單箱三室波形鋼腹板箱梁剪力滯效應

基于波形鋼腹板變截面形式逐步出現(xiàn),針對其剪力滯的求解,提出對波形鋼腹板變截面簡支梁橋的剪力滯的分析,利用差分法建立矩陣方程[g]{u}=[f'(x)],然后對f'(x)求解,得到u,進而求得各個截面的剪力滯,分析其分別在集中荷載,均布荷載的作用下其剪力滯縱向分布情況,并利用有限元建立模型進行對比分析,結(jié)果表明二者能很好的吻合。

波形鋼腹板PC組合箱梁的剪滯效應特性分析

以單箱室的梯形截面波形鋼腹板簡支組合箱梁作為研究對象,利用能量變分法推導了波形鋼腹板簡支組合箱梁在均布載荷作用下的剪滯效應計算公式,分析了箱梁混凝土的頂板和底板縱向應力沿板跨橫向的變化,并與有限元分析結(jié)果進行對比,其結(jié)果相吻合,證明了理論推導結(jié)果的正確性。

在箱梁理論的基礎上,根據(jù)波形鋼腹板箱梁的力學特性,對波形鋼腹板箱梁由畸變引起的翹曲正應力進行了研究.考慮到波形鋼腹板具有褶皺效應,把波形鋼腹板看作正交異性板,利用波形鋼腹板箱梁中各板元平面力系的平衡關系,推導出波形鋼腹板箱梁的畸變控制微分方程.采用彈性地基梁法解出波形鋼腹板箱梁的畸變角和畸變雙力矩,最終得到縱向畸變正應力.通過算例對比分析相同截面的波形鋼腹板箱梁和混凝土箱梁的畸變翹曲正應力,計算結(jié)果表明,波形鋼腹板箱梁相對普通混凝土箱梁的橫向框架剛度較小,因此由畸變產(chǎn)生的翹曲正應力大于混凝土箱梁的畸變翹曲正應力.

結(jié)合實際工程,采用空間有限元法分析了波形鋼腹板組合箱粱的剪力滯效應。在分析中考慮集中力和均布力兩種典型工況,計算了不同截面位置的剪力滯效應系數(shù)。分析結(jié)果表明,集中力作用下箱梁的剪力滯系數(shù)均大于均布力作用,跨中剪力滯系數(shù)和應力值均較大,設計中應給予相應重視。數(shù)值根據(jù)分析結(jié)果對類似橋梁工程設計具有一定指導作用。

為了解多室箱波形鋼腹板箱梁的力學性能,采用試驗與有限元模擬分析相結(jié)合的方法對單箱三室波形鋼腹板pc組合箱梁橋的力學性能進行了研究。通過靜載試驗得到試驗梁在試驗荷載作用下的撓度曲線,邊跨跨中及中跨跨中截面頂?shù)装蹇v向正應力分布;通過動載試驗得到試驗梁前5階模態(tài)、中跨跨中斷面最大動撓度。研究結(jié)果表明:在試驗荷載作用下,各工況實測撓度滿足規(guī)范要求;偏心荷載作用下的撓度值比對稱荷載下大30%以上,在計算波形鋼腹板pc組合箱梁活載效應時,建議選用合理的內(nèi)力增大系數(shù)來計入偏心荷載對截面內(nèi)力的影響。各控制截面實測應力曲線變化趨勢與有限元計算值趨勢吻合,實測值均小于計算值,且滿足預應力混凝土橋應力的一般要求。動載試驗表明橋面鋪裝平整,符合設計要求。

為了解多室箱波形鋼腹板箱梁的力學性能,在施工及運營階段對某單箱三室波形鋼腹板pc連續(xù)箱梁橋控制截面的應變及標高進行監(jiān)測。結(jié)果表明,預應力鋼筋張拉后控制截面應力及標高與拆架后吻合。計算波形鋼腹板pc連續(xù)箱梁橋活載效應時,應選用合理的內(nèi)力增大系數(shù)值來計入偏心荷載對截面內(nèi)力的影響。波形鋼腹板pc連續(xù)箱梁橋中的溫度應力超過了活載應力,成為設計控制因素。去除溫度梯度、沉降、混凝土收縮徐變、預應力損失等因素影響產(chǎn)生的應力,運營階段應力與竣工時應力相當。

基于波形鋼板組合箱梁獨特的受力特點,在"擬平截面假定"的基礎上,忽略鋼板的抗彎承載能力。對e-reissner所采用的二次拋物線形來描述箱梁翼板縱向位移沿橫向分布進行修正,采用二次項與三次項擬合來假定。利用能量變分法對波形鋼板組合箱梁的剪力滯效應進行分析,得到波形鋼板組合箱梁剪力滯系數(shù)計算公式,并通過有限元數(shù)值模擬驗證了此公式的正確性。

隨著我國高速公路建設的不斷發(fā)展,一些新結(jié)構新工藝在國內(nèi)得到了應用和推廣,特別是波形鋼腹板組合箱梁橋已成為國內(nèi)科研、設計、施工、監(jiān)控等部門的研究重點。但該類橋梁存在剪力鍵處應力集中的問題。鑒于此,在現(xiàn)有剪力鍵的基礎上對其進行了優(yōu)化設計,以消弱應力集中對鋼-混凝土結(jié)構造成的不利影響。

將單箱多室波形鋼腹板箱梁等效為平面板梁模型,用剛接梁法推導了單箱多室波形鋼腹板箱梁荷載橫向分布系數(shù)的計算公式,并對1根單箱雙室波形鋼腹板箱梁進行了荷載橫向分布試驗研究.研究結(jié)果表明,剛接梁法計算結(jié)果與試驗及有限元結(jié)果的誤差均小于7%,與考慮中橫隔板的有限元結(jié)果相比,偏于安全.對于有、無中橫隔板的單箱多室波形鋼腹板箱梁,均可采用剛接梁法計算其荷載橫向分布.根據(jù)試驗結(jié)果建議單箱雙室波形鋼腹板箱梁荷載橫向分布系數(shù)沿橋跨的取值為:彎矩可統(tǒng)一采用橫向分布系數(shù)mc(mc為剛接梁法計算的跨中荷載橫向分布系數(shù));中梁支反力在梁端采用0.6m0(m0為杠桿原理法計算的梁端荷載橫向分布系數(shù)),l/4~l區(qū)段內(nèi)采用mc,梁端至l/4區(qū)段,呈直線形過渡;邊梁支反力可統(tǒng)一采用0.9m0.

部分波形鋼腹板箱梁橋受力特性分析——為了分析部分波形鋼腹板預應力混凝土箱梁橋結(jié)構的空間力學特性，以24m+40m+24m連續(xù)梁橋設計方案為對象，用三維有限元方法分析了在豎向荷載以及預應力作用下的結(jié)構應力和變形特性，并與波形鋼腹板擴展梁理論進行比較，討...

以李家河中橋為工程背景,采用midas有限元軟件建模,通過變化波形鋼腹板的幾何參數(shù),對該橋進行了動力特性分析,得到了波形鋼腹板幾何參數(shù)對自振特性的影響規(guī)律,提出最佳幾何參數(shù)取值區(qū)間,并由此對李家河中橋的抗震性能進行評定。

針對單箱三室箱形截面,假定內(nèi)室和外室的頂板、底板具有不同的剪滯縱向位移差函數(shù)以及考慮薄壁箱梁不同寬度翼板的剪滯變化幅度,應用能量變分原理,推導出箱梁受橫向荷載作用下的剪滯控制微分方程和邊界條件,并得到解析解;最后通過有限單元法驗證其理論分析的正確性。

箱形組合梁由于剪力滯效應導致其頂?shù)装逶跈M截面上的應力分布不均勻,以成橋狀態(tài)下的結(jié)構整體受力分析的剪力滯效應計算方法已有規(guī)定,但是對于頂推過程中的結(jié)構剪力滯效應沒有研究。本文以國內(nèi)第一座采用整體式頂推施工的大跨度波形鋼腹板pc組合梁為例,采用板殼實體模型詳細模擬了波形腹板組合箱梁的結(jié)構,計算在頂推過程中組合箱梁的混凝土頂?shù)装宓氖芰π阅?得到了頂推施工過程中混凝土頂?shù)装宓募袅禂?shù),為計算分析同類橋梁的整體受力特性提供了參考。

衛(wèi)河大橋是國內(nèi)首座應用于高速公路的波形鋼腹板組合箱梁連續(xù)梁橋。文中介紹衛(wèi)河大橋的主梁結(jié)構、預應力體系布置、波形鋼腹板、連接件、防腐、施工流程等的設計。

本文介紹了波形鋼腹板箱梁橋的受力特點及發(fā)展概況,對波形鋼腹板箱梁橋的設計驗算對象與內(nèi)容進行了敘述,并且詳細介紹了波形鋼腹板局部失穩(wěn)、整體失穩(wěn)和耦合失穩(wěn)的臨界應力計算方法,為這類橋梁的結(jié)構設計提供參考。

介紹了大堰河橋是國內(nèi)首座波形鋼腹板組合箱梁簡支公路橋,主要闡述了大堰河橋的鋼腹板制作安裝、體外預應力體系的施作、箱梁頂板混凝土的澆筑等關鍵工序的施工特點,以期為今后同類型橋梁的施工積累經(jīng)驗。

通過查閱文獻,分別對波形鋼腹板箱梁抗扭的理論和試驗、結(jié)構參數(shù)對波形鋼腹板箱梁抗扭性能的影響以及波形鋼腹板箱梁的極限抗扭承載力的發(fā)展狀況做出歸納研究。通過歸納研究結(jié)果,指出了目前波形鋼腹板箱梁抗扭性能研究的缺失之處,為今后波形鋼腹板箱梁的抗扭性能研究指明了方向。

為研究單箱多室箱梁結(jié)構剪力滯效應及識別其影響參數(shù),基于箱梁剪力滯理論分析模型,采用現(xiàn)行規(guī)范查圖法和推薦公式法計算截面有效寬度的方法,系統(tǒng)分析了b/l(寬跨比)、翼緣懸臂長度等參數(shù)對箱梁剪力滯效應敏感度。結(jié)果表明:變截面單箱多室箱梁剪力滯效應主要受箱室寬度、懸臂長度、梁高及跨徑控制;箱梁剪力滯效應以中跨梁段部分至支點截面次序增強;同時分析得到跨徑與懸臂長度變化時,有效寬度折減系數(shù)的增減規(guī)律。

主要利用能量變分法推導出帶懸臂的單箱雙室箱梁在考慮剪力滯效應影響下的控制微分基本方程,并對微分方程進行求解,并通過有限元分析軟件midascivil和ansys對具體工程進行有限元分析計算、對比驗證,得出相應點的剪力滯系數(shù),最后對兩者進行對比分析。

為進一步探究單箱三室箱梁的剪力滯效應計算方法,采用能量變分法對單箱三室箱梁的剪力滯控制微分方程進行推導,得到應力表達式并計算剪力滯系數(shù)。以某簡化的單箱三室簡支箱梁為例,應用midas/fea非線性細部分析軟件,分析集中力作用下的單箱三室簡支箱梁剪力滯效應,通過對比得到不同荷載模式作用下的剪力滯效應規(guī)律。結(jié)果表明：應用能量變分法可以推導單箱三室箱梁的剪力滯控制微分方程,并得到剪力滯系數(shù);不同荷載模式作用下的單箱三室簡支箱梁剪力滯效應都符合一般規(guī)律,但各自之間有較大區(qū)別。

韓國的依爾森橋是世界上最長最寬的波形鋼腹板箱梁橋,且采用了頂推法施工。對上不構造的跨高比、導梁設置、鋼腹板的彎剪應力進行了闡述,對頂推中的安全保證提出了建議。