先简支后连续小箱梁空间整体建模计算方法探讨

先简支后连续小箱梁作为一种经济适用的结构形式在中小跨径桥梁中得到广泛应用,其原有计算方法主要基于以横向分配系数为基础的单梁计算,辅以梁格法验算。鉴于目前空间有限元程序逐渐与工程实际接轨,建模日趋方便,本文探讨直接建立空间模型与梁格法验算的差别,为类似的计算做一些有益的探索。     

斜度对多梁式连续斜交小箱梁桥力学性能的影响

基于斜交箱梁桥弯扭耦合的受力特点,利用梁格法求解了自重作用下0°,10°,20°,30°,45°,60°共6种情况下多梁式连续小箱梁的弯矩、扭矩、应力和位移,对比分析了斜度对斜交连续小箱梁桥力学性能的影响。研究结果表明,在常用斜度范围(θ60°)内,主梁跨中截面的弯矩、位移随斜度的增大先减小后增大,而墩顶截面的弯矩、跨中截面的扭矩随斜度的增大先增大再减小;各截面上缘应力随斜度的增大先增大后减小,而下缘应力则随斜度的增大先减小后增大;当斜度达到临界斜度45°时,各截面的内力、位移均达到最值,此时,跨中截面扭矩值与正桥跨中截面的扭矩值相差倍数达到了100以上;斜度为0°~10°时,主梁弯矩、应力和位移变化均较小,可近似按直桥计算。在设计中,应充分考虑斜度对斜交箱梁弯扭耦合性能的影响,合理布置墩顶截面和跨中截面的抗弯、抗扭预应力钢束,使设计更经济、安全。     

梁格法在变宽异型箱梁桥设计中的应用

基于剪力-柔性梁格法的基本原理,建立变宽异型箱梁结构的有限元模型,得到全桥纵向和横向的内力分布情况,并建立单梁模型与梁格模型进行应力计算结果的对比。结果表明:梁格模型简单易行、精度高,可满足工程设计的要求,可用于变宽异型箱梁结构的设计。     

大跨钢-混凝土连续组合箱梁桥双重组合作用

为研究双重组合作用对大跨钢-混凝土连续组合箱梁桥受力性能的影响,通过对潍坊市跨济青高速立交桥现场静载试验研究,采用有限元方法对2种模型计算结果及现场实测结果进行比较分析,并对双重组合箱梁下层混凝土板的长度与主跨长度之比和混凝土板厚度与钢梁底板厚度之比2个变量进行参数分析。研究结果表明:双重组合箱梁下层混凝土板有效降低钢梁下翼缘的应力;考虑双重组合作用后,连续组合梁桥结构刚度及支点负弯矩略有增加,中跨跨中挠度及正弯矩略有减小,最大幅度不大于10%。     

梁格法在连续箱梁桥建模中具体划分研究

采用陈塘大桥混合车道作为研究对象,是由4片分体式组合箱梁组成的4×25m连续箱梁桥,利用大型有限元软件Midas/civil,用梁格法建立单元模型,分别按1/50、1/25、1/12.5、1/10、1/5梁长为单元划分梁格,与空间模型和实际桥梁检测数据对比分析了5种梁格划分在两种荷载工况下跨中应变与位移的比较,为桥梁检测提供了理论依据.结论表明:当梁格法以1/25～1/12.5梁长的长度划分单元,与实际情况最符合,数据最精确,模型建立最方便,在实际检测中,应该以此标准作为建模参考依据.     

预应力组合箱梁桥的使用寿命分析

为了研究既有预应力混凝土结构在混凝土碳化后,结构在服役期间的使用寿命,分析讨论了混凝土碳化及与混凝土本身有关的内部因素(如水灰比、水泥品种、骨料品种与粒径、混凝土强度等)和与环境有关的外部因素(如环境湿度、CO2浓度、环境温度等)的影响.以混凝土的碳化深度作为一个随时间变化的随机过程,建立了一般大气环境下,混凝土强度的时变概率随机模型.并将混凝土强度、保护层厚度、荷载横向分布系数以及荷载增长视为随机变量,在此基础上,研究了在不修复的情况下五跨一联预应力组合箱梁主梁和结合面的使用寿命,结果表明结合面的失效概率要大于主梁.荷载增长对结构可靠度指标影响较大.给出了在不同服役年限时结构主梁和结合面的使用寿命可靠度水平,其结果对预测结构剩余寿命和经济、科学地安排养护维修时间具有重要参考意义.     

基于静力荷载试验的连续箱梁桥结构有限元模型修正

建立了基于静力荷载试验的连续箱梁桥结构有限元模型修正方法.该方法主要包括实桥静力荷载试验、桥梁结构有限元建模、有限元模型参数修正等步骤.利用该方法对某高速公路五跨预应力连续箱梁桥进行有限元模型修正,得到了与桥梁实际静力荷载试验实测响应一致的桥梁结构静力有限元模型.经过修正的桥梁结构有限元模型(参数)是桥梁结构性能评价等结构分析工作的基础.     

偏载作用下组合箱梁桥波形钢腹板的屈曲研究

通过建立大量的波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥空间有限元模型,计算和分析钢腹板尺寸参数的变化对弯－扭耦合作用下箱梁钢腹板屈曲临界荷载系数及屈曲模态的影响规律。计算及分析结果表明：跨中偏载作用下,波形钢腹板的屈曲总是发生在跨中偏载一侧的腹板上;当只有箱梁的高跨比变化或当只有波形钢腹板的厚度变化时,在不同的折叠角度范围内,其腹板抗屈曲能力的变化幅度不同,但当折叠角度一定时,则腹板抗屈曲能力或箱梁抗扭能力的变化幅度基本相同;当只有腹板折叠角度变化时,在不同箱梁高跨比范围内,其箱梁抗扭能力的变化幅度也不同。     

活载作用下双层部分斜拉箱梁桥有限元分析

提出双层荷载部分斜拉空腹连续箱梁新桥型,并完成拟实用设计.利用大型通用软件ANSYS建立结构空间有限元分析模型,分析活载作用下各控制截面的应力分布规律.分析结果表明:采用新规范车道荷载的计算模式进行空间桥梁结构整体布载计算时,车道荷载中的集中荷载将引起局部的应力集中,设计时应给予充分评估.     

波形钢腹板组合箱梁桥动力特性有限元分析与荷载试验

采用ANSYS建立了波纹钢腹板混凝土箱粱的空间有限元模型,并通过与波纹钢腹板混凝土试验箱梁实测值的对比,验证了有限元模型的适用性.     

新型节段拼接箱梁桥抗剪性能试验研究

针对预应力混凝土箱梁桥施工质量不易保证的问题,提出梁端预制拼接的施工方法,采用精细化加工的箱梁锚固端节段,通过剪力键与混凝土箱梁的现浇节段纵向拼接,从而避免由于施工原因造成的预应力箱梁桥长期性能退化。作为拼接箱梁桥受力的关键构件,梁端承受剪力作用的结合面的受力最为不利,因此本文采用足尺模型试验和有限元计算的方法,对新型节段拼接混凝土箱梁桥抗剪性能进行研究。试验、有限元计算和参数分析结果表明,所建立的有限元模型能较好地模拟节段拼接箱梁桥在试验荷载作用下的抗剪性能;带剪力键的箱梁节段结合面是该类型桥梁受力最薄弱的部位;试验模型在试验荷载的作用下,其主要破坏模式是在箱梁节段之间传递剪力的剪力键发生破坏;桥梁抗剪极限承载力与剪力键尺寸成正比,与腹板剪力键和顶板剪力键的数量成正比,但与底板剪力键的数量关系不大。     

预制节段箱梁孔道摩阻试验

以广州地铁六号线为工程背景,对高架区间的预制节段箱梁进行孔道摩阻测试,总结以往孔道摩阻的试验方法,介绍了本次摩阻试验的方法,分析了孔道摩阻数据,得出实际的摩阻系数和偏差系数,修正桥梁电算的模型,使计算结果更能符合实际,同时也为同类桥梁的设计参数提供参考.     

预应力混凝土连续箱梁桥的静、动载试验研究

通过对某连续箱型梁桥控制截面和典型位置的应力和变形观测,得到了桥梁实际应力分布和变形情况。通过动载试验,得到了结构的频率等动态参数。结果表明,该桥理论分析和设计计算方法可靠,施工质量优良,桥梁刚度和承载能力满足要求。     

钢筋混凝土连续弯箱梁桥的温度梯度

介绍了国内外6种温度梯度模式，结合某实际工程，对钢筋混凝土连续弯箱梁桥的温度梯度和温度荷栽下的主梁控制断面的位移值进行了连续观测。通过对实测数据的分析，提出了公路大悬臂曲线箱梁桥的温度梯度模式；按照7种温度梯度模式，利用有限元软件ANSYS计算了某匝道桥控制断面的位移值。计算结果表明：按中国公路桥梁规范（1985）提出的T梁温度分布模式来计算箱梁位移偏不安全；中国新的桥梁规范和美国规范类似，计算结果和实测值相比偏大；给出的温度梯度模式计算结果与实测的变形值比较接近；由于公路大悬臂曲线箱梁桥的构造具有特殊性，因此不宜套用铁路桥梁规范或其他温度梯度模式。     

钢箱梁斜拉桥正交异性桥面板的受力性能

以青岛海湾大桥红岛航道桥为工程背景，对钢箱梁斜拉桥桥面板进行受力性能分析。将桥面板分为3个基本受力体系：桥面板作为主梁截面的一部分承受车辆运营荷载（第一基本体系）；由桥面板和纵横向加劲肋组成桥面结构，承受桥面车轮荷载（第二基本体系）；支承在纵横加劲肋上的钢桥面板直接承受车轮局部荷载（第三基本体系）。建立空间杆系模型和空间板壳模型对桥面板进行有限元分析，得到各体系下结构的受力特性，针对3个体系下桥面板正应力进行叠加。结果表明：钢箱梁顶板的最大压应力为87．7MPa，满足规范要求；运用应力叠加进行钢桥面板计算是一种近似的方法，计算得出的结果一般偏于保守，但其精度可以满足设计要求。     

预应力混凝土连续箱梁桥结构优化设计

结合有关工程实例,以预应力混凝土连续箱梁桥的上部结构造价为目标函数,以规范的构造、正截面强度和使用阶段的应力等要求为约束条件,主要以箱形梁截面的梁高为设计变量.应用改进枚举法.分别得到两种不同截面、构造形式下的优化设计结果.并对这两种优化设计结果进行比较,最终得出优化设计方案,使得桥梁构造合理、造价最低.     

预应力混凝土箱梁桥桥墩位移事故机理分析

针对桥墩位移事故致因的复杂性及分析过程的不确定性,以某预应力混凝土箱梁桥桥墩因上游侧的新填土造成堆载作用导致土体侧向位移影响桩基受力的位移事故项目为研究对象,通过现场检测、监测及理论分析了与数值模拟相结合的综合分析方法,模拟并分析桥墩位移事故的致因,梳理病害产生的内在机理。结合现场实际情况,以分级处理为处置原则,采用桩基顶推、墩顶牵引、设抗滑桩、平衡堆载等组合措施进行纠偏处理并对病害进行整治,使桥墩偏位回归至允许范围内,缺陷得到修复。在纠偏处理过程中对桥墩、抗滑桩和锚杆等进行动态监控,结果表明,各项位移指标符合要求,事故分析过程准确,所采取的方案有效合理,处置效果良好。该研究为同类事故事后调查及病害成因分析、纠偏处置提供了参考。     

基于有限元法的现浇箱梁偏心增大系数计算

根据公路桥梁相关规范,通过有限元计算软件二次开发,运用实体单元有限元法对6 000余座混凝土现浇箱梁的偏心增大系数进行计算。结果表明:车道数相同时,箱梁宽跨比越大,偏心增大系数越大,反之越小。初步确定简支箱梁的偏心增大系数在1.15～1.5之间。建立了可用于精确求解简支梁偏心增大系数的计算公式。计算连续梁偏心增大系数时,可根据简支梁公式求出各跨的偏心增大系数,并进行修正及取最大值。连续梁修正系数可根据经验在1.05～1.1之间确定,当箱梁较宽、总跨径较小、计算跨距离梁端较远时,宜选择较大的修正系数,反之选择较小值。提出了一种批量建立箱梁有限元实体单元模型、计算和分析数据的方法,可快速准确地研究其受力性能,实现高效便捷地精细化设计。