钢-混凝土组合梁界面滑移与剪力滞耦合效应分析

通过定义组合梁截面翘曲位移函数和广义相对滑移函数,利用最小势能原理和变分方法,推导了组合梁在受到相对滑移和剪力滞耦合效应时,其挠度、相对滑移、剪力滞系数的计算通式,并进一步给出了简支钢-混凝土组合梁在均布荷载作用下挠度、相对滑移和剪力滞系数的解析解。分析结果表明:组合梁挠度和剪力滞系数都与相对滑移量和混凝土板最大转角位移差无关,而与相对滑移趋势以及相对转动趋势成正比;相对滑移受到翘曲位移函数的影响。本文计算结果与有限元法结果吻合良好。

钢砼组合箱梁考虑滑移时剪力滞效应分析

在假定的位移模式及相应的假定条件下,根据组合箱梁的应变表达式,采用虚功原理推导出平衡和变形协调方程。通过分部积分得到组合箱梁考虑相对滑移和剪力滞效应的微分方程以及相应的边界条件,利用差分法来求解带有边界条件的微分方程组。以带有悬臂翼板的钢 砼组合箱梁为例分析其考虑滑移时的剪力滞效应,通过算例可以看出砼板的应力随剪力连接件的刚度增大而增加,钢箱梁的应力和组合箱梁的挠度随剪力连接件的刚度增大而减小。

考虑滑移的波形钢腹板连续梁顶推施工阶段剪力滞效应分析

文章分两种情况讨论了单箱单室斜置波形钢腹板连续梁在均布荷载作用下剪力滞效应的解析计算方法,并与MIDAS有限元计算结果和现场实测数据进行相互比较,然后分析了数据产生差异的原因。结果表明考虑滑移效应后得到的解析解与该桥型的实际顶推情况更加吻合。

单箱双室组合箱梁剪力滞效应分析

通过对组合箱梁底板、混凝土顶板与悬臂翼板引入不同的剪滞翘曲位移函数,利用能量变分法推导出考虑界面相对滑移、钢腹板剪切变形和剪力滞效应的微分方程及均布荷载作用下的解析解。以带有悬臂翼板的单箱双室组合箱梁为例,运用提出的解析法对其剪力滞效应进行分析,并与ANSYS有限元结果对比。结果表明:提出的解析法所得结果与ANSYS空间有限元计算结果吻合良好;界面滑移量和挠度随着滑移刚度的增大而增加,而剪力滞效应则无较明显的变化,因此在一定条件下可忽略滑移刚度对剪力滞效应的影响;混凝土顶板应力随着滑移刚度的增大而增大,且中腹板部位处顶板的剪力滞效应较边腹板部位处大,而钢箱梁底板则与之相反。

双反弯曲线钢箱连续梁桥剪力滞效应研究

双反弯曲线钢箱梁桥由于存在弯扭耦合效应,会引起截面扭转、支座反力不均匀等现象,受力较为复杂。针对双反弯曲线钢箱梁桥的剪力滞效应,本文通过采用壳单元建立空间精细化有限元模型,详细讨论了其横向及纵向"剪力滞"效应的规律,可为今后类似桥梁的设计计算提供参考。

考虑界面滑移效应的波形钢腹板箱梁解析解

为研究界面滑移效应对改进型波形钢腹板箱梁的影响,考虑腹板剪切变形及截面轴力自平衡条件建立了组合箱梁桥的控制微分方程,进而推导出简支箱梁的滑移位移函数和翼缘板最大纵向位移差函数表达式。以受均布荷载的改进型波形腹板组合箱梁为算例,基于箱梁荷载工况和边界条件,得到了组合箱梁桥挠度、上下翼缘板截面正应力和剪滞系数表达式。利用有限元软件,通过在翼缘和腹板间添加弹性连接单元模拟滑移效应,验证提出的理论方法的正确性。最后,采用推导的理论公式研究了剪切抗滑移刚度对组合箱梁桥截面正应力、剪滞系数和挠度的影响规律。结果表明:理论解与有限元模拟结果吻合较好,提出的理论公式可用于结构设计或软件开发;剪切抗滑移刚度对组合箱梁翼缘截面正应力及挠度影响较大;在均布荷载作用下,与不考虑滑移效应相比,考虑滑移效应后的上翼缘截面正应力减小7.44%,下翼缘截面正应力增大6.79%,箱梁桥跨中挠度增大8.8%;剪切抗滑移刚度对组合箱梁翼缘板剪滞系数的影响较小,影响幅度在1%以内。

简支钢—混组合箱梁剪力滞效应研究

为研究简支钢—混凝土组合箱梁体系的剪力滞效应,建立了可考虑剪力滞后、剪切变形、材料和几何非线性的三维数值模型,采用模型对影响钢—混凝土组合箱梁力学行为的主要参数(宽跨比、滑移刚度和荷载形式等)进行了分析,分析结果表明:组合箱梁的剪力滞效应与荷载类型和作用位置有关,剪力滞系数随着宽跨比的增大而增大。

基于不同抛物线翘曲函数组合箱梁剪力滞

为了建立一个能够同时考虑界面滑移、剪切变形和剪力滞三重效应的组合箱梁分析理论模型,在该理论模型中,基于Newmark组合梁滑移模型引入不同幂次抛物线翘曲函数描述组合箱梁顶底板应力横向非均匀分布,推导了简支组合箱梁在均布荷载和集中荷载作用下的解析解.采用试验验证了理论模型和解析解的正确性.参数分析结果表明,随着混凝土板厚和钢梁高度的增加,在跨中腹板和顶板中部处剪力滞系数下降;当宽跨比减少时,在腹板处剪力滞系数下降,在顶板中部处剪力滞系数略增加;与均布荷载相比,集中荷载对跨中截面的剪力滞系数影响较明显;由推导公式的计算结果表明,可以忽略滑移刚度变化对剪力滞系数影响.

长期效应下不同边界钢-混凝土组合梁挠度分析

为了研究长期荷载效应对钢-混凝土组合梁挠度的影响,本文对不同边界钢-混凝土组合梁进行分析。考虑组合梁的剪切变形、层间滑移及剪力滞效应,引入长期荷载下的混凝土收缩徐变作用,运用能量法和变分原理推导出均布荷载作用下不同边界条件的组合梁长期挠度解析解,并通过有限元和试验结果验证了解析解的正确性。通过简支组合梁、固结组合梁和连续组合梁3个算例的挠度分析结果表明:长期荷载作用对组合梁总挠度影响较大,对两跨连续梁尤其显著;除长期荷载影响外,简支组合梁挠度主要受层间滑移作用的影响,两端固结梁挠度主要受剪切变形和层间滑移作用的影响,两跨连续组合梁挠度主要受层间滑移作用的影响;3种不同边界条件的钢-混凝土组合梁挠度受剪力滞效应的影响最小。

弯曲宽箱梁剪力滞分析

该文介绍了曲线梁与直线桥区别和剪力滞效应,运用有限元软件对弯曲宽箱梁受力性能进行了分析,得出了其在自重作用下应力状态和支座处剪力滞效应规律。通过计算得出,在一定曲率半径范围内,弯曲宽箱梁在自重及偏心车道荷载作用下顺桥正剪力滞系数有较好的规律分布,最大值一般在4左右,以及外侧支座处剪力滞系数大于内侧。

钢-混凝土组合箱型梁的滑移和剪力滞效应

该文提出了钢-混凝土组合箱型梁考虑滑移和剪力滞效应的理论模型。模型中引入了5个变量,分别包括混凝土板轴向位移、钢梁轴向位移、竖向挠度、混凝土板翘曲强度函数和钢梁翘曲强度函数,采用虚功原理得到了组合箱型梁的控制微分方程组,微分方程组可基于有限差分法求解。进而结合有限元精细模型分析手段,通过分析1座简支组合箱梁桥和1座两跨连续组合箱梁桥的滑移和剪力滞效应,验证了理论模型的准确性与适用性。最后以承受均布荷载的简支组合箱梁桥为基础,采用理论模型研究了压弯或拉弯荷载导致的梁柱效应以及预应力束布置方式对剪力滞效应的影响,并进一步分析了所提出的理论模型较之于之前研究者提出的理论模型所具备的优势。

考虑剪力滞和滑移效应的钢-混凝土连续组合箱梁自振特性

为了研究钢-混凝土连续组合箱梁自振特性,以哈密顿原理为基础,综合考虑连续组合箱梁剪力滞、滑移、剪切变形和转动惯量等多重因素的影响,推导出连续组合箱梁的控制微分方程及自然边界条件,提出一种能对工程中常用连续组合箱梁自振特性进行分析的计算方法。研究结果表明:构造的位移函数是正确和可靠的,所得计算公式比以往连续组合梁自振特性的计算理论有一定发展;界面滑移刚度对钢-混凝土连续组合箱梁自振频率影响很大,不能忽略;在剪力滞效应的作用下,连续组合箱梁的自振频率普遍减小,且剪力滞效应对连续组合箱梁自振频率的作用随频率阶次的升高而变大,随滑移刚度的增加而增大,当阶次较高且滑移刚度较大时,剪力滞效应的影响超过5.5%,不可忽视。

钢-混组合箱梁多因素耦合下的剪力滞效应

基于能量变分法,同时考虑全截面轴力自平衡条件及界面滑移的影响,建立了钢-混凝土组合箱梁剪力滞分析的通用模型,并给出界面滑移及剪力滞效应等多因素耦合效应下的挠度、滑移、应力及剪力滞系数的解析解。通过对集中和均布两种典型荷载作用下的简支组合箱梁进行模型试验及解析分析,结果表明:滑移刚度仅较小时对梁端滑移及跨中挠度影响显著;集中荷载作用下剪力滞效应只对加载点附近的局部区域影响较大,均布荷载较集中荷载影响小且分布较均匀,其最大剪力滞后程度出现在支座附近;界面滑移及剪力滞效应之间存在明显的耦合关系。

滑移摩擦支座摩擦力模型研究

采用微分连续模型模拟滑移摩擦支座的单向和双向耦合摩擦力,表明该模型可以较好地描述摩擦力的非线性特征和双向耦合效应。同时,从计算分析也可看出,考虑双向耦合作用与未考虑双向耦合作用的摩擦力滞回曲线有较大差别,因而支座应采用双向耦合摩擦力模型,以考虑双向耦合作用对结构地震反应和支座性能的影响。

钢-混凝土组合梁剪力滞效应弹性解析解

基于Gjelsvik组合梁滑移模型中引入描述组合梁翼板横向非均匀分布的纵向位移翘曲函数,建立一个能够同时考虑界面滑移和翼板剪力滞双重效应的钢-混凝土组合梁模型,并推导了简支组合梁在均布荷载和悬臂梁在梁端集中荷载作用下的解析解。采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。算例分析表明,组合梁的剪滞效应和界面滑移效应存在耦合关系,界面剪切刚度的降低使剪力滞效应得到缓解,但是界面滑移和组合梁的挠度相应增大,翼板厚度对组合梁剪力滞效应影响不明显,不同荷载类型所产生的有效宽度系数沿梁轴方向的分布有显著差别。

钢-混凝土组合梁剪力滞及时变效应的求积元分析

采用弱形式求积元法对界面滑移钢-混凝土组合梁的剪力滞及收缩徐变效应进行了计算分析。通过与现有试验及有限元结果的比较,验证了弱形式求积元方法的准确性和高效性。进一步的参数化研究表明,混凝土板宽度与组合梁跨度之比小于0.6时,剪力滞效应对含简支边界条件组合梁的时变效应影响明显。当剪力连接刚度水平较低时,由于时变效应引起的钢-混凝土组合梁的挠度相对变化将随剪力连接刚度的增大显著提高。

钢-混凝土组合箱梁梁段有限元法研究

组合梁界面滑移将减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能;剪应力沿截面横向分布不均匀,造成其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状,即剪力滞效应;同时组合梁往往重载,具有较小的跨高比,剪切变形不可忽略。根据虚功原理,建立了同时考虑滑移效应、剪力滞及剪切变形效应的组合梁单元刚度矩阵及等效节点力向量,并在此基础上编制了组合梁梁段有限元程序。利用本文程序对现有组合梁试件的混凝土顶板应力、钢梁底板应力、跨中挠度和梁端滑移进行了计算,并将本文计算结果与解析法计算结果及试验结果进行了比较。结果表明,本文计算结果与解析法计算结果及试验结果吻合良好;同时,本文计算结果具有较好的稳定性,验证了本文计算方法的正确性。本文所建立的梁单元刚度矩阵同时考虑了剪切变形、剪力滞及滑移效应的影响,符合工程实际,为有限梁段法分析组合箱梁提供了理论基础。

S型曲线钢箱梁桥空间受力特性研究

为分析S型曲线钢箱梁桥的空间受力特性和纵横向剪力滞效应,基于Midas考虑翘曲变形的七自由度梁单元和ANSYS的Shell181壳单元,对一座四跨S型曲线连续钢箱梁桥进行全桥空间精细化仿真建模,研究其在不同荷载作用之下的结构位移、截面应力、支座反力及自振特性,并找出结构的最不利情况及其应力分布规律。经2种有限元单元的结果对比,可知采用板壳单元模型较之梁单元模型对该类桥梁弯扭耦合效应的模拟更为准确,其各项分析结果更偏安全,实际设计中对该类结构应尽可能采用板壳单元进行建模检算。为进一步研究其剪力滞效应,基于ANSYS计算结果研究了该桥各关键截面顶板的剪力滞效应,得出其剪力滞系数的纵横向变化规律,可为今后类似桥梁的设计提供参考。

双反弯“S”形曲线钢箱梁桥空间计算分析

双反弯"S"形曲线钢箱梁桥由于存在弯扭耦合效应,会引起截面扭转、支座反力不均匀等现象,受力较为复杂。该文通过采用壳单元建立空间精细化有限元模型,研究其在荷载作用下的位移、应力、支座反力以及自振特性,重点讨论了其"剪力滞"效应的规律。

钢-混凝土组合梁温度效应的解析解

针对考虑和不考虑界面滑移2种情况,在任意温度分布作用下,推导了钢-混凝土组合梁界面剪力、相对滑移和温度应力理论计算公式,采用有限元模拟对考虑界面滑移的公式进行了验证,并在钢-混凝土温差模式(模式1)、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)温差模式(模式2)和英国规范BS5400温差模式(模式3)下,对比了温度效应的计算结果。分析结果表明:采用考虑界面滑移的剪力理论公式计算出的组合梁界面剪力分布与有限元计算结果规律一致,3种模式下剪力最大偏差分别为1.15%、2.65%和3.41%;组合梁界面剪力服从双曲余弦函数分布,界面滑移服从双曲正弦函数分布;不考虑滑移与考虑滑移计算得到的界面最大剪力基本相等,最大偏差仅为1.22%;组合梁跨中温度应力计算值的最大偏差小于1%,但组合梁端部温度应力计算值偏差较大,模式3温差为20℃时,考虑滑移时的混凝土底部温度拉应力为不考虑滑移时的1.9倍;组合梁的界面温度效应与温差成线性关系,斜率与温度分布模式有关,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移的变化速率最大,分别为9.138kN·℃-1、0.067MPa·℃-1和5.263×10-3 mm·℃-1;温差为30℃时,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移变化速率均为模式3的3倍以上,因此,不考虑钢梁温度梯度会使组合梁界面剪力、相对滑移与温度应力计算结果产生偏差,且偏差会随温差的增大而增大。