基于梁格法的单箱多室箱梁桥偏载系数研究

【目的】为了探究单箱多室宽桥面箱梁桥的偏载效应,明确相关影响因素对偏载系数的影响规律,以湖南省长沙市港子河大桥为例开展数值仿真与对比研究。【方法】基于商用有限元软件Midas Civil构建桥梁的有限元梁格法模型,研究单箱多室箱梁桥偏载效应,分析偏心距等影响因素对偏载系数的影响规律。【结果】研究表明,正应力偏载系数最大值为1.25,出现在跨中截面,剪应力偏载系数普遍在1.5左右,经验系数法对于类似宽桥面单箱多室箱梁桥偏载系数的估计严重偏低。活载偏心距对偏载系数有较大影响,且偏心距越大偏载系数越大,两者近似线性相关。【结论】梁格法能够较为准确地模拟单箱多室箱梁结构偏载效应,尤其是现代城市中宽桥面单箱多室箱梁桥,而经验系数法对类似桥梁并不适用,预测结果严重偏低,增大了箱梁桥开裂的风险。

单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应研究

由于单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁截面剪力滞效应与混凝土箱梁截面剪力滞效应相比有很大差异,并且波形钢腹板几乎承担了全部剪力,波形钢腹板的剪切模量也需要进行修正。为研究单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应,从波形钢腹板PC组合箱梁的受力特点出发,以满足剪力滞翘曲应力的轴向平衡条件,采用二次、三次抛物线定义了单箱双室、单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁的纵向位移差函数,利用势能驻值原理的能量变分法建立了波形钢腹板PC组合箱梁考虑剪力滞、剪切变形效应的控制微分方程组,并推导出简支梁、悬臂梁、连续梁在集中荷载、均布荷载作用下的解析解。通过解析法和有限元法分别计算了简支梁和悬臂梁的剪力滞效应,并研究了集中荷载和满跨均布荷载作用下的单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞分布规律,结果表明:采用二次抛物线剪力滞翘曲位移函数推导的剪力滞系数更为合理;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁在跨中集中荷载下,波形钢腹板与混凝土顶、底板交界处的剪力滞效应较为突出;随着波形钢腹板PC箱梁室数的增加,剪力滞系数明显减少,且解析解与有限元数值解一致,表明了解析解的正确性,并通过分析给出了相应的剪力滞系数,可以为单箱多室波形钢腹板箱梁的设计计算提供参考依据。

单箱多室波形钢腹板箱梁荷载横向分布

将单箱多室波形钢腹板箱梁等效为平面板梁模型，用刚接梁法推导了单箱多室波形钢腹板箱梁荷载横向分布系数的计算公式，并对1根单箱双室波形钢腹板箱梁进行了荷载横向分布试验研究．研究结果表明，刚接梁法计算结果与试验及有限元结果的误差均小于7％，与考虑中横隔板的有限元结果相比，偏于安全．对于有、无中横隔板的单箱多室波形钢腹板箱梁，均可采用刚接梁法计算其荷载横向分布．根据试验结果建议单箱双室波形钢腹板箱梁荷载横向分布系数沿桥跨的取值为：弯矩可统一采用横向分布系数mc（mc为刚接梁法计算的跨中荷载横向分布系数）；中梁支反力在梁端采用0．6m0（m0为杠杆原理法计算的梁端荷载横向分布系数），L／4～L区段内采用mc，梁端至洲区段，呈直线形过渡；边梁支反力可统一采用0．9m0．

单箱多室波形钢腹板箱梁的横向受力分析

为研究单箱多室波形钢腹板箱梁桥在车轮荷载下的横向受力特点及有效分布宽度,建立了单箱单室、双室、三室波形钢腹板箱梁的有限元模型,对比分析了3种截面箱梁的横向应力和有效分布宽度的规律。通过缩尺模型梁试验,验证了有限元分析结果。通过研究发现,单箱多室波形钢腹板箱梁的横向受力可近似简化为单室箱梁,但按照目前规范计算波形钢腹板箱梁的有效分布宽度存在较大误差。利用有限元模型,研究了荷载横向作用位置、腹板中心间距、悬臂板长度、顶板厚度、波形钢腹板尺寸及类型等参数对单箱单室箱梁有效分布宽度的影响,结果表明荷载横向作用位置和箱室腹板中心间距是最重要影响因素。通过对参数分析结果进行曲面拟合,得到了单箱单室波形钢腹板箱梁的有效分布宽度计算公式;单箱多室箱梁有效分布宽度可按0.9倍的单室箱梁有效分布宽度计算。最后,以某单箱三室波形钢腹板箱梁桥为例,按照该文公式求得有效分布宽度,采用弹性框架法计算了横向单点和多点车轮荷载作用下箱梁的顶板横向应力,并与有限元模型、桥规方法计算结果进行了对比,发现:横向多点车轮加载时,忽略不同箱室有效分布宽度的差异会使横向应力计算结果偏不安全,建议采用该文提出的应力折减系数考虑此因素影响;按照该文方法计算的横向应力结果更精确,与规范方法相比误差可减小20%~40%。

单箱多室波形钢腹板PC组合梁桥动力特性试验研究

为了研究单箱多室波形钢腹板PC组合梁桥动力特性,参照南昌市朝阳大桥非通航孔桥,制作了三跨单箱两室PC连续波形钢腹板试验梁,并对模型桥和实桥进行动力测试。分别利用自互功率谱法和传递率法对动力特性进行分析,识别了试验梁前四阶模态参数和实桥前七阶模态参数;同时利用ANSYS程序建立实桥和模型桥的有限元分析模型,并进行动力特性分析;研究结果表明,除因实桥两幅之间横向工字钢连接,导致实桥理论和实测扭转1阶频率相差较大外,实桥各阶理论与实测频率相差较小,振型一致;试验梁低阶频率理论值与实测值能较好吻合。研究设计制作的波形钢腹板缩尺试验梁及测试结果正确,试验梁能较好体现实桥动力特性;传递率法可较好识别该类桥梁结构的模态参数。

单箱多室复合材料薄壁箱形梁的纯扭转分析

将单箱单室复合材料箱形梁纯扭转的分析方法拓展到单箱多室.结合经典的薄壁梁理论与复合材料理论,通过换算将层合材料离轴刚度等效为扭转刚度,对单箱中的各室建立剪力流方程,与扭矩平衡方程联立求解.通过算例将该方法与有限元法进行比较,各项应力的计算结果均相符,尤其是采用该方法计算得到的扭转产生的剪应力精度更高.采用该方法计算所得的各项应力均能满足实际工程设计的需要.

单箱多室宽幅箱梁桥施工剪力滞效应

为探究宽幅箱梁在悬臂浇筑施工过程中的剪力滞效应及随施工阶段的变化,以某单箱五室四跨连续梁桥为例对其施工过程进行了仿真模拟,分析了混凝土浇筑、预应力钢束张拉以及合龙等单个施工步骤在关键截面顶底板正应力的横向分布特征。结果表明:各种荷载作用下的截面正应力横向分布可视为截面“整体”剪力滞效应和各腹板自身“局部”剪力滞效应的叠加,且前者源于各腹板剪应力的横向分布不均。截面上两种效应的权重与箱室数量、悬臂长度以及荷载类型等因素有关:箱室数量越多,整体效应越明显;混凝土浇筑和钢束张拉在根部截面所引起的剪力滞效应主要体现在顶板,并且随悬臂长度的增加,整体效应凸显而局部效应减弱;另外,混凝土浇筑较钢束张拉所引起的整体效应更为明显。

单箱多室波形钢腹板简支箱梁偏载系数简化计算方法

为了得到单箱多室波形钢腹板简支箱梁偏载系数的简化计算方法,用刚性横梁法推导了单箱多室波形钢腹板箱梁荷载横向分布系数的计算公式,通过有限元建模计算单箱多室波形钢腹板箱梁的偏载系数,并对影响偏载系数的因素进行参数敏感性分析。基于偏载系数与荷载横向分布的关系,提出偏载系数的简化计算公式,利用该公式对某工程实例进行了偏载系数计算。结果表明,影响正应力偏载系数及剪应力偏载系数的最主要因素是宽跨比,提出的偏载系数简化计算公式适用于不超过5室,单室宽度与跨径比介于0.08~0.24的单箱多室波形钢直腹板箱梁正应力偏载系数及剪应力偏载系数的求解。

单箱多室PC连续波形钢腹板模型试验桥动力特性研究

为了研究单箱多室波形钢腹板连续箱梁桥的动力特性,参照南昌朝阳大桥非通航孔桥,制作了3跨单箱双室波形钢腹板连续梁桥,并利用Ansys建立其有限元模型分析其动力特性;采用固定参考点移动测点法(UINO)对模型桥进行了动力测试,并将测试结果和有限元计算结果进行对比;采用有限元方法研究了横隔板对单箱多室波形钢腹板连续梁模型桥动力特性的影响,并与普通混凝土腹板箱梁对比。分析结果表明:有限元结果与模型桥实测低阶频率误差较小,波形钢腹板连续梁桥扭转刚度和横向振动刚度相对较低,端横隔板对其动力特性的改善效果明显。

铁路矮塔斜拉桥单箱多室截面横向受力研究

研究目的:津保铁路子牙河特大桥主桥采用(32.7+56+84)m矮塔斜拉桥结构体系,横向为单箱四室箱形截面。本桥桥面宽达23 m,为我国铁路矮塔斜拉桥之最,必须对其横向受力进行分析。研究结论:通过对横向框架的受力分析,确定了本桥横向预应力钢束的形状和数量。由于温度荷载的影响,本桥钢束采用小角度弯起的钢束形状。裸梁阶段,在日照荷载作用下,顶板下缘出现部分拉应力,施工过程中需采取措施避免日照荷载直接作用。本文单箱多室箱形截面的横向受力分析过程,可为铁路桥梁单箱多室结构横向分析计算提供一种合理的设计思路。

宽幅单箱多室箱梁受力特性分析

本文阐述了宽度达33m单箱多室箱梁桥的施工期受力分析。主要对箱梁中线位置及悬臂翼缘处竖向位移沿纵桥向的分布、箱梁横桥向位移分布特征、箱梁应力的横桥向分布情况进行了分析。计算显示,即使在施工期、仅考虑恒载的作用下,宽幅单箱多室箱梁的横桥向变形和应力分布在翼缘和中心线处存在较大差异。研究表明,宽幅单箱多室箱梁桥横向受力情况复杂,在设计中仅采用杆系有限元程序进行计算并不能全面揭示其受力特性;施工中应采取有效措施,避免箱梁复杂应力导致混凝土出现开裂等情况。

单箱多室宽箱梁偏载增大系数经验公式探讨

单箱多室宽箱梁具有整体性良好、宽度较大等诸多优点,在交通量日益增大的公路桥梁与城市桥梁中得到了广泛应用。现有单箱多室宽箱梁偏载增大系数计算方法均存在过程复杂或结果不能满足工程需求等问题,无法在初步设计中快速使用。该文探讨8个偏载增大系数的影响因素,利用横向框架法计算偏载系数,提出偏载增大系数经验公式;并运用吉林市秀水街宽箱梁桥验证。

长挑臂单箱多室宽体箱梁横向受力性能分析

随着城市发展对通行能力要求的提高,高架桥梁中越来越多地采用宽体箱梁结构形式。由于城市景观要求,以及桥下地面道路限制,下部结构常采用单柱或小间距双柱,使得长挑臂单箱多室箱梁部分箱室处于悬臂状态,箱梁横向受力空间效应明显。该文以德胜快速路标准段连续箱梁为研究对象,利用有限元结构程序ANSYS进行空间分析,计算箱梁结构在自重、二期恒载,以及汽车活载作用下横向变形和内力的分布规律,并将空间分析结果与目前简化分析方法进行对比分析,验证简化计算方法的适用性。

刚接板法在单箱多室箱梁偏载系数计算中的应用

单箱多室宽箱梁空间受力效应明显,在偏心荷载作用下由扭转引起的应力比窄桥大的多,采用窄桥计算方法进行工程设计不能保证结构安全,目前采用建立空间杆系模型或者建立实体单元空间有限元模型来进行结构计算较多,这两种方法实际应用时均有缺点,本文提出采用刚接板(梁)法计算单箱多室箱梁偏载系数,并与实体模型进行对比,发现其与实体模型计算结果吻合较好,具有一定的工程实用性。

单箱多室超宽异形箱梁桥的有限元计算研究

以某城市高架桥为背景,分别采用剪力-柔性梁格法及实体单元建立单箱多室超宽异形连续箱梁桥有限元模型进行理论计算,并与实际加载产生的挠度与应变进行对比分析。结果表明,对于剪力滞效应明显的超宽异形箱梁桥,实体模型在计算中可考虑剪力滞效应,其横向应变分布线型与实测值更为吻合,挠度平均值也稍大,故应采用实体模型进行更精确的模拟。

单箱多室波形钢腹板组合箱梁动力特性研究

研究目的:为分析单箱多室波形钢腹板组合箱梁的动力性能与混凝土箱梁的差异,本文设计并制作两片跨径为5.2 m的试验梁,利用有限元软件ANSYS建立其三维实体模型,通过模态试验与有限元分析相结合的方法对试验梁进行研究,并就横隔板的设置对单箱多室波形钢腹板组合箱梁与混凝土箱梁扭转振动频率的影响进行分析。研究结论:(1)模态试验的结果与有限元分析结果基本吻合,说明实测结果是正确的,同时也验证了有限元模拟方法是合理的;(2)单箱多室波形钢腹板组合箱梁的基频略大于相应规模的混凝土箱梁,而高阶竖向弯曲振动频率均小于混凝土箱梁;(3)单箱多室波形钢腹板组合箱梁扭转振动频率对梁间设置横隔板的影响与混凝土箱梁相比较敏感;(4)横隔板的位置对单箱多室波形钢腹板组合箱梁扭转振动频率的影响较大;(5)该研究成果对单箱多室波形钢腹板组合箱梁的动力学分析具有一定的参考价值。

单箱多室波形钢腹板组合箱梁斜拉桥抗剪特性研究

为了解单箱多室波形钢腹板组合箱梁斜拉桥在施工过程中的剪应力分布情况,以某单箱五室波形钢腹板PC组合箱梁斜拉桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥空间有限元模型和边塔主梁施工过程精细模型,并结合实桥施工监测数据,研究单箱多室波形钢腹板组合箱梁在不同施工阶段的抗剪特性。结果表明:波形钢腹板组合箱梁的挠度实测值与精细模型计算值基本吻合;斜拉索张拉时,组合箱梁的剪切变形会显著增大组合箱梁的挠度;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的腹板剪应力沿高度方向变化较小,呈等值分布;各腹板的剪应力分布与施工工况有关,在斜拉索张拉阶段剪应力主要由中腹板承担,但后续节段施工会改善腹板间的剪应力不均匀现象。

单箱多室混凝土箱梁水化热实测与分析

混凝土水化热是单箱多室混凝土箱梁产生早期裂缝的主要因素之一,而目前对于单箱多室混凝土箱梁水化热研究较少。以佛山市奇龙大桥边跨单箱多室混凝土箱梁作为研究对象,通过各重要部位布置的测点对浇筑后的水化热温度场进行了长达14 d的连续测试,明确了箱梁不同部位水化热的发展规律。基于ANSYS有限元软件对该混凝土箱梁温度场进行了仿真分析,分析结果与实测值吻合;基于混凝土材料的力学性能的发展规律,对水化热温度场所致的结构应力场进行了分析,得到了混凝土箱梁各控制点的应力时程曲线及箱梁腹板内外温差的控制限制。结果表明:对于所研究的混凝土箱梁而言,外腹板的主拉应力最大,其值为2.14 MPa,小于对应时刻的抗拉强度值2.53 MPa,但应力长时间处于较高的水平,因此腹板内外温差应控制在30℃以内。根据实测与分析结果,提出了单箱多室箱梁开裂控制的混凝土配合比设计及养护建议。

单箱多室现浇箱梁模板整体吊装工艺设计与施工

结合赤石特大桥箱梁结构特点,将1号梁段模板现场散拼工艺优化改进,确定了箱梁标准段模板整体吊装工艺,详细介绍了整体吊装工艺模板设计、加工、安装、拆除以及模板施工中的注意事项。此外,将模板现场散拼工艺和整体吊装工艺在进度、质量、安全等方面进行对比,为同类工程设计与施工提供了参考,同时也体现了模板整体吊装工艺的优越性。

单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转剪应力分析

波形钢腹板组合箱梁扭转刚度小、截面易发生翘曲变形.为合理计算单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转时的剪应力,对剪力流进行分解,根据剪力流的传递路径、微元体纵向平衡及翘曲位移连续性,引入能够反映各室箱壁剪力流传递规律的常数,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演出截面几何特性和剪应力的实用计算公式.基于Reissner原理建立约束扭转控制微分方程,并用初参数法求得解析解.用该文解析法和ANSYS有限元法计算偏心荷载作用下简支箱梁的扭转剪应力,并引入反映扭转剪应力对总剪应力影响的剪应力增大系数和翘曲剪应力对扭转剪应力贡献的剪应力系数,详细分析了梁宽和箱室数量对剪应力的影响.研究结果表明:该文解析解与ANSYS有限元解吻合良好;梁宽增大和箱室数量增加均可降低扭转剪应力;约束扭转使得外腹板剪应力增大系数达到1.69,且腹板间的总剪应力表现出明显的分布不均匀性;翘曲剪应力对扭转剪应力的影响显著,设计时不可忽略;设计时应考虑混凝土顶底板扭转剪应力对主拉应力的影响,避免斜裂缝的产生.