分体式三箱主梁气动特性数值模拟

为研究分体式三箱主梁气动特性,基于某公铁两用斜拉悬索协作体系桥梁分体式三箱主梁,采用FLUENT软件开展了不同槽高比(G/D)、不同风攻角下分体式三箱主梁气动特性二维数值模拟。所述主梁气动特性主要包括气动力系数、涡量场、平均压力系数以及压力系数标准差分布。数值模拟结果表明:在研究参数范围内,不同风攻角下,阻力系数总体随槽高比增大而增大,升力系数和力矩系数未随槽高比单调变化,且力矩系数对槽高比变化更敏感。各槽高比下升力系数随风攻角变化斜率均为正值,这表明该分体式三箱主梁颤振性能良好;0°风攻角下,G/D=0时,仅在箱梁尾流区存在周期性漩涡脱落。G/D=1.61时,0°风攻角下箱梁开槽处及中间箱体和下游箱体表面漩涡脱落显著,相较于0°风攻角,±10°风攻角下中间箱体与下游箱体开槽处及下游箱体表面漩涡脱落减弱;主梁开槽使得中间箱体上表面负的平均压力系数幅值增大,并导致箱梁表面压力系数标准差增大。G/D=1.61时,相较于0°风攻角,±10°风攻角下箱梁表面压力脉动减弱,尤其下游箱体表面压力系数标准差显著减小;该分体式三箱主梁临界槽高比为G/D=2.08。

单箱双室变截面波形钢腹板组合梁剪应力分析

为了研究单箱双室变截面波形钢腹板组合箱梁(CBBCSW)的剪应力分布规律,分析了单箱双室变截面CBBCSW的顶底板与波形钢腹板(CSW)的承剪问题。基于微元体平衡和切应力互等定理推导了变截面CSW的剪应力计算公式,并与等截面CSW剪应力计算公式进行了对比。对各项剪应力的性质展开了研究,针对变截面CBBCSW的顶底板和参与承剪机理进行了分析,提出了底板承剪比例计算公式。以室内模型试验梁和一座单箱双室变截面CBBCSW为例,采用ANSYS有限元软件分别建立了试验梁与实桥的有限元模型,研究了不同约束体系下,剪应力在CSW上的分布以及顶底板与CSW参与承剪的规律。对比不同荷载情况下,有限元计算结果与理论公式计算结果的差异,分析不同荷载工况对顶底板与CSW参与承剪的影响。此外,分析了横隔板对单箱多室CBBCSW剪力分配的影响。研究结果表明:所提公式的理论结果与试验实测结果和有限元结果吻合较好,且底板参与承剪的比例不可忽视;变截面引起的“附加剪应力”是影响剪力传递的直接原因,弯矩的大小会直接影响底板参与承剪的比例;对称荷载下中腹板与边腹板的剪力分布几乎相同,而横隔板会改变CSW上剪力分配,靠近横隔板处的部位剪应力分布更均匀。研究结果可以为实际工程中变截面CSW的剪应力和承剪比的分析提供参考依据。

基于剪力滞附加挠度的箱梁弯曲自振特性分析

为揭示弯曲空间效应对自振频率削弱的影响规律,选取剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移,将箱梁翘曲附加变形纳入体系总动能中,运用Hamilton原理,建立考虑剪切、剪力滞及双重效应影响的箱梁弯曲自振频率变分解析解,引入空间效应对自振频率削弱影响的差值比参数,详细分析截面尺寸及边中跨径比对差值比参数的影响.算例分析表明:考虑剪切和双重效应影响的箱梁自振频率解析解与有限元数值解吻合较好;频率阶数越大,各效应对自振频率的削弱程度越大,其中,双重效应影响最为显著,对一阶频率,双重效应对简支和连续箱梁自振频率分别削弱了4.72%和4.80%;跨宽比、宽高比和边中跨径比越大,自振频率差值比越小;板宽比越大,剪力滞、双重效应自振频率差值比越小,剪切自振频率差值比越大;同一跨宽比时,剪力滞和剪切效应对自振频率的削弱程度相当;不同宽高比下,剪力滞效应对自振频率的削弱程度近乎相同,剪切效应影响较为显著;低阶自振频率计算时可按不带悬臂板的箱梁进行计算.

大跨度铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响

在已建成的大跨度鳊鱼洲长江大桥原设计宽高比为6.7∶1的四线铁路桥矩形箱型主梁断面的基础上,通过调整断面宽高比,设计宽高比为4∶1的二线铁路和宽高比为9∶1的六线铁路桥矩形箱梁断面。通过节段模型风洞试验,在0°,±3°和±5°风攻角的均匀来流下,对以上3种常用二线、四线和六线铁路桥矩形箱梁断面与对应相同宽高比纯矩形断面之间的涡振特性关系,以及铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响进行研究。结果表明:在宽高比分别为4∶1和6.7∶1的矩形断面上布置铁路桥附属构件能增大断面在负风攻角下的涡振振幅,在-5°风攻角下竖向涡振振幅增大率高达277.5%,但对正风攻角下的涡振响应起到一定的抑制作用,而在宽高比为9∶1的矩形断面布置六线铁路桥附属构件则能明显增大该断面在各风攻角下的涡振振幅,其扭转涡振振幅增大率均在48.3%以上;铁路桥附属构件对矩形断面涡振性能的降低作用随着断面宽高比的增大而提升,针对气动外形较钝的二线和四线铁路桥箱梁,可参考相似宽高比矩形断面涡振特性,并重点考察箱梁在负风攻角下的涡振响应,而针对宽高比较大的六线铁路桥箱梁,由于附属构件影响较大,参考相似宽高比矩形断面涡振特性的意义较小,均应详细研究其在各风攻角下的涡振性能。

非纯弯作用下I形波板组合梁的弹性屈曲应力

纯弯条件下,带钢翼缘板的波形钢腹板I形组合梁(简称I形波板梁)的屈曲应力已有明确的计算公式,但该公式不适用于非纯弯的条件。笔者对自由端受集中荷载的悬臂式I形波板梁进行了数值模拟研究,结果表明:该种梁有3种屈曲模态,分别是翼缘板屈曲、波板屈曲和耦合屈曲;当梁的屈曲由翼缘板屈曲主导时,悬臂式非纯弯梁的屈曲应力大于纯弯梁的屈曲应力,此时翼缘板的宽长比为影响翼缘板屈曲应力的主要因子;结合大量的数值模拟结果,笔者对翼缘板屈曲系数进行了修正,提出了涵盖全部屈曲模式的I形波板梁屈曲应力计算公式。

槽形钢箱梁涡振性能及抑振措施试验研究

为提高槽形钢箱梁桥的抗风性能,对槽形钢箱梁的涡振性能及抑振措施进行试验研究。以某人行景观桥槽形钢箱梁为背景,通过主梁节段模型风洞试验,研究+3°、0°、-3°风攻角下均匀流与紊流风场中槽形钢箱梁的涡振性能,分析交替封闭栏杆、将栏杆楔形扶手改为圆形扶手、提高阻尼比等措施的抑振效果。结果表明:原槽形钢箱梁断面涡振性能不满足规范要求,均匀流风场中,3个风攻角下均出现了超限的竖弯涡振,+3°和-3°风攻角下出现了不同程度的扭转涡振,最不利风攻角为-3°;紊流风场中,最不利风攻角下原断面竖弯涡振振幅降低了23%,未见明显扭转涡振;楔形扶手栏杆交替封闭使结构竖弯涡振振幅增大,主梁涡振性能降低;单独改变栏杆扶手形状为圆形对主梁涡振性能影响不大,在此基础上交替封闭栏杆能够有效抑制主梁涡振;提高结构阻尼比能有效抑制主梁涡振,阻尼比为7‰时,主梁竖弯涡振振幅可降至规范限值的一半左右。

大跨PK断面钢箱梁斜拉桥涡振性能及优化措施研究

红莲大桥主桥为主跨580 m的双塔斜拉桥,中跨主梁采用PK断面钢箱梁,该类主梁断面易发生涡振,需对其涡振性能及抑振措施进行研究。基于该桥有限元动力特性分析结果,制作PK断面钢箱梁1∶60缩尺比节段模型进行测振风洞试验,研究桥梁原始设计断面主梁的涡振性能,讨论增加结构阻尼比(增加至0.010和0.027)措施的涡振抑振效果,并对增设稳定板、水平导流板、部分封闭桥面栏杆等不同气动优化措施及组合对主梁涡振性能的影响进行分析。结果表明:原始设计PK断面钢箱梁的涡振振幅明显超过规范限值;增大结构阻尼比虽然可以有效抑制涡振响应,但阻尼比增加至0.027时竖弯涡振振幅仍然显著;在桥面检修栏杆上缘外挑1.6 m宽水平导流板可将涡振振幅降低到可忽略的水平;采用在检修栏杆上缘外挑1.1 m宽水平导流板、优化桥面燃气管道位置、调整防撞护栏下部封闭高度为0.42 m,或移除检修道栏杆底座、错列布置封闭检修道栏杆和防撞护栏等组合措施,虽不足以完全抑制涡振的发生,但可将涡振振幅控制至明显小于规范限值。

锈蚀钢筋混凝土T梁的疲劳性能试验

为探明我国早期建造的公路钢筋混凝土T梁桥纵筋锈蚀后的疲劳性能,加工制作10根实际锈蚀率在4.12%~13.72%之间的钢筋混凝土T梁试件,对其开展疲劳应力比在0.25~0.67范围内的疲劳试验。试验结果表明:轻度锈蚀T梁试件的挠度、弯曲裂缝宽度和材料应变均呈现明显的前期快速发展-中期稳定变化-后期迅速增长的“三阶段发展”特征,疲劳破坏一般以弯曲裂缝超限为标志;中度或重度锈蚀T梁试件承受应力比小于0.30左右的疲劳荷载作用时,前者中期平稳发展阶段基本消失,后者甚至会发生低周疲劳破坏;当应力比不超过0.31时,中度和重度锈蚀试件相比轻度锈蚀试件的疲劳寿命分别减小了约48%和71%;当应力比从0.66减小到0.31时,中度和重度锈蚀试件的疲劳寿命分别减小了约85%和90%。由于中度或重度锈蚀的公路钢筋混凝土T梁的实际疲劳寿命远低于200万次的设计疲劳寿命,故设计和运维中应采取措施减小主筋锈蚀率及疲劳应力幅值。

大幅变宽连续箱梁桥受弯性能研究

为研究大幅变宽度连续箱梁桥的宽跨比对其力学特性的影响,以湖南省长益高速公路互通匝道变宽预应力混凝土连续梁桥为工程背景,分别建立梁格模型与单梁模型,对其弯矩、挠度及应力进行分析。研究结果表明:在仅考虑自重与二期荷载作用下,随着宽跨比的增加,各纵梁沿横截面承担的弯矩逐渐趋于均匀,各纵梁承担的应力相对平均偏差增大,空间效应明显;与增加箱室宽度而变宽的主梁相比,通过增加箱室数量而变宽的主梁的挠度与弯矩分布更加均匀。

钢-混工字组合连续梁桥地震易损性及其影响参数分析

以一座3×40m钢-混工字组合连续梁桥为依托,通过SAP2000建立不同墩高、不同上部结构荷载及不同上部主梁截面等全桥非线性有限元模型。选取峰值地面加速度(PGA)作为地震动强度参数,以桥墩位移延性比为损伤指标确定了完全破坏、严重破坏、中等破坏、轻微破坏、基本完好等5种结构破坏状态,分析了不同PGA作用下的桥墩易损性。研究结果表明:对于钢-混工字组合连续梁桥,相同桥墩截面尺寸、同一峰值地面加速度(PGA)下,桥墩高度越高,各个破坏状态的超越概率越小,其破坏风险越小;在合理的上部结构设计前提下,增加上部结构荷载,会降低桥墩的抗震性能;相同的下部结构布置,上部主梁采用钢-混组合结构,其桥墩易损性破坏概率要比同跨径的钢筋混凝土T型梁桥小,抗震性能更优越。建议桥梁抗震设计时重点关注上述因素的影响。

变截面钢桁腹混凝土组合梁-钢腹杆剪应力计算

基于弹性梁微元法,考虑混凝土顶底板对组合梁的抗剪贡献,在轴力、剪力及弯矩共同作用下,推导变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算公式,并结合算例和有限元进行验证,对比分析在集中荷载作用下理论值与有限元值的相对误差,验证计算公式的适用性。研究结果表明:解析法和有限元法计算结果吻合良好,在变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算中变截面效应的影响不可忽略。在集中荷载作用下,等截面梁与变截面梁等效钢腹板的承剪比最大差值约79.75%;从悬臂梁端部到根部,钢腹杆的剪应力在减小,钢腹杆的承剪比从81.48%降低至10.90%。

梁拱组合体系桥梁刚度性能研究

为分析不同关键设计参数对梁拱组合体系桥梁刚度性能的影响,引入代表刚度的概念,根据定义得到理论计算公式;以江西于都胜利大桥为工程背景,计算组合体系结构刚度,分别考虑主梁刚度、主拱刚度、吊索直径等参数,基于单一参数变量法和总用钢量不变条件下建立多种不同设计参数模式下的有限元计算模型,对比分析计算结果得出:梁拱组合体系桥梁中,拱结构所占材料用量不大,但其对梁结构的刚度提升非常明显;吊索结构不直接提供代表刚度,但它用于梁拱2种结构间的受力分配,影响拱对梁的代表刚度提升效果;存在一个最佳拱梁刚度比,使得在总材料用量不变的条件下,组合后代表刚度最大;拱梁刚度比与主梁代表刚度的提升倍数存在对数函数关系。

基于硫酸盐腐蚀箱梁挠度分析的混凝土施工水灰比研究

硫酸盐侵蚀会严重影响混凝土梁体的使用性能,水灰比会影响混凝土在盐环境中的扩散系数,从而影响到硫酸盐环境下混凝土箱梁的挠度,施工过程中的水灰比控制是混凝土结构和构件的使用性能和使用寿命的基础。采用长期浸泡法对缩尺混凝土箱梁进行硫酸盐腐蚀试验,研究混凝土箱梁内部的硫酸盐扩散情况。采用三分点加载试验对浸泡试验梁施加荷载,研究荷载与硫酸盐腐蚀联合作用下的挠度变化情况。基于Lee H等侵蚀深度预测理论模型,得到了SO 42-扩散深度与水灰比的关系,结合力学分析得到硫酸盐环境下混凝土箱梁挠度与水灰比的关系,并与试验结果进行对比,最终得到符合混凝土承载力与耐久性要求的施工水灰比。研究结果表明:试验与理论计算值具有较高的吻合度,且当水灰比为0.48时,可以保证硫酸盐腐蚀环境中混凝土箱梁的耐久性。

近断层强震作用下城市组合钢板梁桥RC桥墩震后可修复性研究

为研究近断层地震动作用下城市组合钢板梁桥钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)桥墩的震后可修复性,以8度区、Ⅲ类场地的城市组合钢板梁桥为背景,分析在E2水平近断层地震动作用下RC桥墩的残余位移比。采用正交试验设计方法,按现行规范试设计25座典型三跨连续城市组合钢板梁桥样本,采用验证后的有限元建模方法建立全桥动力模型,分析跨径、桥宽和桥墩长细比对RC桥墩残余位移比的影响。并以样本中某3×35 m三跨连续组合钢板梁桥为研究对象,进行有限元模型参数分析,研究RC桥墩设计参数(轴压比、长细比、纵筋配筋率和体积配箍率)对残余位移比的影响。结果表明:组合钢板梁桥跨径、桥宽和桥墩长细比均对RC桥墩残余位移比有明显影响;RC桥墩残余位移比与轴压比和长细比成正比关系,而与纵筋配筋率和箍筋体积配箍率成反比关系;为提高城市组合钢板梁桥在近断层地震动作用下桥墩的可修复性,建议RC桥墩轴压比不超过10%,长细比不超过8,纵筋配筋率取1.5%~2.0%,箍筋体积配箍率取0.6%~1.2%。

沪通长江大桥主航道桥总体设计参数分析

为研究公铁两用斜拉桥的力学性能,以沪通长江大桥主航道桥[(140+462+1 092+462+140)m双塔斜拉桥]为对象,采用空间板梁单元法建立全桥有限元模型,对边跨支点数量、边中跨比、主梁高跨比和宽跨比、塔梁高跨比等设计参数进行分析。结果表明:边跨设置辅助墩可改善结构受力、提高桥梁整体刚度;边中跨比增大使结构总体刚度减小,活载塔底顺桥向弯矩增大;主梁高度增大可提高结构整体刚度,但提高幅度有限,同时对恒、活载拉索应力的影响也较小;主梁宽度增大使横弯基频增大、竖弯基频减小,扭频先减小后增大而后趋于平稳,结构颤振稳定性提高;塔高增大使结构竖向刚度增大而索塔纵向刚度降低,活载塔底顺桥向弯矩减小,恒、活载拉索应力减小。

蜂窝梁的挠度影响因素分析

对蜂窝梁的扩张比,孔的类型,蜂窝梁的高跨比和剪跨比四个因素对挠度的影响进行分析比较,并与等截面实腹式梁的挠度进行对比,得出蜂窝梁的扩张比,高跨比对挠度影响较大,并指出蜂窝梁扩张比的合适范围及挠度扩大系数α值的变化规律.

小跨高比混凝土简支箱梁静力性能试验研究

山地城市排水干管埋地箱涵由于滑坡导致地基塌陷而成为简支箱涵,支承方式的改变导致管道结构存在破坏风险。为此,文章对简支下小跨高比埋地箱梁进行了模型静力加载试验,分析了小跨高比埋地箱涵在简支条件下的破坏形式、抗剪性能以及剪力滞效应,讨论了现行有关设计规范对于箱涵抗剪承载力计算之不足。研究表明,竖向均布荷载作用下,小跨高比箱梁裂缝分布比较均匀,破坏时没有明显的临界斜裂缝,最终由于混凝土斜向受压柱压溃而丧失承载力。箍筋作为主要的抗剪部件,在斜裂缝出现后承担着大部分剪力。纵筋应变受内力重分布和裂缝发展等因素影响,部分区域呈现剪力滞效应。埋地箱涵由于滑坡地基塌陷导致的支承条件的改变将导致混凝土过早开裂,影响排水管道正常使用。

剪切变形对波形钢腹板箱梁挠度的影响

波形钢腹板箱梁是一种新型的钢 -混凝土组合结构 ,与传统混凝土腹板箱梁相比 ,其挠度计算中剪切变形的影响是不可忽略的。结合波形钢腹板箱梁的结构特点并应用初等梁理论 ,提出该种箱梁受弯时考虑了剪切变形影响的挠度计算方法 ,通过模型试验和有限元分析进行了验证 ;同时指出不同剪跨比 ,剪切变形对箱梁挠度的影响是不同的 ,并就考虑剪切变形影响与否的剪跨比界限值提出建议解此微分方程即可得到考虑剪切变形对挠度影响时梁的总挠度 y。考察简支梁在一集中荷载作用下的情况 ,如图 5所示 ,集中荷载 P作用在梁跨中 ,梁跨径为 l,对任意截面而言 ,剪力如下 0≤ x≤ l2 ,Q( x) =P/2 ;l2 <x≤ l,Q( x) =- P/2由 dy1dx=KQ( x)GA,有 dy2 =KQ( x)GAdx ( 7)则 y1=∫dy2 =∫x0 [KQ( x)GA]dx+ C1( 8)当 x=0时 ,y1=0 ,有 C1=0 ,由公式 ( 8)得y1=KP2 GAx ( 9)对于跨中而言 y1=KP2 GAl2 =Kl4GAP(↓ ) ( 1 0 )根据材料力学 ,由弯矩产生的跨中挠度y2 =Pl348EI(↓ ) ( 1 1 )所以总挠度 y=y1+ y2 =Kl4GAP+ Pl348EI=Pl348EI( 1 + 1 2 EIl2 GAK) ( 1 2 )根据前述波形钢腹板箱梁的结构特点 ,即剪力完全由波形钢腹板承担 ,且剪应力沿梁高均匀等值分布 ,所以取应力不均匀系数 K =1 .0 ,同时在计算中取 G=Ge。

多肋火灾下混凝土T形梁桥实体剪力滞比研究

为研究多肋火灾下混凝土T形梁桥的剪力滞变化规律,以横桥向5片T形梁组成的混凝土简支梁桥为背景进行分析。采用ANSYS建立混凝土T形梁桥多肋火灾模型,分析多梁肋在对称火荷载作用下,混凝土T形梁桥实体剪力滞比的变化特征。结果表明：所有梁肋受火时,随火温持续时间的延增,剪力滞比呈指数曲线趋势逐渐增加,且处于负剪力滞分布状态;单侧半跨5片梁肋受火,火温持续时间在20min内时,剪力滞比变化明显,火温持续时间在20～60min时,剪力滞比基本回至初值,且随火温持续时间的延增,剪力滞比时程曲线逐渐向初始状态靠拢,走势平坦;桥跨方向非连续梁肋受火,近火梁肋剪力滞比显著。

矮塔斜拉桥研究的新进展

简要叙述矮塔斜拉桥在国内外的应用及研究状况,讨论该种桥型的中文和英文关键词,提出索梁恒载比、索梁活载比和名义刚度的概念,并对这种桥型进行界定,试图揭示这类桥梁的力学本质,最后对该种桥型的发展作了展望。