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偏心荷载下钢箱梁段连接处受力分析及传力机理研究

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偏心荷载下钢箱梁段连接处受力分析及传力机理研究

作者：康义彤河北大学

学位级别：硕士

随着钢结构桥梁在我国工程建设中的大力推广应用,钢箱梁结构在桥梁工程中的占比逐渐增多。相较于钢箱梁桥整体结构,梁段连接处为桥梁结构的薄弱区域,其连接方式的可靠性、安全性与受力合理性是钢箱梁桥整体结构安全及性能发挥的重中之... 详细信息

随着钢结构桥梁在我国工程建设中的大力推广应用,钢箱梁结构在桥梁工程中的占比逐渐增多。相较于钢箱梁桥整体结构,梁段连接处为桥梁结构的薄弱区域,其连接方式的可靠性、安全性与受力合理性是钢箱梁桥整体结构安全及性能发挥的重中之重。同时在桥梁建设过程中,临时支撑体系对于使用如高强螺栓进行钢箱梁段间连接的施工过程起到了不可忽视的作用。但相较于正交桥梁形式,斜交桥梁在投入使用过程中不可避免地受到偏心荷载作用,偏心荷载作用于无支撑条件的连接段区域,会加速、加重连接区域出现相关病害,大幅降低钢箱梁桥使用性能并增加了桥梁定期维护成本。因此研究偏心荷载作用下钢箱梁桥连接薄弱处力学状态与传力机理有一定的必要性。本文借助秦皇岛上跨京哈高速预应力混凝土钢箱梁立交桥建设项目对斜交形式桥梁中临时支撑拆除后的钢箱梁段连接处进行受力研究,再通过分析在偏心状态下连接处高强度螺栓群受力状态,并与铆钉连接、焊缝连接形式在相同条件下的有限元模拟结果进行对比分析。得到以下结论:(1)通过对非对称临时支撑受力情况与稳定性进行分析,研究了梁段吊装与拼接过程中对应的临时支撑受力变化情况,得到为无支撑条件下的钢箱梁连接区域受力及连接件承载状态的数值模拟相关的数据参数。(2)使用振弦式应变计,采集并分析工程建设过程中偏心荷载的作用与影响,结果表明:钢箱梁连接段区域下方的临时支撑拆除施工阶段对连接区域受力情况影响较大,并提出了无支撑条件下的高强螺栓连接区域的力学分析与传力机理研究。(3)通过分析工程实测数据后,采用ANSYS数值模拟方法对钢箱梁腹板高强螺栓群连接区域的高强螺栓群存在可优化数量,结合模拟数据与实测数据建立可优化螺栓数量曲线,得到了钢箱梁在不同偏心荷载下的连接区域高强螺栓应力值变化与可优化数量情况。(4)基于有限元法建立高强螺栓连接、铆钉连接与焊缝连接的钢箱梁段连接区域结构模型,对三种模型施加不同的偏心荷载,研究表明:在偏心荷载作用下,高强螺栓群作为连接件传力可靠且较优于另两种连接方式。为延长钢箱梁桥连接区域安全性,应关注螺栓布置数量与连接位置,提高连接区域抗剪能力与稳定性。

关键词：钢箱梁段连接处临时支撑高强螺栓群偏心荷载有限元

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偏心荷载作用下单搭接胶接接头的应力分析

吉林大学学报：工学版 2016年第6期46卷 1874-1880页

作者：李春良王方彦张立辉王静吉林建筑大学交通科学与工程学院长春130118

基于弹性力学理论建立了偏心荷载作用下板材类单搭接胶接接头界面粘结应力的计算模型,研究了偏心荷载作用下界面粘结剪应力随各粘结参数的变化规律,给出了单搭接胶接接头的定量设计公式,指出了各参数对界面粘结剪应力的影响程度。结果表... 详细信息

基于弹性力学理论建立了偏心荷载作用下板材类单搭接胶接接头界面粘结应力的计算模型,研究了偏心荷载作用下界面粘结剪应力随各粘结参数的变化规律,给出了单搭接胶接接头的定量设计公式,指出了各参数对界面粘结剪应力的影响程度。结果表明:偏心荷载作用时,界面粘结剪应力最大峰值位于粘结角处,该处最先发生破坏,可通过增加接头搭接宽度和搭接长度来抑制界面间粘结破坏的发生;并且剪应力会随着距离的增加呈现出非线性递减趋势;另外,在偏心荷载作用下,如果采用硬度较小的接头板材,会导致角点处产生较大的粘结应力。将这些规律和特点应用在实际工程中,可以避免单搭接胶接接头破坏。

关键词：机械设计偏心荷载界面应力胶层单搭接接头

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偏心荷载对盘扣式支撑架动力性能的影响

黑龙江科技大学学报 2022年第1期32卷 82-88页

作者：张德波张宗富海南建设安装工程有限公司海口570100 海南建设工程股份有限公司海口570100

为探究偏心荷载对盘扣式支撑架动力性能影响,以4跨(纵向)×4跨(横向)×3步(竖向)盘扣式支撑架实验模型为研究对象,实验研究不同偏心荷载工况下的支撑架的动力特性,分析了偏心荷载分布尺寸随纵向和横向变化时支撑架前5阶频率值的变化规律... 详细信息

为探究偏心荷载对盘扣式支撑架动力性能影响,以4跨(纵向)×4跨(横向)×3步(竖向)盘扣式支撑架实验模型为研究对象,实验研究不同偏心荷载工况下的支撑架的动力特性,分析了偏心荷载分布尺寸随纵向和横向变化时支撑架前5阶频率值的变化规律,通过有限元模态分析得到不同偏心荷载工况下实验模型的前5阶频率值和振型,对比分析前5阶频率值计算与实验结果,以及偏心荷载对支撑架前5阶振型的影响,拟合获得偏心荷载时频率与堆载面尺寸的变化响应面模型。结果表明,不同偏心荷载布置方式对支撑架平摆和扭转振型及频率影响较大,对立杆弯曲振型影响较小,偏心荷载作用下各阶振型均出现扭转变形,频率与偏心荷载面尺寸变化呈非线性变化规律。

关键词：盘扣式支撑架偏心荷载频率振型响应面

水平偏心荷载下斜桩群桩受力性状的离心机模型试验

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岩土工程学报 2014年第11期36卷 2018-2024页

作者：顾明陈仁朋孔令刚陈云敏张浙杭浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310058 软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058 浙江省电力设计院浙江杭州310014

为研究斜桩群桩在水平偏心荷载下的受力性状,在砂土中开展了一系列离心机模型试验,着重对比了直桩群桩和斜桩群桩抵抗水平及偏心荷载的不同特性。详细介绍了模型试验的装置、方法以及内容。试验结果表明:水平荷载偏心距大小对群桩水平... 详细信息

为研究斜桩群桩在水平偏心荷载下的受力性状,在砂土中开展了一系列离心机模型试验,着重对比了直桩群桩和斜桩群桩抵抗水平及偏心荷载的不同特性。详细介绍了模型试验的装置、方法以及内容。试验结果表明:水平荷载偏心距大小对群桩水平承载力有一定的影响,但是对群桩扭转承载力的影响较小。对于直桩群桩,在试验范围内小偏心距(4.3倍桩径)加载对应的水平承载力大于零偏心距(即纯水平加载)及大偏心距(7.1倍桩径)加载的水平承载力。相同条件下,斜桩群桩抵抗水平、偏心及扭转荷载的能力显著强于直桩群桩。水平偏心荷载下,斜桩群桩中各基桩的桩顶水平位移相互差异较直桩群桩更大,且该差异随偏心距的增加而增大;在多向荷载的共同作用下,基桩桩顶剪力与桩顶位移方向有所不同。水平荷载下斜桩群桩中的基桩轴力显著大于直桩群桩。斜桩群桩较好地发挥了基桩的轴向承载能力,从而能够更有效地抵抗水平荷载。

关键词：群桩斜桩水平荷载偏心荷载离心机试验

桥梁满堂脚手架在偏心荷载作用下的承载性能研究

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天津大学学报(自然科学与工程技术版) 2016年第S1期49卷 64-72页

作者：陆征然郭超李帼昌曹硕李重阳沈阳建筑大学管理学院吉林建筑大学土木工程学院沈阳建筑大学土木工程学院

满堂脚手架在桥梁施工中已被广泛应用,但由于对此结构体系各构造因素及荷载作用形式与承载性能之间的关系尚缺乏详细了解,导致近些年桥梁满堂脚手架倒塌事故频发.现有各种满堂脚手架承载力计算方法中,没有考虑满堂脚手架中上部荷载通过... 详细信息

满堂脚手架在桥梁施工中已被广泛应用,但由于对此结构体系各构造因素及荷载作用形式与承载性能之间的关系尚缺乏详细了解,导致近些年桥梁满堂脚手架倒塌事故频发.现有各种满堂脚手架承载力计算方法中,没有考虑满堂脚手架中上部荷载通过顶层水平杆"偏心传递"给立杆、扣件的"偏心连接"而导致的立杆与横杆不在同一平面内的影响以及架体顶部在受到偏心施加的局部堆积荷载不利情况下承载能力的降低(以上3种偏心作用可以统称为偏心荷载).针对上述情况,在分析桥梁满堂脚手架结构体系特点的基础上,进行了5组原型试验,提出了考虑偏心荷载作用下的桥梁满堂脚手架数值计算模型,并对其进行了参数化分析,找出了偏心荷载对不同搭设参数桥梁满堂脚手架承载性能的影响规律.结果表明,偏心荷载将对满堂脚手架的承载性能产生不利影响,较大的偏心局部堆积荷载容易造成桥梁满堂脚手架局部杆件失稳,进而引起架体整体倒塌.

关键词：满堂脚手架偏心荷载承载性能原型试验参数化分析

偏心荷载作用下扣件式钢管满堂支承体系承载性能研究

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大连理工大学学报 2016年第1期56卷 20-27页

作者：陆征然郭超温永钦陈志华刘彤曹硕吉林建筑大学土木工程学院吉林长春130118 沈阳建筑大学管理学院辽宁沈阳110168 沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168 天津大学建筑工程学院天津300072

如何准确地对扣件式钢管满堂支承体系的稳定承载力进行计算是亟待解决的一个技术难题.现有的各种满堂支承体系承载力计算方法中,均没有考虑由于扣件的偏心连接而导致水平杆与立杆不在同一平面内的情况以及满堂脚手架通过水平杆将上部荷... 详细信息

如何准确地对扣件式钢管满堂支承体系的稳定承载力进行计算是亟待解决的一个技术难题.现有的各种满堂支承体系承载力计算方法中,均没有考虑由于扣件的偏心连接而导致水平杆与立杆不在同一平面内的情况以及满堂脚手架通过水平杆将上部荷载偏心传递给立杆的影响(以上两种偏心情况统称为偏心荷载).在分析满堂支承体系结构特点的基础上,提出了考虑偏心荷载作用下的满堂支承体系数值计算模型.通过对大量不同搭设参数下的满堂支承体系分别进行是否考虑偏心荷载影响的非线性有限元模型分析及2个满堂脚手架的原型试验,证实了偏心荷载这一因素对扣件式钢管满堂支承体系承载性能的影响.所提出的计算模型合理、安全,可为今后满堂支撑架及满堂脚手架的设计提供有价值的参考.

关键词：满堂支撑架满堂脚手架扣件偏心荷载承载性能有限元分析

偏心荷载作用下条形浅基础荷载-变形特性数值分析

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海洋工程 2013年第6期31卷 30-36页

作者：罗强栾茂田南阳师范学院土木建筑工程学院河南南阳473061 大连理工大学土木工程学院岩土工程研究所辽宁大连116024

在主应力方向的旋转过程中,主应力方向与塑性主应变增量方向之间存在着非共轴现象。基于屈服角点结构非共轴理论,建立了一种非共轴本构模型,通过有限元软件ABAQUS的二次开发子程序UMAT,将该模型运用到有限元数值计算中。首先,对中密砂... 详细信息

在主应力方向的旋转过程中,主应力方向与塑性主应变增量方向之间存在着非共轴现象。基于屈服角点结构非共轴理论,建立了一种非共轴本构模型,通过有限元软件ABAQUS的二次开发子程序UMAT,将该模型运用到有限元数值计算中。首先,对中密砂单剪试验进行数值模拟,研究了非共轴现象及其对应力-应变关系的影响。然后,针对偏心荷载作用下条形浅基础荷载-变形特性进行数值分析,研究了非共轴现象对荷载-位移关系的影响。研究结果表明:非共轴模型计算得到的荷载增长速度滞后于共轴模型计算结果的增长速度;在地基变形的初期,非共轴现象比较明显,主应力方向的减小速度要滞后于塑性主应变增量方向的减小速度;随着地基沉降的增加,非共轴现象逐渐减弱;非共轴模型与共轴模型计算结果之间的差异在应变硬化情况下更加明显。

关键词：非共轴本构模型偏心荷载浅基础地基荷载

偏心荷载作用下中柱节点冲切破坏后受力性能试验研究

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建筑结构 2016年第2期46卷 1-7页

作者：易伟建赵晋朱泽华湖南大学土木工程学院长沙410082

通过在加载柱头施加偏心荷载来模拟板柱结构局部节点失效后相邻节点在附加剪力和不平衡弯矩共同作用下的受力工况,对中柱节点冲切破坏前、后的试验现象及试验结果进行对比分析;此外,试验还选取纵向钢筋配筋率、穿柱钢筋布置方式为研究参... 详细信息

通过在加载柱头施加偏心荷载来模拟板柱结构局部节点失效后相邻节点在附加剪力和不平衡弯矩共同作用下的受力工况,对中柱节点冲切破坏前、后的试验现象及试验结果进行对比分析;此外,试验还选取纵向钢筋配筋率、穿柱钢筋布置方式为研究参数,对偏心荷载作用下板柱节点抗冲切以及冲切破坏后的受力性能和破坏机理进行研究;最后,采用规范计算公式对试件承载力进行预测并与试验结果进行对比。研究成果可为板柱结构抗连续倒塌设计提供参考。

关键词：中柱节点抗连续倒塌穿柱钢筋偏心荷载不平衡弯矩冲切破坏后承载力

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刚塑性自由梁在偏心阶跃荷载下的动态响应

应用力学学报 2018年第5期35卷 1002-1007页

作者：陈玉骥杨国飞邓德员罗旗帜陈舟佛山科学技术学院土木工程系佛山528000 中建钢构有限公司广州510000 湖南大学土木工程学院长沙410082

基于冲击力学基本理论,研究了刚塑性自由梁在偏心阶跃荷载下的动态响应。根据动平衡条件和梁的变形模式,推导了不同荷载水平下无约束自由梁的加速度和角加速度公式。通过动静法得到了自由梁内的弯矩和剪力,依此给出了塑性铰的位置,得出... 详细信息

基于冲击力学基本理论,研究了刚塑性自由梁在偏心阶跃荷载下的动态响应。根据动平衡条件和梁的变形模式,推导了不同荷载水平下无约束自由梁的加速度和角加速度公式。通过动静法得到了自由梁内的弯矩和剪力,依此给出了塑性铰的位置,得出了不同荷载位置下塑性铰的临界荷载值,并讨论了摩擦力对其的影响。结果表明:摩擦力较小时,其对塑性铰的位置有明显影响;但摩擦力较大时,塑性铰的位置几乎不随摩擦力的变化而改变,并且出现塑性铰的临界荷载很小。在荷载水平较低时,自由梁只可能在荷载作用点产生塑性铰;随着荷载水平的提高,在长梁段会出现一个与荷载作用点塑性铰相反的塑性铰;当荷载很大时,在短梁段也会出现一个塑性铰。此外,荷载作用点的位置对塑性铰临界荷载值也有较大影响,荷载离梁端越近,塑性铰临界荷载值越大;若荷载离梁端越远,塑性铰临界荷载较小。

关键词：刚塑性自由梁偏心荷载摩擦力动态响应