单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变分析及试验研究

为研究单箱三室波形钢腹板箱梁悬臂状态下的扭转与畸变性能,以乌曼斯基第二理论和箱梁理论为基础,考虑了波形钢腹板的褶皱效应对箱梁纵向刚度的影响,推导了单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变微分方程,并采用初参数法及弹性地基梁比拟法求解了约束扭转和畸变产生的翘曲正应力和剪应力计算式。通过1片单箱三室波形钢腹板双悬臂梁进行了偏载和对称加载试验,验证了扭转与畸变翘曲应力计算公式的正确性。最后,利用推导的理论模型,分析了梁高、箱室宽度及波形钢腹板厚度等参数对偏载作用下单箱三室波形钢腹板组合箱梁截面翘曲应力的影响。研究结果表明：提出的理论计算公式可用于准确计算单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变效应;悬臂梁翘曲正应力主要由畸变变形引起,而约束扭转主要产生翘曲剪应力,且悬臂梁扭转和畸变产生的翘曲正应力值和剪应力值与弯曲正应力和剪应力的比值较大,因此,单箱三室波形钢腹板悬臂状态下扭转和畸变产生的翘曲正应力和剪应力不可忽略;梁高和箱室宽度对单箱三室波形钢腹板的翘曲应力影响较为显著,波形钢腹板厚度对其几乎没影响。     

波形钢腹板PC组合箱梁抗扭性能试验

通过试验的方法,研究波形钢腹板PC组合箱梁在偏心荷载作用下,挠度、横向位移、刚性扭转角、箱梁截面的翘曲应变、翘曲应力及波形钢腹板的附加剪应力的分布规律,以了解悬臂波形钢腹板PC组合箱梁在扭转作用下的力学性能。研究表明:波形钢腹板翘曲应变很小,可忽略不计;翘曲应力在底板上呈现明显的直线分布规律,且最大值出现在底板的角点处;波形钢腹板上的剪应力分布较均匀,附加剪应力在腹板上的分布也有类似的规律。     

单箱单室波形钢腹板组合箱梁的扭转效应分析

依据乌氏第二理论,推导出波形钢腹板组合箱梁的扭转控制微分方程,采用初参数法,求解了两个截面的翘曲应力,研究表明,波形钢腹板按正交异性板考虑计算出跨中混凝土底板扭转翘曲正应力与弯曲正应力比值达33%,1/4跨波形钢腹板扭转翘曲剪应力与弯曲剪应力比值达47%。     

波形钢腹板数量对组合箱梁抗扭性能的影响研究

为了研究波形钢腹板的数量对波形钢腹板组合箱梁抗扭性能的影响,首先以波形钢腹板的数量为唯一变量,依据《公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计规范》(DB41/T 643-2010)建立波形钢腹板组合箱梁桥对比模型,对箱梁的抗扭性能进行理论分析,然后以卫河大桥为工程背景,建立实桥模型,对比研究实桥结构单箱单室箱梁与单箱三室箱梁的抗扭性能。理论模型分析中,随着波形钢腹板数量的增加,波形钢腹板组合箱梁的扭转正应力和扭转挠度均有一定程度的下降;实桥的扭转分析显示,偏心汽车荷载作用下,波形钢腹板连续箱梁桥的扭转正应力下降约25%,而扭转挠度下降不太明显。综合以上分析,增加波形钢腹板的数量可以在一定程度上提高波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能。     

波形钢腹板PC组合箱梁抗扭性能试验与有限元分析

进行了波形钢腹板PC组合箱梁约束扭转试验,并利用ABAQUS软件进行有限元模拟,对影响抗扭刚度的相关参数进行了分析.结果表明:高跨比较大时,横隔板对抗扭刚度的影响较大;波形钢腹板的倾斜角较小时,波形钢腹板的倾斜设置对抗扭刚度的影响较小;当波形钢腹板倾斜角的正切值大于1/5时,抗扭刚度的提高幅度大于10％.     

新型波形钢腹板组合箱梁桥动力性能分析

对一种新型波形钢腹板组合箱梁桥结构开展了动力特性及抗震性能分析;以鄄城黄河大桥跨中箱梁段为例,建立组合箱梁桥的多尺度有限元模型,并与实测值进行了对比,验证了多尺度模型的有效性;基于此设计了该新型波形钢腹板组合箱梁的截面参数,采用多尺度建模方法研究了各参数变化对箱梁动力特性的影响规律,通过地震反应谱法分析了该结构在各向地震作用下的结构响应。结果表明：箱梁横隔板的数量和厚度是结构动力特性的敏感参数,对结构的扭转刚度影响很大;增大波形钢腹板厚度可有效提高结构刚度,且刚度增大对频率的影响程度大于质量增大对频率的影响,建议腹板厚度宜设为20～30 mm;槽形钢板可有效提高截面的抗弯刚度,尤其对结构竖向弯曲模态影响较大;横向地震作用对混凝土顶板和横隔板应力的影响最大,纵向地震力对波形钢腹板应力的影响最大,竖向地震力对混凝土底板和槽形钢板的应力影响较大。     

波形钢腹板箱梁嵌入式结合部的应力分布

针对波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥嵌入式结合部应力分布问题,以宁波市百丈东路甬新河桥为背景,应用三维有限元方法进行应力分析。通过有限元计算模型,分析了不同荷载条件下结合部的应力分布特性,讨论了嵌入式结合部钢腹板纵向约束对应力分布的影响。理论计算结果表明,波形钢腹板混凝土箱梁的结合部应力比较小;弯矩作用下结合部应力主要是由截面的弯曲应力产生,应力集中不明显;剪力作用下在钢腹板插入口附近有应力集中现象,易发生混凝土开裂、钢板疲劳损失;采用钢板作为纵向约束措施对改善结合部的应力集中有一定效果。     

大跨变截面波形钢腹板PC箱梁桥横隔板设置

为得到大跨变截面波形钢腹板PC箱梁桥横隔板合理设置的设计分析方法,对1座实桥进行了三维空间有限元分析。通过有限元参数分析,研究了大跨变截面波形钢腹板PC箱梁桥在汽车荷载作用下横隔板的布置形式、隔板厚度及横隔板间距对其跨中截面翘曲正应力和翘曲刚度的影响规律,得出了大跨变截面波形钢腹板PC箱梁桥横隔板设置的改进经验计算方法。结果表明,经验公式的计算结果与实际设计结果基本一致,可为同类桥梁横隔板间距的设置提供参考。     

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁扭转与畸变研究进展

有别于传统的混凝土箱梁,波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁是一种较为新颖的桥梁上部结构形式,这种箱梁结构在偏心荷载作用下产生的扭转与畸变效应相对显著。为阐明这种箱梁的扭转与畸变特性及其研究现状,通过对大量文献的调研与实桥调查,系统介绍了箱梁扭转与畸变效应的计算理论（包括抗扭刚度）、扭转承载力、内力增大系数、横隔板的设置等方面的研究进展情况。研究表明,采用Umanski第二理论和弹性地基梁比拟法分别计算这种箱梁的扭转与畸变效应在理论上是可行的,但其工程适用性还需进行进一步检验。另外,我国在扭转承载力研究方面还较为欠缺,而在内力增大系数、横隔板的设置等方面尽管已经取得了一些成果,但还缺乏较为一致的结论。在充分考虑箱梁自身受力特性的基础上,加强波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁扭转与畸变的研究,可为完善其设计方法奠定理论基础与提供更有力依据。     

波形钢腹板组合箱梁横向温度应力计算分析

波形钢腹板组合箱梁作为一种新型组合结构,由于其结构的特殊性,在日照温差作用下产生的桥面板横向应力需要进行深入研究与分析。论文基本平面外抗弯刚度相等的原则对波形钢腹板组合箱梁的横向框架计算提出了简化计算模型。依据现有的设计规范,计算了箱梁顶板在温度梯度作用下的温度自应力及次应力,并与同类型的混凝土箱梁进行比较,计算结果表明,波形钢腹板组合箱梁对温度梯度的敏感性较低,对于防止箱梁顶板出现纵向裂缝有一定优势。论文的结论可为波形钢腹板组合箱梁横向设计提供参考。     

预应力作用下波形钢腹板箱梁的轴向力效应研究

波形钢腹板箱梁桥的腹板沿纵向具有褶皱效应,因此能够提高预应力的施加效率。为了明确所提高的预应力效应的程度,利用有限单元法对相同截面尺寸的波形钢腹板箱梁和混凝土腹板箱梁施加相同的预应力,对产生的轴向应力进行对比分析。结果表明：预应力引起的波形钢腹板箱梁轴向应力与混凝土腹板箱梁轴向应力的比值k和混凝土箱梁截面面积与波形钢腹板箱梁有效截面面积的比值η接近。     

波形钢腹板组合箱梁桥横向受力性能有限元分析

波形钢腹板-UHPC组合箱梁桥采用抗剪性能优异的波形钢腹板代替混凝土腹板,并采用UHPC翼缘板减低箱梁自重,有效控制了腹板开裂、跨中持续下挠以及腹板过高的问题,可广泛应用于跨径100～300 m的桥梁。旨在试设计采用双肢并列波形钢腹板的形式,并通过有限元分析软件ABAQUS,对比分析在恒载、汽车满载和偏载作用下单肢段和双肢段波形钢腹板横向节段的受力性能差异。结果表明,双肢段组合箱梁的承载能力优于单肢段,单肢段与双肢段的混凝土底板的主要受拉区域均出现在混凝土顶板与波形钢腹板连接的区域附近,且单肢段波形钢腹板的应力呈现出波折状不均匀分布,而双肢段波形钢腹板的应力分布较为均匀,双肢段波形钢腹板的最大拉压应力明显小于单肢段。     

波纹腹板H形钢组合梁扭转性能试验研究

设计了扭转试验装置,对T形截面波纹腹板H形钢组合梁进行了扭转性能试验,研究波纹腹板H形钢组合梁在扭转作用下的扭矩-扭率特征曲线、各组成部分的应变发展及分布规律、混凝土翼板裂缝的发展与分布规律以及组合梁的受扭破坏形态。研究表明:由于波纹腹板具有褶皱效应,且其上、下部所受混凝土翼板与下翼缘的约束强弱不同,导致上、下部波纹腹板的变形不一致,在截面高度范围内剪应变分布不均匀,这与平钢腹板组合梁腹板剪应变分布均匀明显不同;波纹腹板容易发生翘曲变形,但翘曲应变较小;混凝土翼板裂缝小于45°,与钢筋混凝土构件受扭接近45°显著不同;通过理论分析推导出波纹腹板H形钢组合梁弹性抗扭刚度的计算公式,并与试验结果进行了对比。     

波形钢腹板组合箱梁扭转及畸变效应关键影响因素研究

针对影响波形钢腹板组合箱梁畸变及扭转性能的因素进行有限元分析,着重研究了组合箱梁各构件几何参数、横隔板设置、断面形状变化及箱室布置等关键因素的影响,分析结果表明,上述因素对组合箱梁变形效应均有较大影响,并在此基础上提出了改善组合箱梁畸变及扭转性能的相应工程措施。研究结果表明:对于波形钢腹板组合箱梁,组合箱梁高度及波纹板平板宽度的增大对其抗扭性能不利,相应增大波纹板折叠角度及腹板倾斜角度能够有效的增强箱梁抗扭及畸变性能,同时设置合理数目的横隔板对增强波形钢腹板组合箱梁抗扭及畸变能力极为有利。     

横隔板对波形钢腹板组合刚构桥影响分析

文中以主跨185m的波形钢腹板连续刚构桥为工程背景,研究横隔板对桥梁受力的影响。结果表明,采用合适的横隔板的布置方式,可以增大箱梁抗扭刚度,减小翘曲应力和底板横向正应力。     

横隔板对薄壁钢箱梁扭转效应影响分析

为了探索薄壁箱梁在发生扭转时横隔板对截面畸变效应和约束扭转效应的影响,提出了一种简便的有限元分析方法。该方法不需施加单独的畸变荷载而直接施加集中外扭矩,依据畸变会产生截面横向框架弯矩和约束扭转在无荷载作用梁段不产生翘曲正应力的特点分析畸变效应大小。采用两端固结梁作为算例分析。分析得出乌曼斯基理论与Ansys计算结果一致,并通过有限元计算,得出横隔板间距小于L/20时(L为跨度),截面横向弯矩M2和无荷载梁段的正应力均为0,即畸变效应可以忽略;而且横隔板布置增多使得约束扭转产生翘曲正应力增加,并大于理论计算值;畸变效应产生的剪应力流大小纵向分布比约束扭转的分布均匀;横隔板很薄时存在较大畸变效应,但高厚比取250(厚12 mm)时,畸变效应便可忽略。     

大跨度变截面波形钢腹板组合箱梁抗扭性能研究

以某波形钢腹板组合箱梁桥为工程背景,建立三维有限元模型,以结构形式、墩高、墩高差以及波形钢腹板的厚度布置方式为变量,研究了这些变量对波形钢腹板组合箱梁桥抗扭性能的影响。研究结果表明扭转正应力的最大值主要出现在跨中截面附近,在桥墩截面附近也有较大的扭转正应力;波形钢腹板连续刚构桥的桥墩不高时,抗扭性能接近于波形钢腹板连续梁桥;波形钢腹板连续刚构桥的抗扭性能与墩高、墩高差成反比;波形钢腹板变厚度布置相比于采用最大厚度等厚度布置可以有效保证桥梁抗扭性能的同时减小桥梁运营过程中的挠度,另外还可以节省钢材。     

横隔板数量对波形钢腹板箱型梁桥扭转性能的影响

以主跨为156m的波形钢腹板箱梁桥为研究对象,通过数值分析,比较不同数量横隔板对结构扭转刚度和扭转应力的影响,计算结果表明:布置合适数量的横隔板能有效增加梁体扭转刚度,对扭转应力的减小也起到一定的作用。     

波形钢腹板PC连续组合梁剪力滞效应研究

波形钢腹板不能抵抗轴向力作用,波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应与PC箱梁不同。依托一箱九室波形钢腹板PC组合连续箱梁桥,建立了有限元模型,分析了荷载作用下混凝土顶底板的剪力滞效应。结果表明,波形钢腹板PC组合箱梁顶、底板均具有正剪力滞效应,顶板剪力滞更为明显;在支点具有横隔梁构造的情况下,箱梁跨中截面剪力滞较大,在设计时需要给予注意。     

波形钢腹板PC箱梁桥的施工技术与效益分析

波形钢腹板PC箱梁桥是一种较先进的钢-混凝土组合梁桥,在国内外得到了广泛应用.针对国内外对波形钢腹板箱梁的研究及应用现状,综合介绍了波形钢腹板PC箱梁桥的施工特点、结构优点、发展概况.较为深入地分析了其主要施工特点与方法,波形钢腹板PC箱梁桥的受力特点和施工工艺,波形钢腹板PC箱梁桥的经济效益,并对波形钢腹板的经济效益与普通PC箱梁桥的作了对比分析.