车道荷载作用下箱梁应力放大系数的解析法研究

为了便于用解析法分析偏心车道荷载作用下考虑箱梁扭转和畸变翘曲应力影响的应力放大系数,基于薄壁箱梁约束扭转和畸变控制微分方程的初参数解,得到偏心车道荷载作用下简支箱梁同时考虑约束扭转和畸变翘曲内力的解析解,进一步得到相应翘曲应力。结合简支薄壁箱梁数值算例,分析偏心车道荷载作用下计入扭转和畸变翘曲应力后的总应力相对于弯曲应力的应力放大系数。研究结果表明:算例薄壁箱梁跨中截面腹板与底板交点处的正应力放大系数达到1.27,水平形心轴处腹板的剪应力放大系数达到2.21;针对畸变翘曲应力的计算结果表明:跨中截面腹板与底板交点处畸变翘曲正应力约为扭转翘曲正应力的5倍;畸变翘曲剪应力在薄壁箱梁底板、腹板及悬臂板内均较大。

连续宽梁桥偏载作用下的剪应力放大系数分析

通过剪应力放大系数修正按平面杆系计算的活载剪应力值,来考虑空间扭转和畸变影响带来的剪应力放大,结合泰州长江大桥引桥为例对活载应力放大系数进行探讨,通过基于有限元的数值计算,探讨了变截面的剪应力放大系数沿跨度分布规律,研究表明,变截面连续宽梁桥的剪应力放大系数沿桥是变化的,剪应力放大系数取以前的1.05经验值对于支座附近以外的区段是偏于不安全的,除墩顶附近截面外,其他部位的剪应力放大系数可达1.7左右,在腹板上缘取得最大值。

斜箱梁桥活载正应力放大系数讨论

当下城市和公路桥梁中斜交梁桥所占比例逐步增大,其在汽车荷载作用下应力变化与正交桥梁存在差异,这些差异在日常桥梁设计中利用三维杆单元建模是无法考虑的。因此利用ANSYS大型通用有限元软件分别建立宽跨比为0.53、不同斜交角度的两跨预应力混凝土连续箱型梁桥的三维实体单元模型进行讨论,总结出跨中断面和中支点断面活载正应力放大系数的变化规律和变化范围。根据分析得出桥梁斜交角度越大,偏心车道荷载的布置对于正应力影响越小的结论。

分缝护栏致空心板梁桥L型裂缝预应力控制方法研究

为提高护栏分缝桥梁的耐久性和承载力,以台金高速公路杨司高架桥预制空心板梁桥为背景,研究通过施加预应力控制因护栏分缝引起L型裂缝的有效性,并针对既有桥梁加固和新建桥梁设计提出通用的有效方法。采用Abaqus软件建立既有桥梁和新建桥梁的有限元模型,研究车道荷载作用产生的应力放大效应;分析预应力筋布置高度和长度对边梁梁底应力的影响及对既有桥梁护栏分缝导致的预应力损失;在此基础上,提出L型裂缝的预应力控制方法。结果表明:边梁应力放大系数随桥梁跨径和护栏高度的增加而增大,其取值范围为[1.42,2.14];预应力筋布置高度越低,边梁跨中梁底应力越大;预应力筋布置长度越短,既有桥梁梁底应力越大,对新建桥梁应力没有影响;分缝护栏对既有桥梁施加预应力产生损失,对新建桥梁不会产生预应力损失;在边梁跨中施加相应的预应力,可有效抵消跨中的应力集中效应,防止主梁跨中产生L型裂缝。

初始应力下巷道围岩瞬态P波扰动响应研究

为了解决工程现场中动态扰动对巷道围岩稳定性造成影响的问题,揭示动力扰动对地下结构破坏的理论机理,基于波函数展开法,求解了无初始应力状态下圆形巷道周边的动态应力分布。并通过LS-DYNA有限元软件研究了弹性巷道围岩中初始应力对动态应力集中的影响。在垂直方向应力为30 MPa和孔洞轴向方向应力为10 MPa条件下,分别取不同侧压系数,得到在无初始应力状态下和有初始应力状态下的圆形巷道周边的动态应力集中因子(DSCF)以及动态应力放大系数(DSAF)的分布。研究表明初始应力对圆形巷道动态响应的影响并不是简单的线性叠加,而是一个动态的应力平衡过程;初始应力状态下,DSCF的分布与无初始应力分布大致相同,在侧压系数为1时,孔边的最大DSCF较无初始应力状态下的增大了0.3左右;在初始应力状态下,孔边的应力变化会出现不规律的波动,在动载应力下降段,孔边将出现主应力的偏转和应力释放,导致急剧的应力变化;孔洞周边围岩的DSAF随侧压系数的增大而减小。

双箱单室波形钢腹板预应力组合梁桥偏载效应分析

该文通过有限元分析及试验,对广西壮族自治区隆林至百色高速公路上一座40m跨径的双箱单室波形钢腹板预应力组合梁桥的偏载效应进行研究,得出如下结论:双箱单室波形钢腹板组合梁桥在偏心荷载作用下所产生的扭转及翘曲、畸变效应较为明显;剪应力放大系数对偏心荷载较为敏感,在设计中必须考虑荷载偏心所产生的附加剪应力;对于双箱单室波形钢腹板这种对剪力较为敏感的截面类型而言,现行的放大系数计算方法安全储备不高。

波形钢腹板预应力组合梁桥的偏载效应有限元分析

依托某双箱单室波形刚腹板预应力组合梁桥工程,采用Ansys有限元软件建立了空间实体模型,并对其偏载效应进行详细分析,得出如下结论:双箱单室波纹钢腹板组合梁桥由于偏心荷载效用导致的受扭和扭曲、畸形变化效应比较突出;双箱单室波纹钢腹板组合梁桥的切应力放大系数对偏心荷载较为敏感,建造工程需要斟酌载荷偏心引致的附加切应力;实测及有限元分析得到的剪应力放大系数要大于采用经验系数法与修正的偏心压力法计算结果,现行的放大系数计算方法安全储备不高。

移动荷载作用下变截面连续箱梁桥的约束扭转效应研究

为研究变截面箱梁桥的应力分布特征和变形规律,根据箱梁约束扭转微分方程,推导出了变截面箱梁单元刚度矩阵。基于此,依托跨四港联动大道项目进行实例分析,设置了3种荷载分布工况,计算出了不同工况下变截面箱梁的弯矩和翘曲位移,并对应力放大效应进行了探究。结果表明:工况1和工况2中弯矩随纵向距离变化曲线数值和趋势均较为类似,呈现出“W”型。工况3变化趋势恰好相反,近似呈现出“M”型,且数值和变化幅度方面均偏小。翘曲位移主要集中在边跨端部和跨中位置处,以跨中截面为界表现出反对称分布。工况1和工况2中广义翘曲位移在中跨及右跨数值和变化趋势基本一致。翘曲双力矩曲线呈现出由峰值点向两侧衰减的规律,在中支点位置处和集中荷载作用点处均出现极值。翘曲正应力极值均出现在集中荷载作用的截面。3种荷载施加工况下,4个控制截面的应力放大系数均未超过1.41。

轴线倾斜海底管道冲刷速率试验研究

通过物理模型试验研究水流作用下轴线倾斜海底管道的三维局部冲刷问题。利用超声波探头监测管道下部冲刷沿管轴线方向的扩展过程,分析海底管道三维局部冲刷的动态发展机理。由模型沙的冲蚀试验,建立沙床面剪切应力与泥沙表观侵蚀速率之间的关系式,并引入经验公式对沙床面剪切应力放大系数、泥沙表观侵蚀速率以及远场床面剪切应力之间的关系进行表达。由倾斜管道模型试验,在分析冲刷扩展位置随时间变化数据的基础上,结合上述经验公式以及沙床面剪切应力放大系数与管道埋深的关系,建立轴线倾斜海底管道冲刷扩展速率的预测公式。

小半径曲线“双窄箱”钢-混组合连续梁偏载效应分析

为研究车道荷载对小半径曲线双窄箱钢-混组合连续梁桥的偏载效应,以实际工程为背景,对该结构的弯曲、扭转和畸变效应进行了理论分析。建立了曲线半径外侧偏心活荷载、内侧偏心活荷载和对称活荷载三种荷载工况,结合ANSYS软件建立三维有限元实体模型进行分析,引入了应力放大系数的概念研究了该结构的偏载系数规律。结果表明:组合梁曲线半径外侧产生的翘曲正应力和剪应力大于组合梁内侧;组合梁的正应力放大系数近似为1.3~1.4之间,正应力的偏载效应在中支点处最为明显;剪应力放大系数近似介于1.5~1.6之间,剪应力的偏载效应在中跨1/4处最为明显。与直线梁桥相比,小半径曲线双窄箱钢-混组合连续梁桥在偏心车道荷载下的应力放大系数较大,对该类结构而言,由活载引起的偏载效应不容忽视。

超声疲劳试样设计

介绍了超声疲劳试样的设计计算方法,给出了谐振状态下不同形式、尺寸试样中沿其谐振长度方向的位移、应力分布。结果表明:狗骨形试样中,中间等截面段尺寸对试样中应力的大小、分布影响很大。分析狗骨形试样应力放大系数表明,应力放大系数随着试样中间等截面段直径的减少会有显著增加,随着试样中间段长度的增加,应力放大系数也相应降低。

高强度钢超高周疲劳试样设计

超声谐振技术是研究高强钢材料超高周疲劳性能最有效的手段。概述了等截面圆柱状、变截面圆柱状、薄板状3种超声疲劳试样的设计计算方法,并给出了不同试样沿谐振长度方向的位移、应力幅分布。以动车转向架用SMA490BW钢为例,进行超声疲劳试样设计。对不同形状的试样进行对比与分析,结果表明中间无等截面的狗骨形试样具有最大应力放大系数,中间等截面的加长会降低应力放大系数,最后分析了影响试样振动特性的因素。

强震区仰坡角度对跨断层隧道结构动力响应影响研究

随着西部大量复杂地质环境条件下隧道工程建设,由此在洞口段也经常出现断层破碎带,强震作用下隧道易遭受严重破坏,尤其断层与仰坡的倾向关系尤为重要。文中依托中亚某线管道隧道工程(PGA为0.6 g),通过数值模拟对与仰坡倾向相反的断层段隧道衬砌的动力响应开展研究,分析了不同仰坡坡角对跨断层隧道洞口段动力响应的影响。研究表明:地震作用时,随着仰坡坡角由30°增大到75°,隧道共轭45°相对位移峰值与分布范围与之正相关;震后隧道衬砌存在更严重的残余变形;拱腰与拱顶最小主应力值与应力集中范围也随之增大。沿轴向同一位置拱顶的最小主应力放大系数随着仰坡坡角的增加而增大,尤其仰坡坡角由60°增至75°时断层处放大系数增大30%,放大系数突变范围增大60%。经研究发现:隧道穿越与仰坡反倾向的断层破碎带时,仰坡坡角应尽量避免大于60°,抗震设防范围为洞口与断层面之间以及断层面向洞身延伸4倍隧道跨径。同时隧道共轭45°角方向是结构抗震薄弱部位,需要加强抗震设计。文中研究成果对超强震区穿越与仰坡倾向相反断层的隧道洞口段结构抗减震设计具有一定的参考价值。

双箱单室波形钢腹板预应力组合梁桥偏载效应分析

波形钢腹板组合梁桥的偏载系数计算在工程设计中有很强的指导意义。本文通过有限元分析及试验,对广西壮族自治区隆林至百色高速公路一座40m跨径的双箱单室波形钢腹板预应力组合梁桥的偏载效应进行研究,得出结论如下:双箱单室波形钢腹板组合梁桥在偏心荷载作用下所产生的扭转及翘曲、畸变效应较为明显;剪应力放大系数对偏心荷载较为敏感,在设计中必须考虑荷载偏心所产生的附加剪应力;对于双箱单室波形钢腹板这种对于剪力较为敏感的截面类型,现行的放大系数计算方法安全储备不高。

变截面三跨连续箱梁桥活载作用下的约束扭转分析

为分析变截面三跨连续箱梁桥的约束扭转效应,在箱梁约束扭转控制微分方程初参数解基础上,以扭转角和广义翘曲位移为节点位移,推导了箱梁单元刚度矩阵和等效节点荷载列阵。将箱梁单元两端截面的几何特征值平均后作为该单元的几何特征值,由此将变截面箱梁单元等效为等截面箱梁单元。引入弯曲正应力、翘曲正应力之和与弯曲正应力的比值作为应力放大系数η,以η具体表征偏载对弯曲正应力的放大效应。利用Fortran语言编写分析箱梁约束扭转的程序并计算已有文献中的算例,对比计算结果验证了程序的可靠性,并用所编程序分析变截面三跨连续箱梁桥的约束扭转效应。通过分析弯曲正应力、翘曲正应力及应力放大系数沿纵桥向的分布,得出应力放大系数的合理取值区间和区间端点所在位置。结果表明:变截面三跨连续箱梁桥在偏心车道荷载作用下发生约束扭转时,翘曲双力矩呈现出从峰值点向两侧快速衰减的分布规律,翘曲变形主要发生在偏心活载作用的桥跨内;用传统的内力增大系数法分析箱梁空间效应时,为避免内力增大系数取值偏大,不宜考虑弯曲正应力值较小的区域,建议选取弯曲正应力极值点所在截面为控制截面;在不同的工况下,应力放大系数均小于1.135,最大值均出现在相应工况下弯曲应力的极值点处。

轮压荷载作用下钢轨-吊车梁腹板系统的若干问题研究

利用ANSYS对吊车梁-钢轨系统在轮压作用下的三个问题进行研究并给出相应结论:1)对钢轨间断的情况下腹板边缘的局部承压应力进行分析,提出相当于轨道连续时承压应力的放大系数;2)研究钢轨对腹板弹性屈曲的作用,结果发现,钢轨的作用仅限于扩散应力;在腹板上沿应力分布给定的情况下,上边缘钢轨的抗弯刚度对腹板的稳定性没有影响;3)对消除弯矩影响的腹板在承压应力作用下的屈曲进行分析,提出屈曲系数近似公式。