单箱双室变截面波形钢腹板组合梁剪应力分析

为了研究单箱双室变截面波形钢腹板组合箱梁(CBBCSW)的剪应力分布规律,分析了单箱双室变截面CBBCSW的顶底板与波形钢腹板(CSW)的承剪问题。基于微元体平衡和切应力互等定理推导了变截面CSW的剪应力计算公式,并与等截面CSW剪应力计算公式进行了对比。对各项剪应力的性质展开了研究,针对变截面CBBCSW的顶底板和参与承剪机理进行了分析,提出了底板承剪比例计算公式。以室内模型试验梁和一座单箱双室变截面CBBCSW为例,采用ANSYS有限元软件分别建立了试验梁与实桥的有限元模型,研究了不同约束体系下,剪应力在CSW上的分布以及顶底板与CSW参与承剪的规律。对比不同荷载情况下,有限元计算结果与理论公式计算结果的差异,分析不同荷载工况对顶底板与CSW参与承剪的影响。此外,分析了横隔板对单箱多室CBBCSW剪力分配的影响。研究结果表明:所提公式的理论结果与试验实测结果和有限元结果吻合较好,且底板参与承剪的比例不可忽视;变截面引起的“附加剪应力”是影响剪力传递的直接原因,弯矩的大小会直接影响底板参与承剪的比例;对称荷载下中腹板与边腹板的剪力分布几乎相同,而横隔板会改变CSW上剪力分配,靠近横隔板处的部位剪应力分布更均匀。研究结果可以为实际工程中变截面CSW的剪应力和承剪比的分析提供参考依据。

变截面波形钢腹板组合梁剪力滞效应

为了求解变截面波形钢腹板组合梁截面的剪力滞效应,研究了剪力滞翘曲位移函数模式,证明了按二次抛物线定义翘曲位移函数具有较高的求解精度。基于最小势能原理,利用变分法,推导了等截面波形钢腹板组合梁截面的翘曲位移函数的计算公式;在此基础上,运用差分法,进一步推导了变截面波形钢腹板组合梁截面的翘曲位移函数、附加弯矩、挠度以及剪力滞系数的递推计算公式。研究结果表明:按二次抛物线形式定义广义纵向位移函数对于变截面波形钢腹板组合梁同样可行;宽跨比是个敏感参数,差分法可用于求解任意荷载、任意边界条件下的变截面波形钢腹板组合梁截面的剪力滞系数。最后利用工程实例实测结果和有限元计算结果加以验证,3种方法所得结果吻合。

节段拼装变截面波形钢腹板连续组合箱梁的剪切性能试验研究

为了研究节段预制拼装波形钢腹板连续组合箱梁的抗剪性能,制作两片缩尺试验梁,包括节段拼装变截面波形钢腹板连续箱梁和相同尺寸的整体浇筑变截面波形钢腹板连续箱梁.通过静力试验和数值分析,得到了节段拼装梁的剪应力分布规律、波形钢腹板承剪比例等.结果表明:在中跨对称加载作用下,中跨1/4位置处节段拼装梁与整体梁波形钢腹板的剪应力沿梁高方向均匀分布,节段拼装梁的剪应力值要大于整体梁的相应值.推导出节段拼装变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算公式,并考虑施工工艺对剪应力的影响,通过与实测值对比验证公式的准确性.两片试验梁的波形钢腹板的承剪比受荷载影响较小,保持一个恒定的比例;两片试验梁在中支座位置处的钢腹板承剪比均为50%,并沿着试验梁纵向方向向两侧不断增大;在中跨1/4位置,节段拼装梁钢腹板的承剪比达到85%以上,整体梁的钢腹板在该位置的承剪比在75%左右,两片试验梁在边跨相应位置承剪比相差不大.将适用于节段拼装混凝土箱梁的AASHTO接缝抗剪强度计算公式乘0.9可用于接缝截面抗剪承载力计算;上述公式值与试验值、有限元结果的误差在5%左右,可以较好地预测钢混组合结构胶接缝的抗剪强度.

简支波形腹板钢箱组合截面与传统截面箱梁桥抗震性能对比分析

为研究波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥(CW-SBCCGB)与传统箱梁桥抗震性能的异同,基于截面等效原理,根据某实际工程CW-SBCCGB的单箱截面,等效出波形腹板混凝土箱梁桥(CW-CBGB)和混凝土箱梁桥(CBGB)的单箱截面,再结合动力分析理论和ABAQUS有限元模型对比分析3种截面简支梁桥动力特性和抗震性能的不同。结果表明:3种截面简支梁桥前五阶振型不变,CW-CBGB和CBGB前三阶频率相比于CW-SBCCGB有所下降,但相差不超过1Hz,第四阶及以后频率差异逐渐变大;剪滞效应对CW-SBCCGB和CW-CBGB动力特性影响较大,对CBGB影响较小;在纵桥向+竖桥向和横桥向+竖桥向地震作用下,CW-SBCCGB和CBGB的墩顶位移和跨中位移均大于CW-CBGB结构,CW-SBCCGB主梁跨中截面剪力最小,CW-CBGB跨中截面弯矩最小,说明CW-SBCCGB和CW-CBGB的抗震性能均优于CBGB的抗震性能。

变截面波形钢腹板内衬混凝土组合梁剪扭性能试验研究

为了研究内衬混凝土对变截面波形钢腹板组合箱梁桥剪切与扭转性能的影响,基于模型试验和数值模拟,设计并制作了一个变截面双悬臂组合梁模型,分析了内衬混凝土对变截面波形钢腹板组合箱梁的破坏模态、挠度、剪应力、抗扭刚度的影响,并揭示了不同荷载状态下内衬混凝土与波形钢腹板的承剪比变化规律.试验结果表明:内衬混凝土能显著提高组合梁的抗弯、抗剪及抗扭刚度,明显降低中支点区域波形钢腹板的剪应力,且有限元分析结果与试验结果符合良好;内衬混凝土与钢腹板承剪比随荷载的增加而变化,既有理论计算公式仅适用于弹性阶段.综合考虑结构受力合理性和经济性,实桥设计时两者承剪比可按1∶1进行计算.

多梁式波形钢腹板工字钢组合梁荷载横向分布系数研究

为探讨多梁式波形钢腹板工字钢组合梁横向分布系数计算方法,同时考虑波形钢腹板抗扭刚度、剪切变形及钢混滑移效应,对传统的偏心压力法、修正偏心压力法及刚接梁法进行修正,并结合有限元模型通过一座典型的4主梁波形钢腹板工字钢组合梁桥对比分析了上述方法的适用性,最后基于参数分析研究了横隔板数量及刚度对其横向荷载分布系数的影响。结果表明,考虑剪切变形及滑移效应的刚接梁法得到的荷载横向分布系数与有限元值符合最好;当桥梁宽跨比小于2时,宜采用刚接梁法计算各主梁荷载横向分布系数,当宽跨比大于2时,宜采用更为简洁的修正偏心压力法进行计算;横隔板的设置可改善各主梁荷载横向均匀分布,但跨间横隔板间距和刚度对其荷载横向分布系数影响较小,实桥设计时可仅在端部及跨中位置布置横隔板,横隔板刚度及其余部位横隔板数量可根据结构稳定性要求进行布置。

波形钢腹板-混凝土组合箱梁截面变形的拟平截面假定及其应用研究

为使波形钢腹板-混凝土组合箱梁的正截面弯曲应力计算能够应用平截面假定,根据该组合箱梁模型试验在弹性阶段的应变实测数据和空间有限元计算结果,忽略波形钢腹板的抗弯贡献,假设上、下翼板的混凝土纵向正应变在弹性阶段符合“拟平截面假定”,并运用变分法理论进行了证明。算例表明据“拟平截面假定”计算的翼板应力计算值与有限元法计算结果吻合。“拟平截面假定”为波形钢腹板-混凝土组合箱梁的弯曲应力计算及抗弯承载力计算在理论上提供了必要的变形协调条件。

变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力及剪力传递效率分析

依据变截面波形钢腹板组合箱梁特点,考虑梁高、底板厚度的变化,从弹性微元段的受力平衡出发,推导钢腹板剪应力计算公式,结果表明,箱梁剪力由混凝土顶、底板和波形钢腹板共同承担,变截面波形钢腹板梁中的剪应力除了由截面剪力引起外,还包括有截面弯矩和轴力引起的附加剪应力;通过与等截面计算公式和有限元数值计算结果对比验证,表明笔者给出的计算公式具有较高计算精度;最后在此基础上考虑3种荷载工况,给出一变截面波形钢腹板箱梁的剪力传递效率.

波形钢腹板组合梁弯曲变形的三角级数解

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板组合梁弯曲变形行为的影响,采用三角级数拟合简支波形钢腹板组合梁的变形曲线,各构件弯曲变形满足平截面假定,基于最小势能原理,推导了简支和悬臂波形钢腹板组合梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的弯曲变形解析解和简化解;基于简化解推导出考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁挠度增大系数,并给出对考虑剪切变形影响与否的高跨比界限;采用有限元方法验证了解析解和简化解的正确性和适用性.研究结果表明:所提方法边界条件明确、推导过程简单、结果可靠、适用性强,可为波形钢腹板组合梁的设计和变形计算提供可靠的依据.

变截面波形钢腹板组合箱梁腹板剪应力实用计算方法研究

为了计算变截面波形钢腹板组合箱梁腹板中的剪应力及其承剪比,考虑变截面效应,通过弹性微元段的受力平衡方程,计入弯矩和轴力引起的附加剪应力,导出变截面波形钢腹板组合箱梁的腹板剪应力计算公式;依据节段施工的波形钢腹板组合箱梁桥结构的建造特点,考虑节段内梁底线形为线性变化,将公式中各参数的微分运算转化为简单的代数运算,给出实用求解方法;最后通过算例对所推导公式的计算结果与等截面计算公式和有限元数值结果进行对比。研究结果表明:变截面梁的梁高和底板厚度的变化对剪应力有较大影响,波形钢腹板剪应力计算应当考虑变截面效应影响,波形钢腹板剪应力实用计算方法能方便工程应用。

变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算研究

为研究变截面波形钢腹板组合箱梁腹板的剪应力计算和承剪比问题,考虑梁底线形变化,选取一个变截面微元段进行受力分析,计入弯矩、剪力和轴力的共同作用,推导变截面波形钢腹板组合箱梁的腹板剪应力计算的通用公式,方便工程应用。为验证公式的准确性,结合一座实际工程,分析集中荷载和自重作用下有限元结果与通用公式计算值的差别,由此获得腹板承剪比例。研究结果表明:通用公式计算结果与有限元结果吻合良好,剪应力计算中变截面效应引起的"附加剪应力"不可忽视;同时钢腹板承剪比受梁底线形变化的影响较大,越靠近根部截面,随着梁底线形指数n的增加,钢腹板承剪比下降迅速;梁底线形采用1.8次和2次抛物线时,在自重作用下,根部截面腹板承剪比在50%左右,与简化计算方法相比腹板的强度和稳定均有很大富余,明显偏于保守。

变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算及分布规律研究

利用微元体平衡方程,推导了适用于变截面波形钢腹板组合梁的剪应力计算公式。通过与实体有限元进行比较,说明了推导的公式具有较好的精度。变截面波形钢腹板悬臂梁算例分析表明,变截面梁的剪应力分布规律与等截面梁有较大差异,由腹板承担的部分剪力转移至底板上,使腹板剪应力大大减小,而底板剪应力则显著增加。上述现象也会给变截面波形钢腹板箱梁的挠度计算带来较大影响,值得引起注意。

浅议波形钢腹板钢混组合梁的支架法施工技术

为分析支架法在波形钢腹板-混凝土组合箱梁桥施工中的应用,文章以我国西北地区某公路的天桥为研究对象,研究了支架法在实际工程中的施工过程与质量控制标准。基于项目实际情况的分析,结合钢材预处理精度、构件加工误差、钢箱梁组装工艺、防腐涂装设计等,指出钢箱梁的设计应充分考虑现场实际条件控制构件的加工与组装误差,并依据服役条件设计适宜的防腐涂装,以提高桥梁耐久性。以支架法的实际施工过程为例,通过分析支架搭设及预压、钢箱梁吊装施工、桥面板及支点处混凝土施工等关键施工工艺,总结了对应工艺流程及质量控制标准。研究结果表明:结合现场条件细化钢箱梁的设计流程,严格控制钢箱梁的加工与组装精度,采用支架法进行波形腹板钢箱-混凝土组合梁的施工,可实现高质量控制精度、成本、规范化程度。

变截面钢桁腹混凝土组合梁-钢腹杆剪应力计算

基于弹性梁微元法,考虑混凝土顶底板对组合梁的抗剪贡献,在轴力、剪力及弯矩共同作用下,推导变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算公式,并结合算例和有限元进行验证,对比分析在集中荷载作用下理论值与有限元值的相对误差,验证计算公式的适用性。研究结果表明:解析法和有限元法计算结果吻合良好,在变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算中变截面效应的影响不可忽略。在集中荷载作用下,等截面梁与变截面梁等效钢腹板的承剪比最大差值约79.75%;从悬臂梁端部到根部,钢腹杆的剪应力在减小,钢腹杆的承剪比从81.48%降低至10.90%。

基于异步悬臂浇筑的波形钢腹板组合梁桥腹板先行架设研究

达摩沟大桥主桥为主跨105 m的双幅波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥,采用异步悬臂浇筑法施工。针对该桥波形钢腹板架设工作面多、人员调度紧张的问题,基于传统异步悬臂浇筑方案,提出在悬臂初期同时架设2个节段波形钢腹板的优化方案,并通过先行架设腹板的线形控制分析确定采用优化方案的可行节段范围。为验证优化方案的可行性与适应性,采用有限元软件Abaqus建立实体模型模拟其施工过程,对比分析异步悬臂浇筑施工优化前、后结构的受力与变形,并进行实桥应用。结果表明:优化方案下先行架设2个节段腹板的可行范围为2~6号节段,相邻节段腹板的预拱度最大调整值为6.4 mm,优化方案对各节段顶板与底板应力、相邻腹板剪应力及变形的影响均较小,且应力计算值均小于规范要求的强度设计值。施工中偏安全考虑仅在右幅1号墩2~4号节段采用优化方案施工,腹板高程均在可调节范围内,且腹板变形实测值与有限元值吻合良好,证明了优化方案的可行性及适用性。

装配式波形钢腹板-UHPC组合梁抗弯试验研究

为了解装配式波形钢腹板-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,以某装配式工字钢-混组合梁桥为背景,按缩尺比1∶10制作波形钢腹板-UHPC组合梁、平钢腹板-UHPC组合梁、波形钢腹板-普通混凝土(NC)组合梁各1组进行三点弯曲试验,分析腹板形式、桥面板强度对组合梁负弯矩区破坏形式、裂缝分布规律及极限抗弯承载力的影响,并提出适用于波形钢腹板-UHPC组合梁的负弯矩区极限抗弯承载力计算方法。结果表明:3组试件均呈典型的受弯破坏特征;UHPC板裂缝分布细而密,NC板裂缝分布宽而粗;相比平钢腹板,波形钢腹板可提高组合梁桥面板的开裂荷载;波形钢腹板-UHPC组合梁的下翼缘板受压应变强化效应较平钢腹板-UHPC组合梁更加显著,二者负弯矩区极限抗弯承载力接近;桥面板采用UHPC相比NC开裂荷载可提高1倍,且初始抗弯刚度可提高43%;相比塑性屈服理论,所提出的波形钢腹板-UHPC组合梁负弯矩区极限抗弯承载力计算方法计算的极限抗弯承载力与试验值更接近,可以用于工程估算中。

均布荷载作用下变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力的分布与计算

为研究变截面波形钢腹板组合箱梁在均布荷载作用下的剪应力分布规律,运用铁木辛柯经典材料力学理论、微元体的受力平衡及剪应力互等定理,推导了均布荷载作用下处于弹性阶段变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算公式。揭示了变截面波形钢腹板组合箱梁在均布荷载作用下剪应力在梁截面高度方向的分布规律,并与ANSYS三维有限元分析结果进行了比对,结果吻合良好,表明推导的剪应力计算公式具有较高的精度。

波形钢腹板组合梁桥异步施工控制探析

为明确采用异步施工法进行波形钢腹板组合梁桥施工时在施工阶段及成桥后线形、应力控制要点,以某跨河桥梁为例,应用MIDAS/Civil有限元软件构建桥梁上部结构分析模型,对异步施工与普通悬浇施工受力、位移等展开模拟与比较;进而对异步施工过程中关键控制截面顶底板位移及应力模拟值和实测值进行对比分析。结果表明,在加强施工线形及应力控制后,波形钢腹板组合梁桥异步施工法下荷载分布更为合理,在施工工效、结构安全及经济性方面均具有显著优势。

波形钢腹板组合梁桥同步异位法施工控制探析

为明确同步异位法在波形钢腹板组合箱梁桥施工中应用的要点,以某桥梁工程为例,首先分析了同步异位法的技术优势,对施工工艺进行调整;然后应用MIDAS/Civil软件构建组合箱梁桥有限元模型,对最大悬臂状态及成桥状态下结构应力、轴力、弯矩等取值情况展开模拟分析;最后通过布置施工监测网,对不同施工阶段预拱度、线形及应力控制结果进行比较分析。结果表明,组合箱梁桥所采用的同步异位法施工工艺合理适用,施工监测网及测点的布设较为合理,各施工阶段参数监测结果和模拟结果基本吻合,可为桥梁施工质量控制提供有效保障。

波形钢腹板组合梁桥同步异位法施工控制要点分析

为探究同步异位法在波形钢腹板组合箱梁桥施工中应用的技术要点,以具体的桥梁工程为例,对同步异位法的技术优势进行分析;应用MIDAS/Civil软件构建起组合箱梁桥有限元模型,对最大悬臂状态及成桥状态下结构应力、轴力、弯矩等取值情况进行模拟分析;布置施工监测网,对不同施工阶段预拱度、线形及应力控制结果进行比较分析。分析结果表明,同步异位法施工工艺适用于组合箱梁桥;施工监测网及测点的布设科学合理,各施工阶段相关参数监测值和模拟值基本吻合,为桥梁施工质量控制提供了可靠保证。