剪力滞效应对箱形梁挠度影响的研究

从剪力滞翘曲应力的轴向平衡条件出发,选取双室箱梁的合理翘曲位移函数,引入相应于剪力滞翘曲变形的惯性矩和惯性积等几何特性,用能量变分法建立薄壁箱梁剪力滞效应分析的控制微分方程。通过求解控制微分方程,导出集中荷载和均布荷载作用下简支箱梁和悬臂箱梁的挠度公式及有限梁段单元刚度矩阵,模型试验和ANSYS壳单元计算结果证实了其正确性。结合简支、悬臂和连续箱梁数值算例,具体分析剪力滞效应对箱梁挠度的提高程度。结果表明,无论在集中荷载还是均布荷载作用下,剪力滞效应对简支箱梁的挠度均有显著提高。在集中荷载作用下,剪力滞效应对连续箱梁挠度的提高可达14%;对于跨宽比约为4.0～6.0的简支箱梁,可将按初等梁计算的跨中挠度乘以提高系数1.05～1.11;计算悬臂箱梁的挠度时,一般可以忽略剪力滞效应的影响。     

基于能量变分法的钢底板波形钢腹板组合箱梁畸变效应分析

为合理分析钢底板波形钢腹板梯形箱梁的畸变效应，按各板件面内外抗弯刚度不变的原则将全截面等效为钢材，利用圣维南原理考虑顶底板对波形钢腹板的约束作用，修正畸变扇性坐标分布模式，基于能量变分法建立畸变控制微分方程。与已有文献及有限元进行对比分析，并研究腹板俯角和波形钢腹板厚度变化对畸变翘曲正应力的影响。结果表明，本文解析解与文献解及ANSYS解均吻合较好；基于圣维南原理修正后的扇形坐标分布模式更合理；利用本文等效方法亦可分析传统波形钢腹板组合箱梁的畸变效应；腹板俯角的设置有利于减小畸变翘曲正应力；波形钢腹板厚度变化对腹板与底板交接处的畸变翘曲正应力影响显著。     

H形钢梁考虑有限翘曲约束刚度的扭转效应分析

为考虑半刚性连接对H形钢梁翘曲变形的有限约束，引入翘曲约束刚度的概念，提出介于简单支承和固定支承之间的半刚性连接H形钢梁约束扭转计算方法。结合数值算例，验证本文方法的正确性，详细分析翘曲约束刚度变化对翘曲正应力和二次剪应力的影响。研究结果表明：翘曲约束刚度引起的双力矩沿跨度呈线性变化，翘曲正应力随翘曲约束刚度的增大而减小，二次剪应力随翘曲约束刚度的增大而增大。     

陡倾滑面滑坡锯齿形抗滑桩力学性能研究

陡倾滑面滑坡推力竖向分力显著,基于滑坡推力水平假定与普通抗滑桩相互作用不充分这一问题,建立锯齿形抗滑桩结构。依据梯形分布滑坡推力的假设,推导了受荷段内力计算公式,采用Winkler弹性地基理论推导了锚固段内力计算公式,并开展锯齿形抗滑桩的力学性能研究。分析表明,(1)随着滑面倾角的增加,锯齿形抗滑桩的受荷段、锚固段的弯矩、剪力以及侧应力均减小,内力减小幅度随之增大;(2)滑面倾角在20°～40°时,随着滑面倾角的增加,锚固段的理论最小长度在逐渐增加,40°时锚固段的长度为4.2 m达到最大值,且该长度仅占整个桩长35%,远小于按现行规范取得的锚固段长度最大值(1/2总桩长),桩侧摩阻力就可以完全满足竖向力学平衡;(3)将锯齿形抗滑桩与普通抗滑桩内力对比,受荷段和锚固段的弯矩减小34%、剪力减小36%及桩侧应力减小幅度大于30%,力学性能良好。     

墩底设置无黏结钢筋的铁路重力式桥墩在静力作用下的抗震性能分析

为了提高铁路重力式桥墩的延性性能，提出了在墩底局部设置无黏结钢筋的设计方法。设计5个不同无黏结钢筋类型的桥墩，采用数值分析方法研究无黏结钢筋数量及无黏结高度对桥墩抗震性能的影响。研究结果表明：墩底设置无黏结钢筋可有效改善铁路重力式桥墩的延性性能，且对桥墩的承载能力和刚度影响较小，但是会增加桥墩滞回曲线形状的“捏缩”效应；无黏结钢筋比例越大，桥墩的延性性能越好，钢筋无黏结高度在一定范围内对桥墩延性性能的影响较大；数值分析验证了在墩底布置无黏结钢筋的方法提高延性抗震性能的可行性。本研究成果可应用于铁路重力式桥墩抗震设计研究领域。     

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。     

水动力作用下流冰撞击闸墩的动力响应研究

高寒地区河冰撞击河道的闸墩结构会产生极端冰载荷和冰激振动，水的动力效应使得碰撞过程更加复杂。采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法，考虑作用在流冰和闸墩表面的流体力，建立了水-冰-闸墩耦合模型，探究了偶然极端条件下冰-闸墩碰撞的力学特性，设计了冰-砼碰撞实验。结果表明：冰-砼碰撞实验中，撞击力的模拟结果与实验结果吻合良好；对流固耦合的水动力效应分析发现，水-冰-闸墩耦合模型能够体现水的流体特性，在流冰撞击闸墩近场逼近过程中，初始时刻水的动力效应能够增加流冰的动能，撞击楔入闸墩过程中，水介质形成一个瞬态高压力场，产生水垫效应吸收冰体部分动能，从而抑制流冰运动；在不同流冰体积和压缩强度工况下，闸墩结构所承受的冰力随着流冰体积的增大而增大，流冰压缩强度对冰力的影响较小，流冰损伤与闸墩结构响应主要集中在碰撞接触区，流冰撞击闸墩结构引起冰激振动，流冰体积对闸墩振动加速度的影响较大，相同体积的流冰随着压缩强度的增大，振动幅值差异不明显，表明流冰体积是影响冰-闸墩碰撞的关键参数。     

考虑梗腋影响的波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应研究

考虑梗腋在波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的影响,通过剪力流公式定义了考虑梗腋影响的修正系数,运用变分法得到对应的微分方程,然后求出简支波形钢腹板组合箱梁在集中荷载作用下的剪力滞系数计算公式,采用数值模拟进行对比验证。最后通过调整梗腋尺寸参数,研究梗腋形状变化对剪力滞效应的影响。结果表明,考虑梗腋影响后的理论计算结果与有限元结果吻合较好;波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应现象随着梗腋影响系数的增大而减小;考虑梗腋影响的波形钢腹板组合箱梁剪力滞系数较未考虑情况大幅度降低,在集中荷载下剪力滞效应系数减小约10%;当梗腋宽度与上翼板宽度的比值大于0.5时,对剪力滞效应的影响变化较小,梗腋高度为其宽度的0.16~0.19倍时对剪力滞效应影响最大。     

非对称薄壁箱形截面的扭转几何特性研究

为了揭示顶板单向横坡对薄壁箱形截面扭转几何特性的影响,推导了顶板为倾斜布置的非对称薄壁箱形截面扭转中心位置、主扇性坐标及主扇性惯性矩的实用计算公式。运用推导的实用公式并结合数值算例,比较顶板倾斜布置和水平布置对截面扭转几何特性的影响,并分析了顶板横坡、箱室高宽比及悬臂板宽度变化对扭转几何特性的影响规律。研究表明,本文计算值与有限元软件ANSYS中截面特性计算结果吻合很好;当不考虑顶板横坡时,对扭转中心横向位置及高腹板与底板交点处的主扇性坐标影响显著;当箱室高宽比小于0.65时,其变化对扭转中心的横向位置有显著影响;主扇性惯性矩随顶板横坡的增大而减小,随悬臂板宽度及箱室高宽比的增大而增大。     

钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应研究

为研究梯形截面的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应，在薄壁箱梁理论的基础上，考虑钢桁腹杆的力学特性，应用改进的板元分析法建立畸变控制微分方程，并给出畸变解析解。通过ANSYS建立实体模型验证所推公式的正确性。结合数值算例，对比分析在均布畸变荷载作用下相同截面参数的钢桁腹-混凝土组合箱梁和传统混凝土箱梁的畸变翘曲正应力，并分析梁宽和钢腹杆俯角对组合箱梁畸变内力的影响。结果表明，相同截面参数下，由于组合箱梁钢桁腹杆的纵向刚度很小，其畸变翘曲正应力为混凝土箱梁的1.71倍；梁宽对畸变内力影响较大，当梁宽增加至4.5 m时，畸变双力矩和畸变矩分别增大至3.68倍和1.36倍，且前者在纵向上双峰的分布趋势逐渐平缓；腹杆俯角对畸变双力矩影响较大，当腹杆俯角增加至27°时，畸变双力矩减小了约14.3%,但其对畸变矩影响很小。