变截面连续箱梁剪力滞分析的有限梁段法

采用基于剪切变形规律的翘曲位移函数的有限梁段法分析变截面连续箱梁的剪力滞效应。此翘曲位移函数的定义是根据剪力滞效应源于翼板剪切变形所致这一机理出发的,原理更加明确。在选定的剪力滞翘曲位移函数基础上,通过变分法建立箱梁剪力滞控制微分方程,然后用有限梁段法来分析变截面连续箱梁的剪力滞效应。变截面连续箱梁的截面几何尺寸沿梁长度方向会发生变化,因此还需结合当量截面法以及叠加原理。分析变截面连续箱梁在不同荷载工况下典型截面及其沿梁纵向的剪力滞效应,并与相应的有限元、有限段法解析结果进行比较,结果吻合良好,从而验证了本文方法的准确性。

箱梁剪力滞效应分析的有限梁段法

在薄壁箱梁剪力滞理论变分法基本微分方程的基础上,提出一种与一般梁单元方法相适应的分析箱梁剪力滞效应的有限梁段方法,导出相应的梁段单元计算剪力滞效应的系数矩阵和广义荷载列阵计算公式。分析简支梁和悬臂梁两种不同边界型式的箱梁在均布荷载和集中荷载等不同荷载条件下的剪力滞效应,并与相应的变分法解析结果做对比,验证本文方法的有效性和可靠性。本文方法简洁方便,计算公式表达简单,适宜各种边界条件下实际桥梁结构中箱梁剪力滞效应的分析。

基于剪切变形规律的剪力滞分析的有限梁段法

选取基于剪切变形规律的翘曲位移函数的有限梁段法分析箱梁的剪力滞效应。该翘曲位移函数的定义是从剪力滞效应是由于翼板剪切变形引起的这一基本机理出发的,原理更加明确并且分析精度高。建立基于最小势能原理的变分法的箱梁剪力滞控制微分方程及边界条件,在此变分法微分方程的基础上,导出相应梁段单元剪力滞系数矩阵和广义荷载列阵,运用有限梁段法来分析剪力滞效应,分析试验模型及铁路简支箱梁分别在均布荷载和跨中集中荷载作用下以及悬臂箱梁箱在均布荷载作用下的剪力滞效应。分析简支梁和悬臂梁分别在均布荷载和跨中集中荷载作用下的剪力滞效应。并与相应的变分法解析结果进行比较,结果吻合良好,从而验证本文方法的正确性。

薄壁箱梁剪力滞效应的有限梁段分析

采用基于翼板剪切变形规律而定义的翘曲位移函数,通过有限梁段法来研究薄壁箱梁的剪力滞效应。取薄壁箱梁剪滞基本微分方程的齐次解作为梁段单元的有限元位移模式,在能量变分法的基础上,导出相应梁段单元的刚度矩阵和荷载矩阵。通过分析简支梁和悬臂梁2种不同边界形式的箱梁,计算其在均布荷载和集中荷载作用下的挠度和纵向应力,并与相应的变分法的计算结果对比,结果吻合良好,验证了本文方法的准确性和可靠性。计算结果表明,剪力滞效应对薄壁箱梁纵向应力的影响是显著的。

考虑界面滑移的多自由度钢-混组合箱梁空间有限梁段法

根据连续介质力学和组合箱梁力学行为特点,放弃周边不变形假定,采用局部自由度方法,建立考虑界面滑移影响的组合箱梁空间梁段有限单元法。将栓钉视为连续介质,组合箱梁各板件视为组合箱梁子单元,并将组合梁元端节点引入界面滑移及其一阶导数作为广义自由度,利用最小势能原理建立组合箱梁梁段单元刚度矩阵和荷载列阵。编制组合箱梁空间非线性计算程序。计算结果表明:该方法计算可靠,容易操作且网格划分灵活,适用于大跨度组合箱梁空间非线性计算分析。

压弯箱梁剪力滞计算的梁段有限元法

建立了箱梁在压弯荷载共同作用下考虑劳力滞的控制微分方程，取控制微分方程的齐次解作为梁段的有限元位移模式．在变分原理的基础上，分别导出了在仅有轴向荷载及压弯荷载共同作用下的关于剪滞效应的梁段单元刚度矩阵和荷载列阵．提出了一种适用于斜拉桥或预应力混凝土变截面箱形梁桥等剪力滞计算的梁段有限元法．本文的计算结果与有机玻璃模型试验的结果，以及有限条法的分析值均符合良好．

基于梁段有限元法的悬索桥板桁结合型加劲梁剪力滞分析

悬索桥板桁结合型加劲梁桥面系与主桁共同受力,桥面系剪应力沿截面横向分布不均匀,使其弯曲正应力的横向分布呈曲线性状,此即剪力滞效应。相比采用实体或板壳单元进行板结合桁梁剪力滞分析建模复杂、效率低下等问题,利用最小势能原理,采用梁段有限元法的思路,以桁架梁连续化为基础,提出了一种计入剪切变形、剪力滞翘曲影响的悬索桥板桁结合桥面系加劲梁的平面薄壁梁单元,并在求解过程中考虑大变形的影响,推导了加劲梁单元刚度矩阵和几何刚度矩阵,并据此编写了计算程序。利用本程序对简支板桁结合型加劲梁和拟修建的三跨连续悬索桥的控制截面桥面板应力、主梁位移、截面有效宽度和剪力滞力矩进行了计算,并与采用板壳有限元法的计算结果进行了比较。结果表明,计算结果与板壳有限元法结果吻合较好。所建立的考虑剪切变形、剪力滞效应和大变形影响的梁段有限元法便于程序化,适用性和可扩展性强,便于工程计算使用。

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。

特殊支承条件下连续箱梁桥的约束扭转分析

为了分析特殊支承连续箱梁桥的扭转力学性能,提出一个特殊支承箱梁单元,该单元考虑轴向拉压、竖向弯曲及约束扭转变形。通过引入位移变换矩阵,将箱梁轴线处的位移向特殊支承点处变换,以便满足特殊支承截面的位移约束条件。选取箱梁约束扭转微分方程的齐次解作为单元扭转位移函数,在初参数解的基础上,推导箱梁单元的约束扭转刚度矩阵。利用所提出的箱梁单元对一特殊支承3跨连续箱梁模型进行计算,其应力计算值与ANSYS壳单元计算值和实测值均吻合较好,验证该单元的可靠性。分析特殊支承连续箱梁与相应常规箱梁在偏心荷载作用下的扭转力学性能。研究结果表明:与常规箱梁相比,特殊支承箱梁具有更大的扭矩、双力矩、扭转角及广义翘曲位移,特殊支承箱梁的内力和位移具有更加复杂的分布规律。

剪力滞对箱梁弯曲刚度影响的分析

在薄壁箱梁剪力滞变分法原理的基础上,提出一种可以考虑剪力滞与梁弯曲刚度耦合影响的箱梁剪力滞效应的有限梁段方法,导出相应的有限单元公式。该方法在梁段单元每节点上采用两个剪力滞自由度,以适应不同的剪力滞位移边界条件。分析简支梁和悬臂梁两种不同边界形式的箱梁在均布荷载和集中荷载等不同荷载条件下的剪力滞系数和考虑剪力滞影响的梁的挠度,并与相应的变分法解析结果作对比,验证本方法的有效性和可靠性。算例结果表明,剪力滞对梁弯曲刚度的影响是明显的,且梁的刚度越大,这种影响的比例就越大。

薄壁箱梁挠曲性能的矩阵分析

在选取薄壁箱梁剪力滞控制微分方程的齐次解作为单元位移函数建立形函数矩阵基础上,运用虚功原理推导竖向集中荷载作用下单元等效节点力公式,提出双室箱梁的合理剪滞翘曲位移函数。通过对变截面悬臂箱梁有机玻璃模型进行计算,验证提出的梁段单元对分析变截面箱梁的有效性。结合实际箱梁算例,分析预应力混凝土变截面连续箱梁的挠曲性能。研究结果表明:所提出的梁段单元用于变截面箱梁分析时,具有较高的计算精度;在竖向集中荷载作用下,箱梁剪滞力矩图是一条平滑曲线,任意截面处剪滞力矩均不大于弯矩;剪滞效应使连续箱梁的跨中挠度明显增大,工程实践中必须认真对待。

剪力滞对斜拉桥中Π形主梁弯曲刚度影响分析

按实际施工动态过程分析剪力滞对Π形结合梁斜拉桥中主梁弯曲刚度的影响。基于能量变分法引入简化的剪力滞翘曲位移函数,导出一种可以考虑剪力滞与Π形结合梁弯曲刚度耦合影响的实用梁单元。该方法每节点采用两个剪力滞自由度,可以处理斜拉桥中集中弯矩引起的剪力滞位移边界条件突变和施工动态过程中荷载和剪力滞位移边界条件不断变化的问题。结合某Π形结合梁斜拉桥进行数值分析并与实测数据比较,验证了本文方法的有效性与准确性。研究表明,剪力滞效应使斜拉桥中主梁的抗弯刚度减小,且在悬臂施工阶段比成桥阶段的影响更大;相对于简支箱梁和连续箱梁而言,剪力滞对Π形结合梁斜拉桥主梁弯曲刚度的影响相对小一些,在悬臂施工阶段其对中跨的影响约为2%~7%,对边跨的影响约为3%~12%。

大型双槽渡槽结构振动特性分析

根据大型双槽渡槽的结构特点，应用薄壁梁段有限元法，考虑了渡槽横向弯扭耦合振动、约束扭转变形和盆式橡胶支座等对渡槽结构动力作用的影响；对实际工程中某大型渡槽进行了振动特性分析，研究了该渡槽设计水位变化对大型渡槽模态的影响，探讨了该大型渡槽在几种工况下的模态变化范围，所得结果可为该大型渡槽的抗震设计提供依据。

斜交支承连续箱梁桥的剪力滞效应与约束扭转分析

通过编制有限元程序MFRAME2,对一斜交支承三跨连续箱梁进行了计算,其计算值与ANSYS壳单元计算值吻合较好,验证了该单元的可靠性。研究分析了斜交支承三跨连续箱梁的力学性能,结果表明:斜交支承降低了连续梁控制截面的弯矩值和剪力滞广义力矩值,并且随着斜交角的增大,二者的峰值都在减小。在同一横截面上,剪力滞广义力矩值远远小于弯矩值。斜交支承增大了连续梁控制截面的双力矩,并且随着斜交角的增大,其峰值也增大。在偏心荷载作用下,斜交支承使扭矩从中跨传递到了2个边跨,双力矩在斜交支承条件下在连续梁内不再具有对称性,在设计中应注意。

Comparative Analysis of Bridges with AASHTO and Florida I-Beam Girders

A comparative study of two pre-stressed girder bridges, one with AASHTO （American Association of State Highway and Transportation Officials） Type III girders and the other with new FIB （Florida l-beam） girders, is presented. FIB girders are expected to provide increased lateral stiffness, higher load carrying capacity, cost-efficiency and better reliability. In this paper, the first bridge that is analyzed is a 3-span bridge designed with six AASHTO Type III girders, and the second bridge has four FIB girders with the same span length, width and girder depth. The bridges are analyzed for Florida state legal loads SU4 and C5. Both bridges are analyzed using a sophisticated finite element method. The deflections, moment envelopes, section capacity and live load rating of the two bridges are obtained and compared. FIB girders have higher vertical stiffness, higher section capacity providing higher load rating than the AASHTO girders.

考虑剪滞变形时箱形梁广义力矩的数值分析

为了简化变截面箱梁等复杂结构的剪滞效应分析,在明确定义相应于剪滞位移的广义力矩和有关几何特性的基础上,提出一种梁段有限元数值分析方法。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,推导梁段单元刚度矩阵和等效节点力向量的具体表达式,并给出用单元节点力直接计算应力的一般公式。编制了箱梁梁段有限元程序,对简支、悬臂、连续箱梁3个有机玻璃模型进行计算并与实测结果对比,验证了该文方法及公式的正确性。用所编程序对箱梁的剪滞广义力矩进行数值分析,并揭示了其变化规律。研究表明,在竖向荷载作用下,剪滞力矩与弯矩具有相似的分布规律,而且数值大小也接近。