混凝土斜拉桥π形主梁应力分布不均匀性分析

为研究混凝土斜拉桥π形梁应力分布不均匀效应,对辰塔公路跨黄浦江大桥进行空间实体有限元模拟。首先分析恒载和索力等关键荷载工况下,斜拉桥分别处于施工阶段最大悬臂状态和运营阶段成桥合龙状态下,π形梁截面的应力不均匀效应,得出上、下缘相应的应力不均匀系数;然后,针对斜拉桥π形梁密横梁布置的特点,分析横梁的3种布置方式对π形梁应力不均匀效应的影响。结果表明:主梁应力不均匀系数沿桥纵向分布有变化,基本呈现不均匀性从支点到跨中逐渐减小的趋势;上缘不均匀效应比下缘效应严重,下缘不均匀效应在塔附近,其余位置基本可忽略;成桥状态不均匀效应比悬臂状态更严重;索力作用下,2种受力状态下不均匀效应基本一致;横梁间距越小,不均匀效应相应减小,但影响不大。     

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。     

大跨度独塔曲线梁斜拉桥主梁空间效应研究

文章以郑万铁路跨郑西高铁特大桥主桥为研究对象,分别建立了杆系模型和"实体—杆系"混合模型,对曲线主梁斜拉桥主梁在成桥恒载工况、主跨最大正弯矩工况和塔梁固结处最大负弯矩工况下的应力状态进行了计算分析。结果表明,对于同一截面的曲线内外侧,应力值结果存在着差异,曲线内侧压应力大于曲线外侧。受塔梁固结和中支墩处梁截面加高两个因素的影响,主梁在塔梁结合部和中支墩处扭转变形减小,曲线内外侧应力差值变小,而跨中斜拉索区段,主梁弹性支承于斜拉索上,"弯—扭"耦合的空间变形增大,曲线内外侧的应力计算结果即出现较大差异。     

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。     

曲线双工字钢组合梁桥横梁受力分析研究

为了研究主梁腹板纵桥向翘曲变形对横梁内力的影响,在现有横梁框架模型基础上,根据符拉索夫薄壁结构理论得到集中荷载作用下简支曲线双工字钢组合梁桥翘曲变形、结构扭转角等物理参数沿跨径的分布规律。利用主梁腹板与横梁的变形协调关系分析横梁的纵桥向变形,得到横梁内力组成以及截面正应力分布规律并进行有限元分析验证。结果表明:基于符拉索夫薄壁结构理论分析得到的横梁截面正应力分布规律与有限元计算得到的规律基本一致; 靠近加载点的横梁正应力以“竖向弯曲效应”为主导,靠近支座截面的横梁“腹板变形不一致效应”大于加载点截面附近横梁; 加载点截面两侧腹板翘曲变形方向相反,导致横梁的截面正应力分布规律相反; 横梁竖向弯曲变形产生的应力与主梁弯矩分布规律类似,纵桥向弯曲变形产生的应力与扭率分布规律类似。     

柔性墩中央索面宽幅斜拉桥上部结构关键施工技术

柔性墩中央索面宽幅斜拉桥结构形式较为特殊,在主梁悬臂施工中对整体稳定、宽梁横向抗扭、索力调整及不平衡荷载控制均有十分严格的要求。结合浙江富阳鹿山大桥主桥上部结构,对独柱式塔、单箱五室箱梁、多主桁长大挂篮、环氧钢绞线斜拉索挂设、体系转换等关键施工技术进行了论述。     

多梁式组合钢板梁桥荷载横向分布研究

多梁式钢混组合板梁主梁高度小,可提高通行净空,装配化施工可节约工期,在城市高架桥建设中具有较好的应用前景。通过实体-板壳三维有限元分析,研究组合钢板梁桥荷载横向分布特性;分析车道荷载横向分布影响线,明确各主梁荷载的横向分担范围与比例;分析不利荷载工况及各主梁荷载横向分布系数,得出受力较大的主梁及其不利荷载作用位置。比较设置与未设跨中横梁的组合梁受力状态,分析跨中横梁对荷载横向分布的影响。研究结果表明：设置跨中横梁使边梁及中梁弯矩影响线竖标值分别减小约20%和36%,而相邻主梁荷载分担作用增大,有利于改善单根主梁的荷载分布特性。在偏心及对称车道荷载作用下,跨中横梁使得组合梁的荷载横向分布趋于平缓,荷载横向分布改善2%～5%。多梁式组合钢板梁桥在实际应用中,可根据汽车荷载情况及所处桥位景观要求,综合考虑是否设置跨中横梁。     

剪力滞对斜拉桥中Π形主梁弯曲刚度影响分析

按实际施工动态过程分析剪力滞对Π形结合梁斜拉桥中主梁弯曲刚度的影响。基于能量变分法引入简化的剪力滞翘曲位移函数,导出一种可以考虑剪力滞与Π形结合梁弯曲刚度耦合影响的实用梁单元。该方法每节点采用两个剪力滞自由度,可以处理斜拉桥中集中弯矩引起的剪力滞位移边界条件突变和施工动态过程中荷载和剪力滞位移边界条件不断变化的问题。结合某Π形结合梁斜拉桥进行数值分析并与实测数据比较,验证了本文方法的有效性与准确性。研究表明,剪力滞效应使斜拉桥中主梁的抗弯刚度减小,且在悬臂施工阶段比成桥阶段的影响更大;相对于简支箱梁和连续箱梁而言,剪力滞对Π形结合梁斜拉桥主梁弯曲刚度的影响相对小一些,在悬臂施工阶段其对中跨的影响约为2%~7%,对边跨的影响约为3%~12%。     

超大跨度平行弦钢桁梁铁路桥顶推施工关键技术

针对利津县黄河铁路特大桥连续钢桁梁多点同步顶推施工,利用倒拆法建模计算顶推过程中的最不利工况,找出主梁支点处最大反力值以及导梁悬臂端变形规律和最大变形值,设定对应的千斤顶规格;计算主梁在各工况下的最大施工应力值,分析安全储备情况并提出加固斜腹杆方案;模拟计算不同纠偏值下对主梁内力的影响,得出顶偏横向位移限制;设置顶推系统和纠偏系统,解决了顶推施工过程中的横向偏位及不同步问题。     

三跨独柱墩曲线梁桥两端横隔板加长对受力性能影响分析

针对目前独柱桥墩曲线箱梁桥在偏载作用下易出现主梁横向侧移及支座脱空的现象,以1座典型的3×20 m、中设2个独柱墩的3跨钢筋混凝土曲线箱梁桥为背景,采用空间分析方法,对其在设计荷载作用下的控制截面的空间受力行为及影响参数进行了分析。重点对比了该曲线梁桥端横隔板接长加固前后应力、挠度和端支反力比的影响。结果表明,对此类曲线梁桥,端横隔板的加长对改善控制截面加载工况下控制截面挠度和应力的分布影响甚微。端横隔板加长后,两端支座的支反力比减小,分布更加均匀。端横隔板的加长增加了该桥的抗倾覆安全系数。同时,内侧增设支座,会较早出现负反力,虽负反力数值不大,但仍值得引起注意。     

高宽比对RC剪力墙地震损伤性能影响特征的试验分析

高宽比变化会改变钢筋混凝土剪力墙的弯剪传力机制,是影响RC剪力墙变形和承载能力的关键因素之一,该文设计并制作了4片高宽比分别为1.0、1.5、2.0和2.5的RC剪力墙试件,进行水平低周反复荷载试验,研究了高宽比对剪力墙的破坏模式、强度、耗能能力和刚度退化等抗震性能的影响,探讨了剪力墙地震损伤性能的特征。试验结果表明：随着侧向力增大,剪力墙裂缝分形维数增大,随着高宽比减小,加载初期分形维数越高,剪力墙变形由剪切破坏向弯曲破坏发展,同时其内部“拱”的作用减小,剪力墙的承载力降低,但变形能力显著增强;试件截面之间的位错阻力为抗侧刚度提供了较大贡献,一旦截面位错被克服,截面刚度明显下降,这使得高宽比小的试件刚度下降更快;随着加载位移增大,各试件的黏滞阻尼系数均为先减小后增大,试验结果可为抗震研究和设计人员提供参考。     

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%。     

温度自补偿光纤光栅应变传感器研制及其在索力测量中的应用

光纤光栅应变传感器在测量过程中存在温度和应变交叉影响的问题,且温度对应力测量结果影响较大。为获得精确的应力测量结果,必须大幅度减少或消除温度的影响。目前参考光栅法或温度测量系数修正法,难获得理想的结果。文中提出以截面对称的悬臂梁结构作为敏感元件,利用其上下表面拉压异号等应变和温度变化同应变的原理,通过在悬臂梁上下表面对称粘贴两根光纤光栅,利用结果差来消除温度影响,并提高测量灵敏度。文中对此种温度自补偿新型光纤光栅应变传感器的传感性能进行了研究,并将此类传感器安装在拉索的锚具上进行索力测量。研究结果表明:研制的光纤光栅应变传感器,能大幅度降低温度的影响,达到温度自补偿的目的;将此类传感器用于索力测量,具有较高的精度及灵敏度,能满足工程应用的实际需要。     

悬索桥主缆与索鞍间侧向力分布模式的模型试验研究

为明确主缆与索鞍间侧向力分布模式并为理论研究提供支撑,需开展针对性试验研究。通过在模型设计、加载方式及测试方法等方面的探索实践,形成了可行的侧向力试验方案。根据测试结果,研究了侧向力的分布模式及变化规律,并验证了理论研究成果的准确性。研究表明：侧向力与索力间基本呈线性变化关系,即在通常范围内增加索力所引起的接触挤压力的增大对鞍槽内离散体间的接触关系及传力机理并无明显影响;侧向力在层间分布差异明显,且不同高度处的侧向力随索力的变化率不同,说明侧向力与径向力间并非Janssen公式所述的固定比值关系;侧向力发展具有单向不可逆性;钢丝排列高宽比越大,其对应高度处的侧向力越小,但沿全高范围内的侧向合力越大;试验结果与理论结果吻合较好,证明所建立的主缆侧向力理论计算方法与公式是准确的。     

焊接箱形截面梁抗震性能影响因素研究

为考察板件宽厚比对焊接箱形截面梁抗震性能的影响,对中国、美国、日本和欧洲的钢结构设计标准中的相关规定进行了比较,结果表明各国规范对于梁板件宽厚比限值的规定总体上具有较好的一致性。采用钢材循环加载本构,建立了多尺度非线性有限元计算模型。提出了刚性竖杆 箱形梁加载方式,模拟水平地震、重力荷载与轴向压力对箱形截面框架梁的作用。有限元分析结果表明,在设计常用的板件宽厚比范围内,箱形截面梁的弹性屈曲荷载均显著高于其屈服荷载。在水平往复荷载作用下,随着板件宽厚比减小,箱形截面梁极限变形角与延性系数随之增大,抗弯刚度降低速率变缓,塑性耗能能力显著增强。当满足一级抗震宽厚比要求时,焊接箱形截面梁的梁端截面转角约为1/30。承受轴压作用时梁刚度退化很快,变形能力减弱。当轴压比不大于0.2、满足一级抗震宽厚比要求时,梁端截面转角约为1/50。跨高比对梁承载力影响不大,但变形能力可以大幅度提高。横向荷载对梁抗震性能的影响显著,随着静载比（重力荷载代表值与屈服弯矩之比）增大,骨架曲线逐渐发生平移,抗弯刚度降低,耗能性能减弱。当地震弯矩与静力弯矩方向相同时,箱形截面梁承载力显著降低,静载比0.8时极限变形角可减小约50%;当地震弯矩与静力弯矩方向相反时,梁虽然承载力稍有提高,但极限变形角略有减小。     

Influence of damages on static behavior of single-layer cable net supported glass curtain wall: full-scale model test

The single-layer cable net supported glass curtain wall has been applied in many building structures all over the world. In service, it will inevitably be subject to various damages. To study the influence of such damages on the static behavior of the single-layer cable net supported glass curtain wall, a full-scale model with the outside outline size of 4.85 m × 4.85 m and 4 × 4 grids is designed and tested. Two kinds of damages that are the cable prestress loss and cable anchorage end failure are led into the structure model during the test, and their influence has been investigated. The stiffness contribution of glass panels to the single-layer cable net supported glass curtain wall structure with or without damages and its change have been tested and analyzed. The results show that the maximum change rate of nodal deflection is 13.78% for the damage of cable prestress loss, while the change rate of nodal deflection is between 7% and 22% for the damage of cable anchorage end failure. The influence degree of the damages depends on the ratio of the structure initial stress stiffness change caused by damages to the total stiffness of the structure. The stiffness contribution of glass panels increases with the load increase. Under the same loading condition, the stiffness contribution of glass panels to the damaged structure is greater than that to the intact structure. The stiffness contribution of glass panels reduces the effect of the damages on the structural displacement and the cable tension force, but the glass panel could break if its stiffness contribution is too large.     

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。     

不同荷载形式对悬臂箱形梁剪力滞的影响

剪切变形的影响使得箱形梁的翼板中出现应力不均匀现象,尤其是悬臂箱形梁剪力滞现象.以最小势能原理为基础,推导并讨论了3种形式的荷载:集中力、梯形荷载、正弦形荷载对悬臂单箱单室箱形梁剪力滞的影响,得出考虑剪力滞效应后弯曲法向应力有较大变化的结论,对设计人员确定截面尺寸、截面配筋具有一定的指导意义.     

基于三维细观分析方法的CFRP加固无腹筋混凝土梁剪切强度尺寸效应研究

以CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土悬臂梁为研究对象,从细观角度出发,考虑混凝土细观非均质性及CFRP-混凝土之间的相互作用,建立了单调加载下CFRP侧贴无腹筋钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。通过仅改变CFRP条带的厚度来改变CFRP的配纤率,进而以CFRP的配纤率为主导参数,并且在之前试验工作的基础上,扩展模拟了尺寸和配纤率对梁的剪切破坏机理和失效模式的影响,研究了外贴CFRP加固钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为。结果表明: CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土梁的名义剪切强度尺寸效应明显,CFRP布加固对小尺寸梁贡献最大,其有效性随着梁尺寸的增加而减小; 配纤率的增大提高了悬臂梁的名义抗剪强度,但同时也削弱了抗剪强度的尺寸效应; 当配纤率较大时,峰值剪切应力的增长趋势明显减缓,即层数过多时,加固效果不明显。