某钢箱梁第二体系应力分析

以某钢箱梁斜拉桥主梁为例,采用有限元模型中ABAQUS壳单元建立钢箱梁斜拉桥局部模型[1],进行了仅有车辆荷载作用下顶、底板和横隔板、腹板的局部计算(第二体系应力分析),分析了该钢箱梁各板件的设计控制应力,并就不同位置开设人孔对横隔板受力的影响进行了对比分析,以期为类似设计提供参考。     

公路悬索桥正交异性板钢箱梁桥面局部应力简化计算方法初步研究

选取公路悬索桥正交异性板钢箱梁典型结构,根据顶板厚度、主梁高度、横隔板间距以及吊杆纵向间距内横隔板节间数等4个参数对结构进行研究。用有限元法试算确定最不利荷载位置后,分别对各结构的节段模型进行加载计算,研究钢箱梁桥面的顶板纵向最大拉应力与最大压应力、顶板横向最大拉应力与最大压应力、纵肋纵向最大拉应力与最大压应力,并由计算结果推导出公路悬索桥正交异性板钢箱梁桥面局部应力简化计算公式,初步验证该公式具有一定的计算精度与简便性。     

浇注式沥青混凝土摊铺温度对钢箱梁力学响应及变形效应影响

对浇注式沥青混凝土摊铺温度所造成的钢箱梁应力场及变形特征展开探索。基于瞬态热传导数值模型,分析了摊铺过程钢箱梁结构的应力场分布,并就各结构参数对温度场的影响进行研究,讨论摊铺温度场对铺装层厚度的影响规律。研究结果表明:钢桥面板的变形主要发生于摊铺区,跨中截面变形最大,其竖向最大位移为0.0075m;摊铺边缘的应力最为不利,桥面板主要受纵向应力作用,且峰值均位于横隔板正上方,而横隔板主要承担横向应力作用;摊铺边缘应力复杂,处于该区域的结构在受力上较为不利;温度变形引起的摊铺厚度差呈抛物线分布,模拟值均接近1mm。钢箱梁各结构部件承受不利摊铺温度应力作用,易引起局部稳定性问题,而钢桥面板温度变形引起的摊铺厚度问题也需要重视。     

横隔板厚度和间距对钢桥面板疲劳应力幅的影响

根据国内外钢箱梁的研究成果,基于某大跨径斜拉桥,分别建立以横隔板厚度和间距参数变化的三维钢箱梁板壳有限元模型A和B,分析了横隔板厚度和间距对正交异性钢桥面板典型构造细节疲劳应力幅的影响,与国内外规范进行了比较研究。研究结果表明:横隔板厚度和间距对U形肋现场对接焊缝处基本没有影响,但对其他各构造细节的疲劳应力幅均有一定影响;欧洲规范对横隔板厚度不小于10mm和间距取2.5~3.5m的建议较合理,值得借鉴。     

市政弯坡组合钢箱梁桥面沥青铺装层力学响应研究

建立钢箱梁桥面铺装三维有限元模型,在最不利荷位研究基础上分析铺装层模量及纵横向力对铺装层受力影响。结果表明：跨中为横向分量最不利荷位,横隔板边缘为纵向最大最不利荷位;上层铺装模量升高可降低层顶的拉应变,下层模量过高会增大层底剪应力;纵向制动力和横向离心力分别会增大铺装纵横向响应。     

正交异性钢桥面板横隔板切口疲劳应力幅分析

建立全桥模型和简化的钢桥面板局部节段模型,通过子模型法插值得到横隔板疲劳细节模型的边界条件,计算不同车轮横向分布对应的疲劳细节局部应力,研究横隔板参数变化对横隔板疲劳细节损伤的影响。结果表明:混合单元模型与钢桥面板简化模型对应的应力幅相差小于5.0%,采用钢桥面板简化模型分析横隔板疲劳细节受力简单合理。横隔板疲劳细节在车轮偏离中心位置150 mm时应力幅最大,随着车轮偏离中心位置距离的增大,应力幅下降明显。横隔板间距增大,横隔板疲劳细节应力幅上升,增加横隔板厚度可有效改善其疲劳受力性状。     

高架桥钢箱梁有限元分析和横隔板设计

文章针对跨度40 m、单幅宽度为12. 45 m、三车道、双箱单室某高架钢箱梁桥,采用MidasFEA有限元分析软件,建立全桥有限元模型,进行应力和变形分析。在保持腹板间距,U肋布置和顶底板厚度不变,以满足设计规范要求,选择横隔板间距为设计参数进行优化。重点分析横隔板从17道减少到15道、13道、11道和9道时,车轮荷载重轴施加于跨中横隔板中间的顶板,顶板和U肋下缘的挠度、纵向正应力和横向正应力的变化规律;以及车轮荷载重轴施加于横隔板支点处的顶板,顶板和U肋下缘纵向正应力和横向正应力的变化规律。结果表明:随横隔板数量增加,重轴施加于相邻横隔板中间或支点处,顶板和U肋下缘的挠度和应力的绝对值都减小。根据计算,采用11道横隔板能满足设计规范要求。     

城轨钢箱梁U肋正交异性钢桥面板疲劳应力的 正交化计算方法

针对城轨钢箱梁正交异性桥面板关键构造疲劳应力问题,基于有限元方法提出正交化计算方法。首先计算典型正交异性钢桥面构造疲劳应力在城轨A型车和B型车作用下的纵向影响范围及最不利加载位置,并分析减振垫、吊点横隔板、轨下纵梁和道床板等参数的影响。然后根据大量工程实桥设计参数统计提出轨道交通桥梁正交异性板钢箱梁基准计算模型,并建立基准计算模型的空间有限元模型,通过数值计算得到顶板厚度、横隔板高度、横隔板间距、轨下纵梁高度及2种常见开孔形式等关键设计参数的影响系数,基于正交化方法提出不同设计参数条件下正交异性桥面板结构细节的疲劳应力计算公式。最后通过算例验证了正交化计算方法的可靠性和适用性。结果表明:城轨A型车在疲劳荷载作用下结构受力最不利; 轨下纵梁刚度对疲劳应力有显著影响。     

正交异性钢桥面板横隔板切口疲劳应力分析

以正交异性钢桥面板横隔板切口疲劳应力为研究对象,采用六种横隔板切口形式,以某钢箱梁桥为例,利用abaqus有限元分析软件分别建立三维板壳有限元模型。建模时对横隔板切口部位的网格进行细化,以确保计算结果足够精确。分析在最不利荷载作用下,横隔板切口部位产生的面内外应力对疲劳应力的影响。结果表明影响横隔板切口位置疲劳性能的主应力主要由面内应力决定的;日本采用的横隔板切口形式的切口尺寸最小,该细节受到到的面内应力最小,疲劳性能最好,为正交异性钢桥面板横隔板设计提供参考。     

斜拉桥钢箱梁横隔板受力分析研究

针对横隔板在轮载作用下的受力特性进行了研究,选取一个节间的钢箱梁节段建立空间模型进行有限元分析,结果表明在设计荷载作用下,横隔板除开孔处会出现应力集中外,其他应力水平均满足规范要求,在钢箱梁设计中应合理开孔并控制开孔尺寸。     

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。     

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。     

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。     

采用支撑杆件提高钢箱梁正交异性板疲劳性能研究

交通运输的迅速发展使得钢箱梁正交异性板的疲劳问题日趋突出。为研究设置支撑杆件对钢箱梁正交异性板疲劳性能的影响,制作试件进行室内试验,并采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,分析在无支撑杆件和有支撑杆件的情况下,钢箱梁正交异性板易疲劳开裂位置应力幅（最大荷载时的应力与无荷载时应力之差）的变化。试验和有限元对比结果表明：试验结果和有限元模拟结果吻合良好,支撑杆件的设置可将钢箱梁正交异性板U肋及T肋开槽处的应力幅减小约40%~60%,其中个别位置应力幅减小占比（无、有支撑时的应力幅差值与无支撑时应力幅之比）可达70%;支撑杆件的设置可将顶板跨中位置应力幅减小约20%~40%,其中个别位置应力幅减小占比可达50%。有限元参数分析结果表明：离支撑杆位置越近,开槽位置处的应力幅减小占比越大;随着支撑杆件直径的增大,应力幅减小占比增大,但增大幅度逐渐减小。合理使用支撑杆件能有效减小钢箱梁正交异性板易疲劳开裂部位的应力幅,可在较低的成本下减少钢箱梁正交异性板疲劳破坏的发生,提高其疲劳寿命。     

某大桥曲线箱梁悬臂施工应力监测

根据现场测试结果,分析了曲线箱梁悬臂施工过程中根部截面的应力变化规律,研究结果表明,挂篮的偏心荷载将会在箱梁翼板根部的局部位置产生较大的横向拉应力,甚至引起桥面纵向的开裂;对于曲线梁桥,箱梁两侧的腹板和翼缘板内的应力呈非对称分布,施工过程中应注意施工顺序和施工荷载对结构内力的影响。     

开闭混合断面薄壁梁约束扭转分析

从薄壁微元体的纵向平衡出发,分析开闭混合断面薄壁梁约束扭转二次剪力流的传递和分布规律,提出了开闭混合断面薄壁梁约束扭转二次剪力流的分解计算方法,数值算例验证了该方法的合理性。引入反映二次剪应力对总剪应力影响程度的剪应力系数,结合悬臂梁数值算例,详细分析悬臂板宽度变化对剪应力系数和二次扭矩的影响规律。研究结果表明：开闭混合断面薄壁梁约束扭转时在腹板内产生很大的剪应力,当悬臂板宽度与闭合箱室宽度之比约为0.4时,腹板中点处剪应力系数可达到最大值2.8;悬臂板在约束扭转中承受很大的二次扭矩,甚至会等于闭合箱室承受的二次扭矩;对于箱室高宽比较大的薄壁梁,当悬臂板宽度与闭合箱室宽度之比约为0.7时,悬臂板承受二次扭矩的作用可得到充分发挥。     

大跨度钢斜拉桥扁平钢箱梁悬拼阶段相对变形研究

大跨度斜拉桥大多采用流线形扁平钢箱梁 ,在主梁悬臂拼装过程中 ,吊机作用梁段、被起吊梁段由于受力不同 ,变形存在较大差异。以南京长江第二大桥南汊桥为例 ,用空间有限元分析了悬拼阶段扁平钢箱梁的相对变形 ,并研究了温度、纵隔板设置、吊机作用位置对相对变形的影响 ,对钢箱梁制造、安装提出了一些有益的建议     

Patch loading and improved measures of incremental launching of steel box girder

Yandangshan Bridge is a tied-arch bridge of double-line railway with a (90 + 90) m continuous steel box girder and passes over a very busy highway in China. The incremental launching of the steel box girder of this bridge is a challenge for bridge builders, mainly because of the patch loading caused by large self-weight, large camber, unsymmetrical and flexible temporary transverse beams. Due to on-site working conditions, many commonly used measures cannot be taken for the launching of this bridge. The launching process is simulated using finite element method. The results have shown that significant local stress concentration would occur in the web plate and bottom plate of the girder if no improved measures are applied. The influencing factors of the stress concentration are studied. Four measures to reduce the local stress of the girder are presented and put into practice: to add two slide shoes on every pier; weld six short launching noses at the diaphragm of leading end of the box girder; pre-lift the 6 slide shoes on one temporary pier at different positions to eliminate part of the deflection of the temporary transverse beams, and use special adjustable slide shoes in one span. The whole launching process has been monitored and the measured stress and deformation coincide with the results of finite element analysis. Good effects have been obtained by applying the four improved measures. The incremental launching of the steel box girder of Yandangshan Bridge has been successful.     

受弯混凝土箱梁翼缘有效宽度试验研究与分析

在大比例长悬臂梯形截面混凝土箱梁模型受弯性能试验研究的基础上,结合混凝土箱梁的特点,通过选用相应的单元类型和材料本构关系,运用ANSYS大型有限元分析程序模拟了试验全过程,模拟结果与试验结果吻合较好;大量参数分析表明：在弹性受力范围内,宽跨比是影响翼缘有效宽度计算系数的主要因素;在承载力极限状态下,影响翼缘有效宽度计算系数的主要因素有宽跨比、纵向受拉区钢筋配筋率、钢筋屈服强度以及混凝土抗压强度。分别给出了翼缘有效宽度计算系数在弹性工作状态下和承载力极限状态下的计算公式,为初等梁理论应用于解决混凝土箱梁正截面受弯承载力计算提供了试验和理论依据。     

Mechanics analysis of thin-walled box continuous girder with variable cross-sections in considering effect of large deflection and shear lag

In order to study the mechanics behavior of a thin-walled box continuous girder with variable cross-sections, using potential variation theories, considering the effect of shear lag of flange’s stress and the nonlinear geometry of vertical displacement, and evolving five generalized displacements with the spline function, the large deflection problem of the thin-walled box continuous girder with variable cross-section was transformed to a nonlinear algebraic equation, which was solved using the Newton-Raphon iterative method. The results of the calculation show that different shear lag warp functions to the cantilever, top and bottom plate should be taken to analyze the mechanics behavior of the thin-walled box continuous girder reliably. The thin-walled box continuous girder with variable cross-sections has more reasonable stress state and is more adaptable for the longitudinal change of internal forces than that with equal cross-sections. The effect of large deflection on the stress and displacement of the thin-walled box continuous girder with variable cross-sections depends on the values of the load.