考虑滑移的钢-混凝土组合箱梁畸变效应研究

通过引入滑移转角位移函数,建立考虑滑移的畸变翘曲正应力,基于势能驻值原理,推导考虑滑移效应的畸变微分方程。定义了一个畸变的滑移影响系数κ,此系数仅与混凝土与钢材材料特性、栓钉类型及栓钉布置形式有关,并给出均布荷载和集中荷载作用下的微分方程初参数解。建立一个考虑滑移的钢-混凝土组合箱梁的Ansys有限元模型,均布荷载作用下畸变应力与畸变角与本文理论吻合良好,验证了本文理论的正确性。将考虑滑移与不考虑滑移的结果进行对比,分析表明,均布荷载作用下考虑滑移的畸变角与畸变翘曲均小于不考虑滑移的情况,且考虑滑移的畸变角更加接近于有限元计算结果。重新定义了考虑滑移的畸变矩和畸变双力矩且考虑滑移影响的结果均大于不考虑滑移的结果。

钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应研究

为研究梯形截面的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,在薄壁箱梁理论的基础上,考虑钢桁腹杆的力学特性,应用改进的板元分析法建立畸变控制微分方程,并给出畸变解析解。通过ANSYS建立实体模型验证所推公式的正确性。结合数值算例,对比分析在均布畸变荷载作用下相同截面参数的钢桁腹-混凝土组合箱梁和传统混凝土箱梁的畸变翘曲正应力,并分析梁宽和钢腹杆俯角对组合箱梁畸变内力的影响。结果表明,相同截面参数下,由于组合箱梁钢桁腹杆的纵向刚度很小,其畸变翘曲正应力为混凝土箱梁的1.71倍;梁宽对畸变内力影响较大,当梁宽增加至4.5 m时,畸变双力矩和畸变矩分别增大至3.68倍和1.36倍,且前者在纵向上双峰的分布趋势逐渐平缓;腹杆俯角对畸变双力矩影响较大,当腹杆俯角增加至27°时,畸变双力矩减小了约14.3%,但其对畸变矩影响很小。

钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应分析

为研究钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,根据其结构特性和力学特性,考虑共同工作区对组合箱梁腹杆纵向刚度的贡献,提出一种更适用于该类组合箱梁的畸变扇性坐标分布模式。采用新畸变中心定义符合钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变变形特征的畸变角,应用能量变分法建立畸变控制微分方程,并给出包含Krylov函数的初参数解。结合数值算例,分析钢桁腹-混凝土组合箱梁在均布畸变荷载作用下的畸变翘曲正应力,并通过有限元软件ANSYS验证所推导理论的正确性。通过改变腹杆壁厚、俯角等关键参数,探究其对畸变内力的影响规律。结果表明:按该方法揭示的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变应力分布规律与ANSYS计算结果吻合良好;横向畸变框架刚度是影响此类箱梁畸变效应的主要因素,且其对钢腹杆几何特性参数较为敏感。

双链式悬索桥在单车荷载下的振动特征

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车桥耦合振动的运动方程。考虑几何非线性及桥面平整度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链悬索桥振动响应的影响。针对不同车速、不同桥面平整度,分析了单个车辆对双链式悬索桥的冲击效应。引入主缆形状系数,将单链式悬索桥作为双链式悬索桥的特例,就双链式悬索桥和单链式悬索桥车振响应进行对比分析,揭示双链式悬索桥车振特征。双链式悬索桥车振响应特征的研究对该类桥设计选型、动力性能评估及动力加固设计都有积极的意义。

公路连拱桥在单车荷载下振动的理论和试验研究

建立了车辆与桥梁相互作用的单轴模型的运动方程,并应用时变力学系统的求解方法进行了数值模拟.采用基于功率谱密度函数生成随机路面不平整样本的方法,由随机相位角的谐波振动的线性叠加组成的模型模拟桥面不平整,然后研究了车辆行驶速度和桥面平整度对连拱拱桥冲击系数的影响,并讨论了拱上结构效应.有限元计算结果与实测结果比较吻合,试验与理论结果表明,就本文的车、桥条件而言,现行公路桥涵设计规范中关于冲击系数的规定是偏于不安全的.

变截面箱梁剪力滞及剪切变形效应近似计算方法

变截面箱梁因其抗弯刚度沿梁轴向变化,通常采用有限元法分析,本文基于等效刚度及等效刚度比法,提出了一种可同时考虑剪力滞效应及剪切变形效应的,适用于手算的变截面箱梁荷载作用下挠度及剪滞系数的近似计算方法。通过一变截面悬臂箱梁算例分析,与初等梁理论计算结果进行了比较。结果表明:不考虑剪力滞效应及剪切变形效应将使得挠度计算结果偏小,对于此类箱梁截面而言,在计算挠度时,横向剪切变形效应的影响大于剪力滞效应的影响,而横向剪切变形效应对应力计算及剪力滞系数计算则无影响。本文方法使得解析计算理论能够方便地应用到工程实践中,为变截面箱梁的工程设计提供一种简单、有效的计算方法。

双链式悬索桥车桥耦合振动研究

采用单个移动质量-弹簧-阻尼模型模拟车辆,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车桥耦合振动的运动方程.考虑几何非线性及桥面不平度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶2种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链悬索桥振动响应的影响.针对桥面设计理论竖曲线、水平竖曲线、运营20多年后实测竖曲线,综合考虑桥面不平度,探讨在单个移动车辆荷载下双链悬索桥的车振响应特征.这对该类桥动力性能评估及动力加固设计都有积极的意义.

双链式悬索桥地震反应特征研究

双链式悬索桥采用钢加劲梁和钢筋混凝上索塔,使得阻尼在全桥中呈非经典阻尼耗能特性,导致主坐标系中的运动方程耦联。基于复阻尼理论求解等效粘滞阻尼比,以近似描述非经典阻尼体系的阻尼耗能特性。考虑几何非线性及非经典阻尼因素,对一座双链式悬索桥进行了地震反应谱和时程反应分析。引入主缆形状系数,将单链式悬索桥作为双链式悬索桥的特例,就同跨度同矢高的双链式悬索桥和单链式(普通式)悬索桥地震反应进行对比分析,揭示双链式悬索桥地震反应特征。双链式悬索桥地震反应特征的研究对该类桥设计选型、动力性能评估及抗震加固设计都有重要的工程意义。

分批张拉预应力损失的空间简化计算方法

预应力混凝土多主梁结构的预应力钢筋分批张拉损失计算,按照空间结构理论计算将非常繁琐。结合荷载横向分布系数概念,将竖平面内的预应力钢筋分批张拉损失计算式进行推广,推导了具有普遍适用性的分批张拉损失空间简化计算公式。算例分析表明:该公式能方便地进行桥梁结构中常见的预应力混凝土整体式多主梁或采用体外预应力加固的混凝土装配式多主梁的分批张拉损失计算,是一种有效的空间实用方法。

碳纤维布加固混凝土矩形墩柱温度自应力探讨

基于平截面假定和自平衡力系条件,对碳纤维布(CFS)加固的任意形状横截面混凝土构件,建立日照辐射或骤然降温引起的温度自约束变形求解方程。推导CFS加固混凝土矩形墩柱在均匀变化、线性变化和指数变化温度梯度下的温度自应力解析式。与未加固混凝土矩形墩柱温度自应力解析式进行对比分析,结果表明,即使在均匀和线性变化温度梯度下,CFS加固矩形墩柱也会产生温度自应力;在指数变化温度梯度下,CFS中产生可观的温度自应力。所推导的自约束变形求解方程和温度自应力解析式具有一般性,适用于CFS加固混凝土构件和未加固混凝土构件。

CFRP加固混凝土墩柱温度自应力及参数研究

基于平截面假定,考虑碳纤维布(CFRP)与混凝土的热膨胀系数不同,根据自平衡力系条件建立CFRP加固任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或年温差引起的温度自约束变形求解方程。进而推导出CFRP加固混凝土矩形、箱形墩柱在指数温度梯度下和均匀温度梯度下的温度自应力解析式,并结合混凝土板壁式柔性墩算例分析,表明CFRP中将产生可观的温度自应力,在CFRP加固混凝土构件设计时应予考虑。最后讨论了CFRP的厚度、热膨胀系数、弹性模量和混凝土强度等级(弹性模量)、截面宽度、高度等参数对CFRP加固混凝土矩形墩柱温度自应力的影响,其结论对CFRP加固混凝土构件的受力分析及加固设计有一定的参考价值。

双链式悬索桥车-桥系统的动力特性

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼模型模拟车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车-桥系统耦合振动的运动方程.考虑几何非线性及桥面不平度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链式悬索桥振动响应的影响.针对车辆不同行驶速度,就该类悬索桥车辆冲击系数进行分析,理论分析与试验结果比较吻合.

连续拱桥自振特性分析计算模型选取的探讨

以黄河小峡水电站坝址下游一连续拱桥为工程背景 ,对空腹式连续拱桥自振特性有限元计算模型的选取进行了探讨及理论分析 ,通过三种计算模型的对比分析 ,重点讨论了拱上结构抗弯刚度和质量的处理 ,并考虑了拱上结构与主拱圈的连接形式 .最后将计算结果与试验结果进行了对比分析 ,说明本文所选取的计算模型能正确模拟实际结构 .

CFS加固混凝土墩柱温度自应力弹性解及影响参数研究

考虑到碳纤维布(C FS)与混凝土的热胀系数不同,建立了CFS加固的任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或骤然降温引起的温度自约束变形求解方程。进而推导了CFS加固混凝土矩形、箱形墩柱在指数和均匀温度梯度下的温度自应力弹性解。最后就弹性解讨论了CFS厚度、热胀系数、弹性模量和混凝土强度等级(弹性模量)、截面宽度、高度等因素对C FS加固混凝土矩形墩柱温度自应力的影响。

连拱拱桥振动基频近似计算的∑法

借鉴连拱静力分析中的∑法,由功的互等定理和弹性中心法推导了拱和墩的静力变形曲线,接着以 2 孔连拱为例,推导了其自振基频的近似计算公式,并讨论了采用不同质量分布、不同抗推刚度对计算结果的影响.按本文计算结果与有限元法计算结果及实测结果比较吻合,因此本文提供的连拱拱桥基频计算近似公式,具有一定的工程实用价值.本方法可推广到多孔连拱拱桥自振频率的计算.

结构参数对双链式悬索桥地震响应的影响

以某双链式悬索桥为工程背景,建立了空间有限元计算模型。运用几何非线性时程分析方法,分析并探讨了不同垂跨比、阻尼比,塔桥不同连接方式和双链位置对双链式悬索桥地震响应的影响。分析表明,竖向地震动分量使桥塔轴力迅速增大,加劲梁采用钢筋混凝土边梁可有效减小地震响应;塔梁间采用简支连接方案其抗震性能比固定支座连接方案、滑动支座连接方案要好;双链式悬索桥横向抗震性能优于单链式悬索桥。对双链式悬索桥抗震性能的研究,为此类悬索结构的设计选型,乃至减震、隔震及抗震加固提供了参考。

车道荷载作用下公路多主梁桥剪力计算方法

考虑荷载横向分布系数m沿桥跨方向的变化,采用积分法对车道均布荷载引起的支点最大剪力进行了计算.其次根据函数极值原理推导了车道集中荷载引起的支点最大剪力计算公式及相应最不利荷载布置;提出了采用支点最大剪力计算判别式进行简便、准确计算支点最大剪力的方法.最后结合我国2004年公路桥规,以公路桥涵标准设计为算例,对本文计算方法和传统经验方法的结果进行了误差分析,说明本文提出的方法对桥涵设计及结构分析具有一定的指导意义.

碳纤维布加固混凝土箱形墩柱温度自应力研究

考虑到碳纤维布(CFRP)与混凝土的热胀系数不同,该文建立了CFRP加同任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或骤然降温引起的温度自约束变形求解方程,进而推导了CFRP加固混凝土箱形墩柱在均匀、线性和指数变化温度梯度下的温度自应力解析式。文章中与未加固混凝土箱形墩柱温度自应力解析式进行了对比分析,CFRP加固箱形墩柱即使在均匀和线性变化温度梯度下也会产生温度自应力,在指数变化温度梯度下CFRP中产生可观的温度自应力。所推导的自约束变形求解方程和温度自应力解析式既适用于CFRP加固混凝土构件也适用于未加同混凝土构件。采用ANSYS有限元软件对温度自应力进行仿真分析,与该文公式计算结果对照,说明文中推导的CFRP加固混凝土箱形墩柱温度自应力解析式具有足够的精度。

双索悬索桥结构参数对自振特性的影响分析

引入只受拉三维拉索单元,采用考虑几何非线性的子空间迭代法对黄河大峡水库下游某双索悬索桥自振特性进行分析,理论值与实测值能较好的吻合,说明该空间非线性有限元分析方法的正确性;进而将该桥与相同跨径和结构参数的单索悬索桥的自振频率、振型进行对比分析,结果表明双索悬索桥能有效提高桥梁一阶竖弯振动频率。最后,讨论恒载集度、加劲梁刚度、矢跨比等结构参数变化对双索悬索桥自振特性的影响,为双索悬索桥结构设计理论提供了动力性能方面的依据。

考虑剪滞效应下计算钢筋混凝土箱梁应力的换算截面法

基于换算截面的概念,提出利用变分原理进行钢筋混凝土箱梁剪力滞分析时,不改变换算前后截面的拉压性能及剪切性能,而将钢筋及混凝土组成的实际截面分别换算为拉压性能及剪切性能相同的假想材料所组成的匀质截面,对换算后截面按单一匀质材料进行剪力滞分析并得到换算截面应力分布,依据钢筋及混凝土两种不同材料的本构关系,得到实际截面应力分布.以钢筋混凝土简支箱梁受跨中集中力为例,说明换算截面进行考虑剪滞效应下截面应力计算的方法.算例与有限元分析结果的比较表明,该方法简便可行.