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。     

波形钢腹板PC组合箱梁动力性能研究综述

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,其力学性能一直以来是桥梁工程研究的热点。为阐明其动力性能的研究进展情况,通过文献调研与实桥调查,介绍了这种箱梁的自振特性与动力响应研究的最新成果。研究表明,在自振频率的计算方法和阻尼系数的取值方面,波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁与传统的预应力混凝土箱梁相比均有所差异。同时,箱梁的截面形式、桥墩类型、钢腹板几何参数、体外预应力等对这种箱梁的自振特性均有着不同程度的影响。为改善这种箱梁的自振特性,通常建议采用增设横隔板的构造措施。另外,这种箱梁桥在抗震方面具有优势,其抗震计算可参照传统结构,而有关这种箱梁桥的车致振动、风致振动的研究却很少。加强波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁动力性能的研究对完善这种箱梁桥的设计理论以及促进其在工程中的应用与发展均具有重要的现实意义。     

波形钢腹板组合曲线箱梁畸变效应分析

为了研究波形钢腹板组合曲线箱梁畸变效应,本文推导了波形钢腹板曲线箱梁畸变理论方程,并将其比拟为弹性地基梁进行求解。基于试验建立了波形钢腹板曲线箱梁的有限元模型,并与试验结果进行径向位移、竖向挠度对比验证。对深圳市某匝道桥进行有限元建模,以荷载工况和曲率半径为参数,对其畸变效应进行了有限元分析,并以控制畸变角为目标对横隔板间距进行了研究。研究结果表明:当波形钢腹板曲线箱梁圆心角φ≤14.3°时,波形钢腹板曲线箱梁的畸变效应接近于直梁;当设置3道中间横隔板后,相对于无中横隔板时,畸变角减小超过85%,可以认为控制截面畸变变形对设计横隔板的合理间距是有效可行的。     

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。     

波形钢腹板箱梁的抗扭性能分析

本文根据箱形梁理论,并结合波形钢腹板箱梁的力学特性,通过算例分析了波形钢腹板箱梁在偏心荷载下的约束扭转应力和畸变翘曲正应力。分析结果表明:在偏载下,扭转约束剪应力和畸变翘曲正应力都不可忽略,且畸变对翘曲正应力的影响明显大于约束扭转;在集中扭矩下,波形钢腹板曲线箱梁的弯扭耦合作用明显;波形钢腹板箱梁的畸变翘曲刚度和横向框架刚度相对普通混凝土箱梁都较低,波形钢腹板箱梁畸变翘曲正应力大于普通混凝土箱梁畸变翘曲正应力。     

波形钢腹板PC组合箱梁研究现状

文章介绍了波形钢腹板PC组合箱梁的结构特点,国内外对波形钢腹板PC组合箱梁性能的研究,包括:抗弯性能,抗剪性能,剪滞效应,预应力导入效率,徐变的影响,疲劳,扭转。最后建议波形钢腹板PC组合箱梁需进一步研究的内容。     

基于有限元模拟混凝土徐变对预应力组合箱梁的影响研究

以某桥梁工程为例,分析了长期荷载作用下混凝土收缩徐变对波形钢腹板预应力组合箱梁的影响.采用有限元软件Midas/FEA3.70进行建模,通过Midas/FEA中的时间依存材料来定义混凝土的收缩徐变系数,分析了长期荷载作用下混凝土收缩徐变对波形钢腹板预应力组合箱梁挠度和内力重分布的影响.得出以下结论:长期收缩徐变对挠度的...     

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。     

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。     

单箱双室箱梁对称弯曲时的局部扭转效应

为研究单箱双室箱梁在对称竖向荷载作用下的受力特征,基于横截面的荷载等效原理与荷载分解,分析了单箱双室箱梁对称弯曲时的局部扭转效应。基于截面的剪力流平衡和箱室受力分解,得到了局部扭转的等效荷载及应力计算式。通过与有机玻璃模型试验和有限元模拟结果的对比,验证了局部扭转效应计算式的正确性,并获得了单箱双室简支箱梁的局部扭转效应下的应力分布规律。研究表明,单箱双室箱梁在仅中腹板作用竖向荷载及两边腹板作用相等竖向荷载时,均存在纵向弯曲和局部扭转的组合变形模式。局部扭转由约束扭转、畸变和横向弯曲效应组成,在截面引起纵向应力和横向应力。局部扭转效应的理论计算结果与模型试验和板壳有限元分析结果吻合良好,表明基于截面剪力流等效的局部扭转荷载求解方法对双室箱梁是适用的;单箱双室箱梁的局部扭转效应在荷载作用点附近截面最为突出,截面上、下缘纵向应力和横向应力以中腹板为拐点呈折线分布,其应力分布和大小与荷载在横截面上作用的部位紧密关联;对算例箱梁,局部扭转效应产生的纵向应力可达初等梁弯曲应力的25%。     

配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁受扭性能分析

本文在配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件试验研究的基础上,应用空间软化桁架理论,结合钢纤维高强混凝土本构关系及其软化系数方程,编制了软化桁架模型分析程序对试验构件进行了全过程分析。分析时考虑了钢纤维高强混凝土的抗拉强度作用,不仅能较准确地得到极限扭矩,而且可以获得开裂扭矩,能较好地模拟试验构件的受力-变形全过程。其结论也得到其它相关钢纤维高强混凝土纯扭构件试验结果的证实。在此基础上应用软化桁架模型分析程序对配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件进行了参数分析,提出了相应的开裂扭矩和极限扭矩计算公式,为其工程应用提供依据。     

多室箱形梁非线性有限元分析

本文将单箱多室箱梁离散为若干个空间梁段单元,梁段单元的弯曲、扭转及其横截面翘曲均采用三次插值函数描述,其拉压变形采用线性插值。为了计算箱梁顶、底板的面外弯曲,剪力滞后及横截面畸变,采取横向有限条的概念,从梁段单元截取单位厚度的空腹桁架;取桁架的每根杆件为一平面梁单元,用三次插值函数描述其位移,单元节点位移参数用三次多项式表示为箱梁梁段单元节点位移参数的函数。箱梁各横隔板取为有结点转角的四结点平面单元,用基于连续介质力学的Ｕ．Ｌ．列式虚功增量方程,考虑剪切变形影响建立各种单元的弹塑性平衡方程。按照上述思路编制了计算程序,计算结果与模型测试结果接近。     

钢箱—混凝土组合梁正截面承载力的初步研究

基于方钢管混凝构件和箱形梁的特性 ,提出了钢箱—混凝土组合截面梁 ,并给出了正截面极限承载力计算方法 ,根据使用条件 ,提出了可能的截面形式。完成了一根梁的初步试验研究 ,并与某特大桥的主梁进行了综合比较 ,综合分析表明钢箱—混凝土组合截面梁具有良好的应用前景。     

锈蚀钢筋与混凝土的环向粘结试验研究

研究锈蚀钢筋与混凝土的环向粘结性能,对预测钢筋混凝土内裂时刻具有重要意义。考虑混凝土强度与钢筋类型两种影响因素进行钢筋混凝土扭转试件设计,利用恒电流通电法对试件进行加速锈蚀,采用扭矩扳手加载,并用倾角仪记录钢筋与混凝土之间的相对转角。试验结果表明：光圆钢筋试块的极限抗扭承载力和抗扭刚度均小于变形钢筋;对于变形钢筋,较小...     

Reliability-based optimisation design of post-tensioned concrete box girder bridges considering pitting corrosion attack

Since the mid-twentieth century, prestressed concrete (PC) bridges have been significantly developed to become the most important type of bridge in the world. However, only a few studies have dealt with the reliability-based design optimisation (RBDO) of PC bridges despite the fact that RBDO demonstrates the real behaviour of structures. Moreover, the corrosion of post-tensioned tendon in PC bridges seriously caused sudden failures which have been recorded in the world. Since then, this study presents the probabilistic model and approach to formulate and analyse the RBDO of PC box girder bridges which consider the pitting corrosion phenomenon of shear, torsion reinforcements and post-tensioned tendon. A practical example of a typical PC box girder bridge is presented and discussed. Sensitive analyses are performed to evaluate the influence of ultimate target reliability index on the optimal solution. For the simple support PC box girder bridge, the ultimate target reliability index should be in the range of β_ult: 3.5–5 in order to produce the optimal design.     

碳纤维布加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论分析

对碳纤维布(CFS)加固的弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能进行理论分析。文中针对4根CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能的模型试验,基于修正的斜压场理论,集中考虑剪扭应力相加面的应力分布,并将混凝土软化系数提高25%,建立CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭承载力的计算方法。通过对4根箱梁试件的极限抗扭承载力的理论计算,并将计算结果与模型试验结果进行对比和分析,发现两者符合较好,其比值的平均值为0.9215,标准差为0.0320,变异系数为0.0347;对箱梁试件的试验破坏截面与理论破坏截面位置不一致的现象给出很好的解释;并与其他计算方法所得的计算结果取得一致。最后得出结论:修正的斜压场理论模型概念明确、安全可靠,可以作为CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的极限抗扭承载力的设计计算方法。     

Bending strength of concrete-filled narrow-width steel box girder

A new type of partially concrete filled steel box girder is proposed. The distance between the two webs is narrower than that of a conventional steel box girder, and concrete is filled inside the box girder at the intermediate supports of the continuous girder. Static bending loading tests were conducted with these new type girders, showing that the ultimate bending strength of the concrete filled steel box girder model was 40% larger than that of the steel box girder model. The ductility also increased about 8 times. The tests with the half concrete filled steel box girder model showed that the ultimate bending strength was 25% larger than the steel box girder model and the ductility was about 6.5 times larger. The half concrete filled steel box girder model without vertical stiffeners had the same ultimate bending strength of that of the girder with vertical stiffeners but the ductility was about half. The simple calculation method was developed using fibre models. The calculated results agreed with the test results and the calculation method has been verified.     

基于破坏线模型的离心钢管混凝土扭转极限承载力

在薄壁离心钢管混凝土构件扭转性能试验数据和离心钢管混凝土本构关系的研究基础上,针对离心钢管混凝土构 件在扭转性能试验塑性状态时钢管内离心混凝土发生约45°的脆性受拉破坏特性,提出了扭矩作用下离心钢管混凝土的 破坏线模型,由能量原理推出了管内混凝土的扭转刚度表达式,然后利用扭转刚度相等和边界条件将受压混凝土简化为 管内的等效螺旋加劲肋,提出了组合构件在纯扭转状态下极限承载力的简化计算公式。实例计算表明,本文提出的破坏线 模型其结果与他人研究成果和试验结果吻合较好。