考虑腹板剪切变形及滑移的波形钢腹板梁理论模型

在采用栓钉等柔性剪力连接件的波形钢腹板组合梁中,由于波形钢腹板较大的剪切变形及双界面剪切滑移,平截面假定不再适用。为此,通过将波形钢腹板梁的弯曲分解为顶底板整体满足平截面假定的主弯曲和顶底板各自满足平截面假定的次弯曲,引入波形钢腹板的剪切变形协调条件和界面剪切滑移关系,推导了考虑波形钢腹板剪切变形及界面滑移的波形钢腹板梁弹性弯曲微分方程,利用给出的横隔板对次弯曲和滑移的约束边界条件,求得了简支波形钢腹板梁在不同荷载作用下的解析解,并采用有限元分析予以验证。在此基础上,分析了横隔板及滑移对梁体弯曲性能的影响。结果表明：横隔板约束对梁体变形影响很小,但会使其附近梁段顶底板出现应力集中;当界面剪切刚度系数大于0.9时,在高跨比1/20~1/10范围内,考虑滑移与不考虑滑移梁跨中挠度比小于1.05;界面剪切刚度系数越小,横隔板附近梁段顶底板应力集中越严重。     

考虑腹板剪切变形的波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应分析

在波形钢腹板组合箱梁中,剪力主要由波形钢腹板承担。由于波形钢腹板的抗剪刚度比混凝土腹板有较大程度的降低,波形钢腹板会产生较大的竖向剪切变形。为此,基于能量变分法建立了考虑腹板剪切变形的波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应分析方法。通过试验对该理论分析方法进行验证,并基于该理论分析方法研究波形钢腹板剪切变形对剪力滞效应的影响。同时,基于该分析方法提出了采用影响线最不利加载方式进行相关规范中规定的汽车荷载作用下的波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应分析。结果表明：考虑腹板剪切变形的分析方法与试验结果吻合度良好;波形钢腹板的剪切变形有利于减轻三跨连续梁正弯矩区的剪力滞效应,即考虑腹板剪切变形后翼缘有效宽度系数值更接近于1。     

波形钢腹板H型截面梁抗剪性能理论研究

在前人研究波形钢腹板H型截面梁抗剪承载力成果的基础上,总结归纳了2种形式波形钢腹板在局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲3种情况下的临界应力计算公式,通过对不同计算公式的比较提出了推荐公式.利用大量的数值计算分析,分别找出影响2种波形钢腹板H型截面梁极限抗剪承载力的因素,并得出2种不同波形钢腹板H型截面梁极限抗剪承载力计算的等效转换条件.结合前人的试验数据和本文的数值计算结果,提出了剪切稳定系数的实用计算公式.结果表明:波形钢腹板H型截面梁的波高、平子面板宽度、波幅、波长应合理设置,过大或过小都将削弱钢梁的极限承载力;提出的剪切稳定系数的实用计算公式与数值分析结果和试验数据拟合较好,并且计算简便,便于实际工程设计应用.     

考虑腹板剪切变形的波形钢腹板组合梁翼缘有效宽度计算方法

波形钢腹板组合梁在竖向荷载作用下会产生较大的腹板剪切变形,从而影响梁的内力分布和剪力滞效应,但目前针对该类型梁的剪切变形还缺乏理论研究.为此,首先在等高度波形钢腹板组合梁剪力滞效应分析方法的基础上推广至变高度梁,然后借助该方法以一等高度连续梁为对象,计算了欧拉梁理论、铁木辛柯梁理论、实体有限元3种不同内力解情况下的翼缘...     

考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁的变形计算方法

结合波形钢腹板组合梁的刚度特征,考虑剪切变形的影响,对其挠度计算方法进行了较为系统的分析和研究。采用静力法和能量变分法,分别建立了考虑剪切变形影响时波形钢腹板组合梁的挠曲线微分方程。利用该挠曲线微分方程,得到了波形钢腹板组合梁在不同荷载作用下由剪切变形产生的跨中挠度的计算公式和短期折减刚度。通过将跨中挠度的理论计算值与有限元分析值进行对比,表明理论计算公式具有较高的计算精度。     

波形钢腹板呼吸疲劳试验及应力场分布研究

针对波形钢腹板呼吸疲劳行为,开展了腹板剪切屈曲为控制失效模式的梁疲劳试验及有限元模拟,分析了相关疲劳裂纹开展模式、影响参数及疲劳强度。结果表明:腹板呼吸状态下波形钢腹板的疲劳裂纹均沿剪切屈曲所致最大面外变形方向扩展,同时波形钢腹板平直段与倾斜段交界部位也存在沿竖向疲劳裂纹扩展。剪切应力最大区域与试验梁疲劳裂纹萌生部位较为相近,可作为腹板呼吸效应板面控制因素;波形角对子板应力集中影响显著。采用平直腹板钢板梁的细节曲线可能高估呼吸状态下波形钢腹板梁的疲劳强度。合理考虑裂纹长度及应力集中的断裂力学方法对发生呼吸疲劳的波形钢腹板梁疲劳寿命预测较为有效。     

波形钢腹板梁边缘的应力分布

波形钢腹板因其很多良好的性能而在结构中应用广泛。由于波形钢腹板在边缘和腹板的正态分布和剪应力分布与受平面挠曲与剪力影响的传统工字梁的应力分布不同,对波形钢腹板梁边缘的应力分布进行重点分析。在波形钢腹板边缘出现的附加的横向弯曲力矩,会导致对抗弯力矩有一定影响的附加正应力的分布。附加的横向弯曲力矩来自波形钢腹板中的剪力,它的数值取决于波形剖面的几何特征。对这种横向弯曲力矩的影响和趋势进行了分析。根据试验背景构建一个数值模型用来分析边缘的应力分布。测定附加正应力的趋势,并根据数值结果提出一个改进的设计方法来确定横向弯曲力矩和附加的正应力。     

考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁的挠度计算

采用能量变分法,建立了考虑剪切变形影响时波形钢腹板组合梁的挠曲线微分方程。利用此挠曲线微分方程,得到了简支波形钢腹板组合梁在不同荷载作用下由剪切变形产生的跨中挠度的计算公式。通过与空间有限元模型进行对比分析,表明理论计算公式是准确的。     

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。     

大尺寸波形钢腹板H型钢梁局部受压承载力分析

为满足桥梁和建筑建设需要,研究大尺寸波形钢腹板H型钢梁在局部压力作用下的承载力,共设计了 5个试件进行静力加载试验.试验表明,2000型和2400型大尺寸波形钢腹板与1600型波形钢腹板局部受压承载力相差不大,试件的破坏现象均为钢腹板的屈服破坏以及翼缘板和加劲肋的弯曲.试验过程中试件的弹塑性阶段较为显著,达到极限荷载后...     

钢-混凝土连续组合梁腹板局部屈曲分析

对连续组合梁负弯矩区钢腹板的稳定性进行了研究,分析了负弯矩区钢粱腹板在弯曲、轴向压力和剪切作用下的力学性能,提出了组合梁腹板在各种荷载作用下的局部稳定性简化计算模型,建立了非均匀受压、纯剪和弯剪复合受力状态下的临界屈曲应力计算公式;分别计算了钢梁腹板在非均匀受压和纯剪状态下的弹性屈曲系数,并根据偏心受压与剪切作用下的相关方程计算了钢梁腹板在复杂应力状态下的弹性屈曲系数;基于屈曲分析结果,提出了组合梁在弹性受力阶段钢梁腹板不设横向加劲肋的高厚比限值.结果表明:采用该方法确定的钢梁腹板高厚比更具合理性,且计算过程简单,结果偏于安全.     

波形钢腹板PC组合箱梁力学特性分析

以30 m跨径波形钢腹板桥的设计图纸为依据,进行了试验梁的设计与制作,通过理论分析方法,研究了波形钢腹板PC组合箱梁的力学特性,分析了组合箱梁的正应变分布以及钢腹板的剪切破坏形式,并总结了波形钢腹板组合箱梁桥的受力性能,为波形钢腹板组合箱梁结构的分析设计提供参考。     

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。     

无背索波形钢腹板部分斜拉桥波形钢腹板屈曲验算与分析

采用波形钢腹板局部屈曲强度、沿腹板高度方向的整体屈曲强度以及两者耦合屈曲强度的计算方法,得到3种屈曲强度远大于钢材的剪切屈服应力,即在其发生剪切屈服之前,波形钢腹板不会发生屈曲破坏。给出了局部屈曲形态和波形钢腹板应力计算结果,验证了设计选用12mm厚的波形钢腹板满足要求。     

波形钢腹板—混凝土组合桥梁研究的新进展

阐述了波形钢腹板PC箱梁桥的结构特点,概括了国内外在波形钢腹板箱梁偏载作用下力学性能研究、箱梁弯曲承载能力研究、钢腹板与顶底板混凝土连接形式研究、波形钢腹板稳定性研究及体外预应力筋的参数分析等方面的研究现状.给出了部分国内外此类桥梁一览表,归纳了波形钢腹板混凝土组合桥梁的最新桥型发展趋势,最后指出了波形钢腹板-混凝土组合桥梁需进一步深入研究的方向.     

波形钢腹板组合梁体外预应力筋模型试验及建议公式

为研究波形钢腹板组合梁受弯破坏过程中弹性阶段体外预应力增量的影响因素和计算方法,验证了基于光纤的智能预应力钢绞线在桥梁工程中应用的可行性和优越性,基于光纤光栅智能钢绞线技术对波形钢腹板组合梁模型开展试验研究.考虑了荷载形式、剪切变形和二次效应,推导了弹性阶段适用于波形钢腹板组合梁的体外预应力筋应力增量的计算公式.研究结...     

大跨波形钢腹板连续梁桥钢腹板计算分析

依托某波形钢腹板箱型连续梁桥为工程背景,使用Midas/civil有限元软件建立全桥整体模型的方法对该桥进行受力分析,针对施工阶段波形钢腹板的剪应力进行了计算分析,并依照现行规范对钢腹板的局部屈曲强度、整体屈曲强度和合成屈曲强度进行稳定性验算,评估了该桥的安全性。结果表明,该桥的屈曲稳定性和剪应力指标满足要求,按照钢腹板承担所有剪力设计是偏安全的考虑。     

波形钢腹板PC连续组合梁剪力滞效应研究

波形钢腹板不能抵抗轴向力作用,波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应与PC箱梁不同。依托一箱九室波形钢腹板PC组合连续箱梁桥,建立了有限元模型,分析了荷载作用下混凝土顶底板的剪力滞效应。结果表明,波形钢腹板PC组合箱梁顶、底板均具有正剪力滞效应,顶板剪力滞更为明显;在支点具有横隔梁构造的情况下,箱梁跨中截面剪力滞较大,在设计时需要给予注意。     

部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的抗剪性能试验研究

针对提高负弯矩作用下连续梁的结构特性提出了一种新型的部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁。对这种混凝土外包组合工字梁在对抗荷载下的抗剪性能进行试验分析研究。试验结果显示与普通的工字梁相比,混凝土外包组合工字梁的剪切屈曲因受外包混凝土的限制而有了更好的抗剪强度。由于组合截面的抗剪刚度是基于波形钢腹板和破裂前外包混凝土平均厚度的总和,且其抗剪强度决定了由钢腹板和外包混凝土共享的抗剪强度比。此外,根据试验中的破坏模式和应变分布,提出部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的预估抗剪强度。试验结果验证了之前分析得出的弹性阶段的抗剪刚度和抗剪比。且之前计算得出的钢腹板与组合梁的抗剪强度也与试验结果一致。通过对比可知文中提到的分析方法可以应用到部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁结构的抗剪刚度预估和抗剪强度设计中去。     

波形钢腹板组合曲线箱梁的挠度偏载系数分析

为研究波形钢腹板组合曲线梁的挠度偏载系数,文中综合箱梁的弯、扭和腹板的剪切变形因素,基于能量法建立了箱梁的弹性控制微分方程,结合边界条件对方程进行了变分求解。通过三片曲梁的静力试验,研究了箱梁在偏载作用下的挠度变形,并将实测值与有限元值及理论值进行比较,验证了文中理论分析的正确性。采用有限元的方法分析了几何参数对挠度偏载系数变化的影响,结果表明:在集中荷载作用下,波形钢腹板曲线箱梁挠度变形与腹板厚度有关,与横隔板数量无关;在外侧偏载作用下,波形钢腹板曲线箱梁的挠度偏载系数与宽跨比和高跨比呈正相关;当曲率半径大于200m时,外侧偏载产生的挠度偏载系数幅值变化在2%以内,可按直线梁计算。