The Response of Viscously Damped Euler-Bernoulli Beam to Uniform Partially Distributed Moving Loads

The paper investigates the response of non-initially stressed Euler-Bernoulli beam to uniform partially distributed moving loads. The governing partial differential equations were analyzed for both moving force and moving mass problem in order to determine the behaviour of the system under consideration. The analytical method in terms of series solution and numerical method were used for the governing equation. The effect of various beam observed that the response amplitude due to the moving force is greater than that due to moving mass. It was also found that the response amplitude of the moving force problem with non-initial stress increase as mass of the mass of the load M increases.

托顶煤巷道锚固“梁-拱”结构分类及顶板冲击失稳机制

我国煤矿托顶煤巷道冲击地压频发,且冲击动载下顶板灾害尤为严重。为探究托顶煤巷道顶板锚固结构类型和冲击失稳机制,以陕西某矿301工作面回风巷道大面积冲击垮顶为工程背景,运用相似实验、理论分析及数据统计等方法,分析了托顶煤巷道围岩应力、位移和巷表加速度的动载响应特征,研究了顶煤厚度与支护构件影响下顶板锚固结构的分类特征,探究了弹性波下托顶煤巷道的应力响应机制,提出顶板锚固“梁-拱”结构的冲击失稳机制,评估了301工作面回风巷道的抗冲能力,并提出了相应的抗冲支护优化方案。结果表明:①冲击动载下托顶煤围岩应力和位移等监测数据验证了顶板存在内、外层的梁或拱形锚固结构,因顶煤厚度增加,顶板内层锚固结构存在由“梁”向“拱”的转换;②基于顶煤厚度与支护构件相对关系,将顶板锚固结构划分为薄顶煤的“叠加梁-拱”、厚顶煤的“组合梁-拱”和特厚顶煤的“组合拱”,建立了厚煤梁由“梁”向“拱”转化的临界厚度指标;③顶板锚固梁结构和锚固拱结构的冲击失稳机制为动静载荷下分别达到其拉伸、剪切强度极限后破坏,锚固“梁-拱”结构对冲击载荷的放大效应受其尺寸影响明显;④特厚顶煤的“组合拱”结构中内层拱承载强度较低,可增加锚杆长度提升内层拱厚,对应的“组合拱”结构的承载能力上升明显,与抗冲能力评估结果相符。

车辆荷载作用下钢-混凝土组合梁疲劳应力分析

【目的】随着桥梁服役期延长和车辆荷载增加等多种因素的影响,结构承载力会变得越来越弱,疲劳寿命不断降低,最终可能导致低应力疲劳破坏。因此有必要对车辆荷载下拱桥钢混组合梁的疲劳细节应力进行研究。【方法】采用数值模拟的方法,利用Midas FEA NX软件建立3个标准长度的三维实体精细有限元模型,分析钢混组合梁易损疲劳关键点的位置,并研究车辆荷载横向最不利加载位置和纵向加载下的疲劳细节应力变化规律。【结果】结果表明,组合梁次横梁与中纵梁交点处有三处疲劳关键点;靠近桥梁中线位置是车辆荷载下钢梁疲劳最不利的横向加载位置;四种不同标准的纵向车辆加载时,三个疲劳关键点均出现两次应力峰值,且最大应力幅值均低于常幅疲劳强度的极限值。【结论】研究成果可为钢-混凝土组合梁试验和相关研究提供参考。

多梁式波形钢腹板工字钢组合梁荷载横向分布系数研究

为探讨多梁式波形钢腹板工字钢组合梁横向分布系数计算方法,同时考虑波形钢腹板抗扭刚度、剪切变形及钢混滑移效应,对传统的偏心压力法、修正偏心压力法及刚接梁法进行修正,并结合有限元模型通过一座典型的4主梁波形钢腹板工字钢组合梁桥对比分析了上述方法的适用性,最后基于参数分析研究了横隔板数量及刚度对其横向荷载分布系数的影响。结果表明,考虑剪切变形及滑移效应的刚接梁法得到的荷载横向分布系数与有限元值符合最好;当桥梁宽跨比小于2时,宜采用刚接梁法计算各主梁荷载横向分布系数,当宽跨比大于2时,宜采用更为简洁的修正偏心压力法进行计算;横隔板的设置可改善各主梁荷载横向均匀分布,但跨间横隔板间距和刚度对其荷载横向分布系数影响较小,实桥设计时可仅在端部及跨中位置布置横隔板,横隔板刚度及其余部位横隔板数量可根据结构稳定性要求进行布置。

桩承式路基双向受荷桩设计分析方法研究

研究目的:为系统研究桩承式路基双向受荷桩工作机理及设计分析方法,确定水平荷载以及桩体轴力共同影响下的双向受荷桩承载关键影响因素,综合运用线弹性、水平土拱、弹性地基梁等基本理论以及有限差分方法,建立并求解桩承式路基双向受荷桩内力变形分析模型,揭示水平地基系数、桩体轴力、边界约束及桩长等因素对双向受荷桩变形及内力的影响规律,形成完整的桩承式路基双向受荷桩设计分析流程。研究结论:(1)桩承式路基路堤范围内桩体处于弯压受力状态,表现为双向受荷被动桩承载特征,通过水平土拱以及有限差分法可实现双向受荷桩内力与变形的精确计算;(2)“m”方法关于双向受荷桩内力变形的分析结果偏于安全,层状地基分段“K”方法能更好地体现地基软弱夹层的影响;(3)桩体轴力对双向受荷桩承载性能的影响很小,桩承式路基双向受荷桩设计中可不考虑桩体轴力大小及分布形式的影响;(4)桩顶约束对双向受荷桩承载性能的影响高于桩端约束,桩端可统一采用自由约束边界,桩顶嵌固约束可引起桩顶内力的较大集中;(5)桩体长度对双向受荷桩承载性能的影响存在限值,桩端一般应超过桩体水平荷载最大的区域,应避免出现短柱桩承载情形;(6)本研究结论可为桩承式路基双向受荷桩设计提供理论支撑和方法依据。

装配式钢结构综合配电室梁柱节点冲击荷载性能分析

梁柱节点冲击荷载性能直接关系到装配式建筑整体的安全性和稳定性,因此研究装配式钢结构综合配电室梁柱节点冲击荷载性能。以四种钢材为原材料,通过四种不同的连接方式,制成十六种配电室梁柱节点试件。针对试件利用万能试验机施加不同等级的荷载,并同时利用多种传感器设备采集数据,计算冲击荷载性能的三项指标,即极限承载能力、极限抗弯强度、极限抗冲击强度,完成配电室梁柱节点冲击荷载性能分析。试验结果表明:普通钢材、耐候钢材、耐火钢材梁柱采用钢筋搭接方式抗冲击荷载性能最好,高强钢材则采用全螺栓连接抗冲击荷载性能最好,可以根据钢材具体选择连接方式。

大跨度铁路连续梁拱组合桥梁结构拱梁合理刚度比研究

大跨度连续梁拱组合桥梁具有良好的受力性能与经济效应,其中,拱梁刚度比是该类桥型的1个重要设计参数,而以往对拱梁刚度比的研究不够深入和全面。为了解拱梁刚度比对大跨度铁路连续梁拱组合桥梁的影响,以正在建设的福州乌龙江大桥为例,研究拱梁刚度比对桥梁的结构受力特性、梁拱荷载分担和工程量的影响。结果表明:拱梁刚度比对拱肋轴力及主梁、拱脚和拱顶处弯矩影响显著。当刚度比<1:73或>1:44时弯矩最大增长接近50%,拱梁刚度比的增加,更有利于发挥拱肋的性能;但在拱梁刚度比≥1:44时,拱肋刚度增加对整体受力性能提升有限,而当拱梁刚度比≤1:73时,主梁承受活载增长过快,增加了结构发生局部破坏或整体倒塌的风险。综合考虑,此类桥型拱梁刚度比合理取值范围应在1:44~1:73。工程中为了获得更好的经济效应,可适当减小主梁刚度或拱肋刚度。

连续刚构拱桥梁拱墩结合部位传力机制研究

文章以西延高铁王家河特大桥为工程背景,建立梁拱墩结合处的局部实体模型,并分析该部位的空间应力状态,掌握应力集中区域和薄弱位置,探讨内力分配机制及传递规律,旨在为梁拱墩结合部位设计提供理论基础和数据支撑。研究表明,拱肋与拱脚结合部位拱肋长度1/3.2范围内为应力传递的特征长度,梁拱墩连接处主梁长度1/4.5范围内为应力传递的特征长度;梁拱结合部位中支点截面拱肋通过加劲缀板等将81.2%的内力扩散至拱脚混凝土。

双层板桁结合钢桁梁桥面结构体系受力性能研究

为研究双层板桁结合钢桁梁桥面结构体系的受力特性,以清水塘大桥主梁——双层板桁结合钢桁梁为背景,研究了恒载、车辆荷载作用下,其上、下层桥面结构系(纵横梁体系)各构件的受力情况,并分析了车辆荷载的纵向传力范围,以及大、小横梁和桥面板在传递桥面荷载时的分配关系。通过分析,验证了纵横梁桥面结构系受力的合理性,得出了恒载及车辆荷载下的主桁以节点受力为主的结论,符合桁架梁受力特点。此外,得出了桥面系各构件在传递桥面荷载时的分配关系,为相关工程的设计提供了参考和依据。

单拱肋下承式连续梁拱组合桥梁拱协作机理

以单拱肋下承式连续梁拱组合桥西宁祥瑞街大桥为工程背景,基于吊杆力相等假定和膜张力假定,采用结构力学的方法,推导出梁拱组合体系在均布荷载作用下,拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比表达式,以此揭示梁拱协作机理。采用四次抛物线对吊杆力进行拟合,通过对公式、有限元计算结果进行误差分析,得出吊杆力修正系数,以此减小吊杆力相等假定带来的误差。同理,采用余弦荷载对吊杆力进行拟合,通过对吊杆力公式、膜张力公式计算结果进行误差分析,得出膜张力修正系数,以此减小膜张力假定带来的误差。最终结合吊杆力修正系数和膜张力修正系数,计算出主梁跨中挠度、拱肋跨中挠度以及吊杆力分担外荷载比例的修正系数分别为1.1、1.2、0.9,以此减小公式误差。

结构参数对梁拱协作机理的影响

以西宁祥瑞街大桥为工程背景,该桥为单拱肋下承式连续梁拱组合桥,以力学分析和有限元建模为主线,围绕梁拱协作机理和结构参数两方面进行研究。根据拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比的表达式,结合工程背景,绘制各参数(吊杆拱肋等代弯矩刚度比、梁拱截面抗弯刚度比、矢跨比、轴向变形放大系数、边中跨比、边中跨抗弯刚度比)与拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比的影响曲线,分析各参数对拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比的影响。为设计人员在方案设计初期,拟定较为合理的结构参数提供了力学依据。

基于力法的格构梁节点荷载分配方法及悬臂段长度优化设计

格构梁节点荷载简化分配方法的不足在于无法考虑2个方向的梁上其他节点荷载的影响且对文克尔(Winkler)地基上梁的类型进行了主观假定。为克服格构梁节点荷载简化分配方法的上述缺点,提出了一种基于力法的格构梁节点荷载分配方法。根据节点静力平衡条件及变形协调条件,新的格构梁节点荷载分配方法通过构建并求解线性方程组,能够合理地将作用在节点的集中力分别分配给2个方向的纵梁和横梁。进一步地,引入一个格构梁边坡锚固案例并等比例地增加纵梁和横梁的悬臂长度。不同基床系数条件下,基于新的节点荷载分配方法将格构梁节点荷载分配给纵梁和横梁,然后对各梁单独进行弯矩计算。以悬臂最大正弯矩与跨中最大负弯矩比值的绝对值接近1为评价指标,对格构梁最优悬臂长度进行了评价。节点荷载分配结果表明,随着悬臂长度的增加,分配给纵梁和横梁的荷载逐渐趋于稳定。弯矩计算结果表明,随着基床系数的增大,悬臂长度对格构梁弯矩的影响逐渐减弱。不同边坡基床系数条件下,当悬跨比在0.2~0.4之间时,悬臂各梁最大正弯矩与跨中最大负弯矩趋于均衡。因此,基于力法理论的节点荷载分配方法的提出为格构梁内力的精确分析及悬臂长度优化设计提供了可靠的理论依据。

跨汉江连续刚构拱桥静-动力学性能现场试验研究

依托汉十高铁崔家营汉江特大桥工程建设,开展了大跨连续刚构拱桥受力性能专项测试,对其设计荷载作用下的静态承载性能和高速列车运行条件的动力性能进行评价。采用理论计算与实际监测相结合的方法,分析了静荷载下主梁挠度、拱肋挠度、拱肋和主梁应力、索力增量和支座水平位移,以及桥梁动力特性参数与行车条件的动力响应特征。专项测试结果表明在大跨连续刚构拱桥的各项受力性能良好,满足设计和运营要求。

均布载荷作用下正交异性组合简支梁的弹性理论和数值研究

正交异性材料组合简支梁可以发挥由一种材料组合而成的单根梁所无法比拟的优势。文章采用弹性力学中的半逆解法,首先,基于弹性力学的基础假设,推导出了在均布载荷作用下正交异性组合简支梁的应力分析解析式。然后,运用ANSYS软件进行模型的数值模拟。将ANSYS模拟得到的结果与理论解析解的求解计算结果进行比较,进一步佐证理论解析解的可行性和准确性。最后,根据所研究的内容和结果对未来的研究方向进行展望,并对实际工程中的应用提出了一些比较合理的建议。

基于模型修正理论的装配式T梁桥荷载横向分布系数计算

为了计算装配式T梁桥发生主梁损伤情况下的载荷横向分布系数,在刚性横梁法的基础上,选择主梁抗弯刚度损伤折减系数作为待修正参数,再以实测和理论挠度值构造目标函数,并基于L-M法与G-N法相结合法进行多目标优化,得到修正后的荷载横向分布系数。为了验证计算方法的准确性,以一座在役18年的装配式T梁桥为例,进行了荷载试验。结果表明:模型修正后的挠度计算值与实测值相比误差较小,模型修正后的主梁荷载横向分布系数与实测值较为吻合,最大误差仅为3.9%。

等截面连续宽箱梁桥横梁模型研究

预应力混凝土宽幅连续箱梁桥外形美观,整体受力性能好,行车舒适性高,在工程建设领域应用较为广泛。为了对宽箱梁桥的横梁进行合理的钢束设计,以台州湾循环经济产业集聚区路桥桐屿至椒江滨海公路工程37m+37m+37m+37m等截面连续箱梁桥为工程案例,采用有限元分析软件MIDASFEANX2022建立相关的实体模型,提取单箱多室连续梁横梁各道腹板的荷载分配比例,研究了宽箱梁腹板的受力特点,得出了单箱多室宽横梁恒载工况下边腹板受力小于中腹板、支座间距以及横梁与纵梁的相对刚度对箱梁腹板内力分配有影响的结论,为今后的同类工程设计提供了一定的借鉴。

空心板桥跨中横向分布系数分析

为探索空心板桥横向分布系数的变化规律及影响因素,采用有限元分析软件Midas Civil 2020建立空心板桥的有限元模型,研究宽跨比及斜交角对装配式空心板桥横向分布系数的影响。结果表明:车辆荷载作用下,随着空心板桥宽跨比的增大,各板横向分布系数整体减小,车辆荷载作用的偏载侧板的横向分布系数变化较非偏载侧平缓;随着斜交角的变大,偏载侧板横向分布系数变大,非偏载侧板的横向分布系数变小;空心板桥斜交角不大于20°时,偏载侧各板横向分布系数增量均小于5%,在实际工程中可近似忽略,超过30°时对荷载分配影响较大,分析时不可忽略。

钢-混组合梁桥荷载横向分布系数的影响参数分析

荷载横向分布系数的准确性直接关系到多主梁钢-混组合梁桥设计的技术经济性。文章利用有限元软件计算了钢-混凝土组合梁桥的应变及挠度,通过分析组合梁抗弯刚度,分析了荷载横向分布系数的主要影响参数,获取了护栏、曲率、横梁、横坡和桥面连续层等对组合梁荷载横向分布系数的影响规律。结果表明:护栏和桥面连续层对组合梁的荷载横向分布系数影响较大,尤其是边梁,荷载横向分布系数变化可约达20%,当计入护栏影响时,桥面连续层对边梁应变分布的影响减小,而对内梁应变分布的影响增大;当曲率<1/20、横坡<4%、无横梁时,3类参数对组合梁的荷载横向分布系数影响较小。设计时保守考虑,通常忽略护栏和桥面连续层对组合梁刚度和荷载横向分布系数的影响,针对文章所提参数的影响范围,在组合梁设计时可予以参考。

洞柱法地下车站施工阶段的全量法与增量法对比分析

以在建北京地铁12号线地下3层、双柱、3跨洞柱法车站为例,利用Midas Gen软件建立二维计算模型,并针对车站结构大拱、负一层中板、负二层中板、底板等施工完毕的4个工况分别采用全量法与增量法进行了构件内力分析计算,对比了2种计算方法在相同施工阶段中构件内力的计算结果。其中:拱部弯矩、侧墙弯矩、中板弯矩、中柱轴力的最大差异百分比分别为-52.36%、-105.52%、57.12%、-5.91%;使用Midas GTS软件建立了三维分析模型,比较了2种计算方法与三维分析模型的结构变形特征;通过对二维和三维模型计算结果对比分析与讨论,证明全量法与增量法在洞柱法地下车站施工阶段构件内力计算中的差异不可忽略。因此,为了保证工程设计的准确性与安全性,应采用增量法对洞柱法地下结构进行施工阶段内力分析。该研究成果可为类似结构工程设计提供参考。

基于修正刚接梁法的装配式T梁桥荷载横向分布计算方法研究

传统刚接梁法在装配式T梁桥荷载横向分布计算中忽略纵向弯矩等因素,导致计算结果与实际情况存在一定差异。为了准确计算装配式T梁桥荷载横向分布状况,文中在刚接梁法的基础上,结合三维有限元模型分析结果,提出考虑主梁刚度修正的荷载横向分布计算方法。针对纵向弯矩等因素对主梁的竖向刚度与扭转刚度的影响,引入计算长度系数作为待修正参数,以有限元计算的荷载横向分布构造目标函数,并通过内点法对目标函数进行优化,得到修正后的刚度参数,计算出装配式T梁桥荷载横向分布影响线。结果表明,对于常规跨径的装配式T梁桥,与主梁竖向刚度相关的计算长度系数为0.5~0.6,而与主梁扭转刚度相关的长度系数则为0.18~0.22。文中提出的修正刚接梁法计算结果与三维有限元结果吻合良好,能够较好地适用于装配式T梁桥荷载横向分布计算。