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波形钢腹板箱梁考虑腹板局部纵向刚度影响的扭转效应分析

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东南大学学报（自然科学版） 2021年第2期51卷 195-201页

作者：张元海孙成成兰州交通大学土木工程学院兰州730070

为了更加合理地分析波形钢腹板组合箱梁的约束扭转效应,考虑了顶底板对波形钢腹板的约束作用,引入波形钢腹板共同抗弯区的概念,同时考虑波形钢腹板的手风琴效应,提出一种分析约束扭转效应的解析法.通过引入新的广义扇性坐标分布模式,在... 详细信息

为了更加合理地分析波形钢腹板组合箱梁的约束扭转效应,考虑了顶底板对波形钢腹板的约束作用,引入波形钢腹板共同抗弯区的概念,同时考虑波形钢腹板的手风琴效应,提出一种分析约束扭转效应的解析法.通过引入新的广义扇性坐标分布模式,在乌曼斯基第二理论的基础上推导了约束扭转翘曲应力的计算公式.结合数值算例对比分析了所提方法与传统方法计算结果及ANSYS有限元结果的差别,确定出合理的共同抗弯区高度,验证了所推导公式的正确性.研究结果表明:在考虑了顶底板对波形钢腹板约束作用后的计算结果与传统方法相比更加接近有限元分析结果,且与有限元结果总体上吻合良好;共同抗弯区内的扭转翘曲正应力可达到弯曲正应力水平,这说明在波形钢腹板箱梁约束扭转分析中考虑顶底板对腹板的约束作用是合理的.

关键词：波形钢腹板箱梁腹板局部刚度约束扭转广义扇性坐标翘曲正应力

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波形钢腹板箱梁桥面板横向内力计算方法

同济大学学报（自然科学版） 2019年第4期47卷 467-474页

作者：赵品荣学亮叶见曙东南大学交通学院江苏南京210096 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

通过静力试验,对单箱双室波形钢腹板缩尺试验梁的桥面板横向受力特点和箱梁框架变形进行分析.结合试验结果和波形钢腹板箱梁的力学特点,提出了一种刚架模型,并将波形钢腹板箱梁桥面板的横向内力计算结果与传统箱梁框架模型和公路桥规中... 详细信息

通过静力试验,对单箱双室波形钢腹板缩尺试验梁的桥面板横向受力特点和箱梁框架变形进行分析.结合试验结果和波形钢腹板箱梁的力学特点,提出了一种刚架模型,并将波形钢腹板箱梁桥面板的横向内力计算结果与传统箱梁框架模型和公路桥规中的简支板与连续板模型的横向内力计算结果进行对比.结果表明:刚架模型和箱梁框架模型的计算结果与试验值较为吻合,误差均在10%以内;简支板与连续板模型的计算结果则较为保守,与试验值的误差在20%左右;与箱梁框架模型相比,刚架模型比较简单,并且考虑了波形钢腹板线刚度与混凝土桥面板线刚度比值对混凝土桥面板横向内力的影响.

关键词：波形钢腹板箱梁横向内力模型试验桥面板刚架模型

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波形钢腹板箱梁桥面板横向温度效应分析

哈尔滨工程大学学报 2019年第5期40卷 974-978页

作者：赵品叶见曙东南大学交通学院江苏南京210096

针对我国公路桥涵设计规范仅给出混凝土箱梁的温度梯度模式,并未涉及波形钢腹板箱梁温度梯度模式的不足,本文鉴于2种箱梁结构的构造特点及力学性能的差异,对某波形钢腹板连续箱梁桥进行了为期1 a的温度效应观测。研究了其日照温度场分... 详细信息

针对我国公路桥涵设计规范仅给出混凝土箱梁的温度梯度模式,并未涉及波形钢腹板箱梁温度梯度模式的不足,本文鉴于2种箱梁结构的构造特点及力学性能的差异,对某波形钢腹板连续箱梁桥进行了为期1 a的温度效应观测。研究了其日照温度场分布规律,提出了波形钢腹板箱梁温差计算模式;且基于温度梯度模式得出了箱梁桥面板的横向内力。结果表明:箱梁桥面板同一高度各测点的温度变化规律一致,沿桥面板横向的各测点混凝土温度变化规律均呈正弦曲线变化趋势;基于二维温度梯度模式的结构力学方法计算结果与有限元结果吻合,可以为该地区波形钢腹板箱梁温度效应产生的温度应力值提供参考。

关键词：桥梁工程波形钢腹板箱梁桥面板太阳辐射温度梯度温差效应横向内力有限元模型

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变截面波形钢腹板连续梁的抗弯性能试验研究

哈尔滨工程大学学报 2023年第3期44卷 425-433页

作者：赵品韩恒涛荣学亮陈伟石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043

为研究变截面波形钢腹板连续组合箱梁的抗弯性能,本文使用液压伺服系统通过逐级加载的方式,对一片三跨波形钢腹板连续模型梁进行了静力试验,研究了在对称荷载与偏心荷载作用下波形钢腹板连续箱梁的破坏模态和变形、不同截面上应变分布... 详细信息

为研究变截面波形钢腹板连续组合箱梁的抗弯性能,本文使用液压伺服系统通过逐级加载的方式,对一片三跨波形钢腹板连续模型梁进行了静力试验,研究了在对称荷载与偏心荷载作用下波形钢腹板连续箱梁的破坏模态和变形、不同截面上应变分布、体外预应力束增量以及极限承载力等,从而明确波形钢腹板连续组合箱梁的破坏失效过程。研究结果表明:在弹性范围内,边跨与中跨的混凝土顶底板纵向应变呈线性变化,符合箱梁理论中提出的“拟平截面”假定;中跨偏载作用下,边跨处的偏载效应大于中跨,这不仅与边跨跨径较短有关,同时与横隔板数量和位置有关。试验梁的开裂荷载为破坏荷载的30%,中跨与边跨挠度变化速率均在底板混凝土开裂后变大,边跨跨中混凝土顶底板应变在中支座开裂后应变发生突变,增长速率变大,并一直持续至加载结束;最终破坏时刻,在中跨加载点位置混凝土顶底板出现斜向裂缝并发生断裂,钢腹板发生屈曲破坏;体外预应力筋在破坏阶段承载了较高的应力,对模型梁的抗弯性能贡献较大。试验研究成果可为波形钢腹板连续组合箱梁的工程应用提供一定参考。

关键词：桥梁工程波形钢腹板箱梁变截面连续梁模型试验抗弯性能体外预应力极限状态破坏失效

基于Reissner原理的波形钢腹板箱梁约束扭转分析

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西南交通大学学报 2022年第5期57卷 1137-1145页

作者：黄洪猛张元海兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为更加合理地分析波形钢腹板箱梁约束扭转效应,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演了翘曲正应力和剪应力计算式,应用Reissner原理建立了波形钢腹板箱梁约束扭转控制微分方程,给出了不同于乌曼斯基第二理论的翘曲系数公式.通过简支梁数值算例... 详细信息

为更加合理地分析波形钢腹板箱梁约束扭转效应,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演了翘曲正应力和剪应力计算式,应用Reissner原理建立了波形钢腹板箱梁约束扭转控制微分方程,给出了不同于乌曼斯基第二理论的翘曲系数公式.通过简支梁数值算例验证了所推导公式的正确性,并分析了腹板厚度和悬臂板宽度变化对箱梁横截面应力的影响.研究结果表明:相对于乌曼斯基第二理论,基于Reissner原理计算的应力与有限元解吻合更好;按乌曼斯基第二理论与按Reissner原理计算的翘曲系数的比值可达到4.70;波形钢腹板主要承担剪应力,几乎不承担翘曲正应力,而顶底板既承担翘曲正应力也承担剪应力,应对顶底板予以重视,防止斜裂缝的产生;腹板厚度增大能减小翘曲正应力;随着悬臂板宽度的增大,当悬臂板宽度比大于0.10时,翘曲正应力减小,而当悬臂板宽度比大于0.30时,总剪应力几乎无变化.

关键词：波形钢腹板箱梁约束扭转 Reissner原理翘曲系数翘曲正应力扭转剪应力

波形钢腹板箱梁桥面板横向内力计算的框架分析法

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东南大学学报（自然科学版） 2012年第5期42卷 940-944页

作者：赵品叶见曙东南大学交通学院南京210096

基于框架分析法的基本原理,结合波形钢腹板箱梁的结构特点和力学特性,建立了适用于其桥面板横向内力的计算模型.该计算模型能够反映横向框架作用和箱梁畸变效应对桥面板横向内力的影响.通过与相关室内模型试验数据和有限元分析结果的对... 详细信息

基于框架分析法的基本原理,结合波形钢腹板箱梁的结构特点和力学特性,建立了适用于其桥面板横向内力的计算模型.该计算模型能够反映横向框架作用和箱梁畸变效应对桥面板横向内力的影响.通过与相关室内模型试验数据和有限元分析结果的对比可知,框架分析法计算值与有限元结果、试验值吻合,误差均在10%以内,验证了此计算模型的正确性.并采用上述模型分析了钢腹板线刚度变化对桥面板横向内力的影响,结果表明在波形钢腹板箱梁截面上的腹板间距确定的条件下,波形钢腹板与混凝土顶板的线刚度比是影响桥面板横向内力的重要因素.

关键词：波形钢腹板箱梁框架分析法桥面板横向内力畸变效应线刚度比

波形钢腹板箱梁余弦剪滞函数引起的附加轴力分析

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公路工程 2018年第5期43卷 1-4页

作者：柳兴成蔺鹏臻兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室甘肃兰州730070 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为了分析波形钢腹板箱梁在剪力滞效应计算时由于未考虑中性轴的偏移而引起的附加轴力的影响,利用受弯梁的截面不受轴力的静力平衡条件,推导出波形钢腹板箱梁在余弦剪滞翘曲位移函数下的附加轴力计算公式。引入附加轴力影响系数来衡量附... 详细信息

为了分析波形钢腹板箱梁在剪力滞效应计算时由于未考虑中性轴的偏移而引起的附加轴力的影响,利用受弯梁的截面不受轴力的静力平衡条件,推导出波形钢腹板箱梁在余弦剪滞翘曲位移函数下的附加轴力计算公式。引入附加轴力影响系数来衡量附加轴力的相对大小,分别针对简支梁、悬臂梁和连续梁在集中荷载和均布荷载作用下的附加轴力影响系数进行数值分析。结果表明:在两种荷载工况下,附加轴力影响系数相对较小,基本都在2%之内,对剪力滞效应的影响可忽略不计。

关键词：波形钢腹板箱梁剪力滞效应集中荷载均布荷载附加轴力

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波形钢腹板箱梁的多维应力及疲劳特性研究

波形钢腹板箱梁的多维应力及疲劳特性研究

作者：柳兴成兰州交通大学

学位级别：硕士

波形钢腹板箱梁以其受力明确及材料的高利用率在我国得到了快速发展,它在解决了混凝土箱梁腹板开裂的同时,还以其自重轻的特性提高了桥梁的跨越能力。作为钢混组合箱梁,疲劳裂纹的产生是影响结构使用寿命的因素之一。而我国对于此类箱... 详细信息

波形钢腹板箱梁以其受力明确及材料的高利用率在我国得到了快速发展,它在解决了混凝土箱梁腹板开裂的同时,还以其自重轻的特性提高了桥梁的跨越能力。作为钢混组合箱梁,疲劳裂纹的产生是影响结构使用寿命的因素之一。而我国对于此类箱梁的疲劳性能研究还很单一,因此,针对多因素影响的疲劳特性研究是很有必要的。波形钢腹板箱梁在公路桥梁中的使用较为广泛,而公路桥梁在运营阶段所受的车辆荷载横向位置多变,以偏心为主,在此基础上,全面考虑波形钢腹板箱梁的剪力滞效应、波形钢腹板的剪切变形、扭转和畸变,提出基于多维应力的疲劳分析方法,结合ANSYS有限元软件建模分析,为该类型箱梁的疲劳分析提供理论依据,主要研究内容如下:(1)考虑波形钢腹板的剪切变形,合理定义翘曲位移函数,提出一种考虑波形钢腹板和混凝土顶、底板在其自身平面内的全截面剪切变形的内力及挠度计算方法。结果表明:波形钢腹板箱梁截面内任一点的弯曲正应力与腹板的剪切变形无关,而与定义的翘曲位移函数和截面的几何特性有关。结合算例,计算可得,全截面剪切变形效应对单箱单室波形钢腹板箱梁挠度的贡献最大为36.12%,对单箱双室波形钢腹板箱梁挠度的贡献最大为40.91%。(2)基于周边不变形假设,根据微元体的平衡条件,推导出约束扭转的控制微分方程,利用初参数法,得到了在各种荷载作用下的初参数方程。通过算例分析,底板处的约束扭转翘曲正应力值占弯曲正应力值的26%,应给与一定的重视。(3)以畸变角为畸变位移,采用约束扭转的分析方法,建立畸变变形模式下的基本分析公式,采用能量变分法和初参数法,推导出畸变的控制微分方程,并求出其初参数解。结合算例,验证了公式的正确性,畸变翘曲正应力达到了弯曲正应力的27%左右,可以看出波形钢腹板箱梁的畸变效应相比于传统的混凝土箱梁较为突出。(4)为了能够更加准确地分析波形钢腹板箱梁疲劳细节处的应力幅,针对波形钢腹板箱梁在扭转和畸变分析时不可忽略的翘曲正应力值,提出一种基于多维应力的疲劳分析方法。通过算例分析,波形钢腹板箱梁在疲劳分析时,扭转和畸变所产生的翘曲正应力值占弯曲正应力的37%左右,应加以重视。(5)为了建立基于多维应力的疲劳设计方法,针对一波形钢腹板箱梁实例,拟合了其疲劳细节处的S-N曲线,根据多维应力的影响,得出了适用于波形钢腹板箱梁的修正S-N曲线,同时提出了波形钢腹板箱梁疲劳细节在国内外规范中的分类建议。结合实际的波形钢腹板箱梁桥,建立有限元模型,针对有可能发生疲劳破坏的疲劳细节,进行了疲劳寿命估算,结果表明都满足设计要求。同时根据疲劳破坏的特点,提出了几点预防疲劳破坏的建议。

关键词：波形钢腹板箱梁多维应力弯曲扭转畸变疲劳

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考虑界面滑移效应的波形钢腹板箱梁解析解

建筑科学与工程学报 2022年第6期39卷 94-101页

作者：许晶郑智仁孔华辉何桂峰中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 保利(甘肃)实业投资股份有限公司甘肃兰州730070

为研究界面滑移效应对改进型波形钢腹板箱梁的影响,考虑腹板剪切变形及截面轴力自平衡条件建立了组合箱梁桥的控制微分方程,进而推导出简支箱梁的滑移位移函数和翼缘板最大纵向位移差函数表达式。以受均布荷载的改进型波形腹板组合箱梁... 详细信息

为研究界面滑移效应对改进型波形钢腹板箱梁的影响,考虑腹板剪切变形及截面轴力自平衡条件建立了组合箱梁桥的控制微分方程,进而推导出简支箱梁的滑移位移函数和翼缘板最大纵向位移差函数表达式。以受均布荷载的改进型波形腹板组合箱梁为算例,基于箱梁荷载工况和边界条件,得到了组合箱梁桥挠度、上下翼缘板截面正应力和剪滞系数表达式。利用有限元软件,通过在翼缘和腹板间添加弹性连接单元模拟滑移效应,验证提出的理论方法的正确性。最后,采用推导的理论公式研究了剪切抗滑移刚度对组合箱梁桥截面正应力、剪滞系数和挠度的影响规律。结果表明:理论解与有限元模拟结果吻合较好,提出的理论公式可用于结构设计或软件开发;剪切抗滑移刚度对组合箱梁翼缘截面正应力及挠度影响较大;在均布荷载作用下,与不考虑滑移效应相比,考虑滑移效应后的上翼缘截面正应力减小7.44%,下翼缘截面正应力增大6.79%,箱梁桥跨中挠度增大8.8%;剪切抗滑移刚度对组合箱梁翼缘板剪滞系数的影响较小,影响幅度在1%以内。

关键词：波形钢腹板箱梁界面滑移效应剪滞效应能量变分法挠度