钢箱梁正交异性板加劲肋计算分析

正交异性钢箱梁具有抗扭刚度大、横向抗弯刚度大、整体性强、工厂化程度高、工期短等优点。同时顶板还可以兼做桥面系梁使用,总用钢量较同跨度钢箱梁少,在各种桥型中得到了广泛的应用。然而正交异性钢箱梁顶板所用钢板较薄,是典型的薄壁结构,在轴向压力较大时容易产生畸变或过大的局部变形,从而导致桥梁垮塌。运用有限元计算软件建立模型对钢箱梁正交异性板加劲肋进行计算分析,发现纵向加劲肋中心间距的变化对顶板跨中处的最大横向应力不产生影响却对第二体系应力影响较大,钢箱梁正交异性板的最大计算应力随着加劲肋间距的增大而增大,但被加劲板的控制应力则随着加劲肋间距的增大而减小。

天兴州桥正交异性板焊接部位疲劳性能研究

武汉天兴洲桥是特大型公铁两用斜拉桥,其公路桥面采用了正交异性板的构造形成。运用有限元分析软件ANSYS和焊接疲劳试验方法,对正交异性板关键焊接部位(槽型闭口肋嵌补段对接处及闭口肋与横梁焊接处)的疲劳性能进行研究。采用ANSYS建立模型,用公路荷载标准进行桥面板应力分析,确定最不利荷载位置,进而计算得到正交异性板槽型闭口肋嵌补段对接处及闭口肋与横梁焊接处的最大应力幅分别为28.6和39.66 MPa。疲劳试验结果表明,焊缝的焊趾是薄弱环节。由疲劳试验得出的槽型闭口肋嵌补段对接焊缝及闭口肋与横梁或横隔板连接焊缝的疲劳容许应力幅分别为89.31和49.14 MPa,大于有限元计算得到的最大应力幅,说明正交异性板关键部位的疲劳性能符合要求。

桥梁正交异性板焊接构造热点应力计算方法研究

为研究加劲肋与横隔板开孔焊接关键构造部位的热点应力建模计算方法,基于热点应力计算理论,以甬江特大铁路斜拉桥为背景,应用ANSYS有限元软件,采用4种单元(Solid45、Solid95、Shell63、Shell93)及3种网格精度(1,3,5mm)建立有限元模型,利用4种外推方法(IIW线性法、ABS/DNV线性法、IIW二次法以及Dong氏法)进行热点应力计算,并结合疲劳试验分析外推方法及模型单元对计算结果的影响。结果表明:单元类型、网格精度以及应力外推方法对热点应力计算值影响较大;在距焊趾0.4t(t为板厚)范围内,热点应力计算值受网格划分精度的影响较大,而在距焊趾0.4t^2.0t范围内得到较好的收敛;推荐采用Solid95单元进行建模,采用IIW线性外推法进行热点应力计算。

梯形加劲肋正交异性板钢桥面分析的等效格子梁法

介绍了采用梯形纵向加劲肋的钢桥面板第二体系应力计算的等效格子梁法，推导了等效分配梁的刚度，编写了正交异性板钢桥面的结构分析程序，分析了正交异性板的第二体系的应力，并将采用等效格子梁法得到的结果和传统的ＰｅｋｌｉａｎＥｓｓｌｉｎｇｅｒ 法相比较。

正交异性板U肋与桥面板焊缝连接的静力及疲劳试验研究

为了研究正交异性钢桥面板中闭口纵肋与桥面板连接处纵向焊缝的疲劳性能,分别以焊缝形式、对接间隙、焊接方式和加载方式为变化参数,设计了14个U肋试件,进行了静力和疲劳加载试验,得到了各个试件在不同应力幅值下的疲劳循环次数,并通过统计回归分析,分别得到了U肋和桥面板处角焊缝连接和熔透焊缝连接的疲劳S-N曲线及其疲劳分级。试验结果表明:角焊缝试件的疲劳初始裂纹多出现在肋板焊趾处,而熔透焊试件的初始裂纹多出现在面板焊趾处。

密布横梁正交异性板整体桥面受力行为

采用空间有限单元法和模型试验,研究南京大胜关长江大桥三主桁（拱）密布横梁体系钢正交异性板整体桥面结构的受力行为。研究结果表明：50%以上的桥面荷载通过下弦杆或系梁传至下弦节点,这部分荷载会引起下弦杆或系梁的竖向弯曲。针对三主桁（拱）密布横梁正交异性板桥面结构,提出桥面荷载在3片主桁（拱）中的2次分配的分析方法,第1次桥面荷载分配在3片主桁下弦杆或3片桁拱系梁中进行,中桁与每片边桁分配到的荷载比约为2.3-3.3,支座处大,跨中小;第2次桥面荷载分配通过横联在上弦节点中进行,中桁将0-24%的桥面荷载分配给2个边桁,跨中大,支座处小;经2次分配后,在离支座1-2节间以外的区域,中桁与边桁分配到的总荷载比约为1.0-1.2,靠近支座的区域,中桁与边桁分配到的总荷载比仍为2.5-3.3;只有第1次分配到的桥面荷载引起主桁下弦杆和桁拱系梁竖向弯曲,中桁（拱）的吊杆力、下弦杆和系梁的竖向弯矩约为边桁的2倍以上。

一种正交各向异性板的等效各向同性板计算法

上、下表面平整的正交各向异性板的有效抗扭刚度是2个主方向抗弯刚度的几何平均值.根据这一特性、从正交各向异性板挠曲而的偏微分方程出发,保持一个主方向尺寸不变,另一主方向的尺寸做线性缩放,保持弹性模量与第一主方向相同,泊松比取2个主方向泊松比的几何平均值,将这类正交各向异性板等效为一块各向同性板;通过分析得到:各向同性板任意点的挠度就是原正交各向异性板对应点的挠度,各对应点内力之间存在简单的比例关系,该文的方法将为工程技术人员提供方便,同时可以更加直观的认识正交各向异性板的受力.

含孔有限大各向异性板的应力集中

利用经典层板理论，将复合材料层板的弹性问题化归为均匀各向异性板求解，采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法，以Ｆａｂｅｒ级数和最小二乘边界配置技术为工具，提出了含孔有限大层板应力集中问题的级数解，详细探讨铺层形式、层板大小。

钢箱梁用于公、铁桥梁时正交异性板疲劳敏感部位应力比较

宁波甬江铁路斜拉桥在设计中采用钢箱梁方案,在铁路桥中为国内首例。铁路桥梁钢轨横向位置固定,桥面铺装也与公路桥梁不同,为研究钢箱梁正交异性板用于铁路桥梁和公路桥梁的区别,在桥面板上分别设置铁路与公路铺装,通过有限元计算,得出设置不同铺装时疲劳敏感部位应力的横向影响线、纵向影响线,研究各部位应力的产生原因,分析钢箱梁正交异性板用于铁路桥梁和公路桥梁的各自特点;选择具有代表性的铁路车辆与公路车辆对钢箱梁正交异性板进行加载,计算各种车辆作用下疲劳敏感部位的应力情况。分析及计算结果表明:公路沥青混凝土铺装对荷载的分散作用有限,铁路铺装对荷载的分散作用较强,与公路桥梁相比,铁路桥梁各疲劳敏感部位应力影响线量值较小,影响线长度较大;在常规铁路车辆作用下,正交异性板在加劲肋与横隔板连接部位及横隔板开口边缘的最不利应力与常规公路车辆作用下的量值相当;与铁路桥梁相比,公路桥梁正交异性板更易在加劲肋与顶板连接处发生疲劳开裂。

双参数弹性地基上受压的正交异性板的自由振动

双参数弹性地基上面内受压的正交异性矩形薄板自由振动问题可分两种情况求解;当板的四边为简支时可用双正弦级数解法来求得各阶固有频率。对其他任意边界情形,可采用分离变量法先求得各种代数多项式解以及单正弦级数解,然后建立一个适用于除四边简支外能满足四边以及四角的一般解,其中的积分常数由边界条件来确定。以四边简支和平夹的正方形板为例进行了计算和分析。这种解法简单全面,便于实际应用。全部公式同样可用来求解板的稳定性问题。此时令板的固有频率为零,两个对边压力的比或其中一个为已知即可求得各阶临界压力。

正交异性板疲劳裂纹夹芯板加固方案的力学分析

通过有限元软件中多种单元的尝试,得到了正交异性板桥面裂纹的夹芯板加固方法中夹心层的合理的有限元模拟方式,进而对正交异性板夹芯加固进行了有限元分析,得到了夹芯加固法的有效性,并对夹心层材料的弹性模量进行了参数化分析,得出了此参数对夹芯加固效果的影响,最终提出了合理的裂纹加固方案。

正交各向异性板液/固界面的声反射与声透射

采用Legendre正交多项式法,对液/固界面声波反射和透射系数进行求解。利用Legendre正交多项式对正交各向异性板中的位移解进行展开,推导出板中的应力和波动控制方程。联立液/固界面的边界条件和波动控制方程,建立线性无关方程组,用以计算液/固界面的反射和透射系数及Legendre多项式的展开系数,计算所得铝板液/固界面的反射和透射系数与传递矩阵法的计算结果吻合良好。以单向纤维增强复合材料板为例,在不同的方位角下,分析了反射和透射系数随斜入射角度、入射波频率的变化关系,以及板中声场的位移分布。所取Legendre正交多项式截止阶数越大,可用来计算的频厚积范围越大。研究拓展了Legendre正交多项式法的适用范围,为材料力学性能的声学测量提供了理论基础。

无单元法求解正交各向异性板自由振动问题

无单元法是一种新出现的数值方法。本文对无单元法的数学基础—滑动最小二乘法进行了详细的研究,推导了无单元法的形函数,并对一些关键问题,如权函数的选取,正交基函数,边界条件,数值实现方法等得出了研究结论。用无单元法研究了正交各向异性板的自由振动问题,由动力学变分原理和滑动最小二乘法导出了正交各向异性板的无单元法质量矩阵和刚度矩阵,编制了相应的计算程序,通过计算实例验证了该方法的有效性。

苏通大桥正交异性板模型计算分析

苏通大桥是目前世界上斜拉桥主跨最大跨度桥梁。主梁为扁平流线形封闭钢箱梁,桥面为正交异性板结构。为了解桥面板与横隔板焊缝在实桥运营中承受反复应力的状态,为局部焊接细节疲劳试验做准备,该文建立了空间有限元模型对试验研究部位进行分析,并与疲劳试验结果进行对比,可得关键部位的疲劳性能均符合要求。

水下爆炸时舰船正交异性板的简化方法研究

按照承受载荷的不同将船体中的板分为两种,即承受板中面内载荷的平面应力板和承受垂直于板中面载荷的弯曲板元。根据这两种分类将加筋板按不同的方法实现了结构正交异性向材料正交异性的转化,即将板上的加强筋按照一定的方法折合到所附连的板上,进而实现材料上正交异性板的有限元软件模拟。但这种转化并非是完全等效。文章提出了某些参数的修正方法,对实际工程中所关心的几个参数实现了统一。通过比较有限元的计算结果,表明正交异性板在特定工程领域中是可用的,对相关研究和工程计算具有一定参考价值。

变速轴向运动正交各向异性板横向振动的直接多尺度分析

研究受面内载荷影响作轴向变速运动正交各向异性薄板横向振动的稳定性。通过Hamilton原理得到板横向振动的运动微分方程。将多尺度法直接应用于运动微分方程,利用可解性条件得到次谐波共振和组合共振的稳定边界。给出数值算例说明轴向平均速度、激励幅值对稳定性边界的影响。

各向异性板平面应力问题的一般解析解

根据各向异性矩形板平面应力问题的基本方程精确地求得了位移函数的一般解。一般解包括三角函数和双曲线函数组成的解,还有代数多项式解。前者能满足四个边为任意边界条件问题;后者能满足四个角为任意边界条件等问题。这些边界条件用以决定一般解中的积分常数。因此一般解可用以求解任意边界条件下的平面应力问题。

正交异性板桥面体系计算支承长度匹配问题研究

针对虎门大桥正交异性钢桥面板,探讨不同边界条件和加载方式下,有限元法和P E法的差异。采用全梁段板壳单元模型,进行8种工况的分析计算。结果表明:支承长度的变化,将导致桥面体系和顶板体系的计算结果有明显差异,并且支承长度和荷载的变化对跨中正应力的影响小于支点位置,因此全梁段模型的计算支承长度需与全桥体系计算中采用的梁单元长度匹配。将跨中和横梁位置桥面板和U形加劲肋的正应力计算结果与P E法进行比较后,发现前一方法更能体现这种结构的整体受力和变形性能,更全面反映不同部位在不同荷载和不同边界条件下的性能差异。通过与实测值的比较,说明本文建立的全梁段板壳单元模型可以反映正交异性桥面板的桥面体系和顶板体系的综合受力性能。

含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元

基于含椭圆核有限大各向异性板弹性问题的复变函数级数解,应用杂交变分原理建立了一种与常规有限元相协调的含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元.单元内的应力场和位移场采用满足平衡方程、几何方程与物理方程的复变函数级数解,假设的复变函数级数解精确满足椭圆核边界处的位移协调条件和应力连续条件,单元外边界上的位移场按常规有限元位移场假设,单元内椭圆核的长轴可以与材料主轴不重合.单元刚度矩阵采用Gauss积分求得,并给出了建立刚度矩阵的主要公式和推倒过程.数值计算结果表明该单元具有计算精度高、计算工作量小等优点.

正交异性板法分析现浇混凝土空心楼盖

针对现浇混凝土空心楼盖的分析问题,以经典薄板理论为基础,通过构造比拟正交异性板,提出了解决这类问题的一种新方法。在此基础上,进行了相应的公式推导,并对四边简支的空心楼盖进行挠曲微分方程求解。结合算例,采用比拟正交异性板方法,运用有限元分析软件对该方法分析结果精度进行了检验。结果表明,该方法计算空心楼盖内力和变形有较高的计算精度,能够满足工程应用的要求。