铁路曲线区段槽型梁翘曲正应力分析

为研究铁路曲线区段槽型梁翘曲正应力效应,基于Vlasov梁和一阶扭转理论,推导得到"曲梁曲布"、"以直代曲"两种布置形式的曲线区段简支槽型梁在恒载、活载作用下的翘曲正应力计算公式,求得槽型梁翘曲正应力解析解,并与由槽型梁三维实体有限元模型计算得到的数值解进行对比分析,验证了翘曲正应力公式的可靠性;最后借助翘曲正应力公式深入探讨了铁路曲线区段槽型梁翘曲正应力的影响因素及其影响规律,对工程设计提出建议。

几种开口薄壁杆在弯曲时的翘曲正应力和附加挠度

工程上常见的Z形,园弧形等开口薄壁哉面杆在平面弯曲时,因剪切使截面翘曲而产生的正应力,当杆为细长杆时其翘曲正应力与弯曲正应力相比较小,可不计;但当杆不太长时,通过下面计算将会看到其翘曲正应力占的比重较大,应当考虑其影响。这里用材料力学的一般方法。

波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁抗扭性能

根据乌氏第二理论对波纹钢腹板预应力混凝土箱梁的扭转性能进行了研究,分析了箱梁截面在偏心荷载作用下的约束扭转和畸变特性,建立了空间有限元模型,并对理论分析进行了验证。分析结果表明:在偏心荷载作用下,由约束扭转产生的翘曲正应力为弯曲应力的5.9%,跨中截面钢腹板剪应力为弯曲剪应力的14.8%,由畸变引起的翘曲正应力为弯曲正应力的29%;针对跨径较小的简支梁,畸变产生的翘曲正应力约为约束扭转产生的翘曲正应力的5倍;偏载引起的效应在整体效应中所占的比重较大,在计算过程中不可忽略。

双工字钢组合梁桥偏载扭转效应分析及计算

为了解双工字钢组合梁桥偏载扭转效应对钢主梁应力的影响,并能准确计算其扭转应力,以淮河特大桥引桥为背景,进行有限元及理论计算。采用ANSYS软件建立引桥有限元模型,结合有限元计算结果,理论分析钢主梁跨中及支点处的扭转翘曲正应力和弯曲正应力;研究桥梁跨径、钢主梁高度、桥面板厚度、横梁间距、钢主梁间距等参数对钢主梁扭转效应的影响;提出采用修正系数计算偏载系数及考虑弯扭耦合效应的钢主梁扭转应力简化计算方法,并与有限元结果进行对比。结果表明:偏载作用下钢主梁的纵向正应力大于均布荷载作用,最大超过20 MPa,偏载作用下的扭转效应不能忽略;钢主梁间距对钢主梁翘曲效应影响较大,其余参数影响较小;提出的钢主梁扭转应力简化计算方法与有限元法计算结果偏差较小。

不同边界条件均布荷载作用钢梁弯扭正应力验算

受弯扭作用的钢梁正应力包含弯曲正应力和翘曲正应力。综合有关文献资料,针对不同边界条件的横向均布荷载作用下受弯扭作用的钢梁,从实用角度出发,分析并验算其弯扭正应力。理论公式计算与 ANSYS 有限元程序分析吻合较好,其结果可供工程设计人员参考。

预应力连续刚构桥荷载试验下的应力状态分析

以九江大桥为对象,依据其在成桥荷载试验下的应力测试结果和有限元计算结果,对结构的应力状态进行了分析。结果表明:有限元结果与测试值较为吻合,说明数值分析是可信的。该桥正应力横向分布不均匀,具有正剪力滞效应特征。薄壁箱梁结构在偏载作用下,其任一点的变形由竖向弯曲、扭转翘曲和畸变翘曲三部分变形叠加而成,其中,弯曲正应力为主要应力。横隔板对减少翘曲正应力,作用显著,但对弯曲正应力影响不大。

偏载作用下超宽幅分体钢箱梁扭转效应分析

为研究不同成桥偏载作用下宽幅分体钢箱梁的扭转效应及结构参数对扭转效应的影响规律,以西堠门公铁两用大桥主桥斜拉-悬索协作区段宽幅分体钢箱梁为背景进行有限元分析。该桥为主跨1488 m的斜拉-悬索协作体系桥,主梁为由3个流线型扁平钢箱通过箱形横梁连接组成的超宽幅分体钢箱梁。采用Abaqus软件建立该桥斜拉-悬索协作区段宽幅分体钢箱梁精细化有限元模型,计算3种偏载工况作用下钢箱梁3个典型截面(吊索作用截面、无横梁连接截面、斜拉索作用截面)顶、底板扭转翘曲正应力;分析腹板厚度、横梁宽度以及吊索横向间距对宽幅分体钢箱梁扭转效应的影响。结果表明:3种偏载工况作用下宽幅分体钢箱梁扭转效应明显,其中无横梁连接截面扭转效应最为突出,设计时应予以关注;增大腹板厚度可以降低钢箱梁顶、底板扭转效应,增大横梁宽度会增大顶板、腹板中间位置附近的扭转翘曲正应力,但会降低底板的扭转翘曲正应力最大值;吊索横向间距对扭转效应影响较小。

混凝土弯箱梁桥正应力放大系数的讨论

由于弯扭耦合作用,曲线桥梁的非偏心荷载(如自重)会产生约束扭转翘曲正应力。论文推导了梯形悬臂板双室箱形截面主扇性惯性矩的公式,并通过算例验证公式的正确性,同时结合算例分析自重作用下曲率半径的变化对曲线桥梁正应力放大系数的影响。

波形钢腹板箱梁考虑腹板局部纵向刚度影响的扭转效应分析

为了更加合理地分析波形钢腹板组合箱梁的约束扭转效应,考虑了顶底板对波形钢腹板的约束作用,引入波形钢腹板共同抗弯区的概念,同时考虑波形钢腹板的手风琴效应,提出一种分析约束扭转效应的解析法.通过引入新的广义扇性坐标分布模式,在乌曼斯基第二理论的基础上推导了约束扭转翘曲应力的计算公式.结合数值算例对比分析了所提方法与传统方法计算结果及ANSYS有限元结果的差别,确定出合理的共同抗弯区高度,验证了所推导公式的正确性.研究结果表明:在考虑了顶底板对波形钢腹板约束作用后的计算结果与传统方法相比更加接近有限元分析结果,且与有限元结果总体上吻合良好;共同抗弯区内的扭转翘曲正应力可达到弯曲正应力水平,这说明在波形钢腹板箱梁约束扭转分析中考虑顶底板对腹板的约束作用是合理的.

竖向偏心荷载作用下悬臂箱梁畸变效应研究

在改进的箱梁畸变效应解析理论基础上,用能量变分法建立畸变控制微分方程,根据边界条件推导出两端设置横隔板的悬臂箱梁在竖向偏心均布荷载作用下的畸变效应计算式。通过有限元软件ANSYS对所推导公式的正确性进行验证。结合数值算例详细分析参数变化对悬臂箱梁畸变效应的影响。研究结果表明:高宽比对悬臂箱梁畸变翘曲正应力的影响程度大于对横向单宽弯矩的影响程度,当高宽比约为1.5时悬臂箱梁畸变效应最为显著;当高宽比和悬臂板相对宽度变化时,畸变翘曲正应力发生变号以及横向单宽弯矩出现峰值的截面位置也会改变;悬臂板相对宽度对畸变效应影响较小;荷载偏心率对畸变效应影响显著。

考虑悬臂板贡献的箱梁约束扭转效应研究

箱梁在约束扭转时悬臂板会承受一定的剪应力,但在计算过程中却没有充分考虑悬臂板对约束扭转的贡献。本文基于梁理论的扭转分析对箱梁约束扭转的计算公式进行了修正,并充分考虑了悬臂板对约束扭转的贡献。对比分析了按修正前后2种方式计算的翘曲应力之间的差别,研究了结构参数对箱梁约束扭转的影响。结果表明:考虑悬臂板的翘曲应力比未考虑时大,尤其是在集中荷载作用下,考虑悬臂板后的翘曲正应力增加了27%,翘曲剪应力增加了63.7%;在集中扭矩作用处,箱梁的约束扭转力矩和翘曲双力矩很大,而且衰减很快,导致集中扭矩作用处的箱梁截面产生很大的翘曲应力;高跨比、高宽比、宽厚比等设计参数对箱梁的约束扭转有一定的影响,总体规律是约束扭效应随着高跨比的增大而增大,随高宽比的增大而减小,随宽厚比的减小而减小。

非线性薄壁杆件稳定有限元法程序编制及在工程中应用

1 前言 工程结构的稳定性分析是一个重要问题。对于钢结构而言,采用薄壁杆件考虑翘曲的影响是必要的。本程序是针对杆系结构分析而编制的,包括了桁架单元、梁单元和薄壁杆件单元,其中薄壁杆件单元按14个自由度计算。程序中可以进行线性、非线性的静力分析和动力分析。单元刚度矩阵可以考虑内力的非线性影响,开口、闭口薄壁杆件采用课题组自行推导的非线性公式编制。该程序应用于卢浦大桥以及黑龙江200m跨的拱桥的计算分析,取得了很好的成果。

类椭圆截面吊臂的约束扭转特性研究

综合分析常见椭圆截面和大圆角矩形截面大吨位起重机吊臂结构力学性能,提出了一种类椭圆截面起重机吊臂结构。根据吊臂旋转平面受力状态,可将基本臂简化为闭口曲边截面悬臂薄壁梁力学模型。然后基于乌曼斯基理论,推导了该力学模型的约束扭转特性计算公式。并基于MSC.PATRAN/NASTRAN有限元数值分析验证了理论计算公式的正确性。通过算例分析,获取了一类椭圆截面吊臂的约束扭转翘曲正应力和翘曲位移等重要分析参数。研究表明,推导的理论公式可为类椭圆起重机吊臂的约束扭转分析提供一种简便可行的计算方法。

波形钢腹板组合箱梁约束扭转分析

波形钢腹板箱梁相比于传统混凝土箱梁其扭转效应更为明显,为了更加合理地分析其约束扭转效应,在乌曼斯基第二理论的基础上考虑波形钢腹板的手风琴效应及顶底板对腹板的约束作用,通过截面等效的途径,推导了约束扭转正应力和二次剪应力的计算公式,数值算例和ANSYS有限元分析验证了所推导公式的正确性。引入正应力系数反映约束扭转正应力与弯曲正应力的占比关系,引入剪应力系数反映二次剪应力对扭转总剪应力的影响程度。结合数值算例,详细分析了悬臂板宽度和波形钢腹板厚度变化对应力系数的影响规律。研究结果表明,偏心集中荷载作用下,扭转翘曲正应力可达到弯曲正应力的45%,波形钢腹板上下两端区域内的约束扭转正应力可达到弯曲正应力水平,二次剪应力可达到扭转总剪应力的52%,减小悬臂板宽度和增大波形钢腹板厚度可显著降低二次剪应力。

基于Reissner原理的波形钢腹板箱梁约束扭转分析

为更加合理地分析波形钢腹板箱梁约束扭转效应,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演了翘曲正应力和剪应力计算式,应用Reissner原理建立了波形钢腹板箱梁约束扭转控制微分方程,给出了不同于乌曼斯基第二理论的翘曲系数公式.通过简支梁数值算例验证了所推导公式的正确性,并分析了腹板厚度和悬臂板宽度变化对箱梁横截面应力的影响.研究结果表明:相对于乌曼斯基第二理论,基于Reissner原理计算的应力与有限元解吻合更好;按乌曼斯基第二理论与按Reissner原理计算的翘曲系数的比值可达到4.70;波形钢腹板主要承担剪应力,几乎不承担翘曲正应力,而顶底板既承担翘曲正应力也承担剪应力,应对顶底板予以重视,防止斜裂缝的产生;腹板厚度增大能减小翘曲正应力;随着悬臂板宽度的增大,当悬臂板宽度比大于0.10时,翘曲正应力减小,而当悬臂板宽度比大于0.30时,总剪应力几乎无变化.

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。

单箱单室薄壁箱梁约束扭转分析

基于静力学平衡方程、几何方程、物理方程,选取合适的约束扭转翘曲位移函数,建立箱形梁在扭矩作用下以扭转角θ(z)和翘曲程度β'(z)为变量的微分方程组。对该微分方程解耦,考虑边界条件,得到θ(z)和β'(z)沿梁轴向的分布规律。选取某单箱单室混凝土箱形梁截面进行约束扭转分析,研究表明:均布偏心荷载作用下约束扭转双力矩沿梁轴向的分布与均布荷载作用下弯矩沿梁轴向的分布类似,约束扭转双力矩的一阶导数沿梁轴向的分布与均布荷载作用下剪力的分布类似;约束扭转翘曲正应力、约束扭转剪应力与弯曲应力和自由扭转剪应力相比,可以忽略不计。

装配式波形钢腹板钢箱组合箱梁扭转性能分析

为了更好地推广装配式波形钢腹板钢箱组合梁,对其在偏心荷载作用下的扭转性能进行了研究。首先,基于乌曼斯基第二理论和能量原理,分别推导了装配式波形钢腹板钢箱组合梁的扭转约束、畸变控制微分方程,并计算了跨中截面翘曲正应力的理论值。随后,采用有限元分析软件ANSYS建立了相应的数值模型与数值分析结果。理论与数值分析均表明:截面顶、底板内的翘曲正应力呈反对称分布,且畸变是引起翘曲正应力的主要因素;波形钢腹板内的翘曲正应力很小,可以忽略不计。理论方法具有适用性和有效性。

横隔板间距对钢箱梁扭转畸变的影响分析

以湖北鄂东长江公路大桥为工程背景,采用ANSYS建立5段标准钢箱梁节段精细有限元模型,分析了6种横隔板间距对钢箱梁受到偏心荷载作用时的扭转畸变正应力空间分布的影响。计算分析发现,横隔板的设置可以有效抑制箱梁的翘曲、畸变效应,对本项目标准钢箱梁节段设置3道横隔板时即可将扭转畸变效应控制在较小范围内。

混凝土悬臂浇筑拱桥横隔板浇筑顺序对拱圈力学特性的影响研究

采用悬臂浇筑法建造的混凝土拱桥当前较为少见,作为悬臂施工中承受梁段自重及施工荷载的重要临时设备,挂篮的不同形式影响着施工效率。本文以贵州省沿河县沙坨特大桥为工程背景,为提高施工效率,考虑挂篮支点由置于拱圈的拱背改为拱腹之下,并采用可收缩式内模。受挂篮长度影响,横隔板浇筑至少需滞后两个节段,针对不同横隔板浇筑顺序建立对应的空间网格模型,研究不同横隔板浇筑顺序对薄壁箱型主拱圈力学特性的影响:对比不同情况下最大悬臂阶段梁端位移、翘曲正应力、截面顶底板应力横向分布,总结横隔板浇筑顺序对拱圈力学特性的影响规律,为同类桥梁的施工设计提供参考。