效应和钢腹板的剪切变形,针对顶底板和翼板定义不同的剪力滞翘曲位移函数,基于能量变分法推导出单箱双室组合箱梁剪滞效应的控制微分方程及其闭合解。以单箱双室组合箱梁算例为基础,利用该方法分析其剪力滞效应的规律,结果表明：在同时考虑滑移和剪切变形时,组合箱梁的挠度比初等梁理论解大,且其挠度随界面滑移刚度的增大而减小;组合箱梁在均布荷载作用下,滑移量与荷载值近似成正比关系;在相同条件下,钢箱梁底板的剪力滞效应较混凝土顶板显著。     

基于Galerkin法的新型波形钢腹板箱梁桥动力特性研究

为科学合理地分析波形腹板钢箱-混凝土组合梁的自振特性,综合考虑剪切效应和剪力滞效应,运用Galerkin法和Hamilton原理推导了该桥型的自由振动控制微分方程和自然边界条件。根据自然边界条件,求解出剪切变形效应和剪力滞效应影响下波形腹板钢箱-混凝土组合梁竖向弯曲振动频率的计算公式,将其计算结果与实桥的实测结果、模型试验结果及ANSYS三维有限元结果进行了对比,并对竖向弯曲振动频率的影响因素和基频进行了分析。结果表明：竖向弯曲振动频率计算公式的结果与实桥的实测结果、模型试验的实测结果、ANSYS有限元结果吻合良好,验证了所推导的频率计算公式的正确性;竖向弯曲振动频率随高跨比的增大而增大,当高跨比小于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为平缓,当高跨比大于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为显著;竖向弯曲振动频率随宽跨比的增大而增大,但整体增幅不明显;竖向弯曲振动频率随波形钢腹板厚度的增加而不断增大,阶数越高,增幅越显著;箱梁剪力滞对竖向弯曲振动频率影响很小,前5阶最大误差仅为6.73%,波形钢腹板剪切变形对竖向弯曲振动频率影响较大,前5阶最大误差已高达51.18%。     

薄壁曲线箱梁剪滞翘曲位移模式研究

为了寻找精度较高的剪力滞翘曲位移模式,分别假设曲线箱梁剪力滞翘曲位移函数按抛物线系列、余弦函数、指数函数、悬链线分布,综合运用能量变分法和Hamilton原理推导出曲线箱梁在各种剪力滞翘位移模式下的振动控制微分方程,通过假设位移场函数,由Galerkin法对曲线箱梁1阶竖向弯曲振动基频进行了求解,并获得了显示解.数值分析算例的结果表明:剪力滞翘曲位移模式对自振频率影响较小,箱梁翼板剪力滞翘曲位移函数选用2次抛物线和悬链线精度较高,能够较好地反映曲线箱梁空间受力性能;理论计算值与ANSYS板壳单元数值结果相比较,误差仅为0.57%,吻合良好,验证了理论推导的正确性与可靠性.     

剪力滞对超静定箱梁结构性能的影响分析

提出一种考虑梁弯曲与剪力滞变形耦合影响的分析箱梁剪力滞效应的有限元方法,导出相应的有限单元公式。在此基础上,首先分析简支静定箱梁的剪力滞系数和考虑剪力滞影响的梁的挠度,并与相应的变分法解析结果作对比,然后分析超静定连续箱梁的剪力滞系数,将其结果用叠加法和系数矩阵法结果进行验证。最后分析剪力滞对超静定多跨连续箱梁内力及变形的影响。结果表明：剪力滞对静定和超静定箱梁变形及截面应力重分布的影响较大;剪力滞对超静定箱梁内力重分布的影响很小,可以在设计计算中忽略不计。     

简支薄壁箱梁自由振动的摄动法解析解

为研究简支薄壁箱梁中剪力滞效应对结构动力特性的影响,基于模态摄动法提出了一种求解薄壁箱梁自由振动的新方法.该方法以相同跨度等截面欧拉梁的频率和模态为Ritz基函数,将箱梁自由振动的微分方程组转化为一组非线性代数方程进行求解.对于简支箱梁,可进一步将代数方程组简化为一元二次方程,从而得到精确的特征值和特征向量.在此基础上,利用所得箱梁振动模态的解析表达式,提出了模态剪力滞系数的概念,从而建立了箱梁固有频率和剪力滞效应之间的关系.随后研究了模态剪力滞系数随跨宽比、翼板抗弯刚度和截面抗弯刚度之比的变化规律.计算结果表明:简支梁腹板处剪力滞系数最大且大于1,为正剪力滞效应;随着模态阶数的增加、跨宽比的减小和翼板抗弯刚度和截面抗弯刚度之比的增大,剪力滞效应呈现增大的趋势.     

体外束对波形钢腹板简支箱梁自振频率的影响

为研究体外束张拉对波形钢腹板简支箱梁自振频率的影响,基于弯曲振动微分方程,推导了自振频率解析公式,参考模型试验梁,考虑预应力张拉和复杂应力状态下的弹性模量修正,采用数值方法分析结构自振频率.分析表明,预应力张拉产生应力软化效应,引起结构刚度降低,波形钢腹板组合箱梁结构的频率降低;对于模型试验梁,预应力张拉对结构的刚度影响较小,但体外束预应力使得混凝土处于复杂应力状态,材料的弹性模量与单向应力状态下的弹性模量不同,体外束张拉可使波形钢腹板简支箱梁自振频率增大.     

基于不同抛物线翘曲函数组合箱梁剪力滞

为了建立一个能够同时考虑界面滑移、剪切变形和剪力滞三重效应的组合箱梁分析理论模型,在该理论模型中,基于Newmark组合梁滑移模型引入不同幂次抛物线翘曲函数描述组合箱梁顶底板应力横向非均匀分布,推导了简支组合箱梁在均布荷载和集中荷载作用下的解析解.采用试验验证了理论模型和解析解的正确性.参数分析结果表明,随着混凝土板厚和钢梁高度的增加,在跨中腹板和顶板中部处剪力滞系数下降;当宽跨比减少时,在腹板处剪力滞系数下降,在顶板中部处剪力滞系数略增加;与均布荷载相比,集中荷载对跨中截面的剪力滞系数影响较明显;由推导公式的计算结果表明,可以忽略滑移刚度变化对剪力滞系数影响.     

考虑翼板承托构造的箱梁剪力滞效应分析方法

为解决传统比拟杆法无法求解翼板变厚度箱梁的剪力滞效应的问题,推导考虑翼板承托构造的箱梁比拟杆模型和计算方法,以简支梁为算例分析比拟杆法在研究有翼板承托构造的箱梁剪力滞效应的适用性,并探讨翼板承托构造对箱梁剪力滞效应的影响.通过分析发现:采用本文提出的加劲杆面积和加劲薄板厚度等效方法可以准确分析带有承托构造的箱梁剪力滞效应;加劲杆数量确实会影响弯曲正应力的计算结果,特别是靠近腹板位置的应力,但影响并不显著;除集中支点反力附近的应力集中区域外,比拟杆法理论解与实体有限元数值解吻合良好;相比翼板等厚度的箱梁,承托的存在可以强化腹板对顶板剪切变形的约束,顶板内部水平剪力流随之减小,承托构造在一定程度上可以降低顶板的剪力滞效应.     

薄壁箱梁振动时的剪力滞效应

提出了薄壁箱梁强迫振动剪力滞效应分析的理论方法.用变分原理推导了考虑剪力滞效应的箱梁强迫振动时的微分方程、边界条件,建立了方程解的差分格式,论证了差分格式的稳定性、收敛性,并用Matlab编程实现.在数值求解时由于梁的竖向位移和反映剪力滞的翼板纵向最大位移差函数之间存在耦合,有限元法中必要的假设形函数反映不出耦合关系,所以采用了适应性更强的有限差分法.结果表明,薄壁箱梁振动时剪力滞效应是明显的,使跨中位移响应和上翼板与腹板交接处应力响应幅值明显增大.     

非线性温度梯度作用下简支箱梁的剪力滞效应

为分析非线性温度梯度作用下箱梁的自应力分布,考虑上、下翼板剪切转角的最大差值幅值和相位的不同及截面的内力平衡,提出应力平衡的双参数剪力滞翘曲位移函数.在此基础上,根据最小势能原理,建立简支箱梁的微分方程和边界条件.随后计算非线性温度作用下简支箱梁的自应力,并与有限元结果进行比较.算例分析结果表明,在非线性温度梯度作用下,双参数法所得计算结果与有限元分析结果一致,且满足全截面轴力自平衡的双参数法计算精度高于直接双参数法的计算结果.简支箱梁在非线性温度梯度下的温度自应力导致端部产生剪力滞效应,温度剪力滞效应的影响范围约为1.5倍箱梁宽度,且应力结果大于基于平截面所得的应力.对于截面上下对称的无悬臂翼板箱梁,考虑剪力滞效应的跨中应力和平截面假定的计算结果相同;对于截面上下不对称的带悬臂翼板箱梁,由于非线性温度引起剪力影响截面的曲率,即使在跨中区域平截面假定所得的温度应力依然小于精确解,双参数法修正了剪力对截面曲率的影响而显著提高了计算精度.     

以剪滞系数控制的宽窄箱梁桥的工程界定

通过对不同宽跨比的简支薄壁宽箱梁建立空间板单元模型,对比在恒载作用下跨中剪力滞效应的计算结果,讨论B/L=0.5作为宽窄箱梁工程界定的可靠性.进一步研究梁高对宽箱梁横向受力的影响,进而提出以剪滞系数控制宽窄箱梁工程界定的依据,希望能为工程设计提供参考.     

箱梁剪滞效应分析样条有限点法

为了研究箱梁剪滞效应,以能量变分法为基础提出一种箱梁剪滞效应分析的样条有限点法.对箱梁底板、顶板及悬臂板分设不同的纵向位移差函数,采用二次抛物线作为箱梁翼缘板纵向位移沿梁宽的分布函数,导出相应广义刚度矩阵和广义荷载列阵.分析了简支梁在均布荷载和跨中集中荷载条件下的剪力滞效应,与相应的试验结果和有限元数值模拟结果对比,验证了该方法的有效性和可靠性.     

考虑剪力滞的波形钢腹板连续曲线箱梁内力求解方法

由于受到弯扭耦合效应的影响,波形钢腹板连续曲线箱梁受力情况极其复杂。为了研究波形钢腹板连续曲线箱梁的力学性能,考虑剪力滞效应和剪切变形的影响,基于能量法对波形钢腹板曲线箱梁(简称CCBG(CSWs))一次简支超静定结构的约束扭转控制微分方程进行补充修正,并结合CCBG(CSWs)简支结构进行分析验证;运用该微分方程结合三弯矩法对三跨波形钢腹板连续曲线箱梁进行内力求解,并与曲杆结构力学法、有限元分析结果进行比较。结果表明：考虑剪力滞效应和剪切变形的影响,采用该方法求得的内力结果与有限元求得的内力结果契合度较高,验证了方法的正确性;剪力滞效应和剪切变形对CCBG(CSWs)的内力存在着一定的影响,且对于多跨CCBG(CSWs)结构内力的影响更加明显。     

剪力滞后效应对固支及悬臂箱梁自振特性影响的研究

应用能量变分原理,考虑箱梁剪力滞后效应的影响,推导出了箱梁的弯曲振动方程及自然边界条件,据此得出固支及悬臂箱梁的固有频率方程.作为算例,应用MATLAB软件对一固支及悬臂箱梁的固有频率方程进行求解,并根据算例得出的数值结果,对由于剪力滞后效应对箱形梁结构自振特性的影响进行了讨论,得出一些有价值的结论.     

多室鱼腹式箱梁剪滞效应分析

针对鱼腹式箱梁应力及剪滞效应分布状态与传统箱梁不同的问题,通过使用有限元软件进行模拟分析,研究了鱼腹式箱梁在自重荷载作用下的真实受力状态,分析了引起鱼腹式箱梁剪滞系数非常规分布的原因,并为此类箱梁的设计、建设提供了经验和参考.结果表明,在自重荷载作用下,鱼腹式箱梁剪滞效应明显;腹板的变形平衡条件不同、剪力分配不均、各腹板中性轴变化速率不等是鱼腹式箱梁剪滞系数非常规分布的主要原因.