单索面斜拉桥活载作用下主梁负剪力滞效应研究

以沈阳某单索面斜拉桥为研究背景,采用有限元理论,通过建立空间有限元模型研究了单索面斜拉桥主梁成桥阶段均布车载及偏载对控制截面最大负弯矩加载情况下截面的受力特性和负剪力滞效应.结果表明:在车辆荷载作用下,主梁各板产生了横向弯曲正应力及剪应力,使截面应力发生了变化;对控制截面最大负弯矩加载时,各控制截面剪力滞系数为0.64~0.983,主梁截面出现负剪力滞效应.偏载作用使得箱梁截面应力分布很不均匀,但其应力量值小于均匀车载作用下的应力水平,偏载工况并不控制箱梁截面设计.     

混凝土薄壁箱梁温度效应的变分解

在迄今所修建的混凝土箱梁桥中,不论是其施工阶段或运营阶段,箱梁上均存在较为普遍的开裂现象,造成这一现象的原因之一可能是现有箱梁温度应力的计算方法一般沿用的是工字型截面梁的计算方法,即没有考虑箱梁顶板的横向变形所导致的影响。本文基于"等效荷载法"采用能量变分法原理对等截面矩形箱梁的温度应力进行了详细的分析和理论推导,并编制了相关计算程序,其算例分析结果与ANSYS计算结果吻合较好,表明了本文方法的正确性。同时分析结果表明,箱梁在梯度温度作用下,按常规方法计算出的纵向拉应力要小于采用本文方法的计算结果,两者相差最大可达28.2%,且在顶板下缘其横向拉应力与纵向拉应力相当,因此在设计中不考虑其横向效应是偏于不安全的,应予以充分重视。     

预应力混凝土箱梁横向框架效应有限元分析

以预应力混凝土箱梁桥顶板纵向开裂为工程背景,以箱梁顶板与腹板交接处两个角点的转角为基本未知量,基于箱梁纵向一维单元,利用最小势能原理推导出箱梁横向框架效应有限单元法的单元刚度矩阵,及相应的单元等效节点力,对比计算表明,该有限单元法计算精度与理论分析基本一致。实桥分析表明：现行规范计算箱梁角点弯矩相对安全,对于中点弯矩相对偏于不安全,设计过程不充分考虑混凝土箱梁横向框架效应可能导致顶板的纵向开裂。本文提出的有限单元法具有概念简单、运算速度快等优点,弥补了目前商业程序的不足,对工程设计具有一定的参考意义和推广价值。     

THE SHEAR LAG EFFECT OF BOX BEAMS WITH VARYING LATERAL LOADING LOCATIONS 1)

对箱梁各翼板(顶板、悬臂板、底板)分设不同剪力滞广义纵向位移,其横向分布均取二次抛物线形式,并引入载荷横向位置参数η,以分析载荷横向变位对剪力滞效应的影响.运用能量变分原理,建立剪力滞控制微分方程,求解了简支梁和悬臂梁在均布载荷作用下的控制微分方程的解.算例分析表明:载荷横向变位改变直接承受载荷的翼板的正负剪力滞特性,对非直接承载翼板只改变其应力幅度;箱梁横向框架效应对直接承载翼板纵向应力的贡献远远大于剪切变形.与块体有限元分析结果较吻合,表明该算法能较准确分析载荷横向变位作用下箱梁剪力滞的变化规律.     

预应力钢棒加固T梁桥横隔板试验研究

针对T梁桥横隔板开裂、破损的问题,采用预应力钢棒对T梁横隔板进行加固。本文根据T梁桥的结构特点,提出了预应力钢棒的张拉位置及张拉力大小的确定原则,对横隔板的受力进行了分析。加固过程对横隔板裂缝宽度、张拉力进行了监测;对加固前后相同位置的受力情况进行了对比分析。结果表明:预应力钢棒加固T梁后,横隔板储备的压应力可以抵消活载产生的拉应力,横隔板裂缝宽度大大减小,且在荷载作用下裂缝不再扩展;桥梁横向分布性能大大改善,主梁挠度最大可以减少20%以上。采用预应力钢棒加固T梁横隔板效果良好。     

变宽截面箱梁剪力滞效应研究

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。     

大吨位基桩抗压载荷试验中的锚桩预应力保护技术

竖轴向承载力是桩基础设计的重要参数,现场静载试验是目前确定桩基承载力的主要手段之一。本文依托黄陵—延安段高速公路洛河特大桥试桩工程,通过对原有工程桩施加预应力,形成了以工程桩为锚桩的锚拔体系。加载过程中试桩应力、锚桩应力及桩顶位移测试,结果表明,结合预应力技术,以工程桩作为锚桩构成桩基础静载试验的锚拔体系是可行的,同时提出了施加预应力大小的原则、方法以及确保后期曾作为锚桩的工程桩有足够承载能力应采取的必要措施。     

单箱三室箱梁剪力滞效应的试验研究

为开展单箱三室箱梁剪力滞效应的试验研究,制作了有机玻璃简支箱梁模型,对试验模型进行了分级加载。对该试验箱梁进行集中加载,分别作用于跨中截面四腹板上方、两对称边腹板上方和两对称中腹板上方。采用DH3816应变采集仪测得跨中及四分之一跨截面各关键点应变值,用百分表测得箱梁各关键截面挠度值。测量得到的截面应力分布规律验证了箱梁截面剪力滞效应的存在。对该有机玻璃简支箱梁,利用有限元方法和模型试验方法,研究了3种集中力工况下截面的剪力滞分布规律。结果表明,集中力作用下单箱三室箱梁各翼板间存在明显的剪力滞效应,且荷载的横向作用位置对箱梁截面剪力滞效应影响较大。     

考虑畸变影响的箱梁横向弯矩计算方法

为研究偏心垂向荷载作用下梯形截面单室箱梁的横向弯矩,对框架分析法计算箱梁横向弯矩的方程进行优化,并在刚性支承法的基础上提出一种更加简单的横向弯矩计算方法;与框架分析法不同,横向弯矩可采用能量变分法求解,建立以箱梁顶板剪力差为未知量的四阶控制微分方程,采用比拟的弹性地基梁解法解出剪力差,得出梯形截面单室箱梁横向弯矩的能量变分法解。对几种箱梁横向弯矩计算方法用两个算例进行验证,结果表明,能量变分法解将箱梁底板上的弯矩误差绝对值由15.41%降到了9.68%;本文方法得出的横向弯矩结果和有限元结果吻合较好,弯矩误差绝对值最大不超过6.01%;本文方法和能量变分法可有效降低箱梁底板上的弯矩误差,计算精度得到提高。     

钢筋混凝土箱梁近场爆炸响应的试验与数值模拟

为了研究近场爆炸作用下单箱三室混凝土箱梁的动力响应和破坏特征，开展了缩比试件爆炸试验和数值模拟。以原型桥梁主梁截面按1∶3缩比设计和制作了箱梁试件，测量了3 kg TNT药柱爆炸作用下试件的反射超压、钢筋应变、竖向位移及破洞形态；采用LS-DYNA软件进行了箱梁爆炸响应模拟，结合试验数据验证了数值模拟方法的可靠性；分析了TNT当量、起爆位置、混凝土强度、配筋率对箱梁抗爆性能的影响。结果表明：3 kg TNT药柱于箱梁中间箱室中心正上方0.4 m处起爆时，在中间箱室顶板中心形成一个椭圆形的贯穿破口，破口沿横、纵桥向长度分别为41.50、45.50 cm；中间箱室顶板底面的混凝土发生大面积剥落，呈现喇叭状冲切破坏特征；多室箱梁的超宽截面形式使得其爆炸响应沿横桥向分布不均匀；箱梁底板竖向位移峰值和钢筋应变峰值随药量的增大而增大，采用最小二乘法得到了对应的拟合曲线表达式；不同起爆位置下，中间箱室底板中心的竖向位移均大于两侧箱室中心的。     

简支及悬臂箱梁在角隅轴向荷载作用下的翼板纵向应力

基于能量变分原理，拟定轴向荷载作用下箱梁的纵向位移函数，得到关于翼板剪切变形引起的位移差函数的基本微分方程，继而推导出箱梁翼板纵向应力表达式，并首次得出角隅轴向荷载作用下翼板出现应力不均匀分布的荷载及边界条件。通过对一模型箱梁进行计算，并与通用有限元软件ANSYS壳单元计算结果进行比较，验证了该方法和所推导公式的正确性。研究结果表明，当作用于简支箱梁截面角隅处的轴向荷载（合力无偏心）为集中或分布荷载时，翼板不产生纵向应力不均匀现象；当作用于悬臂箱梁截面角隅处的轴向荷载（合力无偏心）为集中荷载时，翼板不产生纵向应力不均匀现象，而当荷载轴向分布时，翼板将产生纵向应力不均匀现象。实际工程中，横力弯曲使悬臂箱梁产生剪力滞效应，这种效应会与轴向分布荷载产生的效应叠加，设计时对此应予以充分考虑。     

箱梁静力分析的三维有限单元法

采用三维梁、板单元 ,解决了薄壁箱梁的静力计算问题。结合在偏心荷载作用下箱梁的具体算例 ,给出箱梁翼板和腹板的翘曲正应力和剪应力分布曲线 ,并讨论了用荷载等效分解法计算箱梁时存在的一些问题     

箱梁剪力滞计算的三维退化梁板单元法

采用三维退化梁、桥单元组合的方法,分析了薄壁箱形梁在对称荷载作用的弯曲问题。通过具体算例,给出箱梁翼板上下表面的弯曲正应力分布曲线,讨论了横向荷载作用位置变化对箱梁剪力滞效应的影响,为该类问题的计算提供了一种较为行之有效的方法。     

Point-wise impulse (blast) response of a composite sandwich plate including core compressibility effects

This work analyzes the nonlinear impulse response of a composite sandwich plate exposed to a sudden point-wise transverse loading on the top face sheet. The nonlinearity arising from the core compressibility in the thickness direction is modeled and incorporated into the constitutive relations explicitly. As such, one can have a deep insight regarding the stress, strain and displacement profiles into the sandwich plate. The sandwich plate is assumed to be perfectly bonded at the face sheet/core interfaces. The equations of motion are formulated using Hamilton’s principle. The simply supported case is used to illustrate the procedure for solving the nonlinear equations. Numerical results are presented to demonstrate the response in terms of the transverse deformation and stresses in the composite sandwich plate. The effects of the variation of the geometrical parameters of the structure on the blast impulse response are also studied. Some conclusions are suggested regarding the associated optimal design of sandwich plates.     

Modified von Kármán equations for elastic nanoplates with surface tension and surface elasticity

In this paper, modified von Kármán equations are derived for Kirchhoff nanoplates with surface tension and surface tension-induced residual stresses. The simplified Gurtin-Murdoch model which does not contain non-strain displacement gradients in surface stress-strain relations is adopted, so that the von Kármán strain-compatibility equation can be expressed in terms of the stress function and deflection. The modified von Kármán equations derived here are different than the existing related models especially for elastic plates with in-plane movable edges. Unlike the existing models which predict a surface tension-induced tensile pre-stress for an elastic plate with in-plane movable edges, the present model predicts that this tensile pre-stress is actually cancelled by the surface tension-induced residual compressive stress. Our this result is consistent with recent clarification on similar issue for cantilever beams with surface tension, which implies that the existing models have incorrectly predicted an invalid tensile pre-stress for an elastic plate with in-plane movable edges which leads to significant overestimation of postbuckling load and free vibration frequencies. In addition, our numerical examples indicated that surface stresses can moderately increase or decrease postbuckling load and free vibration frequency of Kirchhoff nanoplate with all in-plane movable edges, depending on the surface elasticity parameters and the geometrical dimensions of nanoplates.     

点支撑预应力中厚矩形板的弯曲

基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形板理论，讨论在预加面内机械荷载或温度场作用下，点支撑中厚矩形板的弯曲问题。温度场假定沿板表面为均布，沿板厚方向为线性分布的。利用考虑剪切变形影响的Timoshenko梁函数，采用Rayleigh-Ritz法给出不同边界条件下点支撑中厚板在横向荷载作用下的挠度和弯矩分布。结果表明，均匀温度场与预加面内压力将使板的挠度和弯矩增加。支撑点位置的变化、边界约束条件和横向剪切变形效应都对板的内力大小和分布有显著影响。     

Moment-curvature relations for a pseudoelastic beam

Pseudoelastic bodies have very simple stress-strain diagrams for uniaxial tensile and compressive loading. In particular, yield and recovery occur at fixed stresses. And yet, the moment-curvature diagrams for bending and unbending of a beam are fairly complex, because the stress and strain fields are non-uniform. The paper shows stress profiles within the beam for pure bending and arrives at explicit equations for loading and unloading curves.     

基于新型广义位移的箱形梁扭转单元及应用

为了改进变截面连续箱梁桥的扭转分析理论,将截面总扭转角分解为自由翘曲扭转角和约束剪切扭转角,选取自由翘曲转角扭率作为广义位移,提出一个2节点8自由度的扭转梁段单元。从约束扭转控制微分方程出发,推导单元刚度矩阵及等效节点荷载列阵。引入应力增大系数,以反映约束扭转对初等梁应力的增大效应。数值算例验证了本文梁段单元的可靠性。最后对一个三跨变截面连续箱梁桥进行分析,结果表明,双力矩影响线与弯矩影响线较为类似,按双力矩影响线进行最不利荷载加载时最大应力值偏小;应力增大系数在集中荷载作用截面出现极值,均发生在腹板与顶板交点处;利用偏载放大系数来考虑扭转附加效应时,不宜考虑弯曲正应力较小及翘曲正应力出现极值的梁段区域。