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考虑畸变效应的钢桁腹-混凝土组合箱梁横向内力计算方法

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建筑钢结构进展 2024年

作者：套格套丁南宏冀伟刘奇兰州交通大学土木工程学院

为合理分析在偏心荷载作用下钢桁腹-混凝土组合箱梁横向内力，对钢桁腹杆进行等效处理，参考框架分析法的基本原理，建立了考虑畸变效应的钢桁腹-混凝土组合箱梁横向内力计算公式。结合该类组合箱梁的结构特点和受力特性，提出了新的翘... 详细信息

为合理分析在偏心荷载作用下钢桁腹-混凝土组合箱梁横向内力，对钢桁腹杆进行等效处理，参考框架分析法的基本原理，建立了考虑畸变效应的钢桁腹-混凝土组合箱梁横向内力计算公式。结合该类组合箱梁的结构特点和受力特性，提出了新的翘曲应力分布模式，并得出新应力分布模式下畸变翘曲系数计算公式。通过将本文解与有限元解进行对比可知两者吻合良好，计算误差均在10%以内，尤其在底板位置处精度更高，验证了推导公式的正确性和新应力分布模式的合理性。分析方法可反映出箱梁畸变和横向框架作用对该类组合箱梁横向内力的影响。对荷载偏心距、高跨比和悬臂板宽度进行参数分析，结果表明：随着荷载偏心距的增加，该类组合箱梁角点A处的横向弯矩变化规律与混凝土箱梁有所不同，主要是由于钢腹杆对顶底板的约束程度降低导致；该类组合箱梁横向弯矩随着高跨比的增加而增加，增长规律呈曲线分布；选择合适的悬臂板宽度可有效降低钢桁腹-混凝土组合箱梁的横向弯矩。

关键词：钢桁腹-混凝土组合箱梁横向内力翘曲应力框架分析法畸变效应

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变宽截面箱梁剪力滞效应研究

计算力学学报 2022年第6期39卷 818-823页

作者：卢敏锋丁南宏兰州交通大学土木工程学院兰州730070

将变宽度截面箱梁的剪力滞翘曲位移函数定义为三次抛物线形式,用能量变分原理建立了分析变宽截面箱梁剪力滞效应的控制微分方程,并用差分法求解此方程。分别计算了简支箱梁在集中荷载和均布荷载作用下的正应力,并用有限元法作了验证。... 详细信息

将变宽度截面箱梁的剪力滞翘曲位移函数定义为三次抛物线形式,用能量变分原理建立了分析变宽截面箱梁剪力滞效应的控制微分方程,并用差分法求解此方程。分别计算了简支箱梁在集中荷载和均布荷载作用下的正应力,并用有限元法作了验证。将计算结果与等截面箱梁的应力进行对比,总结变宽箱梁剪力滞效应的分布规律。结果表明,均布荷载作用下,相对于等截面梁,变宽箱梁的顶板应力变化幅度更大,峰值更高,箱梁的顶板宽度变化对剪力滞效应影响较大;在集中荷载作用下,等截面与变宽度箱梁跨中截面的应力相近,应力分布曲线吻合较好,说明顶板宽度变化对剪力滞效应影响较小;分别在集中和均布荷载作用下,箱梁跨中截面应力均为正剪力滞分布状态。当箱梁顶板、底板和悬臂板宽度相等时,剪力滞效应控制微分方程也适用于等截面箱梁。

关键词：箱梁变宽度梁剪力滞效应能量变分原理差分法

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钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应研究

计算力学学报 2023年第6期40卷 1016-1022页

作者：李永鹏丁南宏冀伟兰州交通大学土木工程学院兰州730070

为研究梯形截面的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,在薄壁箱梁理论的基础上,考虑钢桁腹杆的力学特性,应用改进的板元分析法建立畸变控制微分方程,并给出畸变解析解。通过ANSYS建立实体模型验证所推公式的正确性。结合数值算例,对比分... 详细信息

为研究梯形截面的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,在薄壁箱梁理论的基础上,考虑钢桁腹杆的力学特性,应用改进的板元分析法建立畸变控制微分方程,并给出畸变解析解。通过ANSYS建立实体模型验证所推公式的正确性。结合数值算例,对比分析在均布畸变荷载作用下相同截面参数的钢桁腹-混凝土组合箱梁和传统混凝土箱梁的畸变翘曲正应力,并分析梁宽和钢腹杆俯角对组合箱梁畸变内力的影响。结果表明,相同截面参数下,由于组合箱梁钢桁腹杆的纵向刚度很小,其畸变翘曲正应力为混凝土箱梁的1.71倍;梁宽对畸变内力影响较大,当梁宽增加至4.5 m时,畸变双力矩和畸变矩分别增大至3.68倍和1.36倍,且前者在纵向上双峰的分布趋势逐渐平缓;腹杆俯角对畸变双力矩影响较大,当腹杆俯角增加至27°时,畸变双力矩减小了约14.3%,但其对畸变矩影响很小。

关键词：钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应梯形截面箱梁板元分析法畸变解析解畸变双力矩

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钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应分析

建筑钢结构进展 2023年第7期25卷 66-74页

作者：李永鹏丁南宏冀伟兰州交通大学土木工程学院兰州730070

为研究钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,根据其结构特性和力学特性,考虑共同工作区对组合箱梁腹杆纵向刚度的贡献,提出一种更适用于该类组合箱梁的畸变扇性坐标分布模式。采用新畸变中心定义符合钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变变形特征的... 详细信息

为研究钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,根据其结构特性和力学特性,考虑共同工作区对组合箱梁腹杆纵向刚度的贡献,提出一种更适用于该类组合箱梁的畸变扇性坐标分布模式。采用新畸变中心定义符合钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变变形特征的畸变角,应用能量变分法建立畸变控制微分方程,并给出包含Krylov函数的初参数解。结合数值算例,分析钢桁腹-混凝土组合箱梁在均布畸变荷载作用下的畸变翘曲正应力,并通过有限元软件ANSYS验证所推导理论的正确性。通过改变腹杆壁厚、俯角等关键参数,探究其对畸变内力的影响规律。结果表明:按该方法揭示的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变应力分布规律与ANSYS计算结果吻合良好;横向畸变框架刚度是影响此类箱梁畸变效应的主要因素,且其对钢腹杆几何特性参数较为敏感。

关键词：钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应新型广义扇性坐标 Krylov函数横向畸变框架刚度

钢桁腹-混凝土组合箱梁的约束扭转剪应力分析

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科技创新与应用 2022年第11期12卷 29-33,38页

作者：石国庆丁南宏陈磊兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

钢桁腹-混凝土组合箱梁作为一种新型的钢混组合结构。为探究该箱梁结构的扭转剪应力分布规律,根据剪切刚度一致原则,将钢腹杆换算为钢腹板并作为正交异性板考虑,基于乌曼斯基第二理论,推导出组合箱梁约束扭转剪应力表达式,并分析扭转剪... 详细信息

钢桁腹-混凝土组合箱梁作为一种新型的钢混组合结构。为探究该箱梁结构的扭转剪应力分布规律,根据剪切刚度一致原则,将钢腹杆换算为钢腹板并作为正交异性板考虑,基于乌曼斯基第二理论,推导出组合箱梁约束扭转剪应力表达式,并分析扭转剪应力的分布规律。选取简支单箱单室钢桁腹-混凝土组合箱梁为算例,将计算结果与ANSYS有限元结果相比较,结果吻合程度良好,说明文中建立的理论研究方法准确度较高。研究结果表明,弯扭力矩在集中扭矩作用处达到最大值,梁端处接近为0;腹杆上的约束扭转剪应力值最大,其次为混凝土底板中心处,顶板和悬臂板的约束扭转剪应力值较小,悬臂板自由端处约束扭转剪应力为0。

关键词：钢桁腹组合箱梁约束扭转剪应力弯扭力矩有限元

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碳纤维布加固混凝土矩形墩柱温度自应力探讨

中国铁道科学 2006年第1期27卷 13-18页

作者：丁南宏钱永久林丽霞西南交通大学土木工程学院四川成都610031 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

基于平截面假定和自平衡力系条件,对碳纤维布(CFS)加固的任意形状横截面混凝土构件,建立日照辐射或骤然降温引起的温度自约束变形求解方程。推导CFS加固混凝土矩形墩柱在均匀变化、线性变化和指数变化温度梯度下的温度自应力解析式。与... 详细信息

基于平截面假定和自平衡力系条件,对碳纤维布(CFS)加固的任意形状横截面混凝土构件,建立日照辐射或骤然降温引起的温度自约束变形求解方程。推导CFS加固混凝土矩形墩柱在均匀变化、线性变化和指数变化温度梯度下的温度自应力解析式。与未加固混凝土矩形墩柱温度自应力解析式进行对比分析,结果表明,即使在均匀和线性变化温度梯度下,CFS加固矩形墩柱也会产生温度自应力;在指数变化温度梯度下,CFS中产生可观的温度自应力。所推导的自约束变形求解方程和温度自应力解析式具有一般性,适用于CFS加固混凝土构件和未加固混凝土构件。

关键词：桥梁加固碳纤维布混凝土矩形墩柱温度自应力温度梯度解析式

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双链式悬索桥在单车荷载下的振动特征

振动与冲击 2010年第7期29卷 216-220页

作者：丁南宏钱永久林丽霞吴亚平兰州交通大学土木工程学院兰州730070 西南交通大学土木工程学院成都610031

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车桥耦合振动的运动方程。考虑几何非线性及桥面平整度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工... 详细信息

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车桥耦合振动的运动方程。考虑几何非线性及桥面平整度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链悬索桥振动响应的影响。针对不同车速、不同桥面平整度,分析了单个车辆对双链式悬索桥的冲击效应。引入主缆形状系数,将单链式悬索桥作为双链式悬索桥的特例,就双链式悬索桥和单链式悬索桥车振响应进行对比分析,揭示双链式悬索桥车振特征。双链式悬索桥车振响应特征的研究对该类桥设计选型、动力性能评估及动力加固设计都有积极的意义。

关键词：双链式悬索桥桥面平整度车桥耦合振动冲击系数主缆形状系数

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双索悬索桥结构参数对自振特性的影响分析

铁道学报 2007年第4期29卷 91-95页

作者：林丽霞吴亚平丁南宏兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

引入只受拉三维拉索单元,采用考虑几何非线性的子空间迭代法对黄河大峡水库下游某双索悬索桥自振特性进行分析,理论值与实测值能较好的吻合,说明该空间非线性有限元分析方法的正确性;进而将该桥与相同跨径和结构参数的单索悬索桥的自振... 详细信息

引入只受拉三维拉索单元,采用考虑几何非线性的子空间迭代法对黄河大峡水库下游某双索悬索桥自振特性进行分析,理论值与实测值能较好的吻合,说明该空间非线性有限元分析方法的正确性;进而将该桥与相同跨径和结构参数的单索悬索桥的自振频率、振型进行对比分析,结果表明双索悬索桥能有效提高桥梁一阶竖弯振动频率。最后,讨论恒载集度、加劲梁刚度、矢跨比等结构参数变化对双索悬索桥自振特性的影响,为双索悬索桥结构设计理论提供了动力性能方面的依据。

关键词：双索悬索桥自振特性子空间迭代法结构参数几何非线性

CFRP加固混凝土墩柱温度自应力及参数研究

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铁道学报 2007年第1期29卷 127-131页

作者：丁南宏钱永久林丽霞兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

基于平截面假定,考虑碳纤维布(CFRP)与混凝土的热膨胀系数不同,根据自平衡力系条件建立CFRP加固任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或年温差引起的温度自约束变形求解方程。进而推导出CFRP加固混凝土矩形、箱形墩柱在指数温度梯度下和... 详细信息

基于平截面假定,考虑碳纤维布(CFRP)与混凝土的热膨胀系数不同,根据自平衡力系条件建立CFRP加固任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或年温差引起的温度自约束变形求解方程。进而推导出CFRP加固混凝土矩形、箱形墩柱在指数温度梯度下和均匀温度梯度下的温度自应力解析式,并结合混凝土板壁式柔性墩算例分析,表明CFRP中将产生可观的温度自应力,在CFRP加固混凝土构件设计时应予考虑。最后讨论了CFRP的厚度、热膨胀系数、弹性模量和混凝土强度等级(弹性模量)、截面宽度、高度等参数对CFRP加固混凝土矩形墩柱温度自应力的影响,其结论对CFRP加固混凝土构件的受力分析及加固设计有一定的参考价值。

关键词：碳纤维布加固混凝土墩柱温度自应力日照辐射均匀降温热膨胀系数