考虑截面几何特性的钢筋混凝土箱梁剪力滞效应研究

为了使翘曲位移函数更好地拟合实际情况,建立分区域不同位移函数并求出闭合解,最后用多工况数值分析验证该拟合函数的误差.亦探讨了尺寸效应与应力变化、剪力滞效应之间的关系,研究成果提供了薄壁箱梁剪力滞优化算法和截面尺寸对剪力滞效应的影响,为箱梁的截面优化设计提供了一些理论依据.     

连续曲线薄壁箱梁剪力滞效应研究

在修正翘曲位移模式的剪力滞效应研究基础上,考虑曲率半径的影响,引入曲率修正系数κN和κW,探讨曲线箱梁横截面剪力滞翘曲应力的计算方法.采用有限元软件ANSYS,选取Shell63壳单元,结合工程实例,考虑曲率半径、箱梁的宽跨比和梁高比等因素,分析曲线连续箱梁典型截面位置的剪力滞效应影响规律,研究结果表明,曲线连续箱梁的剪力滞效应受曲率半径影响较小,但箱梁的宽跨比和高跨比对剪力滞的影响较大.     

基于分区域连续翘曲位移函数的薄壁箱型截面梁剪力滞后效应研究

为进一步明确薄壁箱型截面的应力状态,根据截面不同薄板约束特性建立分区域连续的翘曲位移微分方程,开展箱型截面剪力滞后效应的研究.以能量法为基础,建立截面的应变能与外力势能的微分方程.根据最小势能原理=0,提出考虑分区域连续翘曲位移函数的剪力滞后效应后,箱型截面位移函数的通用微分方程.结合集中荷载作用下简支箱梁的内力特性,提出考虑剪力滞后效应后的位移及剪力滞系数的精确解,为上述通用微分方程的应用提供参考.研究成果提供了剪力滞后效应影响下箱梁的位移精确值,为箱型截面的设计与应用提供了重要的理论依据.     

简支薄壁箱梁自由振动的摄动法解析解

为研究简支薄壁箱梁中剪力滞效应对结构动力特性的影响,基于模态摄动法提出了一种求解薄壁箱梁自由振动的新方法.该方法以相同跨度等截面欧拉梁的频率和模态为Ritz基函数,将箱梁自由振动的微分方程组转化为一组非线性代数方程进行求解.对于简支箱梁,可进一步将代数方程组简化为一元二次方程,从而得到精确的特征值和特征向量.在此基础上,利用所得箱梁振动模态的解析表达式,提出了模态剪力滞系数的概念,从而建立了箱梁固有频率和剪力滞效应之间的关系.随后研究了模态剪力滞系数随跨宽比、翼板抗弯刚度和截面抗弯刚度之比的变化规律.计算结果表明:简支梁腹板处剪力滞系数最大且大于1,为正剪力滞效应;随着模态阶数的增加、跨宽比的减小和翼板抗弯刚度和截面抗弯刚度之比的增大,剪力滞效应呈现增大的趋势.     

压弯荷载下薄壁箱梁剪力滞效应的变分解

为了准确计算薄壁箱梁在大跨桥梁应用中的剪力滞效应,本文假定薄壁箱梁翼板纵向位移沿横向为3次曲线分布,导出了压弯荷载作用下剪力滞变分法控制方程及边界条件;建立了简支和悬臂箱梁在考虑剪力滞效应下的正应力和挠度计算公式,可用于薄壁箱梁的设计．     

基于不同抛物线翘曲函数组合箱梁剪力滞

为了建立一个能够同时考虑界面滑移、剪切变形和剪力滞三重效应的组合箱梁分析理论模型,在该理论模型中,基于Newmark组合梁滑移模型引入不同幂次抛物线翘曲函数描述组合箱梁顶底板应力横向非均匀分布,推导了简支组合箱梁在均布荷载和集中荷载作用下的解析解.采用试验验证了理论模型和解析解的正确性.参数分析结果表明,随着混凝土板厚和钢梁高度的增加,在跨中腹板和顶板中部处剪力滞系数下降;当宽跨比减少时,在腹板处剪力滞系数下降,在顶板中部处剪力滞系数略增加;与均布荷载相比,集中荷载对跨中截面的剪力滞系数影响较明显;由推导公式的计算结果表明,可以忽略滑移刚度变化对剪力滞系数影响.     

薄壁箱梁在保向力作用下的弯扭屈曲

薄壁杆件弯扭屈曲计算是薄壁结构设计中的一个重要内容.本文针对高宽比较大的简支薄壁箱梁,考虑弯扭屈曲变形中腹板的受力特征,将腹板由剪力滞导致的翘曲位移假设为三次抛物线规律分布函数,利用能量变分原理推导出薄壁箱梁在保向力作用下的弯扭屈曲控制微分方程,根据伽辽金法予以求解,得到了简支薄壁箱梁弯扭屈曲的临界荷载和临界荷载系数.通过分析表明,扇形惯性矩对临界荷载影响很小;荷载沿梁高方向的作用位置、翼缘宽度、腹板高度和梁跨度是影响临界荷载系数的主要因素;剪力滞效应的影响程度对跨度和腹板高度的变化较为敏感.     

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.     

薄壁曲线箱梁剪滞翘曲位移模式研究

为了寻找精度较高的剪力滞翘曲位移模式,分别假设曲线箱梁剪力滞翘曲位移函数按抛物线系列、余弦函数、指数函数、悬链线分布,综合运用能量变分法和Hamilton原理推导出曲线箱梁在各种剪力滞翘位移模式下的振动控制微分方程,通过假设位移场函数,由Galerkin法对曲线箱梁1阶竖向弯曲振动基频进行了求解,并获得了显示解.数值分析算例的结果表明:剪力滞翘曲位移模式对自振频率影响较小,箱梁翼板剪力滞翘曲位移函数选用2次抛物线和悬链线精度较高,能够较好地反映曲线箱梁空间受力性能;理论计算值与ANSYS板壳单元数值结果相比较,误差仅为0.57%,吻合良好,验证了理论推导的正确性与可靠性.     

考虑滑移和剪切变形的单箱双室组合箱梁剪力滞效应

为准确分析单箱双室组合箱梁的剪力滞效应,考虑钢混凝土的界面滑移效应和钢腹板的剪切变形,针对顶底板和翼板定义不同的剪力滞翘曲位移函数,基于能量变分法推导出单箱双室组合箱梁剪滞效应的控制微分方程及其闭合解。以单箱双室组合箱梁算例为基础,利用该方法分析其剪力滞效应的规律,结果表明：在同时考虑滑移和剪切变形时,组合箱梁的挠度比初等梁理论解大,且其挠度随界面滑移刚度的增大而减小;组合箱梁在均布荷载作用下,滑移量与荷载值近似成正比关系;在相同条件下,钢箱梁底板的剪力滞效应较混凝土顶板显著。