几何参数对预应力波纹钢腹板箱梁桥受力性能的影响分析

对实际工程中某三跨波纹钢腹板体外预应力连续箱梁桥建立有限元模型,通过改变腹板参数,探讨几何参数对桥梁整体受力性能的影响.分析表明,随着波纹钢腹板折叠角的增大,波纹钢板的抗弯刚度逐渐减小,当折角在10°～40°范围内变化时,波纹钢板的抗弯刚度变化最为明显;波纹钢腹板水平面板宽度b增大会提高箱梁的抗弯刚度,但b值太大会影响波纹钢腹板的整体受力性能;增加波纹板的厚度能显著提高箱梁的抗剪性能,并在一定程度上能够提高箱梁的抗弯刚度,但板厚增加到20mm时,其对提高箱梁的抗剪性能和抗弯性能的贡献逐渐趋小;波纹钢腹板的倾角不宜太大,宜小于25°.

波纹钢腹板箱梁的静力特性有限元分析

波纹钢腹板组合箱梁克服了预应力PC箱梁很多缺点,但是由于波纹钢腹板计算较为复杂,目前对其模拟分析方法尚不统一,在此利用有限元软件Abaqus对波纹钢腹板箱梁进行仿真计算分析,探讨了波纹板、预应力束和混凝土板的模拟方法,并在模型建立中考虑了波纹板与混凝土的实际接触特性,旨是对波纹钢腹板箱梁的受力分析和设计计算结果更符合于实际。

波纹钢腹板组合箱梁应力相关阻尼特性研究

基于应力相关材料阻尼理论,选择波纹钢腹板组合箱梁这一新型钢、混组合桥梁结构,通过波纹钢板和钢筋混凝土的单位体积损耗因子,由能量法推导求得波纹钢腹板组合箱梁的损耗因子公式。结合有限元计算的各个单元的应力得到损耗因子,根据一个振动周期能量耗散相等原理,求得等效阻尼比,并将其与实测结果进行比较。分析结果表明:波纹钢腹板组合箱梁桥材料阻尼值不是一个固定值,它是随着应力水平的提高而增大。在自由振动和车辆荷载激励状态下,波纹钢腹板组合箱梁的等效阻尼比建议取为0.3%。提出的损耗因子公式和等效阻尼比的计算可为波纹钢腹板组合箱梁桥动力分析中阻尼的取值提供参考。

波纹钢腹板体外预应力箱梁桥钢制块式转向装置力学性能

采用有限元分析与实验研究相结合的方法,研究用于波纹钢腹板体外预应力箱梁桥的钢制块式转向装置的承载机理、受力特点、破坏形态、极限承载力等力学特性.在有限元分析中,采用梁段模型模拟分析转向装置对钢筋混凝土翼缘板的局部作用,采用转向装置局部模型模拟分析转向装置从加载开始直至破坏的受力全过程.实验室实验对有限元分析的结果进行了验证,二者结果吻合良好.研究表明,钢制块式转向装置对结构的局部影响主要集中在翼缘板与转向块连接的部分及其附近区域内;钢制块式转向装置的破坏由环向钢筋受拉破坏引起;环向钢筋的受力表现出明显的偏心受拉构件的受力特点.

波纹钢腹板组合箱梁常幅疲劳性能试验研究

波纹钢腹板组合箱梁结构以波纹钢腹板代替传统的混凝土腹板,实现了主梁的轻型化。针对波纹钢腹板组合箱梁的破坏机理,研究了2根波纹钢腹板组合箱梁的静力和疲劳性能。记录了试验中裂纹萌生、扩展的全过程,分析了试件破坏模式、承载力、荷载–挠度曲线、荷载–应变曲线,并通过材料力学公式对100 k N时梁挠度进行计算。结果表明:箱梁破坏时纵向裂纹萌生于混凝土底板,纵向贯通拉裂后,波纹钢腹板与底板之间产生纵向滑移,混凝土销剪切错动破坏。实际工程中应对混凝土底板进行FRP加固或设置预应力筋减缓裂纹萌生以及扩展;箱梁具有很好的疲劳耐久性,疲劳试验中裂纹扩展缓慢,当P_(max)为静力试验承载力的50%时,疲劳寿命超过6×106周次;箱梁受力符合拟平截面假定,混凝土顶底板主要承受弯矩,波纹钢腹板主要承受剪力。挠度计算结果略小于试验值,属于偏安全计算,误差原因主要是未考虑波纹钢腹板剪切变形对梁挠度影响。

波纹钢腹板组合箱梁拟平截面假定的试验验证及破坏分析

为研究波纹钢腹板组合箱梁的抗弯性能,以深圳南山大桥为原型,根据相似理论制作了缩比尺寸为1∶20的试验梁,研究了波纹钢腹板组合箱梁的开裂形式、裂缝开展、位移和应变受力响应情况。结果表明,波纹钢腹板组合箱梁首先在底板边缘及混凝土底板与波纹钢腹板连接处出现弯曲裂缝,破坏时最大裂缝宽度达5 mm。在循环荷载作用下,组合箱梁的位移响应曲线符合三折线模型。底板开裂前后组合箱梁顶板应变响应曲线呈直线发展且加卸载段基本重合,混凝土底板应变响应曲线斜率在开裂前有细微变化,开裂后再次呈直线发展,加卸载段曲线并不重合,波纹钢腹板组合箱梁在承受弯曲荷载作用时基本吻合拟平截面假定。

波纹钢腹板PC箱梁挠度的影响因素研究

利用有限元分析软件ANSYS,研究波纹钢腹板PC箱梁在对称集中荷载作用下挠度的影响因素,对比分析各参数变化下的荷载—挠度曲线,比较各参数对挠度影响的异同,为波纹钢腹板组合箱梁的设计和应用提供参考。

波汶钢腹板-钢底板组合箱梁的挠度分析

基于静力平衡与铁木辛柯梁理论,推导了考虑剪切变形和混凝土界面滑移波汶钢腹板-钢底板组合箱梁桥的受弯挠度计算公式,滑移附加挠度项考虑了界面间的摩擦粘聚力,对由界面滑移、波汶钢腹板剪切变形引起的附加挠度进行了分离解析,得到了分项附加挠度对总挠度的贡献度.依据试验模型相似原理,设计制作了缩尺比例(1∶5)单箱单室波纹钢腹板-钢底板简支模型试验箱梁桥,完成了多种工况的力学试验,同时利用ANSYS有限元软件建立了试验模型梁的精细化三维有限元仿真模型,将理论值与模型试验实测值和ANSYS仿真数值解进行了对比分析,结果表明:理论计算结果与模型试验实测数据及有限元仿真结果吻合较好;通过对附加挠度的参数化分析可知,当波纹钢腹板-钢底板组合箱梁的高跨比大于0.05时,剪切变形和界面滑移引起的附加挠度可忽略不计.

波纹钢腹板组合箱梁偏心增大系数计算方法

为了简化计算波纹钢腹板组合箱梁在汽车偏心荷载作用下的变形和内力,针对波纹钢腹板组合箱梁抗扭刚度较弱,在偏心荷载作用下会产生较大扭转和畸变变形的特点,参考普通混凝土箱梁偏心增大系数的计算原理和方法,针对等高度和变高度2种结构形式的波纹钢腹板箱梁,推导了单位扭矩作用下扭转角和畸变角的解析计算公式,得到了考虑畸变变形情况下波纹钢腹板组合箱梁偏心增大系数的理论计算公式。结合某模型试验结果可以看出,实测值与理论计算值比较接近,误差范围为0.5%12.3%,说明了所推导理论公式的正确性。并且,把试验数据与普通混凝土箱梁偏心增大系数经验值相比较,说明了波纹钢腹板箱梁抗扭刚度较低,由箱梁扭转和畸变会引起较大的偏心增大系数,从而会引起较大的变形和内力,在实际设计中应引起充分重视。

考虑剪切滑移的波纹钢腹板预应力箱梁抗弯承载力计算

为了计算体外预应力波纹钢腹板组合箱梁桥的极限抗弯承载力,针对其构造特点,考虑波纹钢腹板与顶底板混凝土剪力连接键剪切滑移的影响,推导了波纹钢腹板预应力箱梁极限抗弯承载力计算公式。滑移应变增大了顶底板的应变和截面曲率,可以通过附加弯矩考虑界面滑移对极限抗弯承载力的影响;在分析体外预应力钢筋与梁体变形协调关系的基础上,得到了体外预应力筋的应力增量,推导并总结了应用塑性铰法计算波纹钢腹板体外预应力组合箱梁极限抗弯承载力的步骤,并通过模型试验对该方法进行了验证。试验与理论分析的对比结果表明:考虑剪力连接键剪切滑移会减小极限抗弯承载力;推导得出的公式的计算结果优于同类现有方法,与实测数值接近,可用于同类箱梁设计的参考。

基于复频率的波纹钢腹板组合箱梁桥等效阻尼比计算

基于复频率和滞后阻尼系数的关系,选择新型钢-混组合桥梁结构———波纹钢腹板组合箱梁桥,利用等效前后复频率相等的原理,推导出了波纹钢腹板组合箱梁桥等效阻尼比的计算公式。建立波纹钢腹板组合箱梁实桥有限元模型,通过实际波纹钢腹板简支箱梁和连续箱梁计算得其等效阻尼比并与实测结果进行比较。分析结果表明:波纹钢腹板组合箱梁桥的等效阻尼比公式的计算结果与实测结果吻合良好;提出的计算方法简单实用,能够满足工程中使用的要求。提出的等效阻尼比的计算公式可以有效计算波纹钢腹板组合箱梁桥的等效阻尼比,为动力分析中阻尼比的取值提供参考。

波纹钢腹板体外预应力箱梁混凝土块式转向装置力学性能研究

针对波纹钢腹板体外预应力箱梁结构的力学和构造特点,采用有限元分析与试验研究相结合的方法,研究用于波纹钢腹板体外预应力箱梁的混凝土块式转向装置的承载机理、受力特点、破坏形态、极限承载力等力学特性。试验和有限元分析的结果吻合良好。研究结果表明,转向装置对混凝土翼缘板的局部影响集中在转向块与梁体连接的部分及附近区域内,混凝土块式转向装置的破坏由受拉区混凝土受拉破坏和环向钢筋受拉屈服引起,环向钢筋的受力表现出明显的偏心受拉构件的受力特点。

波纹钢腹板连续箱梁的动力分析

随着对于波纹钢腹板新型桥梁研究的深入开展,其动力性能的分析也备受关注。通过静力抗弯刚度等效的原则,分别建立了普通混凝土连续箱梁和波纹钢腹板连续箱梁模型,对比分析了二者的动力特性。计算和分析结果表明:采用波纹钢腹板连续箱梁可以有效的减轻自重,但其抗扭刚度较低,增加横隔板可以有效的增加抗扭强度,过密的横隔板对抗扭刚度的提高不再明显。

南京绕越高速玉春桥钢腹板箱梁现场试验研究

江苏省南京绕城高速公路玉春车行天桥采用波纹钢腹板预应力混凝土箱梁,目前针对该新型箱梁结构形式的研究多采用缩尺模型和有限元分析,缺乏工程现场试验数据.本文结合玉春桥结构特点,制定可用于现场拟静载试验的试验方法和测试技术,通过现场监测获得了波纹钢腹板箱梁变形、正应变试验数据,进而分析了波纹钢腹板梁的抗弯、抗剪、抗扭性能.分析结果表明,现场试验结果规律与理论规律基本吻合;波纹钢腹板箱梁混凝土顶、底板正应变符合"拟平截面假定",且钢腹板上的应变较小;箱梁存在较明显的正剪力滞效应;在偏心荷载作用下,波纹钢腹板箱梁存在约束扭转,产生附加正应力,箱梁两侧钢腹板倾角有所不同;箱梁截面实际中性轴受防撞墙及周围结构的影响可能较理论位置上移.

玄武岩纤维增强再生混凝土箱梁疲劳性能试验研究

为研究玄武岩纤维增强再生混凝土箱梁疲劳性能,设计了10根玄武岩纤维增强再生混凝土波纹钢腹板组合箱梁,对其进行四点弯曲变幅疲劳试验。通过分析箱梁的裂纹扩展过程、破坏形态和挠度,研究再生粗骨料取代率和碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固对纤维再生混凝土箱梁疲劳性能的影响。试验结果表明:纤维再生混凝土箱梁呈现两种疲劳破坏形态,即未加固组合箱梁发生钢-混纵向滑移,CFRP加固组合箱梁在波纹钢腹板焊缝焊趾处撕裂;总体上,纤维再生混凝土箱梁表现出良好的抗变幅疲劳性能;再生粗骨料取代率是影响变幅疲劳寿命的主要因素,随着再生粗骨料取代率增加,变幅疲劳寿命分别降低了15.5%、15.5%、10.2%和31.4%;CFRP加固能有效地抑制疲劳裂纹扩展和底板与腹板的纵向滑移,增强再生混凝土抗弯刚度,进而提高组合结构的疲劳寿命;理论计算的纤维再生混凝土组合箱梁的变幅疲劳寿命均高于试验值。