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。     

高架桥混凝土多室箱梁水压爆破破碎机理数值模拟

高架桥钢筋混凝土箱梁属于薄壁空腔结构,钢筋含量高,难以进行钻孔爆破破碎。以武汉沌阳高架桥爆破拆除工程为背景,提出了采用水压爆破破碎多室钢筋混凝土箱梁的方案,并采用动力有限元数值模拟方法模拟了全封闭多室箱梁结构的水压爆破破坏过程,研究了炸药在水中爆炸后诱发的冲击波和爆生气体对下箱梁结构的双重作用过程;在对数值模拟与实际爆破效果分析基础上,探讨了箱梁水压爆破方案的药包布置方式、爆破参数和起爆顺序等。     

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。     

翼板变厚度箱形梁的剪力滞效应分析

针对翼板厚度沿截面宽度方向线性变化的混凝土箱形梁，利用势能变分原理对其进行剪力滞效应分析.选取剪力滞效应引起的附加挠度作为描述剪力滞变形状态的广义位移，并考虑轴力平衡条件对剪力滞效应的影响.将简支箱梁在均布荷载和集中荷载作用下的理论计算值与有限元值进行对比，结果表明:采用该文分析方法得到的计算值与有限元值吻合良好，证实了该文分析方法的正确性.与将翼板变厚度箱梁简化为等厚度箱梁的计算方法相比，考虑翼板厚度变化的计算方法可提高计算精度，误差减小量最大达到了5.65%.     

钢桁腹式混凝土组合箱梁的扭转效应分析

结合钢桁腹式混凝土组合箱梁的结构特点,基于薄壁箱梁扭转理论,推导出组合箱梁闭口断面的混凝土顶底板和换算钢腹板的扭转翘曲应力表达式,进而推导出组合箱梁约束扭转控制微分方程;利用初参数法求解微分方程,并分析出翘曲双力矩以及扭转翘曲正应力随梁跨的变化规律.通过有限元模拟分析,将有限元值和理论值进行比较,结果吻合良好.研究表明,翘曲双力矩在集中扭矩作用处达到最大值,并且衰减速度很快,使得该处箱梁截面的翘曲应力达到最大值,箱梁的翘曲双力矩在远离集中扭矩作用处几乎为零,翘曲正应力也几乎为零;有限元数值与理论数值的差值百分比在10％以内,说明本文建立的理论计算方法合理可行.     

单箱双室组合箱形梁桥静力学特性的研究

为了准确分析单箱双室波纹钢腹板组合箱梁的竖向弯曲力学性能,考虑了组合箱梁的剪力滞、剪切变形、腹板褶皱效应以及剪滞翘曲应力自平衡等因素,设置了3个剪滞纵向翘曲位移差函数,进而基于能量变分法建立了组合箱梁的弹性控制微分方程和自然边界条件。研究表明,褶皱效应对组合箱梁力学性能具有一定影响,且集中荷载下组合箱梁的褶皱效应更为突出;简支边界条件下,组合箱梁剪力滞效应明显,特别是集中荷载组合箱梁的剪力滞效应趋强;本文方法具有一定的理论和工程实用价值,且对该类结构设计具有重要的指导作用。     

Shear deformable finite beam elements for composite box beams

The shear deformable thin-walled composite beams with closed cross-sections have been developed for coupled flexural, torsional, and buckling analyses. A theoretical model applicable to the thin-walled laminated composite box beams is presented by taking into account all the structural couplings coming from the material anisotropy and the shear deformation effects. The current composite beam includes the transverse shear and the restrained warping induced shear deformation by using the first-order shear deformation beam theory. Seven governing equations are derived for the coupled axial-flexural-torsional-shearing buckling based on the principle of minimum total potential energy. Based on the present analytical model, three different types of finite composite beam elements, namely, linear, quadratic and cubic elements are developed to analyze the flexural, torsional, and buckling problems. In order to demonstrate the accuracy and superiority of the beam theory and the finite beam elements developed by this study,numerical solutions are presented and compared with the results obtained by other researchers and the detailed threedimensional analysis results using the shell elements of ABAQUS. Especially, the influences of the modulus ratio and the simplified assumptions in stress–strain relations on the deflection, twisting angle, and critical buckling loads of composite box beams are investigated.     

大跨度钢箱梁结构桥面铺装早期破坏的分析

通过对一国内某悬索桥的桥面铺装早期开裂的分析，结合现场裂缝检测、钻芯取样试验得出：①利用有限元方法进行悬索桥桥面铺装应力分析，必须考虑荷载作用下U形肋加强处的负弯矩效应，通过实体单元与板单元相结合的方法模拟箱梁与桥面铺装；②钢桥面板U形肋结构参数的最优化设计是防止桥面铺装早期开裂的有效方法．     

单箱双室简支箱梁剪切变形及剪力滞双重效应分析

基于各个翼板选取不同的最大剪切转角差为剪力滞广义位移,应用能量变分原理分别推导出了考虑和不考虑剪切变形时单箱双室截面控制微分方程组,结合边界条件给出了箱梁纵向应力和竖向挠度的初参数解,从力学、数学角度上证实了剪切变形和剪力滞效应是两个相对独立的力学行为,进一步阐述了二者对箱梁的影响,即剪切变形对箱梁截面纵向应力无影响,但是对竖向挠度有很大的影响.数值算例表明,利用该文解和数值解分析跨中截面剪力滞系数横向分布规律,二者吻合程度良好,其横向分布规律与单室箱梁类似,唯独不同之处是边腹板处的剪力滞效应比中腹板处的剪力滞效应略微大一些;挠度计算表明,剪切效应使得该箱梁在集中和均布荷载作用下跨中挠度分别增大4.6%和2.7%.     

常截面悬臂箱梁跨间作用集中力和集中弯矩时负剪力滞效应的分析

本文按翼缘板纵向位移函数为4次抛物线变化规律研究跨间承受一集中力及集中弯矩时的负剪力滞效应。采用变分法求解,并探讨影响负剪力滞效应的有关因素,通过模型试验验证理论分析的正确性。