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双层交通混凝土箱梁传力路径试验研究与分析

工程力学 2018年第A1期35卷 181-187页

作者：祝明桥张紫薇蒋俏石卫华湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201

该文对双层交通箱梁试验模型的顶板不同位置在弹性范围内进行单点加载(6个工况)的试验研究。基于试验结果建立有限元模型对其进行分析,在分析值与试验值吻合良好的基础上,进一步探究了双层交通混凝土箱梁的传力路径。研究表明:箱梁的桥... 详细信息

该文对双层交通箱梁试验模型的顶板不同位置在弹性范围内进行单点加载(6个工况)的试验研究。基于试验结果建立有限元模型对其进行分析,在分析值与试验值吻合良好的基础上,进一步探究了双层交通混凝土箱梁的传力路径。研究表明:箱梁的桥面板按双向板传递;节间荷载(内横梁、纵梁)的剪力按简支梁形式传到节点,再按节点的荷载分配系数分到到每榀框架梁,最后传到两端支座。

关键词：双层交通混凝土箱梁数值模拟传力路径荷载分配系数

GFRP-RPC组合双层交通梁桥传力路径试验研究与分析

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GFRP-RPC组合双层交通梁桥传力路径试验研究与分析

作者：李军湖南科技大学

学位级别：硕士

本文基于国家自然科学基金FRP-混凝土组合箱形截面双层交通结构体系受力机理及设计方法的研究(项目编号:51578236)项目,在课题组前期GFRP-RPC组合双层交通梁桥模型顶板多工况集中荷载加载试验的研究基础上,线弹性范围内,开展了多工况均... 详细信息

本文基于国家自然科学基金FRP-混凝土组合箱形截面双层交通结构体系受力机理及设计方法的研究(项目编号:51578236)项目,在课题组前期GFRP-RPC组合双层交通梁桥模型顶板多工况集中荷载加载试验的研究基础上,线弹性范围内,开展了多工况均布线荷载加载试验和底板集中荷载加载试验及其分析。测试了两类试验各工况下组合双层交通梁桥模型各截面位置的挠度和杆件、桥面板的应变,并对部分数据进行了有限元分析对比。试验与分析对结构的受力特性进行了一定的阐释,为后期简化模型理论计算奠定了基础,对双层交通梁桥模型中的组合板和桁架梁体系建立了简化力学模型。本文主要结论如下:(1)顶、底板集中荷载加载对比试验中,底板加载试验各测点竖向挠度较顶板加载试验挠度偏大。顶板均布线荷载加载试验中,改变钢轨间距,竖向挠度变化较小,梁桥横截面竖向挠度分布较为均匀,梁桥整体刚度较好,横向刚度分布均匀。有限元模拟中,偏差基本控制在5%以内,可以忽略此影响,挠度模拟值与试验值吻合较好。(2)试验各工况及分析下,上、下弦杆分别为压弯和拉弯的受力形式,混凝土材料最大压应变值出现于上弦杆,GFRP材料最大拉应变值出现于下弦杆。考虑整体作用,均布线荷载试验与分析中,斜腹杆均表现为受拉状态,边部斜腹杆受拉较大,直腹杆均表现为受压状态,边部直腹杆受压较大;底、顶板集中荷载加载工况下,边部直腹杆沿杆件均承受压应力。在上部加载中,跨中直腹杆承受压应力,下部加载时,跨中直腹杆受力形式发生改变,承受拉应力。(3)桥面板中的顶、底板为多个单向GFRP-RPC组合板拼接而成,桥面板按单向板设计。桥面板支撑处GFRP-RPC组合板与GFRP弦杆为胶栓混合连接,板支撑处边界条件介于简支与固支之间。组合板计算中,支座处参照单向板两端固支设计,支座位置处弯矩调整系数取0.25。跨中处参照单向板两端铰支设计,跨中位置处弯矩调整系数取0.85。(4)弦杆与腹杆连接节点处弦杆沿高度出现较大应变值,存在弯矩应力,桁架梁体系简化计算中,上、下弦杆分别按照单个整梁考虑。T形梁翼缘宽度常取腹板宽度或梁板计算跨度的三分之一,组合板取0.23倍的板跨作为弦杆翼缘。试验中单个腹杆两侧应变基本一致,可考虑为二力杆,腹杆与弦杆连接结点简化为铰结点。简化计算下,弦杆和腹杆受力与试验相比较吻合良好,应变数值在整体上较试验值偏大,证实了此种简化方式在结构设计上的安全性和适用性。

关键词： GFRP 双层交通组合板桁架梁体系

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面向双层交通的混凝土箱梁抗弯性能试验研究

工程力学 2016年第B6期33卷 196-200页

作者：汪建群谢子蓉祝明桥谷志鹏禹见达湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201

利用混凝土箱梁整体受力性能优势,将其顶、底板均作为桥面系实现双层交通,是解决城市土地资源紧张和交通堵塞的不错选择。设计了1∶6比例双层交通混凝土箱梁模型,在弹性工作状态下进行了双层均布荷载试验研究,在双层集中荷载作用下进行... 详细信息

利用混凝土箱梁整体受力性能优势,将其顶、底板均作为桥面系实现双层交通,是解决城市土地资源紧张和交通堵塞的不错选择。设计了1∶6比例双层交通混凝土箱梁模型,在弹性工作状态下进行了双层均布荷载试验研究,在双层集中荷载作用下进行了受弯全过程破坏试验。试验研究了关键截面应力-应变发展规律、荷载-挠度曲线、抗弯承载力及其破坏模态等。结果表明:弹性工作状态下按照不同工况在箱梁顶、底板施加均布荷载作用时,存在不同剪力滞效应;双层集中荷载作用破坏性试验证实了宽跨比、高跨比均较大的双层交通混凝土箱形截面梁的受弯破坏过程可分为弹性阶段、弹塑性发展阶段、最终破坏阶段。相关结论可为双层交通混凝土箱梁桥的设计和应用提供试验数据和理论依据。

关键词：双层交通混凝土箱梁抗弯性能极限弯矩试验研究

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面向双层交通的混凝土箱梁桥弹性试验研究

西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2019年第2期51卷 198-205页

作者：祝明桥颜泽峰陈林刘涛湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411100

为适应当前公路、铁路运输量的急剧增长,本文设计出一种面向双层交通的钢筋混凝土箱梁桥.该桥梁取消了箱梁内部横隔板,同时利用箱梁顶板和底板作为桥面系,从而实现双层交通.本文对该箱梁缩尺模型(1∶6)进行了多工况的拟静力加载试验,对... 详细信息

为适应当前公路、铁路运输量的急剧增长,本文设计出一种面向双层交通的钢筋混凝土箱梁桥.该桥梁取消了箱梁内部横隔板,同时利用箱梁顶板和底板作为桥面系,从而实现双层交通.本文对该箱梁缩尺模型(1∶6)进行了多工况的拟静力加载试验,对其弹性工作性能进行了初步研究.结果表明:(1)腹板孔洞对箱梁整体及局部变形均有影响;(2)箱梁内横向加劲肋的刚度较弱;(3)上、下加载时箱梁顶底板剪力滞效应区别明显.因此,今后对该类箱梁进行结构设计时需要重点考虑腹板孔洞、横向加劲肋以及上下加载情况的影响.

关键词：桥梁箱形梁双层交通钢筋混凝土实验

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双层交通混凝土箱梁抗弯性能数值分析

双层交通混凝土箱梁抗弯性能数值分析

作者：谢子蓉湖南科技大学

学位级别：硕士

双层交通混凝土箱梁结合了混凝土箱梁结构的整体受力优势,通过合理改善普通混凝土箱形梁结构形式,使其顶、底板均成为桥面系,从而实现双层交通。本文在1:6的单箱三室双层交通混凝土箱梁模型抗弯性能全过程试验基础上,通过合理选择材料... 详细信息

双层交通混凝土箱梁结合了混凝土箱梁结构的整体受力优势,通过合理改善普通混凝土箱形梁结构形式,使其顶、底板均成为桥面系,从而实现双层交通。本文在1:6的单箱三室双层交通混凝土箱梁模型抗弯性能全过程试验基础上,通过合理选择材料参数和单元模型,利用ABAQUS软件对试验箱梁进行了全过程试验模拟分析,并在此基础上进行了相关参数分析,主要完成了以下几方面工作:(1)基于ABAQUS大型非线性软件,针对已有的箱梁试验成果,建立双层交通混凝土箱梁的数值模型,模拟其在相应荷载条件下(试验工况:上下板同时集中加载)从加载到破坏的整个过程,并将分析数据与相应的箱梁试验结果进行对比研究,试验与数值分析结果吻合良好,验证了该数值模型的可靠性和非线性分析的可行性。(2)在上下同时加载工况下,对试验箱梁模型的应变与整体变形(挠度)进行分析,研究了箱梁模型的跨中截面、开孔截面顶板混凝土压应变的分布情况,得出箱梁顶板应变分布不均匀,存在剪力滞后现象;同时也对箱梁的整体变形(挠度)进行分析,得出底板加载对底板变形影响比较大。(3)通过调整荷载的加载位置(工况一:荷载全部作用于箱梁顶板)来判断对箱梁模型的抗弯性能影响。通过与试验工况下的分析结果对比,得出工况一作用下的箱梁承载力比试验工况要大。(4)在箱梁模型底板支座原来只有四个,在此基础上增加四个支座(工况二),来判断其对箱梁模型的抗弯性能影响。通过与试验工况下分析结果对比,通过在底板支座截面加四个支座的这种支座方式可以改善箱梁两端底部支座处变形程度,同时可以减小箱梁的整体变形,提高承载力。

关键词：双层交通混凝土箱梁极限承载力挠度裂缝受弯破坏

双层交通预应力混凝土箱梁复合受力性能试验研究

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双层交通预应力混凝土箱梁复合受力性能试验研究

作者：卢忠良湖南科技大学

学位级别：硕士

本文基于国家自然科学基金项目“面向双向交通混凝土箱梁受力机理及设计方法研究”,在进行了数值分析、横向受力性能、以及弹性范围内抗扭性能等一系列分析和试验研究的基础上,对箱梁试验构件进行了二次预应力张拉及复合受力性能破坏试... 详细信息

本文基于国家自然科学基金项目“面向双向交通混凝土箱梁受力机理及设计方法研究”,在进行了数值分析、横向受力性能、以及弹性范围内抗扭性能等一系列分析和试验研究的基础上,对箱梁试验构件进行了二次预应力张拉及复合受力性能破坏试验研究;重点研究了预应力张拉次序的影响、二次预应力损失规律以及复合受力状态下箱梁构件破坏试验过程,主要进行的相关工作和取得研究成果如下:(1)采用对称张拉箱梁预应力筋,试验研究发现后一根预应力筋张拉对前面已张拉预应力筋的应力值影响在0.611MPa～2.857MPa范围内,仅占张拉控制应力的0.07%～0.32%,因此采用对称张拉次序对预应力损失的影响较小,基本可以忽略不计。(2)进行第二次预应力张拉后,同一损失期限内监测的箱梁八根预应力筋预应力损失相对于第一次预应力张拉的预应力损失减小近2/3,一次张拉的平均预应力损失13.2%,二次预应力张拉平均预应力损失为5.15%,通过进行第二次预应力张拉可有效减小预应力损失;其中八根预应力筋预应力损失基本呈四个阶段的递减趋势,第一阶段持续约2小时,平均损失量约占总损失值的53.2%;第二阶段持续约21天,平均损失量约占总损失值的26.5%,第三阶段持续约30天,平均损失量约占总损失值14.4%,第四阶段为预应力损失损失量仅张拉控制应力0.29%,预应力筋的预应力值基本不发生变化。(3)复合受力性能破坏试验主要研究了箱梁构件处于预应力轴压、横向弯曲、截面扭转状态下构件的结构反应以及破坏形态,对箱梁截面扭转角、裂缝开展、畸变、应变变化、预应力值变化等试验现象和数据进行了分析;分析表明:整个破坏试验过程大致可分为三个阶段,第一个阶段箱梁整体受力性能还处于弹性范围内,未出现裂缝;第二个阶段箱梁构件支座加劲环区域出现横向弯曲开裂,而构件跨中纯扭区域还处于抗扭的弹性阶段;第三个阶段箱梁支座处底板加劲肋钢筋屈服,构件发生局部横向极限弯曲破坏,而跨中纯扭区域出现开裂,裂缝呈现大致45°趋势;综上分析可知该破坏试验过程中构件最终发生了横向弯曲破坏,支座截面出现明显的畸变变形,加载荷载值出现掉载情况,其跨中纯扭区域出现了抗扭开裂,裂缝形态基本符合箱梁受扭特性,纵向及横向受力钢筋总体应变未达到屈服,可以判定箱梁构件跨中纯扭区段尚处于受扭极限破坏的前期。

关键词：箱梁二次预应力张拉双层交通复合受力

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双层交通混凝土箱梁传力路径试验研究与分析

双层交通混凝土箱梁传力路径试验研究与分析

作者：蒋俏湖南科技大学

学位级别：硕士

面向双层交通预应力混凝土箱形梁这种新的结构形式是使城市桥梁实现双层交通较为理想的形式。本文结合导师的国家自然科学基金项目-面向双层交通混凝土箱形梁受力机理及设计方法研究(项目批准号:51378202),重点研究了双层交通箱梁试验... 详细信息

面向双层交通预应力混凝土箱形梁这种新的结构形式是使城市桥梁实现双层交通较为理想的形式。本文结合导师的国家自然科学基金项目-面向双层交通混凝土箱形梁受力机理及设计方法研究(项目批准号:51378202),重点研究了双层交通箱梁试验模型的传力路径,论文主要工作如下:(1)对箱梁模型的顶板在弹性范围内分别进行了单点加载(六个工况)和组合加载(六个工况)的试验研究,测得了箱梁模型三个控制截面的挠度以及应变变化情况,以及板和加劲肋单点加载的局部挠度及应变情况。(2)通过合理选择材料参数和单元类型,运用有限元ABAQUS建立双层交通箱梁的数值模型,对试验工况进行模拟,并将分析数据与试验实测数据进行对比,其分析结果与试验结果吻合良好,验证了该数值模型的合理可行性。(3)在数值模型合理可行的基础上,将顶板组合加载中四个工况的加载位置分别调整到底板对应的位置进行分析,并将其与顶板加载时的分析结果进行对比,发现二者整体变化规律基本一致。(4)运用刚性横梁法、横向刚接梁法以及位移挠度法计算节点加载的横向分布系数,在与数值分析结果对比的基础上,对横向刚接梁法进行修正,得到了节点加载的横向分布规律,从而基本得到了箱梁模型的传力路径。

关键词：双层交通混凝土箱形梁荷载横向分配传力路径

双层交通混凝土箱梁模型设计及其抗扭性能试验研究

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双层交通混凝土箱梁模型设计及其抗扭性能试验研究

作者：蔡云都湖南科技大学

学位级别：硕士

为了缓解城市交通紧张,充分利用有限的土地空间以满足现有的交通需求,双层交通混凝土箱梁得到了快速的发展,双层交通混凝土箱梁能实现顶、底板双层通车以提高城市局部区域交通效率,具有一定的优点,因而研究其受力性能具有深远的意义。... 详细信息

为了缓解城市交通紧张,充分利用有限的土地空间以满足现有的交通需求,双层交通混凝土箱梁得到了快速的发展,双层交通混凝土箱梁能实现顶、底板双层通车以提高城市局部区域交通效率,具有一定的优点,因而研究其受力性能具有深远的意义。本文结合导师的国家自然科学基金项目-面向双层交通混凝土箱形梁受力机理及设计方法研究(项目批准号:51378202),在前面箱梁模型抗弯试验的基础上,重新设计和制作了1:8缩尺试验箱梁模型,进行了箱梁模型预应力张拉试验和抗扭弹性范围内的试验研究,重点介绍了试验方案、加载情况、试验结果,并基于试验结果进行了相应的分析,主要完成了以下几方面工作:(1)根据课题组前面成员设计的双层交通混凝土箱梁模型抗弯试验情况,结合实验室场地和设备情况,在前面箱梁模型的基础上进行了相应的优化设计,并且制作了1:8比例的双层交通混凝土箱梁模型。(2)对本箱梁模型进行了预应力张拉试验,研究预应力施加过程中,预应力对箱梁整体受力性能的影响,具体研究了所施加的预应力对箱梁混凝土应变的影响,对箱梁模型四个支座滑移的影响,对箱梁各个控制截面挠度变化的影响。并对张拉过程中预应力筋放张预应力损失进行全过程监控,同时对张拉后的预应力损失进行跟踪监测,得到了双层交通混凝土箱梁预应力损失的相关规律。(3)在前面课题组成员所进行的箱梁抗弯试验的基础上,重点研究了箱梁模型在所施加扭矩作用下弹性范围内的受力性能。具体研究内容包括:各级荷载作用下箱梁所受外力矩大小的计算;所施加扭矩对箱梁模型混凝土应变和钢筋应变的影响;各级扭矩荷载作用下箱梁模型各个控制截面线扭转角变化规律的探究;箱梁模型在各级扭矩荷载作用下预应力是否变化的探究;箱梁模型在各级扭矩荷载作用下跨中截面畸变规律的探究。并对试验结果进行了分析,得到了相关的结论。

关键词：双层交通混凝土箱梁预应力损失抗扭试验

双层交通混凝土箱梁复合受力性能试验研究与分析

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双层交通混凝土箱梁复合受力性能试验研究与分析

作者：李杰湖南科技大学

学位级别：硕士

本文结合国家自然科学基金项目“面向双层交通混凝土箱梁受力机理及设计方法研究”(项目批准号:51378202),在双层交通混凝土箱梁试验模型进行了复合受力抗扭弹性试验和全过程破坏试验的基础上,应用ABAQUS有限元软件对双层交通混凝土箱... 详细信息

本文结合国家自然科学基金项目“面向双层交通混凝土箱梁受力机理及设计方法研究”(项目批准号:51378202),在双层交通混凝土箱梁试验模型进行了复合受力抗扭弹性试验和全过程破坏试验的基础上,应用ABAQUS有限元软件对双层交通混凝土箱梁复合受力性能试验进行了全过程模拟分析,并在此基础上进行了箱梁模型相关参数对箱梁抗扭刚度的影响及不同荷载工况作用下对箱梁受力性能的影响分析。论文主要工作如下:(1)对双层交通混凝土箱梁试验模型建立有限元分析模型,对试验箱梁在相应的荷载工况下从加载至破坏的整个过程进行了模拟,并作对比分析,分析结果与试验结果吻合良好,验证了ABAQUS软件建立的分析箱梁模型和模拟方法的可靠性和准确性。(2)对双层交通混凝土箱梁腹板开孔参数进行了弹性有限元分析,包括箱梁扭转刚度随腹板开孔率变化曲线、箱梁扭矩-线扭转角曲线、箱梁刚度随腹板孔洞数量变化曲线,得到了箱梁腹板开孔率、腹板孔洞形状及孔洞数量对箱梁扭转刚度的影响规律,并在此基础上提出了有效的箱梁腹板孔洞的设计建议。(3)在箱梁梁端各放置4个支座,对双层交通混凝土箱梁跨内加劲肋上边节点进行加载并进行了弹塑性有限元分析,包括荷载-位移曲线、混凝土(钢筋)应变随荷载变化分布图,从而得到了此荷载工况下箱梁的破坏形态。同时也对箱梁跨内加劲肋下边节点加载和上下边节点同时加载两种荷载工况进行分析,对比三种工况下的混凝土应力图、损伤图及钢筋应变分布图,分析得到了三种工况作用下箱梁混凝土的应力相差不大,箱梁跨内加劲肋下边节点加载比上边节点加载时的混凝土应力大4.9%,因此三种荷载工况下下边节点加载为最不利荷载工况,从而证明了箱梁加劲肋上下层之间的传力性能较好,加强了箱梁上下层之间的整体性能。(4)在箱梁梁端各放置4个支座,对箱梁内设加劲环和内设横隔板(加劲环封闭)两种情况进行了弹塑性有限元分析,对比两种情况下的混凝土应力分布图、挠度沿箱梁宽度分布曲线;通过分析,在试验箱梁模型的基础上,箱梁内设加劲肋有效改善了箱梁的横向受力性能及减小箱梁边箱室的局部变形。因此,为提高箱梁的横向受力性能,将箱梁加劲环加厚,当加劲环加厚所占的体积与横隔板多出未加厚加劲环的体积比为1.37时,箱梁内设加劲环时箱梁的横向受力性能得到有效改善,基本可等效为内设横隔板的情况,箱梁加劲环有效加强了横向刚度以及箱室抵抗畸变的能力。

关键词：箱梁双层交通复合受力开孔率弹塑性