钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点静载试验及极限承载力计算研究

为了解钢桁腹-混凝土组合箱梁(顶、底板为混凝土结构,腹杆为钢结构)外接节点在水平荷载作用下的受力性能,以某钢桁腹-混凝土组合箱梁桥方案为背景,选取钢腹杆轴力最大节点设计、制作缩尺比为1∶3的钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点试件(由混凝土弦杆、方形钢腹杆、节点板组成,原混凝土板简化为混凝土弦杆)并开展静载试验,分析外接节点试件静载试验现象及破坏模式、荷载~位移曲线,以及混凝土弦杆、节点板和钢腹杆的应力分布规律,并基于有效宽度法及撕裂面法与最大强度准则提出外接节点极限承载力计算方法。结果表明:外接节点试件的破坏模式为节点板拉剪断裂失效,极限承载力为设计荷载的5.71倍,承载能力满足要求;混凝土弦杆压应力沿加载方向逐渐减小,沿竖直方向从上往下逐渐增大;节点板应力沿加载方向总体上先增后减,外露节点板是节点受力的关键构件;外接节点极限承载力由节点板和钢腹杆中较弱者控制,采用所提出的计算方法得到的外接节点极限承载力计算值与试验结果相差小于6%。

考虑节点刚度的钢桁腹连续箱梁桥多尺度分析

为探究某在建4×60 m钢桁腹-混凝土连续箱梁桥新型桥梁结构的工作性能,建立精细化非线性节点模型,求解节点转动刚度曲线,并通过界面连接关系,建立适用于连续组合桥梁腹杆与负弯矩区受力性能研究的多尺度模型。研究结果表明:考虑组合节点初始转动刚度时,成桥状态腹杆受弯矩较小,可采用节点铰接的简化设计方法;负弯矩区腹板在弦杆和腹杆共同作用下,上部受拉下部受压,应力呈阶梯状分布,其中受腹杆轴力影响最大,应沿主拉应力迹线方向配置预应力钢束;竖向荷载作用下顶板存在正剪力滞效应,节点处顶板存在负剪力滞效应。

钢桁腹式混凝土组合箱梁的扭转效应分析

结合钢桁腹式混凝土组合箱梁的结构特点,基于薄壁箱梁扭转理论,推导出组合箱梁闭口断面的混凝土顶底板和换算钢腹板的扭转翘曲应力表达式,进而推导出组合箱梁约束扭转控制微分方程;利用初参数法求解微分方程,并分析出翘曲双力矩以及扭转翘曲正应力随梁跨的变化规律。通过有限元模拟分析,将有限元值和理论值进行比较,结果吻合良好。研究表明,翘曲双力矩在集中扭矩作用处达到最大值,并且衰减速度很快,使得该处箱梁截面的翘曲应力达到最大值,箱梁的翘曲双力矩在远离集中扭矩作用处几乎为零,翘曲正应力也几乎为零;有限元数值与理论数值的差值百分比在10%以内,说明本文建立的理论计算方法合理可行。

钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算

为了研究钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算方法和影响其挠度变化的因素,将钢桁腹杆换算为具有等效厚度的换算钢腹板,对悬臂板纵向位移函数进行修正,再利用变分法原理推导综合考虑腹杆剪切变形和剪力滞效应的挠度计算公式.运用有限元软件ANSYS建立组合箱梁的有限元模型,对有限元数值计算值和理论计算值进行比较分析,并在此基础上研究高跨比和腹杆水平倾角对组合箱梁由腹杆剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度的影响.研究结果表明:对组合箱梁悬臂板纵向位移函数进行修正可提高挠度计算精度;对于处于合理高跨比的组合箱梁而言,其腹杆的剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度不可忽略;组合箱梁腹杆水平倾角仅会对腹杆剪切变形引起的附加挠度产生影响.

钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力的计算方法研究

为研究钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力沿横桥向的分布情况,运用有限元软件ANSYS建立一座35 m等截面简支钢桁腹式混凝土组合箱梁的有限元模型,考虑斜向腹杆杆力作用会使翼板产生附加轴力及相应的附加应力,故利用能量变分法原理推导出组合箱梁的翼板纵向弯曲应力和纵向附加应力计算公式,并据此探讨适用于计算组合箱梁的翼板纵向应力的方法。将有限元值和理论值进行比较,吻合程度良好。研究结果表明,组合箱梁的下翼板纵向应力可采用纵向弯曲应力计算公式进行计算;为获得组合箱梁的翼板附加轴力,可将组合箱梁的钢桁腹杆和混凝土纵梁取出,认为两者通过节点构造共同构成平面桁架,翼板附加轴力即为平面桁架的弦杆杆力;组合箱梁的上翼板纵向应力可通过纵向弯曲应力和经修正的纵向附加应力叠加获得。

钢桁腹式混凝土组合箱梁的结构性能分析

以南京绕越公路江山桥为工程背景,运用有限元软件ANSYS建立该钢桁腹式混凝土组合箱梁的有限元模型,分析其腹杆的受力情况,并据此计算腹杆轴力竖向分量对各分析截面的抗剪贡献,然后研究荷载横向变位对组合箱梁剪力滞效应的影响,最后推导出组合箱梁钢桁腹杆的纵向弹性模量计算公式并计算实桥腹杆纵向弹性模量,判断钢桁腹杆的抗弯贡献。研究结果表明:组合箱梁的钢桁腹杆主要承受轴力作用;组合箱梁的截面剪力可近似认为由钢桁腹杆承担;荷载横向变位对组合箱梁上翼板的剪力滞效应影响较大;钢桁腹杆可认为不抵抗截面弯矩。

钢桁腹-混凝土组合箱梁偏载系数取值影响因素分析

以南京江山车行天桥为研究背景,为探究钢桁腹-混凝土组合箱梁的偏载系数的影响因素,利用有限元软件ANSYS对其腹杆壁厚、悬翼比、高跨比和宽跨比等参数与应力增大系数和位移增大系数进行相关性分析,将有限元分析结果与经验系数值及修正的偏压法计算出的偏载系数值进行比较分析。结果表明:腹杆壁厚、悬翼比、高跨比和宽跨比的变化对两个增大系数的影响不尽相同,宽跨比对钢桁腹-混凝土组合结构的偏载系数影响最大,其次是高跨比和腹杆壁厚,悬翼比的影响几乎可以忽略不计;经验系数法对钢桁腹-混凝土组合箱梁并不完全适用,位移增大系数比应力增大系数更加接近于经验系数值;在钢桁腹-混凝土组合箱梁宽度不是太大的前提下,位移增大系数与修正的偏心压力法计算出的偏载系数值更为接近。

钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应研究

为研究梯形截面的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,在薄壁箱梁理论的基础上,考虑钢桁腹杆的力学特性,应用改进的板元分析法建立畸变控制微分方程,并给出畸变解析解。通过ANSYS建立实体模型验证所推公式的正确性。结合数值算例,对比分析在均布畸变荷载作用下相同截面参数的钢桁腹-混凝土组合箱梁和传统混凝土箱梁的畸变翘曲正应力,并分析梁宽和钢腹杆俯角对组合箱梁畸变内力的影响。结果表明,相同截面参数下,由于组合箱梁钢桁腹杆的纵向刚度很小,其畸变翘曲正应力为混凝土箱梁的1.71倍;梁宽对畸变内力影响较大,当梁宽增加至4.5 m时,畸变双力矩和畸变矩分别增大至3.68倍和1.36倍,且前者在纵向上双峰的分布趋势逐渐平缓;腹杆俯角对畸变双力矩影响较大,当腹杆俯角增加至27°时,畸变双力矩减小了约14.3%,但其对畸变矩影响很小。

钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应分析

为研究钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,根据其结构特性和力学特性,考虑共同工作区对组合箱梁腹杆纵向刚度的贡献,提出一种更适用于该类组合箱梁的畸变扇性坐标分布模式。采用新畸变中心定义符合钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变变形特征的畸变角,应用能量变分法建立畸变控制微分方程,并给出包含Krylov函数的初参数解。结合数值算例,分析钢桁腹-混凝土组合箱梁在均布畸变荷载作用下的畸变翘曲正应力,并通过有限元软件ANSYS验证所推导理论的正确性。通过改变腹杆壁厚、俯角等关键参数,探究其对畸变内力的影响规律。结果表明:按该方法揭示的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变应力分布规律与ANSYS计算结果吻合良好;横向畸变框架刚度是影响此类箱梁畸变效应的主要因素,且其对钢腹杆几何特性参数较为敏感。

钢桁腹-混凝土组合箱梁的约束扭转剪应力分析

钢桁腹-混凝土组合箱梁作为一种新型的钢混组合结构。为探究该箱梁结构的扭转剪应力分布规律,根据剪切刚度一致原则,将钢腹杆换算为钢腹板并作为正交异性板考虑,基于乌曼斯基第二理论,推导出组合箱梁约束扭转剪应力表达式,并分析扭转剪应力的分布规律。选取简支单箱单室钢桁腹-混凝土组合箱梁为算例,将计算结果与ANSYS有限元结果相比较,结果吻合程度良好,说明文中建立的理论研究方法准确度较高。研究结果表明,弯扭力矩在集中扭矩作用处达到最大值,梁端处接近为0;腹杆上的约束扭转剪应力值最大,其次为混凝土底板中心处,顶板和悬臂板的约束扭转剪应力值较小,悬臂板自由端处约束扭转剪应力为0。

钢-预应力混凝土连续组合箱形梁的整体性能分析

视多室箱梁单位宽度为空腹桁架 ,取桁架的每根杆件为一平面梁单元 ,用三次插值函数描述其位移 ,单元节点位移参数用三次多项式表示为箱梁梁段单元节点位移参数的函数。这样箱梁梁段单元可分为翼板 (顶底板 )、腹板 (斜腹板 )、伸臂和横隔板单元。在进行有限元分析时将其直接迭加至总体刚度矩阵 ,编制相应的程序后可任意分析单箱多室、多箱多室及不规整的多种材料组成的组合箱梁。同时能分析箱梁的畸变、翘曲、局部变形、剪力滞后和荷载横向分布等。用本文编制的程序进行了一座复杂的钢 -预应力混凝土连续组合箱梁桥计算 。

浅谈波纹钢腹板预应力混凝土连续箱梁的设计

一、预应力混凝土连续箱梁存在的问题概述1.预应力混凝土连续箱梁下挠的原因分析(1)在桥规中没有确定PC梁桥的恒载跨中挠度允许值,通常误以为简单用L/600值(L为主跨跨径)来替代该限制,由此进行设计容易造成结构变形过大而产生大量裂缝等病害,根据相关调研结果,应明确PC梁桥跨中砼徐变挠度的允许值为L/1600,以此作为控制梁变形的重要指标。

新型钢桁腹预应力混凝土组合梁性能分析

为了更清楚新型钢桁腹预应力混凝土组合梁桥的力学性能,以一座钢桁腹预应力混凝土组合梁桥为工程背景,采用精细化空间梁格模型进行了比较分析。研究表明:恒载作用下全桥各个截面都存在明显的剪力滞效应,但顺桥向位置不同其不均匀性也有差异;由于桥面板局部刚度较低,钢腹杆节点疲劳问题较为突出;取消了上下钢弦杆,顶底板混凝土的预应力效率大幅提高。

横拼装波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁研究

目前,我国各行各业的发展迅速,作为新型的钢混凝土组合结构桥梁,使用10〜30mm厚的波纹钢板代替30〜80cm厚的混凝土腹板。与传统混凝土箱梁相比,波形钢腹板PC箱梁自重减轻15%〜25%。波形钢腹板在纵向由于褶皱效应,其纵向抗拉压刚度小,波形钢腹板不承受轴向力,轴向力由混凝土顶板、底板承担,波形钢腹板承担剪力。波形钢腹板PC箱梁桥凭借其优越的力学性能,近年来在我国也得到推广应用,目前已有多座波形钢腹板PC箱梁桥建成通车。由于主要采用支架现浇、悬臂现浇等方法施工,没有做到工厂化、标准化和无支架施工,制约了波形钢腹板PC箱梁桥推广应用基于此,论文对横向拼装波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁关键技术进行了重点研究,为横梁和横隔板及PC连续箱梁创新技术等类似工程提供借鉴。

钢桁腹-混凝土组合梁桥受弯性能分析

基于欧拉-伯努利梁理论,分析钢桁腹-混凝土组合梁桥的受弯性能。考虑到腹杆在纵向的不连续性,通过对腹杆进行受力分析,将腹杆的受力等效为轴力和面内弯矩,分别作用在顶板和底板上。引入奇异函数建立梁挠曲的微分方程,根据支座边界条件和腹杆节点的位移协调方程求解出所有的未知系数,得到了顶板和底板在不同荷载下的挠曲函数以及腹杆的轴力。根据腹杆的轴力确定腹杆的破坏荷载以及破坏形式。最后通过ANSYS建立实体有限元模型,对比了不同腹杆倾角下顶板的挠度和腹杆轴力,计算结果与有限元结果误差在5%左右。说明该方法能计算在弯曲荷载下,任意点的挠度和所有腹杆的轴力,计算方法既简单又能满足精度要求。

大跨径波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥力学性能分析

在波形钢腹板-PC组合箱梁基础上,利用高强UHPC材料替换混凝土翼缘板以构建新型的波形钢腹板-UHPC组合箱梁桥。基于珠海前山河大桥设计原型,设计波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥,对其力学性能和经济性进行分析,并与实桥原型设计和PC箱梁方案对比分析。研究表明:①波形钢腹板-UHPC组合箱梁桥可大幅降低结构自重,最大悬臂状态下内力大幅降低,作用组合下应力验算满足规范要求,跨中最大挠度小于规范容许值;②波形钢腹板的局部屈曲稳定、整体屈曲稳定和组合屈曲稳定均满足规范要求,连接件受剪承载力亦满足要求;③构造优化后技术方案综合单价比原型设计和PC箱梁桥分别降低16.9%和57.8%;波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥整体受力性能、局部受力性能和技术经济性优良,有望成为大跨连续梁桥有竞争力的桥型。

预应力钢-混凝土组合连续箱梁挠度分析

对3片钢-混凝土组合连续箱梁跨中挠度进行了试验研究与理论分析,考虑开裂和滑移效应的影响,采用换算截面法和虚功原理建立了组合梁挠度计算表达式,推导了混凝土支座负弯矩区开裂长度计算表达式.研究结果表明,挠度理论计算值均与试验值吻合较好,预应力施加可提高混凝土开裂荷载,但对挠度的影响不显著.

波形钢腹板PC连续箱梁弯矩重分布

基于OpenSees有限元平台,建立了波形钢腹板PC连续箱梁的柔度法梁柱单元纤维模型,利用既有试验数据对模型进行验证后,分析了箱梁顶底板配筋指标、有效预应力及混凝土强度对波形钢腹板PC连续箱梁弯矩重分布的影响。研究结果表明:底板配筋的增加和有效预应力的增大,均会提高弯矩重分布率;混凝土强度的提高和顶板配筋的增加,均会降低弯矩重分布率;底板配筋数量和混凝土强度对弯矩重分布影响较显著,其次是有效预应力,而顶板配筋数量对弯矩重分布影响则相对较小。此外,本文还分析了数值模拟值与既有典型弯矩重分布公式计算值的差异,在此基础上,提出了适合波形钢腹板PC连续箱梁的弯矩重分布率计算公式。

预应力钢-混凝土组合连续箱梁的变形分析

以3片钢-混凝组合连续箱梁的变形试验为基础,其中RC1为普通组合梁,PC2和PC3为预应力组合梁,并结合虚功原理和换算截面法,提出了一种考虑自重、堆载、预应力和开裂影响的钢-混凝土组合梁变形计算方法.试验结果表明:预应力对钢-混凝土组合梁的变形影响较大,且有效预应力越大,跨中挠度越小;对于普通钢-混凝土组合连续箱梁,可通过考虑滑移效应的刚度折减法考虑混凝土板开裂对变形的影响;分析得到的理论挠度与实测挠度吻合较好.

钢桁腹-PC组合箱梁自振频率的影响因素分析

钢桁腹-PC组合箱梁自重轻,抗屈曲及抗风、抗震能力强,能有效解决传统箱梁在运营过程中出现腹板开裂问题,具有广泛的应用前景。但钢桁腹-PC组合箱梁整体刚度相对较小,钢腹杆对混凝土顶底板的约束作用较弱,在地震作用下局部振动剧烈。采用空间有限元的方法对钢桁腹-PC组合箱梁进行模态分析,研究腹杆刚度、节间高宽比及空腹比等主要设计参数对钢桁腹-PC组合箱梁的自振频率的影响,结果表明:腹杆刚度及节间高宽比在一定程度上可以提高结构的刚度,但是当超过一定范围后,对结构的振动响应会产生不利影响;随着空腹比的增加,结构的扭转自振频率大幅下降,当空腹比取0.6左右时,结构的振动特性可以取得比较好的效果。