波形腹板钢箱-混凝土组合梁横向内力计算与分析

为精确分析波形腹板钢箱-混凝土组合梁(SBCCGCW)的横向内力,考虑波形钢腹板特性和箱梁的畸变效应,利用框架分析法推导SBCCGCW的横向弯矩计算公式;通过两座实桥横向弯矩的有限元和实测结果对所提公式的正确性进行验证;对SBCCGCW横向内力的影响因素进行研究,并根据有限元分析结果提出SBCCGCW横向内力的简化计算公式。结果表明:利用所提公式获取的横向弯矩值与有限元结果和实测结果吻合较好,误差在10%以内;横隔板会大幅度减少荷载作用点处的横向弯矩;宽高比、混凝土顶板厚度、荷载作用位置对混凝土顶板横向弯矩的影响较大,钢底板厚度变化对混凝土顶板横向弯矩的影响较小。研究成果可为SBCCGCW的横向内力计算与分析提供参考。

预制单箱双室波形钢腹板组合简支梁顶板横向受力性能研究

为分析节段预制拼装施工工艺对单箱双室波形钢腹板组合简支梁顶板横向受力性能的影响,以青海三道河桥为背景,按1∶3的缩尺比设计、制作2片试验梁(1片整体梁采用整体浇筑、1片节段梁采用节段预制拼装)进行静载破坏试验,分析试验梁顶板在横向对称、偏心加载及纵向单点、双点加载共4种工况下的荷载~位移、荷载~横向应变曲线,并结合有限元分析、理论推导,研究顶板在横向不同位置加载下的横向内力变化规律、有效分布宽度以及横隔板数量对顶板横向内力的影响。结果表明:节段梁与整体梁顶板的横向应变变化规律基本一致,节段梁的横向应变略大于整体梁的横向应变;节段梁顶板有效分布宽度试验值与有限元值较为接近,二者间的误差不超过9%,且均大于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)的计算值;节段梁顶板横向应力理论计算值均大于相应横向应力试验值与有限元值;设置一定数量的横隔板对减小节段梁顶板横向应力值有较好的效果;节段预制拼装施工工艺可满足结构横向受力和变形,符合我国大力发展绿色桥梁的建设理念。

基于能量变分法的新型波形钢腹板箱梁横向内力研究

基于能量变分法的基本原理,考虑箱梁畸变和波形钢腹板受力特性,建立以新型波形钢腹板箱梁桥面板剪力差T为未知量的控制微分方程,利用比拟的弹性地基梁法求出剪力差,得到新型波形钢腹板箱梁横向内力的能量变分法解。详细分析波形钢腹板倾角及波高变化对横向弯矩的影响规律。结果表明:按本文计算公式求解出的新型波形钢腹板箱梁横向内力解析解与ANSYS数值解能够很好地吻合,说明本文理论推导是准确可靠的;随着腹板倾角θ的增大,计算点A和载荷作用位置F处的横向弯矩急剧增大,离载荷作用位置较远的计算点B处的横向弯矩逐渐增大,当θ约为35°时,MA=MB;随着波形钢腹板波高dw的变高,角点A和角点B处的横向弯矩呈逐步增大的趋势,而载荷作用点F处的横向弯矩值则不断减小,且始终存在MF>MA>MB的关系。

箱形梁剪力滞效应的改进分析方法研究

以薄壁箱梁的弯曲理论为基础,从分析翼缘板的面内剪切变形和弯曲剪力流的分布规律入手,从理论上证明二次抛物线是箱形梁剪力滞效应分析中的合理翘曲位移函数。选取剪力滞翘曲位移函数时,对悬臂板和底板引入修正系数,并考虑翘曲正应力的平衡条件。对箱形梁横截面上新出现的广义内力给出明确定义并称之为剪滞力矩,从分析正应力在翘曲虚位移上的虚功出发,揭示所定义的剪滞力矩即为相应于剪力滞广义位移的广义内力。对简支箱梁和连续箱梁模型的应力计算表明,计算值与实测值吻合良好,从而证实该文的分析方法和建立的公式是正确的。挠度计算表明:剪力滞效应使简支箱梁和连续箱梁算例的跨中挠度分别增大12%和19%,工程实践中必须认真对待。

钢筋混凝土连续宽箱梁受力性能试验

为研究连续箱梁混凝土开裂后的内力重分布和翼缘有效分布宽度的变化规律,制作了钢筋混凝土(RC)连续宽箱梁模型,并对加载至混凝土开裂这一过程进行了试验,研究了均布荷载作用下连续箱梁各控制截面应力及应变分布规律、翼缘有效分布宽度、挠度和抗裂性能变化情况。基于换算截面法,运用变分原理对开裂混凝土连续箱梁的剪力滞效应进行了分析,并与规范方法和试验结果进行了对比。考虑弹性支座的影响,对连续箱梁的内力重分布与变形进行了分析,分析结果与试验结果吻合较好。

单箱多室波形钢腹板箱梁的横向受力分析

为研究单箱多室波形钢腹板箱梁桥在车轮荷载下的横向受力特点及有效分布宽度,建立了单箱单室、双室、三室波形钢腹板箱梁的有限元模型,对比分析了3种截面箱梁的横向应力和有效分布宽度的规律。通过缩尺模型梁试验,验证了有限元分析结果。通过研究发现,单箱多室波形钢腹板箱梁的横向受力可近似简化为单室箱梁,但按照目前规范计算波形钢腹板箱梁的有效分布宽度存在较大误差。利用有限元模型,研究了荷载横向作用位置、腹板中心间距、悬臂板长度、顶板厚度、波形钢腹板尺寸及类型等参数对单箱单室箱梁有效分布宽度的影响,结果表明荷载横向作用位置和箱室腹板中心间距是最重要影响因素。通过对参数分析结果进行曲面拟合,得到了单箱单室波形钢腹板箱梁的有效分布宽度计算公式;单箱多室箱梁有效分布宽度可按0.9倍的单室箱梁有效分布宽度计算。最后,以某单箱三室波形钢腹板箱梁桥为例,按照该文公式求得有效分布宽度,采用弹性框架法计算了横向单点和多点车轮荷载作用下箱梁的顶板横向应力,并与有限元模型、桥规方法计算结果进行了对比,发现:横向多点车轮加载时,忽略不同箱室有效分布宽度的差异会使横向应力计算结果偏不安全,建议采用该文提出的应力折减系数考虑此因素影响;按照该文方法计算的横向应力结果更精确,与规范方法相比误差可减小20%~40%。

基于塑性分析的钢筋混凝土箱梁悬臂板横向受力有效分布宽度

目前国内外相关设计规范中关于行车道板横向受力有效分布宽度的取值是基于弹性理论分析结果确定的,不能体现塑性阶段行车道板横向受力特点。通过对2个钢筋混凝土箱梁模型上的4块悬臂板进行荷载试验,得出悬臂板极限荷载和塑性铰线分布形式,并运用塑性分析方法,推导钢筋混凝土箱梁悬臂板在局部荷载作用下塑性有效分布宽度的计算公式。试验结果和理论分析比较表明:悬臂板的塑性有效分布宽度与荷载作用位置及单位板宽正、负极限弯矩值相关;满足构造配筋要求的箱梁悬臂板进行极限状态设计时,建议采用简化的三折线破坏模式进行塑性横向有效分布宽度计算,取正铰线扩散角为45°,负铰线扩散角为60°;荷载作用于悬臂板边缘时基于塑性的横向有效分布宽度是基于弹性分析的1.58倍。

波形钢腹板箱梁桥面板横向内力计算的框架分析法

基于框架分析法的基本原理,结合波形钢腹板箱梁的结构特点和力学特性,建立了适用于其桥面板横向内力的计算模型.该计算模型能够反映横向框架作用和箱梁畸变效应对桥面板横向内力的影响.通过与相关室内模型试验数据和有限元分析结果的对比可知,框架分析法计算值与有限元结果、试验值吻合,误差均在10%以内,验证了此计算模型的正确性.并采用上述模型分析了钢腹板线刚度变化对桥面板横向内力的影响,结果表明在波形钢腹板箱梁截面上的腹板间距确定的条件下,波形钢腹板与混凝土顶板的线刚度比是影响桥面板横向内力的重要因素.

钢筋混凝土箱梁横向受力有效分布宽度的非线性分析

对钢筋混凝土单箱单室箱梁顶板、翼缘板开裂进入非线性阶段后横向受力特点及横向受力有效分布宽度的发展规律进行了详细的论述;对两种典型边界条件下翼缘板的横向受力有效分布宽度的发展进行了比较。数值计算结果表明:考虑结构开裂后的材料非线性影响后,横向受力有效分布宽度的发展和相应的弹性值之间存在较大差异,从应力水平来看采用钢筋屈服前的最大横向受力有效分布宽度进行设计是合理的,顶板及翼缘板的横向受力有效分布宽度可在我国现行规范JTG D62的基础上提高40%。对于翼缘板而言,支承边界的改变也同样影响横向内力的分布,横隔板附近的翼缘板由于受刚性约束的影响其横向受力有效分布宽度按规范的50%设计比较合理。根据有限元参数分析结果,提出了钢筋混凝土箱梁顶板在混凝土开裂后弹塑性阶段的横向受力有效分布宽度的概念及以其进行设计的新方法,并与国内外相关桥梁规范进行了比较。

波形钢腹板箱梁桥面板横向内力计算方法

通过静力试验,对单箱双室波形钢腹板缩尺试验梁的桥面板横向受力特点和箱梁框架变形进行分析.结合试验结果和波形钢腹板箱梁的力学特点,提出了一种刚架模型,并将波形钢腹板箱梁桥面板的横向内力计算结果与传统箱梁框架模型和公路桥规中的简支板与连续板模型的横向内力计算结果进行对比.结果表明:刚架模型和箱梁框架模型的计算结果与试验值较为吻合,误差均在10%以内;简支板与连续板模型的计算结果则较为保守,与试验值的误差在20%左右;与箱梁框架模型相比,刚架模型比较简单,并且考虑了波形钢腹板线刚度与混凝土桥面板线刚度比值对混凝土桥面板横向内力的影响.

波形钢腹板单箱多室箱梁横向受力分析

波形钢腹板单箱多室箱梁横向跨距较大,波形钢腹板刚度相对较小,其横向受力比单箱单室箱梁的受力要复杂。通过波形钢腹板单箱双室试验梁的弹性阶段试验,分析了箱梁顶板的横向内力分布特点;考虑箱梁横向弯曲和畸变翘曲的影响,采用能量法建立波形钢腹板单箱双室箱梁横向受力计算模型,并将能量法结果、试验结果与有限元计算结果进行了对比分析。采用有限元模型对波形钢腹板横向受力进行了参数分析,结果表明:中腹板厚度变化对顶板横向内力的影响不可忽略;波形钢腹板单箱多室箱梁顶板的横向内力随着腹板与顶板线刚度比的增大而减小。

波形钢腹板箱梁桥面板横向温度效应分析

针对我国公路桥涵设计规范仅给出混凝土箱梁的温度梯度模式,并未涉及波形钢腹板箱梁温度梯度模式的不足,本文鉴于2种箱梁结构的构造特点及力学性能的差异,对某波形钢腹板连续箱梁桥进行了为期1 a的温度效应观测。研究了其日照温度场分布规律,提出了波形钢腹板箱梁温差计算模式;且基于温度梯度模式得出了箱梁桥面板的横向内力。结果表明:箱梁桥面板同一高度各测点的温度变化规律一致,沿桥面板横向的各测点混凝土温度变化规律均呈正弦曲线变化趋势;基于二维温度梯度模式的结构力学方法计算结果与有限元结果吻合,可以为该地区波形钢腹板箱梁温度效应产生的温度应力值提供参考。

顶板横向预应力作用下宽箱梁空间效应分析

针对宽箱梁受力表现出较强的空间效应的特点,建立精细化的空间有限元模型,以恒载(自重加二期恒载)作用下的力学分布作为基础,对比研究了考虑顶板横向预应力作用时的宽箱梁受力特点,得到了一些有益的结论。

斜腹板薄壁箱梁横向内力的改进分析方法

为更准确地计算箱形梁在偏心荷载作用下的横向内力,在推广的框架分析法基础上,建立了满足平衡条件的新计算模型。以畸变位移与框架位移的协调关系为基础,推导出计算箱形梁横向内力的基本公式。通过简支箱形梁的数值算例,详细分析两种不同方法对箱形梁横向内力的影响。结果表明:推广的框架分析法只在计算直腹板箱形梁横向内力时是准确的;采用新模型计算所得的横向内力与有限元数值模拟结果的分布规律一致,尤其在底板上取得了更高精度;箱形梁横截面上的横向弯矩随底、顶板宽度之比的增大而逐渐增大,随高宽比的增大而逐渐减小。因此,适量减小斜腹板箱梁的底板宽度或增加梁高可以减小横向内力,缓解因横向应力过大产生的纵向裂缝。

轮载下的波形钢腹板箱梁顶板横向内力分析

对于车辆荷载作用下波形钢腹板箱梁桥面板的横向内力计算，首先将轮载转换为沿桥跨分布的半波正弦荷载，然后将此连续荷载代入到适用于波形钢腹板箱梁的框架分析法模型中，即可求解相应位置处的横向内力值。为了验证此种荷载转换方式的准确性，将计算模型的理论计算值与试验实测值、有限元结果进行了对比分析，分析结果表明：这种通过荷载形式转换后计算得到的理论计算值与实测值、有限元值相比，差值均在10％以内，满足精度要求。进一步对计算模型在多种加载工况下的计算结果进行数值分析验证，包括不同加载位置，不同数量的集中轮载作用等，证实了此种荷载转换形式的可行性。同时，采用公路桥规中有效分布宽度的方法，计算出相应的桥面板横向应力，规范值与上述3种结果相比大30％～40％。

斜支承箱梁的日照温度次内力研究

为了研究斜支承箱梁在非线性日照温度梯度作用下的结构性能,推导了日照温度初内力的一般公式,并针对指数曲线和折线两种温度梯度模式给出初弯矩的具体表达式,在此基础上,进一步推导了单跨斜支承箱梁和多跨斜支承连续箱梁的日照温度次内力公式。以基本公式为依据,编制相应电算程序,结合工程实例,详细分析了斜度和弯扭刚度比对单跨斜支承箱梁和多跨斜支承连续箱梁日照温度次内力的影响,绘制的大量曲线清晰显示了其影响规律。研究结果表明,无论是多跨斜支承连续箱梁还是单跨斜支承箱梁,在非线性日照温度梯度作用下都会产生很大的次弯矩和次扭矩,斜度和弯扭刚度比对次内力有显著影响。

基于外荷载修正的箱形梁横向内力分析

为了合理计算薄壁箱梁在偏心荷载作用下的横向内力,采用弹性支承梁理论对作用在薄片框架上的外荷载进行修正.根据箱形梁畸变位移与框架位移之间的协调关系,采用满足平衡条件的新计算模型,推导出计算箱形梁横向内力的基本公式,并分析了几何参数对箱形梁横向内力的影响.结果表明,当高宽比小于1.5时,横向弯矩降低幅度较大,且在远离跨中截面处以较快的速度衰减;当高宽比大于1.5时,横向弯矩降低幅度较小,且在箱形梁跨中大部分范围内基本保持不变.与有限元计算结果相比,全梁各横截面计算误差均小于10%.基于修正的外荷载计算所得的箱形梁沿跨度方向的横向弯矩较推广的TYL框架分析法精度更高.

连续刚构弯箱梁桥横向内力计算方法

针对变截面连续刚构弯箱梁结构分析的横向内力计算 ,探讨了桥梁纵向挠曲作用与弯梁扭转作用对横向内力计算的影响 ,以及横向框构中考虑材料在应力—应变的线性与非线性关系两种不同状况下内力分布的变化。以厦门海沧大桥西航道变截面连续刚构弯箱梁桥 (78m+1 40 m+78m+42 m+42 m)为例 ,计算了在预应力作用。

预应力混凝土箱梁桥横向受力分析方法的研究比较

以洋安大桥主桥5跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥为背景,对其横向应力分别采用传统的平面框架法和空间有限元法进行分析比较,结果表明大部分关键截面平面框架法得到的横向应力远大于空间有限元法,在实际设计计算中须谨慎使用平面框架法。

宜昌伍家岗长江大桥抗震设计关键技术研究

宜昌伍家岗长江大桥为主跨1160 m的钢箱梁悬索桥,针对大桥塔高、结构柔、跨度大、弱阻尼等特点,从长周期效应、行波效应和减隔震设计3个方面开展抗震设计关键技术研究。采用MIDAS Civil软件建立主桥空间有限元模型,综合考虑地震地质环境、场地条件及地震震级对长周期反应谱的贡献,修正设计反应谱,分析不同视波速对主桥地震反应的影响,通过非线性时程分析阻尼器对结构位移和内力的减震效果。结果表明:考虑长周期效应,结构的地震内力响应增大约30%,地震位移响应增大约50%,在抗震设计时需要预留足够的安全储备;结构行波效应分析结果小于一致激励的计算结果,采用一致激励作用下的计算结果偏安全;设置阻尼器后,加劲梁位移减震效果达到85%以上,阻尼器对加劲梁的纵向位移减震效果显著,对桥塔内力的减震效果并不明显,在抗震设计时应以位移减震控制为主。