箱形梁剪滞效应分析中的广义力矩研究

基于能量变分原理,定义箱形梁剪滞效应分析中与剪滞广义位移相应的广义力,并称之为剪滞力矩,给出其计算公式。从轴向力平衡的力学条件出发,选取剪滞翘曲位移模式,并考虑悬臂板宽度及上下翼板至形心轴距离的影响,使箱形梁剪滞翘曲应力得到更合理反映。根据选取的剪滞翘曲位移函数,导出了剪滞翘曲惯性矩、剪滞翘曲惯性积、剪滞翘曲面积等剪滞几何特性计算公式。最后,对集中荷载和均布荷载作用下,悬臂箱梁的剪滞力矩及附加弯矩的变化规律进行较全面研究,结果表明,剪滞力矩与弯矩具有基本相同的分布规律,但当集中荷载作用于跨内时,在集中荷载作用点至悬臂端梁段内仍有剪滞力矩产生;集中荷载作用下,具有较大跨宽比的悬臂箱梁的附加弯矩分布具有明显的局部性质。

箱形梁正负剪力滞判别的广义力矩法

在箱形梁挠曲分析基础上,提出一种判别箱形梁正负剪力滞方法,导出用截面几何特性和广义力矩表达的判别式,结合实例判别简支箱梁、悬臂箱梁、外伸箱梁和连续箱梁正负剪力滞。与通过比较弯矩和附加弯矩之间相互关系判别方法相比,所提出方法更适合于复杂型式箱梁正负剪力滞判别。研究结果表明:箱形梁发生正剪力滞还是负剪力滞,主要取决于其横截面尺寸及弯矩与剪力滞力矩之间相对大小;对于在竖向荷载作用下有正、负弯矩分布箱梁,在反弯点附近梁段内判别式参数有"跳跃"现象;在弯矩分布呈折角处,剪力滞力矩分布比较平滑。

集中弯矩作用下箱梁剪力滞效应的解析解

以承受集中弯矩的简支梁结构为对象,基于能量变分法,获得了剪力滞效应计算的解析解通式.分别对仅跨内承受集中弯矩和单侧梁端承受集中弯矩简支梁,以及两侧梁端承受相反弯矩的纯弯梁,提出了剪力滞效应计算的理论公式,揭示了该类型结构的剪力滞规律.通过简支箱梁算例,研究了3种集中弯矩工况下的剪力滞效应,并和有限元板壳数值解进行对比分析.研究表明,该解析方法可以有效计算简支梁承受集中弯矩时的剪力滞效应.简支梁在集中弯矩作用部位存在较为突出的剪力滞效应.

铁路活性粉末混凝土槽形梁的空间作用效应

对32 m铁路活性粉末混凝土槽形梁进行三维有限元分析,计算出不同工况下的剪力滞系数,并对剪力滞规律进行分析,研究表明该梁的剪力滞效应较普通混凝土梁更加明显;对其横向和纵向弯矩的空间效应进行分析,对横向弯矩影响线的研究表明,受空间作用的影响,梁上任意一点受力均会在某一截面产生不可忽略的横向弯矩;对纵向弯矩影响线的研究表明空间作用对活性粉末混凝土槽形梁换算荷载的影响在越靠近端部影响越明显,且该影响不可忽略,所以在设计该种梁时需要在靠近端部位置充分考虑空间作用的影响。

不同截面形式下箱梁剪力滞效应分析

为研究不同截面形式下箱梁剪力滞效应,以剪力滞效应典型解析法为基础,推导了不同截面形式(截面高度或截面顶底板厚度不同)下箱梁剪力滞附加弯矩计算公式。对一箱梁算例,分析了截面形式变化对箱梁剪力滞效应的影响程度。结果表明,截面形式变化对箱梁剪力滞效应有一定的影响,随着截面高度(顶底板厚度)的减小,剪力滞附加弯矩沿跨中向两支座方面变化幅度逐渐增大,剪力滞附加挠度占箱梁总挠度的比例逐渐增大;集中荷载和均布荷载下,截面高度越小,剪力滞系数在面内分布越均匀(剪力滞效应越小),而截面顶底板厚度越小,剪力滞系数在面内分布越不均匀(剪力滞效应越突出)。

钢纤维增强混凝土桥面铺装层的破坏分析

借鉴复合材料力学的分析方法,对桥面板和桥面铺装层组合体系建立一种分层剪滞模型,并结合线弹性断裂力学,研究了混凝土公路桥中钢纤维混凝土桥面铺装层的破坏机理,同时考虑了温度改变对铺装层破坏应力或破坏弯矩的影响.通过分析和比较,证实了本文模型和方法的正确性和可行性.本文为混凝土公路桥中桥面铺装层的破坏分析提供了一种新的研究途径和方法.

考虑集中弯矩作用的箱梁剪力滞分析有限梁单元

在变分法薄壁箱梁剪力滞基本微分方程的基础上,提出一个可考虑集中弯矩影响的分析箱梁剪力滞效应的有限梁单元。该单元每节点有两个剪力滞自由度,可适应各种边界条件和加载条件。定义考虑集中弯矩影响后的广义剪力滞位移向量,利用单元的边界条件导出箱梁考虑剪力滞效应的单元系数矩阵,再按结构系统分析时剪力滞广义平衡与变形协调条件导出考虑集中弯矩影响的广义荷载列阵计算公式。对简支梁、悬臂梁和连续梁在不同荷载作用下的剪力滞效应进行分析,并与变分法解析结果作对比,表明本文方法是可靠和有效的,可以分析任意结构型式的箱梁在包括集中弯矩在内的任意荷载作用下的剪力滞效应。

基于新型广义位移的箱形梁剪力滞分析

与已有文献中采用的广义位移不同,选取剪力滞引起的附加挠度作为广义位移,在构造广义翘曲位移函数的基础上,提出了一种分析箱梁剪力滞的解析法.基于能量变分法建立控制微分方程,并导出了简支箱梁的附加挠度和广义力矩计算公式.通过对一个混凝土简支箱梁算例的计算表明,按本文方法计算的跨中截面应力与有限元法的结果很接近,从而验证了方法的正确性.研究结果表明,剪力滞引起的混凝土简支箱梁跨中截面的附加挠度很小,工程实践中可以忽略不计,但是,跨中截面的剪力滞翘曲应力达到初等梁应力的11.4%,工程实践中不能忽略.

箱形梁剪滞效应分析的一维有限元法及其应用

为了分析变截面箱梁及特殊支承连续箱梁等复杂结构的剪滞效应,在引入剪滞广义力矩及翘曲几何特性的基础上,提出一种改进的梁段有限元法。选取控制微分方程的齐次解作为单元位移函数,以各积分常数为中间转换变量,推导箱梁剪滞效应分析的梁段单元刚度矩阵和等效节点力向量的具体表达式,并导出用单元节点力直接计算应力的一般公式。用FORTRAN语言编制箱梁剪滞效应分析的一维有限元电算程序BGAS,对三个有机玻璃箱梁模型进行计算并与实测值比较。结果表明,所提出的梁段单元用于分析复杂箱梁的剪滞效应是可靠的;在竖向荷载作用下,各种箱梁的剪滞力矩与弯矩具有相似的分布规律,而且数值大小也基本接近。

平板结构中翼缘的负剪力滞效应

箱型截面在对称荷载作用下产生弯曲应力,如果板肋交界处的应力大于横截面上翼板中部的应力,称作“正剪力滞”效应,反之称为“负剪力滞”。翼板中应力不均匀现象主要是由于翼板中剪切变形的影响所致。在设计预应力混凝土箱型截面中。如果剪力滞系数λ值过大,则应采取必要措施防止这种应力集中现象,否则会产生局部开裂或失稳现象。但是如果在结构的横截面上,翼缘中部应力反而大于板肋交界处的弯曲法向应力,这种现象破坏了翼缘板的有效分布宽度的基本概念,这种“负剪力滞”效应更应该值得工程界的普遍关注。在大量的平板结构(如高层建筑的筒中筒结构,桥梁的连续、悬臂体系)中,都不可避免地有负剪力滞效应发生,本文旨在对负剪力滞现象做一些探索和必要的解释。

薄壁箱梁在保向力作用下的弯扭屈曲

薄壁杆件弯扭屈曲计算是薄壁结构设计中的一个重要内容.本文针对高宽比较大的简支薄壁箱梁,考虑弯扭屈曲变形中腹板的受力特征,将腹板由剪力滞导致的翘曲位移假设为三次抛物线规律分布函数,利用能量变分原理推导出薄壁箱梁在保向力作用下的弯扭屈曲控制微分方程,根据伽辽金法予以求解,得到了简支薄壁箱梁弯扭屈曲的临界荷载和临界荷载系数.通过分析表明,扇形惯性矩对临界荷载影响很小;荷载沿梁高方向的作用位置、翼缘宽度、腹板高度和梁跨度是影响临界荷载系数的主要因素;剪力滞效应的影响程度对跨度和腹板高度的变化较为敏感.

单索面斜拉桥活载作用下主梁负剪力滞效应研究

以沈阳某单索面斜拉桥为研究背景,采用有限元理论,通过建立空间有限元模型研究了单索面斜拉桥主梁成桥阶段均布车载及偏载对控制截面最大负弯矩加载情况下截面的受力特性和负剪力滞效应。结果表明:在车辆荷载作用下,主梁各板产生了横向弯曲正应力及剪应力,使截面应力发生了变化;对控制截面最大负弯矩加载时,各控制截面剪力滞系数为0.64～0.983,主梁截面出现负剪力滞效应。偏载作用使得箱梁截面应力分布很不均匀,但其应力量值小于均匀车载作用下的应力水平,偏载工况并不控制箱梁截面设计。

常截面悬臂箱梁跨间作用集中力和集中弯矩时负剪力滞效应的分析

本文按翼缘板纵向位移函数为4次抛物线变化规律研究跨间承受一集中力及集中弯矩时的负剪力滞效应。采用变分法求解,并探讨影响负剪力滞效应的有关因素,通过模型试验验证理论分析的正确性。

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。

单索面斜拉桥活载作用下主梁剪力滞研究

目的研究单索面斜拉桥主梁成桥阶段均布车载及偏载对控制截面最大正弯矩加载情况下,截面的受力特性和剪力滞效应.方法以沈阳某单索面斜拉桥为研究背景,采用有限元理论,通过建立空间有限元模型进行分析.结果在车辆荷载作用下,主梁各板产生横向弯曲正应力及剪应力,引起截面应力发生变化,对控制截面最大正弯矩加载时,各控制截面剪力滞系数为1.28～1.49.结论偏载作用下使得箱梁截面应力分布很不均匀,但其应力量值小于均匀车载作用下的应力水平,偏载工况并不控制箱梁截面设计.对于大跨径混凝土斜拉桥,恒载所占比例偏高,仍是主要影响因素.

低高宽比筒中筒结构分析与设计建议

以某实际工程为例对较低高宽比的筒中筒结构的特点进行了分析,并通过改变结构高度,根据结构楼层位移曲线,基底剪力与倾覆弯矩在内外框中的分配以及柱轴力变化曲线,探讨了高宽比对筒中筒结构受力的影响。结果表明,低高宽比的筒中筒结构弯曲效应较小,外筒空间作用不明显,剪力滞后严重。建议该类结构设计时应进行内筒加强,并尽量做到外框的强柱弱梁,条件允许时可采用装饰柱代替部分结构柱。

不同荷载形式下箱梁剪力滞效应分析的有限梁段法

采用基于剪切变形规律的翘曲位移函数,在能量变分法箱梁剪力滞微分方程的基础上,提出一个考虑集中弯矩作用的每个结点有2个剪力滞自由度梁段单元。当箱梁桥承受集中弯矩作用时,重新定义梁段单元的广义剪力滞位移,通过边界条件及剪力滞广义平衡和变形协调条件推导出新的剪力滞系数矩阵和广义荷载列阵。借助相关试验模型及工程实例,分析不同箱梁桥形式在竖向荷载及集中弯矩作用下沿梁纵向的剪力滞效应,并与相应的变分法解析结果进行对比,验证了本文方法的正确性。

连续刚构桥单箱两室截面主梁在偏载作用下的静力分析

为了研究连续刚构桥单箱两室截面主梁在偏载作用下考虑剪力滞效应的力学特性,依据能量变分原理,考虑桥墩弯曲变形和主梁剪力滞效应,建立了单箱两室截面连续刚构桥在偏载作用下的力学模型.以三角函数为基函数表示主梁的位移,以幂函数表示桥墩的位移,得到了结构的刚度方程.据此计算了新九江大桥6×50m引桥在成桥荷载试验下的应变和挠度,并与测试结果进行了对比.结果表明,偏载作用下,主梁应变横向分布不均匀,加载应变大于非加载侧;腹板变形符合平面变形假定;若不考虑桥墩的弯曲变形影响,将高估连续刚构桥主梁的最大位移和最大应变;本文结果与测试值较为吻合.

基于Dirac函数原理的箱型梁剪力滞效应分析

为了研究集中弯矩作用下箱型梁的剪力滞效应,建立了基于附加挠度的箱型梁总势能泛函,利用狄拉克函数一阶导数积分的性质推导了附加挠度的一般表达式和剪力滞系数解。算例对比分析表明:与传统的基于应力定义的能量变分近似计算方法相比,基于附加挠度定义的计算方法计算精度更高,并且能够有效处理箱型梁集中弯矩作用截面处引起的剪力滞系数突变,更真实地反映截面处的受力状态。

基于剪力滞效应研究箱型梁的附加弯矩和挠度

利用多项式建立箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元模型,通过箱型梁翼缘板的纵向转角位移差函数建立附加弯矩和附加挠度计算公式,计算分析宽高比、宽跨比、高跨比等因子对箱型梁截面的附加弯矩和附加挠度的影响。结果表明,利用一维离散有限元法计算分析箱型梁附加弯矩和挠度的精度较高,结果可靠。箱型梁宽跨比或宽高比增大时,剪力滞效应所产生的附加弯矩对箱型梁的影响随之增大。箱型梁翼缘宽度对附加弯矩和附加挠度的影响较大,而箱型梁高度能够显著提高箱梁截面的抗弯刚度。