偏心轴向荷载作用下薄壁箱梁的约束扭转翘曲应力研究

以薄壁箱梁的约束扭转分析理论为基础,将薄壁箱梁所受偏心轴向荷载作为一种外加双力矩荷载考虑,建立偏心轴向荷载作用下薄壁箱梁约束扭转的双力矩这一广义内力的计算公式。为了便于计算翘曲应力,进一步推导了扭转中心位置及主扇性坐标的实用计算公式。通过对一模型箱梁进行计算,并与按通用有限元软件ANSYS壳单元计算结果进行比较,验证了该文方法和所推导公式的正确性。详细分析箱室高宽比以及悬臂板宽度变化对偏心轴向荷载作用下薄壁箱梁约束扭转翘曲应力的影响。研究结果表明:箱室高宽比及悬臂板宽度对悬臂板端部翘曲应力的影响最大,对腹板与上翼缘、下翼缘交接处翘曲应力的影响相对较小;在偏心轴向分布荷载作用下,悬臂箱梁固定端横截面上控制点处的翘曲应力可达到初等梁应力的12%,不容忽视。     

车轨桥中高频耦合振动分析的功率流方法及模型

轮轨滚动激励引起的桥梁振动响应和输入功率是计算桥梁结构辐射噪声的重要参数。时域车轨桥耦合振动分析常用于低频振动分析,但在中高频分析时效率较低。为此,提出一种基于力法原理的频域功率流方法解决这一问题。采用无限长Euler梁或Timoshenko梁建立钢轨部件,采用无限大Kirchhoff板、Mindlin板或有限元模型建立桥梁部件,采用弹簧元件模拟钢轨与桥梁之间的连接扣件,并以弹簧力为未知量建立力法基本方程。对比计算了不同轨桥模型对U梁和箱梁桥振动功率的影响。结果表明:U梁桥面板的剪切效应对桥梁振动功率计算结果影响很大,采用传统的无限大Kirchhoff板模型将导致功率级计算误差达到15 dB,而采用Mindlin板模型可获得良好的计算精度与效率。相对于箱梁实体有限元模型而言,采用Mindlin板模型的误差仍然较大。     

梁格法在桥梁上部结构分析中的应用

随着交通运输事业的蓬勃发展,尤其是高速公路高架道路的日益增多,为了满足交通运输快速顺畅的要求,斜桥得到了越来越广泛的应用。但斜桥的受力特性比直线桥梁复杂得多,对其选择合适的方法进行分析是保证工程质量和控制造价的关键。介绍了各种桥梁结构弹性空间内力分析方法,重点论述了梁格法的基本原理,并以某连续箱梁桥为例,采用Midas大型通用有限元软件进行模型的梁格法分析,计算结果表明,梁格法是桥梁结构空间分析的一种有效方法,适用于各种斜、弯箱梁桥的计算。     

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道桥梁区段动力学分析

通过建立CRTS Ⅲ型板式无砟轨道-高架箱梁桥有限元模型,以德国低干扰谱激励下的轮轨垂向力为输入,对CRTS Ⅲ型板式无砟轨道桥梁区段的高架线路动力学响应进行研究。研究结果表明:板壳单元很好地体现高架箱梁桥低频时的整体和局部振动情况,高架箱梁桥自振时顶板变化最为复杂,翼板在20阶以后振动加剧;德国低干扰谱激励下的高架箱梁桥的振动主要集中在200 Hz以下,与其他轨道型式类似;CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构可明显降低高架箱梁桥结构在0-50 Hz频段内的低频振动,是一种具有良好减振作用的轨道结构型式。     

CRTSIII型板式无砟轨道桥梁区段动力学分析

通过建立CRTS III型板式无砟轨道-高架箱梁桥有限元模型，以德国低干扰谱激励下的轮轨垂向力为输入，对CRTS III型板式无砟轨道桥梁区段的高架线路动力学响应进行研究。研究结果表明：板壳单元很好地体现高架箱梁桥低频时的整体和局部振动情况，高架箱梁桥自振时顶板变化最为复杂，翼板在20阶以后振动加剧；德国低干扰谱激励下的高架箱梁桥的振动主要集中在200 Hz以下，与其他轨道型式类似；CRTS III型板式无砟轨道结构可明显降低高架箱梁桥结构在0-50 Hz频段内的低频振动，是一种具有良好减振作用的轨道结构型式。     

复合材料空间薄壁梁的有限元分析模型

在剪切梁理论的基础上, 采用9 节点平面单元模拟梁任意截面形状; 采用27 节点体单元, 模拟截面出平面外的二次翘曲位移, 从而建立了空间复合材料任意截面薄壁梁考虑二次翘曲的有限元分析模型。根据本文中导出的复合材料有限元模型编制了相应的分析计算程序。算例表明: 本文中建立的复合材料薄壁梁模型正确, 可以用于考虑多种耦合影响因素作用下复杂结构空间薄壁复合材料梁的有限元分析计算。      

曲线箱梁桥的车桥相互作用分析

针对公路和城市立交中的曲线箱梁桥,基于剪力柔性梁格法建立了曲线箱梁的梁格模型,进行了车桥相互作用分析。采用三角位移函数,基于平衡法推导了一种新型曲梁单元。利用曲梁的力-位移关系,得到了极坐标下空间曲梁单元的刚度矩阵和一致质量矩阵。根据拉格朗日定理,建立了7自由度空间车辆模型。采用逆傅立叶变换法,由功率谱密度生成了4种等级的桥面不平度。数值仿真了一混凝土单箱双室曲线连续箱梁桥的动力特性和车桥相互作用,并分析车辆横向位置、车速、桥面不平度、曲率半径等因素对桥梁冲击系数的影响。结果表明:该曲梁单元简便、实用,所建立的曲梁梁格模型可以准确地模拟曲线箱梁桥的车桥相互作用。     

基于主成分分析的圆角截面薄壁梁一维高阶动力学建模方法

基于一维高阶理论和模式识别算法,建立了考虑圆角截面特征的薄壁梁精细动力学模型,能够准确预测其三维动力学行为。构建基于离散薄壁截面基函数的一维高阶初始模型,通过求解控制微分方程相关的广义特征值问题解耦各广义坐标的轴向变化模式。构建广义特征矩阵并基于主成分分析算法获取基函数权值组合,用于重组具有明确物理意义的截面特征形变组合。为进一步降低模型自由度,根据精度需求按优先级顺序选取截面特征形变组合,构建改进的一维高阶模型用于工程计算。数值计算结果表明,与二维板壳模型相比,该改进模型能够以前者1%的单元数准确预测圆角截面薄壁梁动力学特性及瞬态动力学行为,前15阶频率误差在1.4%以内,且能够广泛适用于长细比4以上的薄壁结构。     

曲线箱梁桥列车-桥梁时变系统空间振动随机分析

在列车-桥梁时变系统横向振动能量随机分析理论的基础上，采用26个自由度的列车空间振动模型，以空间曲梁单元模拟桥梁结构，建立了曲线箱梁桥列车-桥梁时变系统空间振动分析模型，分别以构架人工蛇行波及前苏联规律性的竖向不平顺函数为横向及竖向激振源，计算了列车以不同车速通过洛湛铁路曲线箱梁桥的空间振动响应，所得结果可供设计参考。     

桥梁结构振动试验相似模型的设计及校验

以32 m简支箱梁桥为原型,以10∶1为几何缩尺比,设计制作了简支箱梁桥模型。依据弹性力相似律推导了原型桥与模型桥间的相似关系,在以桥梁结构振动为研究目的的情况下,通过有限元数值分析以及试验研究两种方式,探讨了该相似关系在原型桥与模型桥间是否适用。研究结果表明:有限元数值分析得到的原型桥与模型桥间各物理量比尺与理论推导各物理量比尺基本吻合;桥梁相似模型实测数据与有限元数值分析数据存在差异,但整体上大致吻合;依据弹性力相似律推导的相似关系在原型桥与模型桥间适用,但对于复杂桥梁结构模型还需做进一步的验证。     

一种考虑剪滞效应的斜支承连续箱梁挠曲扭转分析方法

通过在支承坐标系下考虑约束条件,提出一种适用于斜支承连续箱梁挠曲扭转分析的薄壁箱梁单元。该单元具有10 个自由度,可方便地考虑斜支承连续箱梁的剪滞效应和扭翘变形。选取挠曲剪滞微分方程和约束扭转微分方程的齐次解作为单元位移函数,推导出单元刚度矩阵各元素的具体表达式。从剪滞翘曲应力的轴向平衡条件出发,建立双室箱形断面的剪滞翘曲位移函数,并给出了剪滞翘曲几何特性的一般计算公式。用所编制的电算程序SSCBA 对一个3 跨斜支承双室连续箱梁模型进行计算,计算值与实测值和ANSYS 壳单元结果均吻合较好,证实该箱梁单元是可靠的。计算表明:在跨中偏心荷载作用下,斜支承连续箱梁的剪滞翘曲变形和约束扭转翘曲变形对应力分布具有显著影响。     

连续曲线箱梁预应力效应分析

本文通过预应力曲梁微元体的平衡方程,将作用于微元体上的预应力以一组等效荷载来代替。然后根据薄壁曲梁空间翘曲单元的刚度矩阵和各类荷载作用下固端力计算公式［１］,应用矩阵位移法分析曲梁中的预应力效应。计算预应力损失时,考虑了反向摩擦影响。结合某工程实例计算了由预应力引起的结构内力和变形。     

多跨简支曲线轨道折线梁桥空间振动分析模型

提出了一种多跨简支曲线轨道折线梁桥的空间振动分析模型,采用20自由度的梁段单元,可方便考虑T型梁横向与竖向弯曲、自由扭转、约束扭转等变形,选取正交流动坐标,建立了曲线轨道折线梁桥的动力特性矩阵,特别适用于曲线轨道折线梁桥与列车的空间振动分析。在实例研究中,计算了提速列车通过32m曲线轨道折线梁桥时的空间振动响应,并检算该桥是否具有足够的刚度及良好的运营平稳性,可供有关部门参考。     

钢-超高性能混凝土组合箱梁静力性能试验研究与数值模拟

以云南红河特大桥为工程背景,设计2个钢-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合箱梁节段模型试验,主要关注组合箱梁的承载力、破坏模式和抗裂性能等。基于通用有限元软件ABAQUS建立组合箱梁的精细有限元模型,通过试验结果验证模型并开展参数分析,研究UHPC板厚度、配筋率、栓钉间距以及箱梁横隔板厚度对组合箱梁受力性能的影响,给出各参数的设计建议取值范围。研究结果表明:钢-UHPC组合箱梁承载力高、抗裂性能好;按最大裂缝宽度进行验算,等效为180 mm厚UHPC桥面板的承载力超过车辆荷载标准值的8倍;UHPC板厚度以及钢箱梁横隔板厚度对组合箱梁破坏模式影响较大;综合考虑经济性及受力性能,建议实际工程中UHPC桥面板厚度不宜超过210 mm,配筋率不宜超过1.4%,栓钉间距最大不超过450 mm。     

薄壁箱梁剪力滞效应分析的初参数法

选取剪力滞效应引起的附加挠度作为广义位移,在定义新的剪力滞广义力矩及广义翘曲位移函数基础上,将薄壁箱梁的剪力滞变形状态从初等梁挠曲变形状态中分离出来作为一种独立的基本变形状态进行分析。对广义翘曲位移函数引入两个修正系数以充分考虑剪力滞翘曲应力的自平衡条件。提出了剪力滞翘曲应力的简便计算公式,它与初等梁弯曲应力公式具有相同的形式。用能量变分法建立了剪力滞控制微分方程,以广义力矩、广义剪力、附加挠度及其变化率作为四个初参数,给出了微分方程的初参数解。对两跨连续箱梁模型的应力计算表明:本文计算值与实测值及其它文献给出的计算值均吻合良好,从而验证了该文分析方法的正确性。挠度计算表明:剪力滞效应使该箱梁在集中荷载和均布荷载作用下的跨中挠度分别增大17%和16%。     

浅源强震下RC梁式桥横向碰撞参数研究

针对地震作用下桥梁结构梁体与横向挡块间的碰撞现象,采用非线性动力分析方法对影响碰撞效应的主要因素进行了系统研究。基于刚体碰撞理论,建立能考虑碰撞过程中能量损失的桥梁横向碰撞接触单元分析模型,研究了典型的浅源强震作用下挡块碰撞刚度、梁体与挡块间初始间隙、桥梁墩高以及跨径等因素对铁路RC简支梁桥地震碰撞效应的影响。研究表明抗震挡块对于防止横向落梁有显著的抑制作用,建议了铁路RC梁式桥抗震挡块的合理刚度及初始间隙取值,提炼了墩高及跨径对各项响应指标的影响规律。研究成果可供梁式桥抗震设计及规范修编参考     

子模型法在超大跨悬索桥钢箱梁应力分析中的应用

以国内第一大跨桥梁——润扬长江公路大桥南汊悬索桥为背景,在对大桥整体结构进行非线性有限元分析的基础上,运用子模型法计算了该桥扁平钢箱梁各关键部位的应力。与实测数据的对比表明:子模型法计算结果准确可靠,能够较真实的反映大桥钢箱梁在各种工况下的受力状态,是分析超大跨悬索桥钢箱梁应力水平及其分布的有效方法。最后分析了该桥钢箱梁的受力特点,为同类流线形扁平钢箱梁的应力分析和设计提供参考依据。     

薄壁空间螺旋形曲线梁的约束扭转理论分析及结构计算方法(第二部分:结构计算方法)

本文在上文［１］所导出的空间螺旋形薄壁曲线箱梁约束扭转微分方程及其参数解的基础上,用能量理论求出该箱梁单元的刚度矩阵与等效节点力算法,编制了按照刚度法分析的程序。通过与国内外文献的比较,验证了本方法的可靠性。