波形钢腹板组合箱梁剪力滞及剪切变形分析模型

为分析波形钢腹板组合箱梁的应力及变形,提出了考虑轴向平衡条件、翼板剪力滞效应和腹板剪切变形的分析模型.在位移场中增加截面纵向位移考虑轴向平衡条件.分别引入剪力滞强度函数及截面转角,以俘获剪力滞效应及剪切变形.采用虚功原理建立组合箱梁分析的控制微分方程,进而推导位移变量的解析表达式.利用三维有限单元模型的结果验证文中提出...     

基于截面内剪力流分布规律的剪力滞效应分析

引起剪力滞效应的本质是截面内的纵向剪切变形.基于截面纵向剪力流的大小,提出了剪切翘曲位移函数修正系数.以此为计算模型,运用最小势能原理,结合变分方法,推导了考虑剪力滞效应的附加弯矩、挠度以及剪力滞系数的一般表达通式,并求解了在均布荷载作用下,简支箱梁的挠度与剪力滞系数的计算方法.结果表明,挠度与剪力滞系数与剪切转动趋势成正比,而与纵向剪切变形值无关.考虑修正系数的方法比传统的方法具有更高的求解精度.     

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。     

箱型梁附加挠度与剪力滞效应的一维有限元分析

当前箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元法对剪力滞函数的处理存在局限性,而且剪力滞系数难以准确反映翼缘截面剪力滞效应及其变化规律。为此,利用箱梁附加挠度代替剪力滞函数建立箱梁翼缘的纵向位移函数,并根据能量变分原理建立控制微分方程并识别了其中的待定参数。以箱梁挠度、附加挠度及其一阶导数作为单元节点位移参数,提出了箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元法,给出了箱梁的自然边界条件和强迫边界条件。基于箱梁挠度和附加挠度定义了新的剪力滞系数,分析了不同支撑条件对箱型梁剪力滞效应的影响。算例分析证明了该方法的有效性,且具有较高的计算精度;与传统的基于应力的剪力滞系数相比,基于挠度的剪力滞系数能够更加准确地反映箱型梁截面的剪力滞效应及其分布规律。     

单箱双室组合箱梁剪力滞效应分析

通过对组合箱梁底板、混凝土顶板与悬臂翼板引入不同的剪滞翘曲位移函数,利用能量变分法推导出考虑界面相对滑移、钢腹板剪切变形和剪力滞效应的微分方程及均布荷载作用下的解析解。以带有悬臂翼板的单箱双室组合箱梁为例,运用提出的解析法对其剪力滞效应进行分析,并与ANSYS有限元结果对比。结果表明:提出的解析法所得结果与ANSYS空间有限元计算结果吻合良好;界面滑移量和挠度随着滑移刚度的增大而增加,而剪力滞效应则无较明显的变化,因此在一定条件下可忽略滑移刚度对剪力滞效应的影响;混凝土顶板应力随着滑移刚度的增大而增大,且中腹板部位处顶板的剪力滞效应较边腹板部位处大,而钢箱梁底板则与之相反。     

基于剪切变形规律箱梁振动时的剪力滞效应

利用翼板剪切变形规律定义了剪滞翘曲函数,用变分原理推导了箱梁考虑剪力滞效应后的微分方程、边界以及初始条件,由于该微分方程的特殊性,确定了差分法为该方程的有效解法,并最终给出了该方程的数值解。最后通过简支梁算例的计算结果验证了方法体系的可行性。此外,在振动时薄壁箱梁的剪力滞效应会对位移和应力产生较大影响,从而使跨中截面的位移响应和腹板与悬臂板连接处的应力响应幅值有所增大。     

考虑翘曲应力中性轴偏移的箱梁剪力滞效应分析

同时考虑薄壁箱梁截面的弯曲挠度、剪切挠度和剪力滞附加挠度,利用变分法对箱梁的剪力滞效应进行了分析。在构造剪力滞翘曲位移函数时,考虑翘曲应力中性轴对于截面形心轴的偏移,利用截面翘曲应力合力及合力矩均应为零的平衡条件,建立控制微分方程。分别针对简支梁在均布荷载及跨内集中力作用下的剪力滞效应,推导出翘曲应力和附加挠度计算公式。变分法分析过程表明初等梁理论下的弯曲、剪切效应与剪力滞效应相互解耦。以简支梁模型为算例,利用论文方法计算的截面应力值与有限元解及实测值吻合良好,验证了论文方法的合理性。利用不同几何参数分析是否考虑翘曲应力中性轴的偏移产生的应力差别。结果表明:对于截面应力,高宽比的影响较小,宽跨比影响较大,宽跨比0.2 时,相对应力差值超过 20 %。     

考虑腹板剪切变形的波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应分析

在波形钢腹板组合箱梁中,剪力主要由波形钢腹板承担。由于波形钢腹板的抗剪刚度比混凝土腹板有较大程度的降低,波形钢腹板会产生较大的竖向剪切变形。为此,基于能量变分法建立了考虑腹板剪切变形的波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应分析方法。通过试验对该理论分析方法进行验证,并基于该理论分析方法研究波形钢腹板剪切变形对剪力滞效应的影响。同时,基于该分析方法提出了采用影响线最不利加载方式进行相关规范中规定的汽车荷载作用下的波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应分析。结果表明：考虑腹板剪切变形的分析方法与试验结果吻合度良好;波形钢腹板的剪切变形有利于减轻三跨连续梁正弯矩区的剪力滞效应,即考虑腹板剪切变形后翼缘有效宽度系数值更接近于1。     

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。     

钢-混凝土组合箱梁剪力滞效应级数解

对于组合箱梁 ,在一定假设条件下根据组合翼板微元的变形协调和平衡条件 ,分别建立了横截面翼板和悬臂板的法向力微分方程。在两端简支的边界条件下采用分离变量法求解偏微分方程 ,得到用级数表示的应力解 ,然后根据剪力滞系数的定义即可得到组合箱梁翼板的剪力滞系数。通过算例验证了该近似方法能够满足工程实际的需要 ,计算较为简单     

剪力滞对斜拉桥中Π形主梁弯曲刚度影响分析

按实际施工动态过程分析剪力滞对Π形结合梁斜拉桥中主梁弯曲刚度的影响。基于能量变分法引入简化的剪力滞翘曲位移函数,导出一种可以考虑剪力滞与Π形结合梁弯曲刚度耦合影响的实用梁单元。该方法每节点采用两个剪力滞自由度,可以处理斜拉桥中集中弯矩引起的剪力滞位移边界条件突变和施工动态过程中荷载和剪力滞位移边界条件不断变化的问题。结合某Π形结合梁斜拉桥进行数值分析并与实测数据比较,验证了本文方法的有效性与准确性。研究表明,剪力滞效应使斜拉桥中主梁的抗弯刚度减小,且在悬臂施工阶段比成桥阶段的影响更大;相对于简支箱梁和连续箱梁而言,剪力滞对Π形结合梁斜拉桥主梁弯曲刚度的影响相对小一些,在悬臂施工阶段其对中跨的影响约为2%~7%,对边跨的影响约为3%~12%。     

Mechanics analysis of thin-walled box continuous girder with variable cross-sections in considering effect of large deflection and shear lag

In order to study the mechanics behavior of a thin-walled box continuous girder with variable cross-sections, using potential variation theories, considering the effect of shear lag of flange’s stress and the nonlinear geometry of vertical displacement, and evolving five generalized displacements with the spline function, the large deflection problem of the thin-walled box continuous girder with variable cross-section was transformed to a nonlinear algebraic equation, which was solved using the Newton-Raphon iterative method. The results of the calculation show that different shear lag warp functions to the cantilever, top and bottom plate should be taken to analyze the mechanics behavior of the thin-walled box continuous girder reliably. The thin-walled box continuous girder with variable cross-sections has more reasonable stress state and is more adaptable for the longitudinal change of internal forces than that with equal cross-sections. The effect of large deflection on the stress and displacement of the thin-walled box continuous girder with variable cross-sections depends on the values of the load.     

荷载横向变位下箱梁顶板与底板的剪滞效应分析

不同于以往荷载作用于箱梁的肋板处时剪力滞效应的研究,考虑当荷载不作用在箱梁的肋板处时顶板与底板位移及剪力滞效应的差异,对顶板与底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的纵向位移沿梁宽分布函数,通过能量变分法,研究荷载在顶板横向变位下箱梁顶板与底板的位移,应力及剪力滞效应的变化,根据对于简支箱梁受均布荷载作用下跨中剪力滞效应的计算结果,随着作用在顶板的对称荷载从对称中心向肋板处移动,顶板将经历一个产生负剪力滞效应到无剪力滞效应,再到产生正剪力滞效应的过程。而与此同时底板的剪力滞效应规律受荷载的移动的影响很小,始终保持正剪力滞效应。计算结果与有限元数值模拟结果吻合较好,验证了理论的可靠性,同时也说明当荷载不作用在箱梁的肋板处时,对顶板与底板分设不同的纵向位移差函数的考虑是正确的。     

变截面连续箱梁剪力滞效应分析与对比

综合采用解肢法和能量变分法,将多跨连续箱梁在弯矩为零处,解肢成若干变高度的简支体系,求解该简支梁在荷载作用下的剪力滞系数,并与有限元分析和试验测试结果进行对比。结果验证了利用该方法计算剪力滞系数的精确性和便捷性,为研究同类桥梁的剪力滞效应影响提供了依据。     

考虑轴向位移的压弯Π形梁剪力滞分析

在截面纵向位移函数中引入截面轴向位移,以描述压弯作用下Π形梁截面的变形状态。基于能量变分法导出轴向位移、竖向位移和剪力滞位移之间相互耦合的控制微分方程组,求得压弯作用下Π形梁的位移解及其相应的边界条件。结合ANSYS软件,利用实体单元和导出的位移解及其边界条件分别对简支梁和悬臂梁进行分析,验证其有效性和可靠性。结果表明:剪力滞效应使得Π形梁中性轴和形心轴相互分离,截面不再绕形心轴转动;在弯曲作用下,剪力滞使简支梁截面弯曲刚度减小,悬臂梁固定端一侧1/4跨度内截面弯曲刚度减小,悬臂梁自由端一侧3/4跨度内截面弯曲刚度增加;在压弯作用下,轴向压力引起的剪力滞使简支梁梁端附近截面弯曲刚度减小,悬臂梁自由端一侧截面弯曲刚度增加。     

A finite segment model for shear lag analysis

A finite segment model is developed to calculate the shear lag effects for box girders with varying depth. Multiple longitudinal displacement functions are used to derive the stiffness matrix and the nodal force vector of the segment element. The shear deformation of the web is taken into consideration. A Perspex glass model of a three-span continuous box girder with varying depth is tested to provide experimental results for verifying the accuracy of the proposed method. The influences of the flange width to span ratio and girder–height ratio upon the shear lag are presented and discussed.     

波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应研究

波形钢腹板组合箱梁由于其力学性能和经济性能比普通箱梁优越而正被广泛地使用,本文介绍了计算波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞系数的能量变分法,用有限元分析软件ANSYS进行了波形钢腹板组合箱梁桥的建模,并采用能量变分法的结果加以验证。结果表明采用有限元法模拟波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应效果较好,分析了波形钢腹板组合箱梁桥横桥向和纵桥向剪力滞系数的变化规律。     

变截面悬臂箱梁剪力滞效应的比拟杆分析方法

针对传统比拟杆法仅能分析等截面箱梁剪力滞效应的不足,重新推导变截面箱梁加劲杆等效面积及剪力滞效应微分方程,以有机玻璃悬臂梁模型的试验结果检验该文算法的正确性,讨论箱梁梁高、腹板厚度变化对悬臂箱梁剪力滞系数和正剪力滞区段长度的影响,通过分析箱梁顶板和腹板内剪力流沿跨长的分布规律揭示变截面箱梁剪力滞效应弱化的原因。研究发现：悬臂箱梁梁高和腹板厚度的变化会减弱其剪力滞效应,且剪滞效应弱化的原因在于变截面箱梁腹板内剪应力水平的降低;箱梁顶板内水平剪力流沿跨长先增大后减小的变化导致了悬臂箱梁正、负剪力滞现象,同等跨径下变高度悬臂箱梁的正剪力滞区段长度会显著增加,但其剪滞系数将明显减小;工程设计中可以通过调整箱梁梁高和腹板厚度沿顺桥向的变化趋势,尽量让箱梁腹板剪力流水平沿桥跨方向保持不变,避免腹板剪力流水平变化过快以最大程度地减弱箱梁剪力滞效应。     

单索面斜拉桥混凝土宽箱主梁受力特性分析

分析单索面斜拉桥混凝土宽箱主梁受力的特殊性,采用空间网格模型对垒水河桥进行结构分析,明确其主梁的板效应和剪力滞效应。由于单索面拉索的支撑作用,故箱梁内侧竖向变形较外侧小,内力较外侧大;独柱墩处近拉索侧腹板顶剪力滞效应最大,剪力滞系数高达2.7;独柱墩处截面的外侧腹板顶、挑臂顶和38 m跨边支点附近截面的中间底板处出现负剪力滞系数,这与初等梁理论的计算结果有根本的区别。