单索面斜拉桥活载作用下主梁剪力滞研究

目的 研究单索面斜拉桥主梁成桥阶段均布车载及偏载对控制截面最大正弯矩加载情况下,截面的受力特性和剪力滞效应.方法 以沈阳某单索面斜拉桥为研究背景,采用有限元理论,通过建立空间有限元模型进行分析.结果 在车辆荷载作用下,主梁各板产生横向弯曲正应力及剪应力,引起截面应力发生变化,对控制截面最大正弯矩加载时,各控制截面剪力滞系数为1.28～1.49.结论 偏载作用下使得箱梁截面应力分布很不均匀,但其应力量值小于均匀车载作用下的应力水平,偏载工况并不控制箱梁截面设计.对于大跨径混凝土斜拉桥,恒载所占比例偏高,仍是主要影响因素.     

横向大悬臂连续箱梁模型试验与非线性分析

针对横向大悬臂连续箱梁异形结构横向开裂问题,根据相似原理,制作横向大悬臂连续箱梁缩尺模型,采用非线性增量的分析方法,建立横向大悬臂连续箱梁模型桥的非线性有限元修正模型.计算了横向大悬臂箱梁模型桥在等级加载过程中应变及挠度横向分布分布状况,与试验结果做了比较.研究表明:随着荷载等级的提高,横向大悬臂连续箱梁模型桥跨中腹板上缘压应变在横向呈明显的不均匀分布,在加载位置压应变值大,靠近横桥向截面中线处应变值较小;加载等级提至400 kN时,大悬臂横梁端挠度远大于大悬臂相对侧横梁端挠度,中跨跨中挠度在横桥向的分布状况与腹板上缘压应变保持相同的规律;模型桥双向受力,荷载局部效应明显.     

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...     

子模型技术在混凝土箱梁悬臂板分析中的应用

结合子模型技术,通过大型有限元程序分别建立实体单元模型及板壳单元模型,进行数值仿真分析.研究子模型技术在混凝土箱梁悬臂板实体单元建模分析中的3种方法及实施技巧,考察悬臂板根部内力的影响因素:厚度、长度、箱梁畸变及荷载作用位置.结果表明:子模型区域宽度越接近悬臂板有效分布宽度,子步法和混合网格法计算结果越准确,效率高;对于有效梁段法,3倍于有效分布宽度的梁段为计算精度和计算时效的最佳尺度.实体单元建模综合考虑影响因素,其分析结果相对于板壳单元分析结果及其它算法更接近试验结果,子模型技术适合于混凝土箱梁悬臂板局部精细分析.     

考虑混凝土影响的既有变截面箱梁桥的全局疲劳寿命评估

基于复杂多轴疲劳理论、损伤积累理论、子模型法及变截面箱梁桥横截面的几何非线性特性,提出了考虑混凝土寿命的变截面钢筋混凝土箱梁桥全局疲劳寿命的评估方法。以一座既有公路变截面钢筋混凝土箱梁桥为工程背景,研究了纵向多车效应和横纵向多车效应两种工况下的桥梁全局疲劳寿命差异。结果表明:全桥疲劳寿命由第三跨跨中节段控制,横纵向多车加载比纵向多车加载的桥梁疲劳总寿命减少了29.4%,腹板混凝土寿命占到腹板寿命3%左右。     

基于位移场的薄壁箱梁结构约束扭转和畸变效应分析

为了正确把握异型薄壁箱梁结构的受力行为,提高结构的计算精度,提出基于位移场的假设,将结构断面上的各参数集中到结构轴线上,根据结构力学特征建立广义自由度的位移模型,把三维空间结构简化成一维梁结构,得到一种在普通梁理论基础上考虑约束扭转和畸变效应的一维杆系分析单元。利用该理论结合空间杆系分析法进行参数分析。结果表明该方法的计算精度比普通梁理论要高,计算工作量比空间板壳理论更简便,能直接得到结构的内力。该理论结合杆系分析法能够有效解决受力行为复杂的异型薄壁结构计算分析的问题。     

连续宽箱梁桥活载正应力增大系数研究

针对连续箱梁桥设计过程中活载正应力增大系数已有计算方法的不足,以某混凝土连续宽箱梁桥为背景,建立实体单元空间有限元计算模型,将全桥关键截面各个位置点的正应力增大系数计算值与已有方法所得值进行对比,探讨已有方法的可行性,以供同类工程设计参考.     

混凝土板拉桥详细有限元分析

板拉桥以预应力混凝土刚性板代替柔性拉索,与普通斜拉桥相比,在拉索的防腐、疲劳、振动等方面具有诸多优势.本文以独塔单面板拉桥--广东番禺沙溪大桥为工程背景,采用大型有限元计算软件ALGOR建立完整、详尽的全桥组合有限单元模型,对板拉桥的施工阶段和成桥后荷载作用下的力学行为进行分析研究,探讨了混凝土收缩、徐变、体系升降温和四种活载加载模式对沙溪大桥施工的影响.通过分析可以看出,沙溪大桥的施工过程是合理的,收缩、徐变和温度效应对预应力混凝土板拉桥的变形及内力有很大影响.     

非均匀收缩对混凝土箱梁桥挠曲变形的影响

大跨径混凝土箱形梁桥的挠曲变形不仅与箱梁整体刚度有关,也与顶底板非均匀收缩有关,还受腹板对截面曲率变化的影响。采用空间板元结构模型对混凝土箱梁桥在非均匀收缩影响下的长期变形进行分析研究,结果表明,非均匀收缩作用对主梁下挠变形影响明显,其中悬臂梁挠度增加约1/3,连续刚构桥在收缩徐变的耦合作用下挠度值收敛于某一定值。     

非线性温度梯度作用下简支箱梁的剪力滞效应

为分析非线性温度梯度作用下箱梁的自应力分布,考虑上、下翼板剪切转角的最大差值幅值和相位的不同及截面的内力平衡,提出应力平衡的双参数剪力滞翘曲位移函数.在此基础上,根据最小势能原理,建立简支箱梁的微分方程和边界条件.随后计算非线性温度作用下简支箱梁的自应力,并与有限元结果进行比较.算例分析结果表明,在非线性温度梯度作用下,双参数法所得计算结果与有限元分析结果一致,且满足全截面轴力自平衡的双参数法计算精度高于直接双参数法的计算结果.简支箱梁在非线性温度梯度下的温度自应力导致端部产生剪力滞效应,温度剪力滞效应的影响范围约为1.5倍箱梁宽度,且应力结果大于基于平截面所得的应力.对于截面上下对称的无悬臂翼板箱梁,考虑剪力滞效应的跨中应力和平截面假定的计算结果相同;对于截面上下不对称的带悬臂翼板箱梁,由于非线性温度引起剪力影响截面的曲率,即使在跨中区域平截面假定所得的温度应力依然小于精确解,双参数法修正了剪力对截面曲率的影响而显著提高了计算精度.     

重载铁路连续刚构桥徐变精细化数值分析

为了研究重载铁路连续刚构桥的空间徐变效应,通过ANSYS UPFs(user programmable features)功能进行本构关系二次开发,实现了桥梁徐变计算。依托山西省最大的重载铁路连续刚构桥为背景工程开展研究,采用空间壳模型模拟箱梁,空间梁单元模拟桥墩,考虑了连续刚构桥的施工过程,开展了重载铁路连续刚构桥的空间精细化数值分析。对比分析了空间数值模型和梁模型的长期下挠特性,同时对比了不同规范对计算结果的影响。研究结果表明:考虑空间徐变效应后梁体的长期变形发生了较大变化,壳单元模型的竖向下挠量比梁单元模型增加了25%左右。B3模型的计算下挠度比JTG D62-2004规范和TB规范大,需要采用B3模型进行桥梁长期变形验算。     

薄壁结构的动力有限元法分析

以能量变分原理为基础,考虑了剪力滞后效应、剪切变形和转动惯量的影响,通过应用一维离散有限元法建立了薄壁箱型梁结构在弯扭耦合作用的计算动力模型.得到结构的自振频率与ANSYS计算模型的结果进行了比较,两者吻合良好.充分说明了一维离散有限元法离散数目少,计算精度高,工作量低的优点,所得结论对薄壁箱梁的动力分析具有较好的参考价值.     

鱼腹式钢箱梁横向剪力滞效应分析

为了揭示鱼腹式钢箱梁剪力滞系数分布规律和结构参数对钢箱梁剪力滞效应的影响,通过使用有限元分析软件Midas/civil建立鱼腹式连续钢箱梁空间板壳模型,系统分析了鱼腹式钢箱梁在均布荷载、集中荷载和偏载作用下的剪力滞系数横向分布规律和纵向加劲肋厚度对剪力滞效应的影响.结果表明:在均布荷载、集中荷载和偏载作用下,鱼腹式钢箱梁剪力滞效应明显,不同截面同一位置剪力滞系数不同;通过适当地增加顶板加劲肋的厚度,可以使剪力滞系数明显下降,降低了剪力滞效应.     

连续直线钢箱梁剪力滞效应研究

制作了1个2跨连续直线钢箱梁模型,并对该连续直线钢箱梁模型进行了均布荷载和集中荷载试验.详细介绍了试验过程,测试了各控制截面的各种力学性能指标,并对试验梁加载全过程进行仿真分析,将理论值与实测值进行了对比.分析了集中荷载和均布荷载作用下箱梁各控制截面应变及剪力滞分布规律.     

横隔板对钢箱梁畸变效应的影响分析

薄壁钢箱梁在桥梁建设中得到了广泛的应用,钢箱梁的顶板、底板和腹板均较薄,在荷载作用下会由于截面变形产生畸变应力而发生局部屈曲和腹板压皱等现象．为了提高钢箱梁的承载能力,设置横隔板是较为有效的措施．笔者结合工程实例,采用有限元分析方法,针对横隔板对钢箱梁畸变的影响进行分析;对钢箱梁在集中荷载作用下,设置不同数量的横隔板的情况进行计算分析;并得出其最大畸变效应位移随横隔板密度的变化曲线,对类似桥梁的设计具有一定的参考价值．     

基于有限元的波纹钢腹板组合箱梁疲劳损伤分析

针对波纹钢腹板组合箱梁（以下简称箱梁）的抗弯性能进行有限元分析,分析箱梁的静力位移、应力和应变结果,建立箱梁破坏损伤机理并得到应力薄弱点。同时,根据有限元分析结果,进行箱梁局部应力应变分析,得到箱梁不同水平下的疲劳寿命。最后,结合疲劳损伤和疲劳断裂理论进行箱梁的疲劳裂纹扩展行为及破坏过程和寿命预测研究,分析了正弦波疲劳荷载作用下箱梁中的钢腹板、PBL剪力连接件以及钢板翼缘等部件的疲劳裂纹萌生及寿命预测结果与试验结果吻合较好。研究表明：根据美国规范AASHTO2004中C类标准进行工程设计和疲劳寿命估算与试验符合较好,同时采用Palmgren-Miner线性累积损伤疲劳准则能有效地计算变幅疲劳载荷下箱梁的疲劳损伤及断裂破坏过程,为实际工程中箱梁疲劳性能设计提供参考。     

考虑非均匀收缩徐变的PC箱梁桥时变性能

为研究箱梁顶板、底板及腹板厚度差异引起的非均匀收缩徐变效应,分析了某三跨预应力混凝土(PC)连续箱梁桥时变性能.考虑混凝土抗压强度、弹性模量的时变性,分别建立模拟实际悬臂施工顺序的实体单元及梁单元有限元模型,比较成桥后在均匀及非均匀收缩徐变下的结构变形、混凝土应力和钢束应力.同时将长期挠度、钢束应力与相应规范值进行对比,并估算了车辆荷载及非均匀收缩徐变导致跨中底板出现拉应力和裂缝的时间.结果表明,与均匀收缩徐变相比,非均匀收缩徐变对跨中长期下挠影响较小,而对混凝土应力影响较大,在箱梁设计中应予以考虑.     

反复荷载作用下箱梁的结构行为

利用材料本构关系,基于柔度法的非线性梁柱单元,推导了一个钢筋混凝土箱梁纤维模型的计算公式.基于反复荷载作用下箱梁的荷载挠度曲线,建立了箱梁的刚度折减模型.研究结果表明:纤维模型能很好地反应钢筋混凝土箱梁的非线性力学性能,箱梁的刚度折减量和荷载呈线性分布.     

桥面吊机吊装支承钢箱梁应力分析

研究以宁波某大桥中跨钢箱梁安装为背景,采用有限元软件ANSYS,建立支承钢箱梁的空间仿真模型,将桥面吊机的自重和吊装荷载通过支点力传递给钢箱梁,结合钢箱梁恒载的共同作用,分析支承钢箱梁在吊装过程中的受力状况及应力分布情况,从而了解施工阶段钢箱梁的受力过程,确保施工安全.