薄壁箱梁剪力滞翘曲位移函数的改进与对比分析

基于能量变分原理,考虑箱梁横截面正应力轴向平衡条件和剪切变形的影响,构建了包含参数m的新剪力滞翘曲位移函数.以所得应力均方误差与挠度均方误差为精度标准,计算分析了不同m值(即不同幂次)抛物线下新构建剪力滞翘曲位移函数的适应性,得出了二次抛物线形式较为精确合理的结论.通过比较典型位置所得应力值,进一步分析了新构建剪力滞翘曲位移函数(m=2)的适应性和精确性.针对所得集中荷载作用下简支箱梁翼缘悬臂板最外端应力有较大偏差的情况,通过应力曲线拟合,得到了集中荷载作用下简支箱梁悬臂板的应力改进公式.将应力改进后新构建剪力滞翘曲位移函数与基本翘曲位移函数所得的应力与竖向挠度进行比较,论证了通过本文新构建的剪力滞翘曲位移函数推导计算所得的应力公式和应力改进公式的高精度.  

考虑畸变影响的箱梁横向弯矩计算方法Calculation methods of transverse bending moment of box girder considering the distortional influence

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。  

钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力的计算方法研究Research on calculation method of longitudinal stress on flange plate for concrete composite box girder with steel truss webs

为研究钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力沿横桥向的分布情况，运用有限元软件ANSYS建立一座35 m等截面简支钢桁腹式混凝土组合箱梁的有限元模型，考虑斜向腹杆杆力作用会使翼板产生附加轴力及相应的附加应力，故利用能量变分法原理推导出组合箱梁的翼板纵向弯曲应力和纵向附加应力计算公式，并据此探讨适用于计算组合箱梁的翼板纵向应力的方法。将有限元值和理论值进行比较，吻合程度良好。研究结果表明，组合箱梁的下翼板纵向应力可采用纵向弯曲应力计算公式进行计算；为获得组合箱梁的翼板附加轴力，可将组合箱梁的钢桁腹杆和混凝土纵梁取出，认为两者通过节点构造共同构成平面桁架，翼板附加轴力即为平面桁架的弦杆杆力；组合箱梁的上翼板纵向应力可通过纵向弯曲应力和经修正的纵向附加应力叠加获得。  

箱形梁剪力滞和剪切效应引起的附加挠度分析Analysis on additional deflection induced by effects of shear lag and shear deformation in box girders

将箱形梁腹板剪切变形纳入初等梁挠曲变形，在全截面上引入剪力滞翘曲修正系数，重新定义了剪力滞翘曲位移模式。选取剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移，计算外力势能时考虑剪力滞广义位移的影响，应用能量变分法建立了反映剪力滞和剪切效应的控制微分方程，并导出了均布荷载作用下简支箱梁和两跨连续箱梁剪力滞和剪切效应附加挠度的解析解。数值算例表明，本文方法计算的总挠度值与有限元数值解吻合良好，从而验证了本文方法的合理性。算例箱梁剪切附加挠度明显大于剪力滞附加挠度；简支箱梁跨中截面的剪切和剪力滞附加挠度分别占初等梁挠度的2.50%和1.97%，两跨连续箱梁距中支点9l/16截面分别占27.45%和16.87%。  

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。  

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。  

单箱双室组合箱形梁桥静力学特性的研究Research on static properties of Twin-Cell composite box girder bridges

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。