波形钢腹板组合曲线箱梁应力分析

通过对3根单箱单室波形钢腹板组合曲线箱梁(简称CCBG(CSWs))进行试验研究,分析在三分点加载工况下,试验梁的破坏形态、正应力和横截面应力分布规律以及腹板的厚度和横隔板的数量对试验梁承载力的影响。结果表明:CCBG(CSWs)的破坏形态为腹板屈曲破坏,顶、底板裂纹以45°斜向和横向贯通裂纹为主分布;正应力在距荷载作用点175 mm范围内有突变;应变突变位置,由跨中位置向两端扩散;随着腹板厚度和中横隔板数量增加,组合结构的承载力有所提高,应力分布趋于稳定。

波形钢腹板组合曲线箱梁横隔板间距研究

波形钢腹板组合曲线箱梁腹板具有手风琴效应,纵向弹性模量很小,相比混凝土腹板箱梁,容易发生畸变变形,因此需要设置一定数量的横隔板减小截面畸变的影响。文章采用有限元Ansys模拟分析曲线箱梁高宽比、曲率半径对横隔板间距的影响,按截面翘曲正应力与弯曲正应力之比≤10%的原则,拟合出横隔板合理间距计算公式,对实际工程应用具有一定的参考价值。

波形钢腹板组合曲线箱梁的挠度试验研究

目前关于波形钢腹板组合箱梁的挠度研究,多以直线箱梁为主,而对于曲线箱梁的挠度研究甚少。通过对弹性阶段的波形钢腹板组合曲线箱梁CCBG(CSWs)的挠度值进行试验研究,分析在两点对称加载和单点偏心加载工况下,CCBG(CSWs)的挠度值的变化规律,结合数值模拟进行对比,结果表明:CCBG(CSWs)的荷载-位移曲线,在不同的工况和不同截面下,挠度值都随着荷载的变化呈线性关系;相同的荷载作用下,随着截面的变化,挠度值呈现出先增大后减少趋势,而跨中的竖向挠度最大;外侧挠度整体曲线呈现出"U"型,内侧挠度整体曲线为倒"V"型;相同条件下,曲线梁的外侧挠度值大于内侧挠度值;模拟值和实测值比较接近,有效地验证了模型的可靠性。

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。

新型波形钢腹板组合箱梁桥动力性能分析

对一种新型波形钢腹板组合箱梁桥结构开展了动力特性及抗震性能分析;以鄄城黄河大桥跨中箱梁段为例,建立组合箱梁桥的多尺度有限元模型,并与实测值进行了对比,验证了多尺度模型的有效性;基于此设计了该新型波形钢腹板组合箱梁的截面参数,采用多尺度建模方法研究了各参数变化对箱梁动力特性的影响规律,通过地震反应谱法分析了该结构在各向地震作用下的结构响应。结果表明:箱梁横隔板的数量和厚度是结构动力特性的敏感参数,对结构的扭转刚度影响很大;增大波形钢腹板厚度可有效提高结构刚度,且刚度增大对频率的影响程度大于质量增大对频率的影响,建议腹板厚度宜设为20~30 mm;槽形钢板可有效提高截面的抗弯刚度,尤其对结构竖向弯曲模态影响较大;横向地震作用对混凝土顶板和横隔板应力的影响最大,纵向地震力对波形钢腹板应力的影响最大,竖向地震力对混凝土底板和槽形钢板的应力影响较大。

考虑温度和剪切变形的改进型波形钢腹板组合箱梁动力特性研究

为了精确分析温度效应和剪切变形效应对改进型波形钢腹板组合箱梁自振特性的影响,提出一种考虑温度效应和剪切变形效应的改进型波形钢腹板组合箱梁自振特性分析方法。综合考虑温度、剪切变形和波形钢腹板刚度修正的影响,运用应力等效原则推导出改进型波形钢腹板组合箱梁的自振频率解析公式;利用实桥ANSYS有限元分析结果和试验实测结果对自振频率解析公式的正确性进行了验证;分析了温度等效轴向偏心力变化、弹性模量变化、剪切变形效应、不同高跨比和不同宽跨比下温度效应对该桥型自振频率的影响。结果表明:温度效应对改进型波形钢腹板组合箱梁的基频影响较大,计算该桥型的基频时需要考虑温度效应的影响;波形钢腹板的剪切变形效应对该桥型自振频率的影响较为显著,从第4阶自振频率开始剪切变形的影响已超过50%;不同高跨比下温度效应对基频的影响较大,且随着高跨比的增大呈线性急剧增大;不同宽跨比下温度效应对自振频率的影响较小,可以忽略不计。研究成果可为改进型波形钢腹板组合箱梁的自振频率计算和分析提供参考依据。

波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥结构性能分析

为解决传统预应力混凝土PC箱梁桥跨中挠度过大和腹板开裂的难题,文中提出“大跨径波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥”的新桥型结构,通过有限元建模和计算分析,对波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥结构性能进行研究,并论述该桥型结构的性能优势。研究表明,波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥具有以下特性:(1)结构恒载内力占比明显降低;(2)结构沉降适应性较好;(3)结构横向刚度弱于竖向;(4)偏载对顶板应力影响明显,对底板应力影响次之,对主梁竖向位移影响小;(5)该桥型结构在梁高、顶板厚度和顶板横向预应力方面具有较大优势。随着UHPC材料的推广应用,波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁有望成为大跨连续梁桥具有竞争力的桥型方案。

波形钢腹板组合箱梁动力特性分析

以哈密顿原理为基础,综合考虑剪力滞、手风琴效应的影响,推导了组合箱梁的控制微分方程及其闭合解,分析了剪力滞、手风琴效应等参数对组合箱梁动力特性的影响。结果表明:计算结果与有限元值吻合良好;剪力滞和手风琴效应对组合箱梁的竖向刚度有减小作用;随箱梁高跨比的增大,频率阶数的升高,手风琴效应和剪力滞的影响表现越明显;不同波纹钢腹板型号对组合箱梁的竖向刚度影响较小。

带损伤的波形钢腹板PC组合箱梁动力特性

为探究波形钢腹板PC组合箱梁(简称PC梁)损伤后动力特性变化机理,以上海塘大桥波形钢腹板PC组合箱梁为研究对象,采用ANSYS建立有限元计算模型,模拟箱梁无损伤、边跨损伤和中跨损伤3种工况,并结合前6阶固有频率和典型的振型图分析。结果表明:中跨损伤对PC梁动力特性的影响大于边跨损伤,边跨损伤位置和程度与PC梁的动力特性变化有一定的关系,边跨损伤后PC梁的振型变化较小,中跨损伤后PC梁的振型变化呈现反对称变化,损伤后PC梁振型呈现以竖向弯曲变形为主、扭转和翼板翘曲变形相结合的特点。

波形腹板钢-混组合箱梁畸变效应分析

为研究波形腹板钢-混组合箱梁畸变效应,以桑园子黄河大桥引桥简支箱梁为研究对象,将畸变角重新定义,通过计算畸变中心、畸变总势能,确定初始参数,利用势能驻值原理推导与传统扭转分析理论相一致的畸变效应分析方法。根据工程实例,对车道荷载下波形腹板钢-混组合箱梁畸变翘曲应力变化规律进行研究。结果表明,畸变翘曲应力在组合箱梁应力中占比不容忽视,且随着箱梁顶板混凝土厚度增大,翘曲正应力逐渐减小,在钢底板组合箱梁增设铺底混凝土可有效减少畸变翘曲应力。

异步挂篮在大跨径波形钢腹板箱型组合梁中的施工应用

文章以武汉至松滋高速公路武汉段项目施工为例,该项目通顺河3号特大桥设计为(95+170+95)m波形钢腹板箱型组合梁。作为项目关键控制性工程,工期要求紧,项目创新采用新型异步挂篮,实现了波形钢腹板箱型组合梁N-1、N、N+1节段流水化作业,同时水平运输小车配合异步挂篮,有效解决了波形钢腹板水平运输及安装问题,在安全、质量、进度、成本等方面取得了良好的施工效果。

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。

波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区抗弯性能研究

针对波形钢腹板组合板梁桥,为研究负弯矩区关键设计参数和极限抗弯承载能力计算方法,以某三跨波形钢腹板组合板梁桥为背景,采用ABAQUS软件建立有限元模型,探讨波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区的受力性能,基于参数敏感性分析明确了负弯矩区钢梁设计参数的合理取值范围,揭示了波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区抗弯特性,提出适用于波形钢腹板组合板梁桥的负弯矩区抗弯计算方法。结果表明:支点波形钢腹板厚度由抗剪及屈曲强度控制,负弯矩区受压下翼缘板宽厚比不宜大于28,波形钢腹板抗弯贡献仅约5.7%,实际工程中负弯矩区抗弯承载力计算可忽略波形钢腹板影响。

波形钢腹板PC曲线箱梁剪力滞效应影响参数研究

为研究波形钢腹板PC曲线箱梁的剪力滞效应,利用有限元分析软件ANSYS建立波形钢腹板PC曲线箱梁的有限元模型,分析跨中集中荷载和全桥均布荷载两种工况下典型截面的应力分布,得到截面的剪力滞系数。讨论8种几何参数对波形钢腹板PC曲线箱梁剪力滞系数的影响。研究结果表明:曲线箱梁的剪力滞效应大于直箱梁,平钢腹板引起的剪力滞效应胜于波形钢腹板;曲线箱梁内侧的剪力滞效应比外侧严重;悬臂长a、圆心角θ、曲率半径R、梁高H对波形钢腹板PC曲线箱梁剪力滞的影响是主要的,承托长b、翼缘板厚度t次之,横隔板数量n和波高h基本无影响。

波形钢腹板双面组合作用梁力学性能研究

为进一步探索双组合作用原理的应用范畴,首先采用有限元方法对单跨双面组合作用梁试验进行了仿真模拟,进一步揭示了其受力破坏机理,然后提出将双面组合作用梁与波形钢腹板相结合的波形钢腹板双面组合作用梁,最后采用有限元模拟和理论计算的方式对波形钢腹板双面组合作用梁进行变参数对比分析。结果表明:波形钢腹板双面组合作用梁在抗弯承载力、刚度和塑性转动性能方面明显优于普通波形钢腹板组合梁;提出的刚度衰减曲线可有效反映结构刚度随加载进程的衰减变化情况;在试验中,利用结构刚度半衰期法可快速判定结构的屈服点;H型波形钢腹板组合梁的各项力学指标均较差,不适宜工程应用;波形钢腹板组合梁的鲁棒性相对较好,而平腹板组合梁的鲁棒性较差。

波形钢腹板PC预制箱梁桥结构力学特性分析

为研究波形钢腹板PC预制箱梁桥结构力学特性,以一座波形钢腹板预应力混凝土预制箱梁桥为例,借助大型专用有限元软件,建立了结构数字孪生模型,进行波形钢腹板验算分析,开展了静动载试验,对主梁挠度、应变和动力性能的实测值与理论值进行对比验证。结果表明,装配式预应力混凝土波形钢腹板先简支后连续箱梁具有优良的受力性能,桥梁结构在静力荷载作用下工作良好,实测的振动时域曲线与连续梁桥的振动规律一致,具有合理的振动时域、频域曲线、阻尼比及冲击系数,说明该桥的理论刚度小于整体刚度,满足设计要求。此研究有助于剖析波形钢腹板PC预制箱梁桥的实际受力性能并进行承载能力评价,对于波形钢腹板PC预制箱梁桥的建造与应用具有工程参考价值。

桥梁建设中波形钢腹板预制节段箱梁施工控制探析

为明确波纹钢腹板组合箱梁结构受力及稳定性,以某跨河桥梁为例,应用ANSYS有限元软件构建试验梁有限元模型,对整体梁和节段梁跨中挠度、混凝土应变、预应力增量、抗弯承载力展开模拟分析;在此基础上,从波形钢腹板吊装、定位、模板止浆及形变控制等方面对钢腹板节段箱梁施工要点展开探讨。结果表明,波形钢腹板预制节段梁抗弯承载力表现出明显的折减迹象,钢腹板底板的开裂对抗弯承载力影响最大;节段梁预应力增量明显超出整体现浇梁。为此,应当采取切实可行的施工控制措施,确保预制节段箱梁施工质量。

波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥关键施工技术研究——以九绵高速平武涪江特大桥为例

文章主要探究波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥关键施工技术,助力提高箱梁桥施工质量。以九绵高速平武涪江特大桥为例,简要分析波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥力学性能,从波形钢腹板施工、钢筋施工、模板施工、混凝土施工、预应力施工这几方面出发,提出关键施工技术应用措施,以期为相关工作者提供参考。

钢底板波形腹板组合箱梁疲劳特性研究

研究目的:结构的疲劳细节对其疲劳破坏至关重要,为了分析钢底板波形腹板-混凝土组合箱梁的疲劳细节及疲劳寿命计算方法,为该类型结构的疲劳设计提供参考,制作缩尺试验梁模型,并对其进行疲劳试验,得到这种新型结构的疲劳破坏特征。结合模型试验,利用数值模拟和断裂力学分析方法,对新型组合箱梁的疲劳寿命计算及疲劳细节分类进行研究,并采用线性损伤理论对结果进行分析验证。研究结论:(1)钢底板波形腹板-混凝土组合箱梁在疲劳荷载作用下,其疲劳裂纹首先出现在底板与两侧腹板焊缝折角处,说明该处是新型组合箱梁重要的疲劳细节;(2)根据线性损伤理论,新型结构的疲劳细节分类总体上位于AASHTO规范疲劳类别的B类与C类之间,高于B′曲线下界值,低于B′曲线中值;(3)采用数值模拟和修正后的断裂力学方法得到的S-N曲线计算出的总损伤累积值误差分别为3%和6%,说明两种曲线均适用于新型钢混组合结构的疲劳寿命计算;(4)本研究成果可为钢底板波形腹板组合箱梁疲劳细节分类及疲劳设计提供参考或借鉴。

波形钢腹板工字梁的等效计算模型及稳定性分析

基于变形与应变能相等的原则,提出波形钢腹板工字梁的等效平直钢腹板计算模型。通过波形钢腹板直板段与斜板段应变分析,推导了波形钢腹板工字梁及等效计算模型的应变能,建立等效惯性矩与等效扇性惯性矩,利用平直钢腹板工字梁的临界荷载计算公式,对波形钢腹板工字梁进行稳定性分析。研究结果表明:该方法简单、便捷,对波形钢腹板工字梁的稳定分析准确、有效;建立的等效惯性矩与翘曲惯性矩仅取决于截面及波形钢板尺寸,不受工字梁的边界条件、跨径等因素的影响,具有良好的适应性。