钢腹板体外预应力组合箱梁剪力滞效应有限元分析

应用ANSYS有限元软件建立钢腹板体外预应力组合箱梁有限元模型,在集中荷载对称作用在肋板处和集中荷载作用在翼板中心两种加载方式下,对波纹钢腹板体外预应力组合箱梁与平钢腹板体外预应力组合箱梁的剪力滞效应进行分析,对波纹钢腹板体外预应力组合箱梁在两种加载方式下的剪力滞系数沿纵向和横向的分布进行了讨论．结果表明：两种箱梁剪力滞系数的变化规律相同,但波纹钢腹板体外预应力组合箱梁的剪力滞效应相对明显;荷栽作用位置从肋板向翼板中心移动时,波纹钢腹板组合箱梁顶板由正剪力滞效应到负剪力滞效应变化,纵向在荷载作用位置附近剪力滞效应明显．     

考虑滑移效应的体外预应力波形钢腹板梁桥的应力增量

体外预应力筋的应力增量在波形钢腹板梁桥理论中至关重要。在已有的应力增量计算方法中,适用于波形钢腹板梁桥的方法相对较少,考虑预应力筋滑移效应的更少。为研究适用于波形钢腹板组合梁体外预应力筋应力增量的计算公式,考虑在转向块处体外预应力筋与混凝土之间滑移效应的影响,通过分析预应力筋的变形和结构整体变形的几何关系,推导出对称荷载作用下的应力增量计算公式。结合现有试验数据,利用Ansys建立了实体模型,使用非线性弹簧单元Combin39来实现预应力筋的滑移效应;并将求得的计算值与试验值和模型值进行比对分析。结果表明：推导的应力增量公式计算值与波形钢腹板组合梁试验值吻合较好,验证了该方法的适用性;考虑滑移效应影响时,结构的整体挠度和应力增量增大,承载能力降低。     

部分波形钢腹板箱梁桥受力特性分析

为了分析部分波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥结构的空间力学特性,以24 m+40 m+24 m连续梁桥设计方案为对象,用三维有限元方法分析了在竖向荷载以及预应力作用下的结构应力和变形特性,并与波形钢腹板扩展梁理论进行比较,讨论了扩展梁理论的适用性.在此基础上进一步分析了部分波形钢腹板箱梁桥的力学行为,以及两种腹板过渡区域的传力机理.结果表明,按扩展梁理论设计虽然能够得到精度较好的纵向应力结果,但挠度和剪切应力计算精度有待提高;按腹板承担截面全部竖向剪力的设计方法偏于安全;波形钢腹板箱梁和预应力混凝土腹板箱梁过渡区域的结构传力机理十分复杂,设计时应予慎重分析.     

连续梁、连续刚构桥施工中腹板产生裂缝的机理及对策

随着连续梁和连续刚构桥的广泛应用,一些桥梁在施工过程中腹板出现裂缝.本文以弹性力学为依据,运用Ansys建立连续梁、连续剐构桥三维实体模型,计算混凝土腹板三向受力情况下的主拉应力,并对比腹板内最大主拉应力与混凝土抗拉强度的关系,由此说明腹板产生裂缝的原因.结合实际桥梁,计算悬臂现浇法施工时四种工况下混凝土腹板应力,得出最大主拉应力为:0.67 MPa、0.32 MPa、2.76 MPa和0.98 MPa.由此说明竖向预应力能有效控制腹板混凝土的主拉应力,即为了预防混凝土腹板内部主拉应力超过混凝土抗拉强度,应在施工时先张拉竖向预应力,再张拉纵向预应力钢筋.     

PC箱梁腹板竖向预应力扩散效应测试分析

为了研究箱梁腹板在竖向预应力作用下的应力扩散效应,将箱梁腹板视作狭长矩形薄板,以多对力作用在该薄板模拟腹板在竖向预应力作用下的应力场,导出竖向正应力的解析解,并采用最小二乘法原理得其数值解。引入应力均匀度参数λ和应力水平系数κ,计算得相应截面的λ值和κ值,表明λ值和κ值对竖向预应力筋间距s较为敏感;在保证λ值和κ值大于0.95的前提下计算得适合工程精度的腹板竖向预应力扩散角α,并进行多项式拟合。通过实桥测试腹板竖向应力扩散效应,同时采用有限元软件模拟计算,结果表明在竖向预应力筋作用下,腹板应力扩散效应明显,在腹板的上部和下部,两根竖向预应力筋之间存在应力空白区,在腹板中部竖向应力都比较均匀。     

波形钢腹板PC组合箱梁受扭全过程分析

为了揭示波形钢腹板PC组合箱梁的受扭作用机理,根据薄壁结构理论分析了截面扭矩分配及受扭变形协调条件,采用USTMT模型对波形钢腹板PC组合箱梁进行了受扭全过程计算,并在其基础上对混凝土抗压强度、波形钢腹板厚度和屈服强度、预应力钢束初始预应力及普通钢筋配筋强度比进行了参数分析,发现以波形钢腹板PC组合箱梁中混凝土板和钢腹板扭率相同为变形协调条件较为合理;开裂扭矩、屈服扭矩和极限扭矩均随混凝土立方体抗压强度的增大而增大,但波形钢腹板承担的扭矩几乎不变;波形钢腹板厚度对混凝土板承受的扭矩几乎无影响,但使波形钢腹板承担的扭矩增大;波形钢腹板屈服强度f_wy对开裂扭矩和混凝土板承受的极限扭矩几乎无影响,但使屈服扭矩和波形钢腹板承担的极限扭矩增大,混凝土强度越高,能够使波形钢腹板发生屈服的钢材强度等级越高;极限扭矩随配筋强度比ξ的增大而增大,且存在一个ξ的敏感区域,同时随钢束初始预应力的增大而线性增加,但增幅较小,尤其是对波形钢腹板承受的扭矩几乎没有影响。     

基于混合有限元理论的连续刚构底板崩裂分析

基于目前一些连续刚构桥在张拉底板预应力筋时和运营时易发生底板崩裂和底板裂缝事故这种情况,根据混合有限元的基本原理,给出了混合单元交界上的节点位移约束方程．对一座6跨预应力混凝土连续刚构建立了梁体混合有限元模型并进行了分析,计算得到跨中底板区域实际的受力状况．数值分析表明,该方法具有求解精度较高,单元数量较少的特点．通过计算分析得到底板开裂的主要原因是按桥的立面线型布置形成拱形的底板纵向预应力筋产生的径向力所致,靠近腹板的底板孔道处竖向拉应力较底板其余部位要大．     

基于ANSYS钢筋混凝土开洞连续深梁承载力分析

基于Ashour所做的有关集中荷载作用下两跨连续深梁腹板开洞的试验成果,设定一系列有限元模拟试件,借助于有限元分析软件ANSYS建立有限元模型,对比分析集中荷载和均布荷载分别作用时混凝土强度、开洞大小、洞口位置、竖向腹筋配筋率以及水平腹筋配筋率对试件承载力的影响。     

正弦波纹腹板工字钢梁的挠度理论计算与分析

正弦波纹腹板工字型截面构件是一种具有良好的刚度、强度、稳定性的新型构件.文章采用虚功法原理计算正弦波纹腹板工字型截面梁的挠度,给出了正弦波纹腹板工字型截面梁在两端简支和两端固支情况下在跨中集中力和均布荷载作用下的梁的挠度计算公式;采用有限元方法分析了正弦波纹腹板工字型截面梁在荷载作用下的位移,并和文章推导的挠度计算公式进行了对比.结果表明：正弦波纹腹板工字型截面梁在计算挠度时需注意剪应变引起的梁的变形;同时,理论公式计算值和有限元计算数值解吻合较好.     

工字型钢-混凝土连续组合梁腹板局部稳定性分析

对工字型钢-混凝土连续组合梁负弯矩区腹板在复合应力作用下的力学性能进行了研究,提出了工字型组合梁腹板在复合应力作用下的局部稳定性计算模型,建立了相应的临界屈曲应力计算公式;基于组合梁腹板的稳定性特点和偏心受压与剪切作用下的相关方程,计算了工字型组合梁腹板在复合应力状态下的弹性屈曲因数,采用势能驻值原理分析得出了连续组合梁负弯矩区腹板稳定的临界应力,提出了弹性受力阶段腹板不设横向加劲肋的高厚比限值。计算结果表明：该计算方法有广泛的适用性,且大部分情况下可以放宽对高厚比的限制,为工字型组合梁负弯矩区腹板的合理优化设计提供了参考。     

多肋式梁桥在全过程中应力重分布研究

为了考察多肋式梁在全过程中受力性能,利用非线性实体退化壳单元理论研究了多肋式梁的应力重分布规律.混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,推导了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献和统一的非线性壳单元模式.利用Owen屈服准则、Hinton压碎准则和弹塑性强化模型考虑了混凝土和钢筋的非线性效应,有效模拟了预应力混凝土多肋式梁的开裂、屈服和失效全过程,并编制了相应的三维非线性全过程计算程序.结合破坏性试验资料可知,理论计算结果与试验数据吻合良好,并对预应力钢筋应力发展规律进行研究.结果表明,用实体退化壳单元模拟预应力混凝土多肋式梁是合适的,研制的非线性单元和非线性程序是正确的.     

多维应力下混凝土开裂相关应力的计算

在钢筋混凝土非线性有限元分析中，混凝土裂缝计算模型常采用片状裂缝模式，以此模式为基础建立的有限元单元中，混凝土开裂后就应考虑到应力的重分布。就应力重分布对一向受拉，两向受压；两向受拉，一向受压；三向受拉；一向受压，两向受拉；两向受压，一向受拉；三向受压等6种情况作了一般性的计算研究。采用幂函数强度准则，用混凝土的本构关系及Kupfer提出的极限应力计算方法结合20结点有限元方法对释放应力进行计算。得出更一般的应力释放的计算方法，此计算模型比简单的应力释放更接近实际。     

波形钢腹板PC组合箱梁桥腹板平板长度的参数分析

采用混合单元建立波形钢腹板体外预应力混凝土简支箱梁桥的空间有限元计算模型,对腹板剪应力极值、主应力极值和箱梁顶板、底板的正应力极值、主应力极值进行了分析,研究了波形钢腹板平板长度对该种结构受力性能的影响.计算结果表明波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁腹板平板长度与波高之比的合理范围是1.67～2.67.分析结果可以为波形钢腹板箱梁桥的合理设计提供参考.     

后张法预应力混凝土空心板梁张拉有限元分析

预应力张拉是预应力混凝土构件施工的重要环节。为考察预应力张拉次序对混凝土体的影响，本文利用大型有限元软件ANSYS对30m装配式后张法预应力混凝土空心板梁的张拉试验进行了有限元仿真，并探讨了在各种不同的张拉次序下空心板粱应力及变形的变化规律。根据仿真计算结果给出了合理的预应力筋张拉次序。     

大跨度预应力混凝土箱梁桥开裂病害

为了研究大跨度预应力混凝土箱梁桥的开裂病害与其空间应力状态的关系,采用8节点实体退化板壳单元编制有限元软件对大跨度预应力混凝土连续箱梁桥进行空间应力分析,研究恒载、箱梁刚度、有效预应力和温度等因素对箱梁截面最大主拉应力的影响程度和影响规律;探讨设计中采用的活载应力放大系数的取值合理性;提出了控制箱梁混凝土开裂的二轴强度...     

基于 ANSYS 的预应力混凝土空心板梁单元挠度与固有频率的研究

以实桥作为分析模型,应用有限元分析软件ANSYS建立预应力混凝土空心板梁单元的有限元模型。分别采用实体单元和杆单元模拟梁和预应力筋,有效地模拟预应力效应。采用APDL语言进行参数化设计,计算了空心板梁单元在自重作用下的变形与应力,并且进行了梁单元动力性能分析;分别建立了在预应力筋的布置形式、预应力筋分布形式不同情况下梁单元挠度和固有频率与预应力大小的关系曲线,从关系曲线可知预应力筋布置形式及分布形式对梁单元挠度有很大影响,而对固有频率影响不大。     

连续梁桥中跨合拢方案设计

连续梁桥合拢段施工时，温度应力常常是预应力混凝土梁桥产生裂缝的主要原因。如何在温度变化时保证合拢段混凝土的质量，是合拢段施工成功与否的关键。结合具体实例，运用有限元理论对连续梁桥中跨合拢施工进行模拟分析，提出了确定中跨合拢方案的基本原理、计算方法以及所应采取的施工措施，以供类似桥梁施工时参考。     

双层部分斜拉连续箱梁桥预应力作用效应

提出上下行分层部分斜拉空腹连续箱梁桥结构，利用模型试验验证有限元软件ANSYS建立的该空间结构分析模型，得到新结构在自重和预应力共同作用下各控制截面的应力分布规律，并探讨了预应力钢束布置的有限元模拟方法和适用范围。     

摩阻损失在预应力连续梁桥中的分析与研究

在预应力混凝土桥梁中,由于较大的预应力损失而直接影响了结构的受力和变形,使结构过早的失效或破坏,预应力筋与孔道壁之间的摩阻是影响其预应力损失的主要因素之一.以郑州市某三跨连续箱梁桥的摩阻试验为背景,以弯曲通长束为主要研究对象,运用最小二乘法原理和二元线性回归方法计算了孔道摩擦系数μ和管道偏差系数k,同时结合桥梁结构有限元分析程序Midas对实际桥梁在不同摩阻系数下进行挠度和应力计算分析,结果表明:对于弯曲通长束而言摩阻损失对跨中截面处的影响更为显著,同时对该桥预应力施工提出了优化措施,这可以为同类型桥梁预应力张拉施工与计算控制提供参考.     

钢腹杆PC组合梁桥抗弯性能

为研究钢腹杆PC组合梁桥的抗弯性能,开展了钢腹杆PC组合梁模型试验,研究了钢腹杆PC组合梁混凝土顶底板应变与主梁变形等随荷载的变化规律,揭示了组合梁弯曲应变沿截面高度的分布规律,得到了组合梁的破坏模式;进行了钢腹杆PC组合梁有限元参数分析,探讨了主梁高跨比和偏载效应对钢腹杆组合梁抗弯性能的影响;提出了钢腹杆PC组合梁截面开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩计算方法。研究结果表明：钢腹杆PC组合梁桥的破坏过程包括弹性阶段、开裂弹性阶段、弹塑性阶段和失效阶段。在弹性阶段和开裂弹性阶段,钢腹杆PC组合梁截面顶底板变形满足“平截面假定”。钢腹杆PC组合梁跨中截面的变形与应力随高跨比的增大而减小。对于自重较小的钢腹杆组合梁桥,偏载对组合梁变形与应力的影响较大,且变形与应力增大系数随高跨比的增大而增大。与有限元和试验结果相比,本文提出的钢腹杆PC组合梁开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩的计算方法具有较高的精度。