考虑腹板剪切变形的波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应分析

在波形钢腹板组合箱梁中,剪力主要由波形钢腹板承担。由于波形钢腹板的抗剪刚度比混凝土腹板有较大程度的降低,波形钢腹板会产生较大的竖向剪切变形。为此,基于能量变分法建立了考虑腹板剪切变形的波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应分析方法。通过试验对该理论分析方法进行验证,并基于该理论分析方法研究波形钢腹板剪切变形对剪力滞效应的影响。同时,基于该分析方法提出了采用影响线最不利加载方式进行相关规范中规定的汽车荷载作用下的波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应分析。结果表明：考虑腹板剪切变形的分析方法与试验结果吻合度良好;波形钢腹板的剪切变形有利于减轻三跨连续梁正弯矩区的剪力滞效应,即考虑腹板剪切变形后翼缘有效宽度系数值更接近于1。     

钢-混组合箱梁多因素耦合下的剪力滞效应

基于能量变分法,同时考虑全截面轴力自平衡条件及界面滑移的影响,建立了钢-混凝土组合箱梁剪力滞分析的通用模型,并给出界面滑移及剪力滞效应等多因素耦合效应下的挠度、滑移、应力及剪力滞系数的解析解。通过对集中和均布两种典型荷载作用下的简支组合箱梁进行模型试验及解析分析,结果表明:滑移刚度仅较小时对梁端滑移及跨中挠度影响显著;集中荷载作用下剪力滞效应只对加载点附近的局部区域影响较大,均布荷载较集中荷载影响小且分布较均匀,其最大剪力滞后程度出现在支座附近;界面滑移及剪力滞效应之间存在明显的耦合关系。     

单箱双室组合箱梁剪力滞效应分析

通过对组合箱梁底板、混凝土顶板与悬臂翼板引入不同的剪滞翘曲位移函数,利用能量变分法推导出考虑界面相对滑移、钢腹板剪切变形和剪力滞效应的微分方程及均布荷载作用下的解析解。以带有悬臂翼板的单箱双室组合箱梁为例,运用提出的解析法对其剪力滞效应进行分析,并与ANSYS有限元结果对比。结果表明:提出的解析法所得结果与ANSYS空间有限元计算结果吻合良好;界面滑移量和挠度随着滑移刚度的增大而增加,而剪力滞效应则无较明显的变化,因此在一定条件下可忽略滑移刚度对剪力滞效应的影响;混凝土顶板应力随着滑移刚度的增大而增大,且中腹板部位处顶板的剪力滞效应较边腹板部位处大,而钢箱梁底板则与之相反。     

考虑滑移和剪切变形的单箱双室组合箱梁剪力滞效应

为准确分析单箱双室组合箱梁的剪力滞效应,考虑钢混凝土的界面滑移效应和钢腹板的剪切变形,针对顶底板和翼板定义不同的剪力滞翘曲位移函数,基于能量变分法推导出单箱双室组合箱梁剪滞效应的控制微分方程及其闭合解。以单箱双室组合箱梁算例为基础,利用该方法分析其剪力滞效应的规律,结果表明:在同时考虑滑移和剪切变形时,组合箱梁的挠度比初等梁理论解大,且其挠度随界面滑移刚度的增大而减小;组合箱梁在均布荷载作用下,滑移量与荷载值近似成正比关系;在相同条件下,钢箱梁底板的剪力滞效应较混凝土顶板显著。     

波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的空间有限元分析

采用空间有限元法分析了波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应及主要结构参数对剪力滞效应的影响 ,并通过模型试验验证了计算模型的可靠性 ;提出了可供工程设计用的剪力滞系数计算经验公式和实用图表 ;为完善规范有关组合箱梁剪力滞系数的计算提供了理论依据     

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。     

宽箱多室组合折腹简支梁桥剪力滞效应分析

为揭示宽箱三室组合折腹简支箱梁桥剪力滞效应,通过空间实体有限元模拟计算,探讨了不同边界和荷载条件下剪力滞系数沿桥面板纵横向的分布规律及主要影响因素,提出宽箱三室组合折腹简支箱梁有效宽度实用计算方法。研究结果表明:简支梁集中荷载下剪力滞效应主要分布在加载点位置;顶板内外侧腹板处剪力滞相差不大,但底板外腹板处剪力滞明显大于内腹板,且底板剪力滞系数大于顶板;宽跨比为影响剪力滞效应的主要因素,顶板悬翼比、内外箱室间距、横隔板数量均在一定范围内影响剪力滞系数;并拟合得到有效宽度系数实用计算方法,为组合折腹简支箱梁桥设计提供参考。     

预应力混凝土箱梁剪力滞效应影响因素分析

为研究预应力混凝土箱梁的剪力滞效应变化规律,选定典型结构的预应力混凝土简支箱形梁,以Ansys有限元分析软件为工具,采用分离式模型,建立了预应力混凝土箱梁有限元模型,重点分析了预应力大小、宽跨比、跨高比、集中荷载大小及内承托长度变化等结构参数对箱梁剪力滞效应的影响。分析结果表明:集中荷载与均布荷载作用下箱梁剪力滞效应分布趋势基本相近,但集中荷载作用下剪力滞效应更加显著;宽跨比对箱梁顶板的剪力滞效应影响最大;随着跨高比的增大,顶板剪力滞系数减小,底板剪力滞系数缓慢增大;预应力在一定程度上可以减小顶板剪力滞效应,加大底板剪力滞效应;而集中荷载大小与箱梁空腔内承托长度的改变对箱梁剪力滞效应的影响不大,可以忽略不计。     

非对称荷载作用下预应力混凝土箱梁剪力滞效应研究

为研究非对称荷载对预应力混凝土箱梁剪力滞效应的影响,选定典型结构的预应力混凝土简支箱形梁,以Ansys有限元分析软件为工具,采用分离式模型,建立了预应力混凝土箱梁有限元模型。对比分析了对称荷载与非对称荷载作用下预应力混凝土箱梁剪力滞效应的差异,并重点分析了非对称荷载作用下箱梁宽跨比、跨高比、预应力大小等参数对箱梁剪力滞效应的影响。分析结果表明:非对称荷载作用下剪力滞系数大小明显高于对称荷载;宽跨比对箱梁剪力滞效应影响最大,且其对顶底板影响大体相当;随着跨高比的增大,箱梁顶板、底板其剪力滞系数均逐渐减小,且顶板的变化更加显著;预应力在一定程度上可以减小顶板剪力滞效应,加大底板剪力滞效应。     

大跨径波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应

为了研究大跨径波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应,结合1座采用悬臂施工的大跨径波形钢腹板箱梁桥,分别建立平面杆系有限元模型和空间实体有限元模型,模拟施工过程,选取3个关键截面,研究了波形钢腹板组合箱梁桥在不同施工阶段的剪力滞效应分布规律。结果表明:大跨径波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应随着施工阶段的推移是一个动态变化过程,在悬臂施工阶段,剪力滞效应变化较快,在施工阶段后期,剪力滞效应变化缓慢;最大剪力滞效应发生在最大悬臂状态时的端部截面。     

桁腹式组合桁梁桥剪力滞效应分析

为深入了解桁腹式组合桁梁桥节点区域的剪力滞效应,通过建立简支桁腹式组合桁梁桥ABAQUS有限元模型,以梁桥承受竖向荷载时的节点为观察对象,在宽度和长度两个维度上量化分析桥面板的纵向正应力、剪力滞系数和有效宽度的规律。模拟结果显示,桥面板同时存在剪力滞效应和负剪力滞效应,在节点区域效应最严重,各节间中点区域剪力滞效应较低。按规范计算的简支箱梁桥有效宽度与桁腹式组合桁梁桥上有效宽度最大值相当,但与最小有效宽度差异较大。     

剪力滞对斜拉桥中Π形主梁弯曲刚度影响分析

按实际施工动态过程分析剪力滞对Π形结合梁斜拉桥中主梁弯曲刚度的影响。基于能量变分法引入简化的剪力滞翘曲位移函数,导出一种可以考虑剪力滞与Π形结合梁弯曲刚度耦合影响的实用梁单元。该方法每节点采用两个剪力滞自由度,可以处理斜拉桥中集中弯矩引起的剪力滞位移边界条件突变和施工动态过程中荷载和剪力滞位移边界条件不断变化的问题。结合某Π形结合梁斜拉桥进行数值分析并与实测数据比较,验证了本文方法的有效性与准确性。研究表明,剪力滞效应使斜拉桥中主梁的抗弯刚度减小,且在悬臂施工阶段比成桥阶段的影响更大;相对于简支箱梁和连续箱梁而言,剪力滞对Π形结合梁斜拉桥主梁弯曲刚度的影响相对小一些,在悬臂施工阶段其对中跨的影响约为2%~7%,对边跨的影响约为3%~12%。     

变截面悬臂箱梁剪力滞效应的比拟杆分析方法

针对传统比拟杆法仅能分析等截面箱梁剪力滞效应的不足,重新推导变截面箱梁加劲杆等效面积及剪力滞效应微分方程,以有机玻璃悬臂梁模型的试验结果检验该文算法的正确性,讨论箱梁梁高、腹板厚度变化对悬臂箱梁剪力滞系数和正剪力滞区段长度的影响,通过分析箱梁顶板和腹板内剪力流沿跨长的分布规律揭示变截面箱梁剪力滞效应弱化的原因。研究发现：悬臂箱梁梁高和腹板厚度的变化会减弱其剪力滞效应,且剪滞效应弱化的原因在于变截面箱梁腹板内剪应力水平的降低;箱梁顶板内水平剪力流沿跨长先增大后减小的变化导致了悬臂箱梁正、负剪力滞现象,同等跨径下变高度悬臂箱梁的正剪力滞区段长度会显著增加,但其剪滞系数将明显减小;工程设计中可以通过调整箱梁梁高和腹板厚度沿顺桥向的变化趋势,尽量让箱梁腹板剪力流水平沿桥跨方向保持不变,避免腹板剪力流水平变化过快以最大程度地减弱箱梁剪力滞效应。     

汽车荷载对连续箱梁剪力滞效应的影响

采用有限元方法对两种不同类型的汽车荷载作用下箱梁剪力滞效应进行了分析。结果表明:在汽车荷载作用下箱梁的顶板和底板的剪力滞系数都是在荷载作用点处达到最大,在其他截面剪力滞系数较小;不同荷载作用下,箱梁剪力滞系数横向分布规律相似,荷载作用的大小对箱梁剪力滞效应的影响较为明显。     

截面构造对钢箱梁剪力滞效应及其稳定性的影响

由于混凝土箱梁桥在运营一段时间后,普遍出现腹板开裂和跨中挠度过大的病害。随着交通事业的迅猛发展,钢箱梁桥逐渐取代混凝土箱梁桥成为大跨度桥梁的理想桥型。钢箱梁也存在剪力滞效应,而且更加显著。通过改变钢箱梁截面构造,运用大型有限元软件ANSYS进行数值模拟,研究了梗腋和腹板厚度对钢箱梁剪力滞效应的影响。结果表明:钢箱梁设置梗腋和增加腹板厚度可提高其局部刚度,通过改变截面剪力流分布情况,引起截面正应力横向分布趋于均匀,改善剪力滞效应,提高其整体稳定性;梗腋横向尺寸和高度越大,越有助于改善剪力滞效应;腹板厚度的增加对改善剪力滞效应并不显著。     

箱型梁附加挠度与剪力滞效应的一维有限元分析

当前箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元法对剪力滞函数的处理存在局限性,而且剪力滞系数难以准确反映翼缘截面剪力滞效应及其变化规律。为此,利用箱梁附加挠度代替剪力滞函数建立箱梁翼缘的纵向位移函数,并根据能量变分原理建立控制微分方程并识别了其中的待定参数。以箱梁挠度、附加挠度及其一阶导数作为单元节点位移参数,提出了箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元法,给出了箱梁的自然边界条件和强迫边界条件。基于箱梁挠度和附加挠度定义了新的剪力滞系数,分析了不同支撑条件对箱型梁剪力滞效应的影响。算例分析证明了该方法的有效性,且具有较高的计算精度;与传统的基于应力的剪力滞系数相比,基于挠度的剪力滞系数能够更加准确地反映箱型梁截面的剪力滞效应及其分布规律。     

横向预应力对混凝土宽箱梁剪力滞效应影响的有限元分析

结合工程实例,利用有限元软件分析了横向预应力对混凝土宽箱梁剪力滞效应的影响。分析结果表明,在混凝土等宽连续箱梁桥中设置横向预应力对剪力滞效应的影响是不可忽略的,预应力致使箱梁顶板产生类似正剪力滞,底板产生类似负剪力滞。     

悬臂曲线箱梁负剪力滞效应

为研究悬臂曲线箱梁负剪力滞效应,本文基于能量原理,推导了悬臂箱梁剪力滞计算公式,经与ANSYS有限元结果相比较,吻合良好,在此基础上采用有限元程序分析了腹板间距、悬臂板宽度、曲率半径、箱梁高度和厚度对其负剪力滞效应的影响。结果表明:(1)在均布荷载作用下,沿全跨纵向,悬臂曲线箱梁呈现出明显的正、负剪力滞效应,负剪力滞在l/6处出现极值,正剪力滞在悬臂梁根部最显著;(2)与直线梁相比,曲线梁考虑曲率的影响,加剧了正、负剪力滞应力分布的不均衡性;(3)内侧腹板与顶板相接处节点易出现剪滞效应惰性区,而外腹板与顶板相接处节点均未出现惰性区,但有相同的正、负剪力滞临界点;(4)腹板间距和悬臂板宽度对负剪力滞影响较大,曲率半径、箱梁高度和厚度对负剪力滞效应有一定的影响。     

波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应研究

波形钢腹板组合箱梁由于其力学性能和经济性能比普通箱梁优越而正被广泛地使用,本文介绍了计算波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞系数的能量变分法,用有限元分析软件ANSYS进行了波形钢腹板组合箱梁桥的建模,并采用能量变分法的结果加以验证。结果表明采用有限元法模拟波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应效果较好,分析了波形钢腹板组合箱梁桥横桥向和纵桥向剪力滞系数的变化规律。     

钢-混凝土组合箱梁弯矩-曲率恢复力模型研究

截面弯矩-曲率滞回规则是钢-混凝土组合梁最重要的力学特性之一,该滞回模型的建立为组合箱梁结构的弹塑性分析提供了可行性。利用幂函数插值方法,考虑剪力连接度对组合箱梁截面弯曲刚度的影响,提出了考虑界面滑移的钢-混凝土组合箱梁正向、负向截面弹性刚度及截面屈服弯矩计算方法,建立了组合箱梁截面弯矩-曲率三折线骨架曲线模型;在试验数据与理论分析的基础上,获得了组合箱梁正向及负向刚度退化规律表达式,并进一步提出了钢-混凝土组合箱梁截面弯矩-曲率最大点指向型滞回模型,将该模型的分析结果同试验结果进行了比较。结果表明:提出的组合箱梁截面弹性刚度、屈服弯矩、弯矩-曲率骨架曲线模型及滞回模型均与试验结果吻合良好,且模型计算方法简单明了,便于手算。