斜拉桥Π形结合主梁施工过程剪力滞系数变化规律

斜拉桥中的Π形主梁宽高比很大,剪力滞问题非常突出。针对斜拉桥施工过程中结构、荷载与位移边界条件等不断变化的情形,提出一种能同时考虑结合梁剪力滞变形与弯曲变形耦合影响、适用于复杂荷载与边界条件的每节点两个剪力滞自由度的Π形结合梁单元。在单元公式推导中,假定钢梁与混凝土翼板纵向位移沿横向为3次抛物线分布,相同横向坐标的钢梁翼缘板和混凝土桥面板呈相似的剪力滞位移曲线变化规律。按悬臂施工过程中的动态结构和动态剪力滞边界条件分析了在桥面板自重荷载、斜拉索张拉荷载及二期恒载等作用下的Π形结合梁斜拉桥中主梁截面剪力滞效应及其随施工过程变化的规律,并将计算结果与现场实测数据进行对比,结果表明:斜拉桥中结合梁主梁截面的剪力滞效应随施工过程荷载及位移边界条件的变化呈正负剪力滞交替变化,相较于桥面板自重等竖向荷载,斜拉索张拉荷载对主梁剪力滞效应的影响更明显;与靠近悬臂前端梁段截面的剪力效应相比,靠近桥塔附近梁段截面的剪力滞效应亦更加明显;随着施工步骤增加,Π形结合梁主梁截面剪力滞系数变化逐渐减小。相对斜拉桥成桥阶段,悬臂施工阶段的剪力滞效应更值得关注。     

考虑轴向位移的压弯Π形梁剪力滞分析

在截面纵向位移函数中引入截面轴向位移,以描述压弯作用下Π形梁截面的变形状态。基于能量变分法导出轴向位移、竖向位移和剪力滞位移之间相互耦合的控制微分方程组,求得压弯作用下Π形梁的位移解及其相应的边界条件。结合ANSYS软件,利用实体单元和导出的位移解及其边界条件分别对简支梁和悬臂梁进行分析,验证其有效性和可靠性。结果表明:剪力滞效应使得Π形梁中性轴和形心轴相互分离,截面不再绕形心轴转动;在弯曲作用下,剪力滞使简支梁截面弯曲刚度减小,悬臂梁固定端一侧1/4跨度内截面弯曲刚度减小,悬臂梁自由端一侧3/4跨度内截面弯曲刚度增加;在压弯作用下,轴向压力引起的剪力滞使简支梁梁端附近截面弯曲刚度减小,悬臂梁自由端一侧截面弯曲刚度增加。     

斜拉桥双边箱主梁剪力滞效应分析

斜拉桥主梁截面一般采取双边箱结构形式,截面一般较宽,存在着明显的剪力滞效应。本文分析了斜拉桥在最大悬臂施工阶段和成桥阶段主梁剪力滞效应的影响,以及通过构造措施在主梁增加纵向加劲肋后斜拉桥的剪力滞效应,得出了几点些结论,为斜拉桥的设计及施工提供了一些依据。     

预应力混凝土箱梁桥悬臂施工阶段剪力滞效应

在预应力混凝土连续箱梁桥悬臂施工过程中,剪力滞效应对主梁结构有极大的影响。以某单箱单室和某单箱双室截面预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,建立FEA实体模型对悬臂施工过程进行模拟,对比分析单箱单室和单箱双室截面箱梁在挂篮、混凝土浇筑、预应力张拉工况下的剪力滞效应,并对最大悬臂阶段悬臂根部有效分布宽度与规范进行对比分析。结果表明：实测数据与有限元计算结果基本一致,验证了有限元分析的有效性;预应力张拉能够有效降低主梁的剪力滞效应;随悬臂长度的增加,剪力滞效应在悬臂端部变大且变化幅度增大;中腹板的设置能有效降低单箱双室箱梁的剪力滞效应;设计施工时按照规范计算截面有效宽度能够有效保证结构的安全,但单箱双室截面箱梁在挂篮工况下有限元计算值略大于规范计算值,在施工时应着重注意。     

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。     

压弯Π形梁剪力滞的数值解法

在截面纵向位移模式中,通过引入轴向位移以描述压弯作用下Π形梁的截面变形状态。基于能量变分法导出轴向位移、竖向位移和剪力滞位移之间相互耦合的控制微分方程组,并以通解和边界条件建立节点力与节点位移间的对应关系,从而导出压弯作用下考虑剪力滞的Π形梁单元刚度矩阵。利用ANSYS实体单元和导出的一维Π形梁单元分别对简支梁、悬臂梁和连续梁进行分析,以验证其有效性和可靠性。研究表明,在压弯作用下,由于剪力滞的影响Π形梁的轴向位移沿梁长不再按照直线变化,而随受力状态和边界条件的不同而改变;连续梁中间支座处轴向位移出现跳跃现象,跳跃方向沿轴力反向;Π形梁的剪力滞矩和弯矩有相似的分布规律,但剪力滞矩的绝对值远小于弯矩的绝对值。     

短悬臂斜拉桥主梁正应力分布试验研究

宽跨比大于0.5或高跨比大于0.2的梁按简单梁理论计算的正应力误差较大,因而分析短悬臂主梁的受力性能时,应考虑横向弯曲效应。为了研究短悬臂斜拉桥主梁横向弯曲变形对正应力的影响,定义了正应力不均匀系数,并对宽跨比1∶1的有机玻璃节段模型进行荷载横向对称变位试验,采集索力及应变增量数据进行分析。试验和有限元数据对比,可知:荷载横向不同作用位置对索力及剪力滞的影响很小,其引起的顶板横向弯曲变形会改变加载截面附近正应力的大小和分布规律;横弯效应对正应力的影响往自由端逐渐衰减,往固定端先减小后增大;塔根附近主梁应力的大小及不均匀程度与无横弯影响的结果相差很大。     

箱梁剪力滞效应分析

介绍了5种剪力滞效应理论.根据一座主桥为三跨连续刚构桥,选取其最大悬臂段进行讨论分析,研究该桥在整个悬臂施工过程中,每个施工阶段预应力荷载产生的箱梁剪力滞效应.以及剪力滞效应在沿桥跨的变化规律.     

部分斜拉桥主梁剪力滞效应研究

研究了PC部分斜拉桥在拉索索力作用下箱梁截面受力特性,并分析了箱梁顶板宽度以及腹板刚度变化对PC部分斜拉桥主梁截面剪力滞效应的影响,总结出相应规律以供相关人员参考。     

箱型梁附加挠度与剪力滞效应的一维有限元分析

当前箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元法对剪力滞函数的处理存在局限性,而且剪力滞系数难以准确反映翼缘截面剪力滞效应及其变化规律。为此,利用箱梁附加挠度代替剪力滞函数建立箱梁翼缘的纵向位移函数,并根据能量变分原理建立控制微分方程并识别了其中的待定参数。以箱梁挠度、附加挠度及其一阶导数作为单元节点位移参数,提出了箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元法,给出了箱梁的自然边界条件和强迫边界条件。基于箱梁挠度和附加挠度定义了新的剪力滞系数,分析了不同支撑条件对箱型梁剪力滞效应的影响。算例分析证明了该方法的有效性,且具有较高的计算精度;与传统的基于应力的剪力滞系数相比,基于挠度的剪力滞系数能够更加准确地反映箱型梁截面的剪力滞效应及其分布规律。     

单索面斜拉桥混凝土宽箱主梁受力特性分析

分析单索面斜拉桥混凝土宽箱主梁受力的特殊性,采用空间网格模型对垒水河桥进行结构分析,明确其主梁的板效应和剪力滞效应。由于单索面拉索的支撑作用,故箱梁内侧竖向变形较外侧小,内力较外侧大;独柱墩处近拉索侧腹板顶剪力滞效应最大,剪力滞系数高达2.7;独柱墩处截面的外侧腹板顶、挑臂顶和38 m跨边支点附近截面的中间底板处出现负剪力滞系数,这与初等梁理论的计算结果有根本的区别。     

变截面悬臂箱梁剪力滞效应的比拟杆分析方法

针对传统比拟杆法仅能分析等截面箱梁剪力滞效应的不足,重新推导变截面箱梁加劲杆等效面积及剪力滞效应微分方程,以有机玻璃悬臂梁模型的试验结果检验该文算法的正确性,讨论箱梁梁高、腹板厚度变化对悬臂箱梁剪力滞系数和正剪力滞区段长度的影响,通过分析箱梁顶板和腹板内剪力流沿跨长的分布规律揭示变截面箱梁剪力滞效应弱化的原因。研究发现：悬臂箱梁梁高和腹板厚度的变化会减弱其剪力滞效应,且剪滞效应弱化的原因在于变截面箱梁腹板内剪应力水平的降低;箱梁顶板内水平剪力流沿跨长先增大后减小的变化导致了悬臂箱梁正、负剪力滞现象,同等跨径下变高度悬臂箱梁的正剪力滞区段长度会显著增加,但其剪滞系数将明显减小;工程设计中可以通过调整箱梁梁高和腹板厚度沿顺桥向的变化趋势,尽量让箱梁腹板剪力流水平沿桥跨方向保持不变,避免腹板剪力流水平变化过快以最大程度地减弱箱梁剪力滞效应。     

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。     

单索面斜拉桥薄壁钢箱梁受力研究

介绍了单索面斜拉桥薄壁钢箱梁体系剪力滞后效应的研究现状,并列举了剪力滞分析方法。结合一实际斜拉桥荷载试验,分析了单索面斜拉桥体系下薄壁钢箱梁的整体受力性能,通过实测数据与有限元计算结果对比分析,结果表明:塔端位置处截面剪力滞后效应不明显,而跨中截面处主梁剪力滞效应则非常突出;实测主梁抗扭性能满足要求。     

变截面悬臂箱梁的剪力滞效应分析

利用三杆比拟法推导变截面悬臂梁桥剪力滞微分方程,并根据其不同的边界条件求得相应结构剪力流的具体表达式。运用有限元分析软件ANSYS建模,验证剪力流表达式的正确性,分析了悬臂箱梁的剪力滞效应。     

海南洋浦大桥桥面吊机设计技术研究

针对海南洋浦大桥（跨海湾特大桥,主跨460m）中跨440m工字钢结合梁施工的难点,自行设计贝雷梁桥面吊机,实现对工宇钢结合梁整体吊装以及桥面板的吊装,既能缩短工期,也能减少施工成本,并对施工安全更有保障,对以后大跨度斜拉桥的节段施工具有非常重要的指导意义。     

高寒地区组合梁斜拉桥施工阶段温度效应研究

以青海地区主跨560 m的海黄大桥为依托工程,基于桥位附近气象站近5年气象数据,采用热传导原理对海黄大桥的钢梁、混凝土桥面板、斜拉索和桥塔温度场进行模拟,提取并分析了不同部件温度作用。基于此,采用杆系模型计算了组合梁斜拉桥在最大双悬臂和最大单悬臂2个关键工况下的温度效应。结合施工误差控制范围,给出了各部件施工控制的最佳时间段。研究结果表明:不同季节太阳辐射作用下,钢梁、桥面板、斜拉索和桥塔的有效温度和等效竖向线性温差变化规律相似,但数值相差较大,夏季最高,冬季最低; 部件温差较大,混凝土桥面板与与斜拉索最大温差为10.8 ℃,在斜拉桥设计细则规定的范围内; 拉索与主塔的最大温差为10.2 ℃,大于规范建议的温差值; 组合梁的等效竖向线性温差可达14.9 ℃,超过中国规范取值; 温度作用下,主梁位移日变化最大可达87 mm,主梁标高控制宜在19:00—6:00进行; 塔顶偏位可达54 mm,塔顶偏位监测宜选择凌晨2:00—10:00; 索力变化值达施工控制索力的4.4%,在施工控制中应当避开8:00—20:00; 在海黄大桥施工控制过程中,充分考虑了温度作用的影响,取得了良好的施工控制效果。     

波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应研究

波形钢腹板组合箱梁由于其力学性能和经济性能比普通箱梁优越而正被广泛地使用,本文介绍了计算波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞系数的能量变分法,用有限元分析软件ANSYS进行了波形钢腹板组合箱梁桥的建模,并采用能量变分法的结果加以验证。结果表明采用有限元法模拟波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应效果较好,分析了波形钢腹板组合箱梁桥横桥向和纵桥向剪力滞系数的变化规律。