连续刚构桥箱梁的剪力滞效应
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箱形梁的剪力滞效应分析摘要: 针对某100m+192m+100m预应力混凝土连续刚构桥的箱梁受力特征,以现有的剪力滞效应理论为基础,并利用三维通用有限元分析软件ANSYS,建立本桥在运营阶段的三维有限元实体模型,分析了该桥在恒载、恒载与预应力荷载组合下的箱梁顶底板的应力分布情况,同时根据相关公式计算了各截面的剪力滞系数。
关键词:箱梁有限元实体模型剪力滞系数0引言箱梁剪力滞效应是指在箱形梁中,产生弯曲的横向力通过肋板传递给翼板,而剪应力在翼板上的分布是不均匀的,在肋板与翼板的交接处最大,随着离开肋板的距离增加而逐渐减小,因此,剪切变形沿翼板的分布是不均匀的。
由于翼板剪切变形的不均匀性,引起弯曲时远离肋板的翼板之纵向位移滞后于近肋板的翼板之纵向位移,因此弯曲应力的横向分布呈曲线形状,这种弯曲应力分布不均匀的现象,称作剪力滞效应。
剪力滞效应常用剪力滞系数λ来衡量,λ的经典定义为:当λ值大于1时称为正剪力滞效应:而当λ值小于1时称为负剪力滞效应混凝土箱梁桥虽然是空间结构,但通常按平面梁单元进行简化分析,这种计算能够把握桥梁结构纵向抗弯、抗剪的主要规律,在一般情况下,能够较好地保证结构的安全度。
然而,在大跨度、宽箱体及曲线梁桥中,结构的空间效应比较显著,难以通过平面计算解决,在这些情况下,考虑箱梁桥的空间弯曲、剪滞、扭转、畸变等效应就显得十分重要。
为考虑箱梁在偏载作用下的扭转、畸变等效应,在工程设计中,经常引入偏载增大系数用以修正按平面杆系计算的截面应力值。
有关箱梁剪力滞的相关成果已纳入规范标准之中,例如德国工业规范(DIN1075)、美国公路桥梁设计规范((AASHTO—LRFD)、中国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)、中国《高速铁路设计规范》(试行)(TB 10621-2009)。
笔者通过对某特大桥进行空间有限元分析,讨论该桥在不同荷载下的剪力滞效应,为今后的桥梁设计提供一定的参考。
单箱双室预应力混凝土连续刚构桥剪力滞效应分析研究摘要:箱梁截面由于其良好的结构性能和受力性能,成为大跨径桥梁所优先采取的截面形式,尤其是大跨径预应力混凝土连续刚构桥。
由于箱梁翼板存在不均匀的剪切变形,正应力沿截面呈曲线分布,这种现象被称为剪力滞现象。
忽略剪力滞效应的影响将会造成结构设计的不安全。
为探讨连续刚构桥箱梁的剪力滞效应,本文以渭河特大桥主桥为依托工程,采用有限元程序对预应力混凝土连续刚构桥的截面正应力进行了计算分析。
关键词:大跨连续刚构桥、剪力滞效应1.研究背景我国幅员辽阔,大小山脉和江河湖泊纵横全国,东面临海,具有众多的海湾,岛屿。
自20世纪80年代后,我国实现改革开放政策以后,经济得到了迅猛的发展,尤其是21世纪后,国家进一步扩大内需,重点建设了大量的基础工程。
因此高速公路交通事业得到了飞快的发展。
我国已建成的各类现代化桥梁在世界桥梁跨径排名表上都进入了重要名次,桥梁建设水平已达到国际先进水平。
回顾过去,展望未来,我们广大桥梁工程技术与科学工作者将不断面临着设计和建造各类桥梁的光荣而艰巨的任务。
连续刚构桥由于其受力合理,线性美观,经济实用等特点在我国桥梁建设中有着广泛的应用,尤其在我国西北地区,已建成了大量的美观实用的连续刚构桥。
箱型截面作为连续刚构桥的常用截面形式,故研究其受力特性对连续刚构桥的设计有着重大的意义。
本文以西铜改扩建渭河特大桥为依托工程,对大跨径连续刚构桥箱形截面剪力滞效应进行了详细的研究和计算分析。
2.箱梁剪力滞效应的概念以及研究现状初等梁理论认为:箱梁在对称荷载的作用下,弯曲变形满足平截面假定,不考虑剪切变形对纵向位移的影响,故弯曲正应力沿着梁宽方向的分布是均匀的,梁的弯曲正应力满足:但在薄壁箱形梁中,初等梁理论给出的弯曲正应力计算公式就不再适用了。
箱梁中产生弯曲的横向力通过肋板传递给翼板,而剪应力在翼板上的分布是不均匀的。
由于翼板剪切变形的不均匀性引起弯曲时远离肋板的翼板之纵向位移滞后于近肋板的翼板之纵向位移,因此弯曲应力的横向分布呈曲线形状,这种弯曲应力分布不均匀的现象,称作剪力滞效应。
汽车荷载作用下连续箱梁桥的剪力滞效应分析连续箱梁桥是一种常见的桥梁结构形式,在汽车行驶时承受了车辆的荷载作用。
荷载作用下,连续箱梁桥会产生剪力滞效应,对桥梁的结构稳定性和安全性产生一定影响。
本文将对汽车荷载作用下连续箱梁桥的剪力滞效应进行分析。
首先,我们来理解连续箱梁桥的基本结构和力学特性。
连续箱梁桥由多个简支梁组成,每个简支梁之间通过伸缩缝相连接。
在车辆荷载作用下,荷载从梁端传递到整个桥梁结构,并在桥上形成一个沿桥跨方向分布的集中荷载,这会引起桥梁产生弯矩和剪力。
连续箱梁桥受到荷载作用时,剪力滞效应是指桥梁箱梁中的初始剪力和位移响应之间存在的时间差。
当荷载作用到达桥梁时,桥梁并不会立即产生最大剪力响应,而是逐渐增大,直到产生稳定的值。
这是因为在荷载作用下,连续箱梁桥的刚度会发生变化,产生剪力滞效应。
剪力滞效应的产生与连续箱梁桥的材料特性、几何形状以及车辆速度等因素密切相关。
在实际工程中,我们可以通过有限元分析等方法来研究剪力滞效应的具体表现。
根据研究结果,可以采取相应的措施来减小剪力滞效应对桥梁结构的影响。
对于连续箱梁桥的设计和施工,需要考虑剪力滞效应对桥梁安全性的影响。
在进行结构设计时,应充分考虑剪力滞效应的存在,增加桥梁的承载能力和稳定性。
在施工过程中,应注意控制桥梁的荷载,避免过大的荷载对桥梁结构造成破坏。
此外,连续箱梁桥的维护和监测也非常重要。
定期对桥梁进行检查,及时发现和修复因剪力滞效应而引起的结构损坏。
通过维护和监测,可以确保连续箱梁桥在汽车荷载作用下保持稳定和安全。
综上所述,汽车荷载作用下连续箱梁桥的剪力滞效应会对桥梁的结构稳定性和安全性产生一定影响。
在桥梁的设计、施工和维护中,需要考虑剪力滞效应的存在并采取相应的措施来保证桥梁的稳定和安全。
未来的研究还可以进一步深入剖析汽车荷载作用下连续箱梁桥的剪力滞效应,并提出相应的分析方法和改进措施,以提高桥梁结构的性能和安全性。
箱梁的剪力滞效应研究方法与展望摘要:本文介绍了国内外研究箱梁剪力滞效应的主要理论和研究成果,比较其适用性和优缺点,并对今后箱梁剪力滞的研究进行展望,为以后对箱梁剪力滞效应的研究提供了研究方向。
关键词:箱梁;剪力滞效应;方法;Researchmethodandoutlook forshear lageffectinboxgirderLi Zhen-xingLiao You-hongAbstract:Maintheoriesandresearchachievementsobtainedbyresearchersathomeand abroadonshear-lageffectinboxgirderarepresentedinthepaper.Bycomparingtheapplicability,adv antagesaswellasdisadvantagesandbylookingforwardtothefutureresearch,thepaperprovi desdirectionforthefutureresearchonshear lageffectinboxgirder.Keywords::boxgirder;shear lageffect;method一、引言随着交通事业的发展以及城市化速度的加快,桥梁在日益繁忙的公路和城市交通中显得越来越重要。
许多新的桥型、大跨宽桥以及特宽桥相继出现,各种桥梁截面形式纷纷被采用,其中箱形截面形式就是常被采用的形式之一。
箱梁截面形式具有横向翼缘板宽、腹板间距大和箱壁薄等特点,在横力弯曲作用下会产生明显的剪力滞效应,造成翼板与腹板交界处产生应力集中,导致相应部位出现横向裂缝,严重时有可能威胁到桥梁结构的安全。
因此,进行剪力滞效应分析对于明晰剪力滞效应现象和保证桥梁结构安全具有实际意义[1][2]。
“剪力滞效应”是开口的“∏”形梁、“T”形梁或闭口的箱形梁,在纵向对称荷载作用下,由于翼缘板中剪切变形的不均匀性,导致纵向正应力沿翼缘板宽度方向呈曲线分布,其间存在着剪力沿横截面分布不均匀现象,即剪力滞后现象[3]。
箱梁的剪力滞效应分析文章类型:论述文剪力滞效应是指箱梁在承受剪力作用时,剪切力和剪切变形之间的关系出现滞后现象。
这种现象对箱梁的承载能力和正常使用有着重要影响。
本文将介绍箱梁剪力滞效应的基本概念和分析方法,并探讨如何采取有效的措施应对剪力滞效应的影响。
一、箱梁剪力滞效应概述箱梁是一种常见的桥梁结构形式,具有结构强度高、刚度大等特点,被广泛应用于公路、铁路、城市轨道交通等领域。
箱梁在承受剪力作用时,剪切力和剪切变形之间的关系通常应该是线性的,但在某些情况下,剪切力与剪切变形之间的关系会出现滞后现象,即所谓的剪力滞效应。
剪力滞效应会对箱梁的结构性能产生不利影响,降低桥梁的承载能力和使用性能。
当剪力滞效应较严重时,可能导致桥梁出现裂缝、变形过大等现象,影响行车安全和桥梁寿命。
因此,对箱梁剪力滞效应进行分析和研究,采取有效的应对措施,具有重要意义。
二、箱梁剪力滞效应分析方法1、有限元法有限元法是一种常用的结构分析方法,通过将结构离散成多个小的单元,利用数学方法近似求解结构整体的力学行为。
对于箱梁的剪力滞效应分析,可以采用有限元法进行数值模拟,通过调整箱梁的几何尺寸、材料参数等因素,模拟剪力滞效应的产生和变化规律。
2、解析法解析法是通过理论建模和推导,得出结构的力学响应的解析解。
对于箱梁的剪力滞效应分析,可以采用解析法建立简化的力学模型,从而得到剪力滞效应的近似解。
解析法具有计算速度快、成本低等优点,但精度较有限元法低。
三、箱梁剪力滞效应应对措施1、优化结构设计通过优化箱梁的结构设计,可以降低剪力滞效应的影响。
例如,可以合理布置箱梁的横隔板和竖向肋板,增加结构的整体性和抗扭刚度;同时,可以通过选用高强度材料,提高结构的强度和稳定性。
2、增加配筋率增加箱梁的配筋率可以增强结构的抗剪能力,降低剪力滞效应引起的变形和裂缝等问题。
同时,合理的配筋设计还可以提高箱梁的承载能力和使用寿命。
3、采用新型材料采用新型材料如高性能混凝土、纤维增强混凝土等,可以提高箱梁的抗剪性能和耐久性,降低剪力滞效应的影响。
连续刚构宽箱梁剪力滞效应分析及有效分布宽度研究孙志伟;刘英;邬晓光;王阳【摘要】Aiming at the shear lag effect of continuous rigid-frame box girder ,this paper presented a simplified analysis method of shear lag that based on contraflexure points combined with analogy bar method and superposi-tion principle;meanwhile,the shear lag effect was analyzed through the finite element simulation.The effective distribution width of the long span continuous rigid frame was calculated using the formula of continuous box gird-er in “highway reinf orced concrete and prestressed concrete bridge and culvert design specifications (JTG D62-2004)”.A long-span PC continuous rigid frame box girder bridge was taken as an example,of which the shear lag coefficient and effective distribution width of cross sections were calculated.Their distribution regularity of shear lag were calculated to verify if the analytical method is reasonable.The findings indicate that the design needs to focus on the side fulcrum section,side span 1/4L section,main span 1/8L section and main span cross section.This study could provide reference for the analysis and design of the shear lag effect of similar bridges.%针对连续刚构桥箱梁的剪力滞效应和有效分布宽度进行研究,提出一种基于反弯点结合比拟杆法和叠加原理的剪力滞简化分析方法,同时通过有限元仿真分析剪力滞效应,并分别按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)建议的连续箱梁有效分布宽度公式和有限元分析结果计算连续刚构桥的有效分布宽度。
大宽跨比连续钢箱梁桥的剪力滞效应研究欧阳永金(厦门市市政建设开发总公司,福建厦门361004)摘 要:在钢箱梁的悬臂板外侧加设具有流线型的弧形钢板,使悬臂板部位构成封闭的空间,可提高抗锈蚀性,同时也满足城市桥梁美观的需求。
以一座具有弧形腹板的连续钢箱梁城市高架桥为背景,建立全桥空间板壳有限元分析模型,研究具有大宽跨比特点的连续钢箱梁在不同设计荷载组合工况下,以及考虑桥面铺装钢纤维混凝土参与工作后,箱梁顶板的剪力滞效应。
得出剪力滞系数沿横向、纵向的分布规律,以及考虑钢纤维混凝土桥面铺装后剪力滞系数的分布规律。
关键词:箱形梁;连续梁;钢梁;剪力滞效应;钢纤维混凝土;有限元法中图分类号:U448.28文献标志码:A文章编号:1671-7767(2009)01-0029-04收稿日期:2008-03-17基金项目:福建省建设厅计划项目(2007-30-29)作者简介:欧阳永金(1962-),男,教授级高工,1984年毕业于西南交通大学桥梁工程专业,工学学士,1992年毕业于兰州铁道学院桥梁、隧道及结构工程专业,工学硕士(E 2mail :ouyangyj8662@ )。
1 引 言箱形梁因其具有较大的抗扭刚度、良好的整体结构性能而得到广泛应用。
钢箱梁由于具有重量轻、省钢、抗弯刚度和抗扭刚度大、安装迅速等优点,被广泛应用于大跨度桥梁中[1]。
外带悬臂的钢箱梁,可以减小墩台尺寸,节省造价,但箱梁的悬臂板及其加劲肋由于暴露于大气之中,容易锈蚀。
而闭合的空间可提高抗锈蚀性,因此在悬臂板外侧加设弧形薄钢板,将悬臂板加劲肋封闭起来,不仅避免了钢箱梁悬臂板加劲肋外露带来的锈蚀问题,而且可使箱梁外观更简洁、流畅、美观[2]。
本文以厦门市仙岳路路口高架桥工程为例,分析了具有弧形边腹板、宽跨比较大的连续钢箱梁在典型设计荷载工况,以及考虑桥面铺装钢纤维混凝土参与受力后,箱梁顶板的剪力滞效应,得出了不同工况下顶板的剪力滞系数分布规律,为掌握该类型结构的力学特性提供参考。
铁路三线连续刚构桥剪力滞效应分析于洋【摘要】铁路三线连续刚构桥箱梁宽度较大,相较于传统单箱单室、单箱双室混凝土箱梁结构其剪力滞效应更加明显,因此有必要对铁路三线连续刚构桥的剪力滞效应进行研究.本文首先介绍了剪力滞效应、剪力滞系数和有效宽度的定义,然后选取了一座(68 +136 +68)m的三线铁路连续刚构桥为研究对象,通过Abaqus有限元软件建立全桥实体模型,计算出控制截面在自重及列车活载作用下的剪力滞系数和有效宽度,并绘制出相关曲线对比图.最后总结归纳了铁路三线连续刚构桥在自重及列车活载作用下剪力滞效应的纵横向分布规律.【期刊名称】《高速铁路技术》【年(卷),期】2017(008)001【总页数】5页(P5-9)【关键词】铁路三线连续刚构桥;宽幅箱梁;剪力滞效应;有效宽度【作者】于洋【作者单位】中铁二院工程集团有限责任公司,成都610031【正文语种】中文【中图分类】U441+.5剪力滞效应是指箱型截面受弯构件,在竖向荷载的作用下,由于顶、底板的剪切变形使得板中弯曲正应力呈现出的不均匀分布现象。
梁弯曲初等理论的基本假定是变形的平截面假定,它没有考虑剪切变形对纵向位移产生的影响,因此弯曲正应力沿着梁宽方向分布是均匀的。
但在箱型梁结构中,产生弯曲的横向力通过腹板传递给翼板,而剪应力和剪切变形在翼板上的分布是不均匀的,因此弯曲应力沿箱梁截面的横向分布呈曲线形状。
若设计中没有考虑剪力滞效应,将可能导致应力集中造成桥梁的失稳或局部破坏。
而且,这种应力分布不均的现象还可能影响结构的自振特性,增大梁体的挠度和扭转变形,从而降低梁体的刚度。
由此可见,剪力滞效应对桥梁结构的影响是不可忽视的。
2.1 剪力滞系数的定义剪力滞效应常用剪力滞系数来衡量,剪力滞系数的定义如式(1):式中:λ——剪力滞系数。
该定义中的分母在平面杆系分析中表示的是截面的平均正应力。
本文剪力滞系数的计算为首先求得翼缘板正应力平均值,得到相似于初等梁理论正应力,再用此平均值除横截面上各点的实际正应力值,即可得到横截面上各点的剪力滞系数。
华中科技大学硕士学位论文连续刚构桥变截面箱梁剪力滞效应分析姓名:***申请学位级别:硕士专业:结构工程指导教师:***20061103华中科技大学硕士学位论文摘要随着交通工程建设的快速发展,能适应较宽桥面要求的单箱单室箱梁在连续梁桥、连续刚构桥建设中被广泛采用。
箱梁截面形式具有横向翼缘板宽、腹板间距大和箱壁薄等特点,但是剪力滞效应明显,造成翼板与腹板交界处产生应力集中,导致相应部位出现横向裂缝,严重时有可能威胁到桥梁结构的安全。
因此,进行剪力滞效应分析对于明晰剪力滞效应现象和保证桥梁结构安全具有实际意义。
本文应用基于最小势能原理的能量变分法,得到了箱形梁剪力滞效应的基本微分方程,并分别假定翼板纵向位移函数为三次抛物线和四次抛物线规律变化,从而得到了箱梁剪力滞效应基本微分方程的变分解。
在此基础上,推导了集中荷载和均布荷载作用下等截面悬臂箱梁剪力滞效应系数的变分解式。
最后,通过对影响截面剪力滞系数诸要素的分析,采用改进的当量截面法,得到了变截面悬臂箱梁的剪力滞系数理论解式。
以新建武汉天兴洲公铁两用长江大桥引桥连续刚构桥为例,分别建立了本桥施工阶段变截面悬臂箱梁和成桥状态全桥的平面有限元和空间有限元模型。
针对变截面箱梁和全桥分别进行了多种荷载工况下的剪力滞效应分析,并将有限元分析结果与能量变分当量截面法结果进行了比较,证实本文所采用当量截面法可有效准确地应用于计算变截面箱梁的剪力滞效应。
另外,本文还将自适应网格划分有限元法计算结果和映射网格划分实体有限元计算结果进行了比较,得到了自适应有限元法在边界截面和应力分布不均匀处应力值计算更为精确的结论。
最后,本文还针对变截面悬臂箱形梁进行了影响因素分析,考虑了几何参数跨宽比、翼缘板刚度与截面总刚度比对剪力滞系数的影响;翼板纵向位移函数变化规律形式(三次抛物线或四次抛物线)对剪力滞系数计算精度的影响;还使用有限元法分析了纵、横向预应力作用对箱梁剪力滞效应的影响。
浅谈箱梁的剪力滞效应Y摘要:目前箱梁是简支梁、连续梁、连续刚构、刚性系杆拱桥和混凝土斜拉桥等桥梁常用的主梁结构形式,它的空间受力性能问题也开始变得越来越突出,而其中剪力滞效应问题则成为了箱梁应用中需要重点研究的内容。
本文阐述了剪力滞效应产生的原因及其影响因素,并对当前普遍采用的剪力滞分析方法进行了介绍,最后指出了目前箱梁剪力滞研究亟待解决的问题,提出了今后有待进一步研究的方向。
关键词:箱梁;剪力滞;产生原因;影响因素;展望0 引言在20世纪60年代末至70年代初,奥地利、英国、澳大利亚及德国相继发生了四起大跨径钢箱梁的重大事故,据各国专家分析,造成重大事故的直接原因是设计理论上的失误,其中重要一项就是对剪力滞未加考虑。
近几年来,箱梁在我国大跨径桥梁、城市立交桥和高架桥中得到广泛的应用。
但是我国现行桥梁设计规范中缺乏关于确定箱梁剪力滞效应的具体规定。
所以在一般工程设计中忽视了这一问题,从而造成一些箱梁桥不断地发现有横向裂缝。
因此,箱梁的剪力滞问题引起各国桥梁专家的高度重视。
近几十年来,国内外许多学者致力于该课题的研究,分别从解析理论、数值解法和模型试验等方面对剪力滞问题提出了许多新设想和新理论,并获得了许多的研究成果,部分成果已纳入规范之中,如英国规范和德国工业标准规范等。
本文介绍了国内外有关箱梁剪力滞的研究成果、产生原因及影响因素 ,并提出需解决的问题和今后研究的方向。
1 箱梁剪力滞产生原因1.1 箱梁的受力方式箱梁除拉压、水平弯曲、竖向弯曲外,还有扭转、翘曲和剪力滞共6种变形。
前3种服从平截面假设的位移模式,现在来说一下后3种基本变形。
作用在箱梁横向任意位置的垂直荷载 P,可分解为下列三种等效荷载图示。
图1.1 荷载等效分解(1) 对称纵向弯曲荷载——产生剪力滞效应,见图1.1a(2) 刚性扭转荷载——产生翘曲法向应力及剪应力,见图1.1c(3) 畸变荷载——产生畸变翘曲法向应力及横向框架应力,见图1.1d 。
PC箱形截面连续刚构桥施工阶段剪力滞效应分析的开题报告一、选题背景近年来,随着城市化的不断推进,桥梁建设成为城市交通建设的重要组成部分。
桥梁作为连接两岸的基础设施,必须具备足够的承载能力和耐久性。
而连续刚构桥作为一种优越的结构形式,被广泛应用于桥梁建设中。
然而,在实际施工过程中,由于地震、风等自然因素的作用,桥梁结构容易发生剪力滞效应,影响桥梁的安全性和稳定性。
因此,对于连续刚构桥的剪力滞效应进行研究和分析具有重要的意义,可以为桥梁的建设和维护提供科学的依据和保障。
二、研究内容本研究的主要内容是对PC箱形截面连续刚构桥施工阶段剪力滞效应进行分析。
首先对PC箱形截面连续刚构桥结构进行建模,包括荷载模型和结构模型。
其次,研究剪力滞效应的发生机理和影响因素,以及采用的计算方法和分析工具。
最后,通过对不同工况下的剪力滞效应进行仿真分析,探讨其对桥梁结构的影响和应对措施。
三、研究方法本研究采用有限元方法对PC箱形截面连续刚构桥施工阶段剪力滞效应进行分析。
利用ANSYS等有限元分析软件对桥梁的结构及受力情况进行建模,并在此基础上进行剪力滞效应的仿真分析,通过对不同条件下的受力情况进行模拟计算,得到其剪力滞效应的分布、大小和影响范围等信息。
四、预期成果本研究的预期成果包括:1. PC箱形截面连续刚构桥施工阶段剪力滞效应的研究结果和分析报告;2. 对影响剪力滞效应的主要因素进行分析及相应建议;3. 基于有限元仿真计算的剪力滞效应分析数据和结果。
五、研究意义本研究对于促进桥梁建设和维护具有一定的理论和实际意义。
一方面,通过对连续刚构桥施工阶段剪力滞效应的分析和研究,可以提高桥梁结构的安全性和稳定性,避免桥梁在自然灾害等特殊情况下的破坏和事故发生。
另一方面,本研究采用的有限元分析方法和计算技术具有一定的推广和应用价值,可为其他桥梁结构的剪力滞效应分析和设计提供参考。
连续刚构桥箱形墩柱剪力滞效应分析
杜逢春
【期刊名称】《铁道建筑技术》
【年(卷),期】2023()2
【摘要】箱形截面存在剪力滞效应影响,有关桥梁工程中箱梁结构剪力滞文献颇多,但均集中于箱形主梁,而对于箱形墩柱的剪力滞效应分析鲜有报道。
本文基于有限梁段法,在考虑两个剪力滞位移自由度前提下,分析连续刚构桥在一般结构体系及不同施工阶段下的箱形墩柱剪力滞系数变化规律。
结果表明:该方法可有效地分析连续刚构桥箱形墩柱的剪力滞效应;在一般结构体系下,当集中荷载或均布荷载作用于主梁时,箱形墩柱总体剪力滞系数分布规律一致;在不同施工阶段下,墩柱墩顶与墩底截面剪力滞系数变化明显,在中跨合龙前的顶推阶段墩顶截面剪力滞系数达到最大,至三年收缩徐变完成时,墩底截面剪力滞系数达到最大。
【总页数】4页(P123-125)
【作者】杜逢春
【作者单位】中铁二十一局集团第五工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U441;U448.23
【相关文献】
1.连续刚构桥箱梁剪力滞效应的影响因素分析
2.大跨径连续刚构桥箱梁剪力滞效应分析
3.纵向预应力对连续刚构桥箱梁剪力滞效应的影响分析
4.刚构-连续组合单箱室桥剪力滞效应分析
5.连续刚构箱梁桥剪力滞效应的参数分析
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连续刚构桥箱梁的剪力滞效应
在连续刚构桥建设中,能适应较宽桥面要求的单箱单室箱形截面梁被广泛采用,箱梁截面形式具有横向翼缘板宽、腹板间距大和箱壁薄等特点,但剪力滞效应很明显,造成局部应力集中,导致相应部位出现横向裂缝,重时有可能威胁到桥梁结构的安全。
连续刚构桥施工监控的计算模型一般采用平截面假定,利用杆系程序进行整体纵向计算,无法考虑剪力滞效应,只是根据经验加大剪力滞系数来计算,既不安全也不经济。
因此,进行剪力滞效应分析对于明晰剪力滞效应现象和保证桥梁结构安全具有实际意义。
本章依托安哥拉马塔拉特大桥施工监控项目,以能量变分法理论为基础,以施工监控数据为依据,有限元模型数据为参考,对单室单箱连续刚构桥施工阶段剪力滞进行研究分析,总结全桥施工阶段分布剪力滞效应规律,及影响因素分析,基于这些结果对连续刚构桥的施工给出了合理建议,对于同类型桥梁的剪力滞效应的研究和初步设计具有参考意义。
1.1.1 连续刚构桥箱梁的剪力滞效应概述
1.1.1.1 箱型梁剪力滞效应
根据初等梁理论中的平截面假定,不考虑剪切变形效应对纵向位移的影响,箱梁的两腹板处在对称竖向荷载作用下,沿梁宽度方向上、下翼板的正应力是均匀分布的。
但由于在宽翼箱梁中沿翼缘板宽度方向剪切变形的非均匀分布,引起弯曲时腹板的翼板纵向位移滞后于近肋板处的翼板纵向位移,而弯曲正应力的横向分布呈曲线形状。
这种由翼缘板的剪切变形造成沿宽度方向弯曲正应力的非均匀分布,在美国称为“剪力滞效应”,英国则称为“弯曲应力离散”。
靠近腹板处的纵向应力若大于靠近翼缘板中点或悬臂板边缘处的纵向应力,称为“正剪力滞”;反之,则称为“负剪力滞”。
1.1.1.2 剪力滞效应国内外研究现状
近几十年来,国内外许多学者致力于该课题的研究,分别从解析理论、数值解法和模型试验等方面对剪力滞问题提出了许多新设想和新理论,获得了许多研究成果,解决了不少实际桥梁中的问题,部分成果已纳入到我国最新版桥涵规范之中。
一、解析理论
基于弹性力学原理的解析理论,研究剪滞效应的方法主要有弹性理论解法、比拟杆法及能量变分法等分析方法。
1、弹性理论解法
(1)调谐函数法:以肋板结构为基础,取肋板和翼板为隔离体,肋板由初等梁理论分析,而翼板由平面应力分析,用逆解法求解应力函数,然后根据肋板
和翼板之间的静力平衡条件和变形条件,建立方程组,求解未知数,从而得到翼板的应力和挠度解。
(2)正交异性板法:将肋板结构比拟成正交异性板,其肋的面积假定均摊在整个板上,然后应用弹性薄板理论,从边界条件出发,导出肋板结构的应力和挠度公式,获得剪滞问题的解。
(3)折板理论法:将箱梁离散为若干矩形板件,以弹性力学中平面应力状态理论和板弯曲理论为基础,利用各板件连接处的变形协调和静力平衡条件建立方程组进行求解。
2、比拟杆法
比拟杆法是将处于受弯状态的箱梁结构比拟为只承受轴向力的杆件与只承受剪力的系板的组
合体。
然后根据杆与板之间的平衡条件和变形协调条件建立起一组微分方程,每块翼板中所
产生的剪力滞特性,可以通过理想化加劲杆的内力来确定。
3、能量变分法
能量变分法从假定箱梁翼板的纵向位移模式出发,以梁的竖向位移和描述翼板剪力滞的纵向
位移差的广义位移函数为未知数,应用最小势能原理,建立控制微分方程,从而获得应力和
挠度的闭合解。
基于弹性力学原理的解析法是分析剪滞问题的有效方法,能够获得较准确的解答,但主要用
于解决如等截面简支梁、悬臂梁等很少一部分问题,难以适应复杂结构分析的要求。
二、数值解法
1、有限单元法
有限单元法,应用 ANSYS 等各类有限元软件建立有限元模型,分析各类桥梁的剪力滞问题,
如箱梁剪力滞效应的各种参数系统的分析与研究;用参数变换法对影响曲线箱梁剪力滞效应
的主要因素分析等。
2、有限条法
有限条法是从有限单元法发展出来的一种半解析方法,与有限单元法相比,它具有简单、计
算量小的优点。
其基本思路是令求解域的一个方向为连续体,而将其在其它方向离散为条元,然后选取条元的位移函数,利用最小势能原理导出有限条法的线性方程组,进而得到位移和
应力的解。
3、有限差分法
有限差分法是在能量变分法所求得的剪滞微分方程组基础上,给出相应的有限差分格式,进
行变截面箱梁桥的剪滞分析。
4、有限段法
有限段法也是从有限单元法发展出来的一种半解析法。
罗旗帜教授提出了一种分析剪滞效应
的有限段法,该法以剪力滞微分方程的齐次解为位移模式,建立了平面梁单元的半解析有限
段模型,将三维空间问题简化为一维空间,实现了在结构分析中自动计入剪滞效应的功能。
该法又被推广应用于斜拉桥、变截面箱梁桥及曲线箱梁桥的剪力滞分析。
数值分析法可以解决各种力学问题,随着计算机技术的飞速发展,数值分析法在剪力滞分析
中占有重要地位。
三、模型试验
科学试验是重大工程建设中必不可缺的一环,是为结构分析提供数据和结论的主要手段之一,也是检验数值理论和解析理论正确性的主要依据。
郭金琼等完成了有机玻璃制作的梁式桥模型,测试了13个方案31个截面的剪滞效应,验证了简支矩形箱梁的剪力滞理论。
我国钱塘
江公路二桥进行了1:40 的桥梁结构模型试验研究了变截面多跨连续梁的剪滞效应,并提出
了简化的计算方法。
铜陵长江公路大桥进行了1:50 的桥梁整体模型试验,对斜拉桥的剪力
滞计算提供了重要的依据。
1.1.2 基于安哥拉马塔拉特大桥的施工监控模型可靠性分析
针对安哥拉马塔拉特大桥左线,本项目采用可靠的监控仪器、合理的测点布置,及时的对其应力应变的实时数据进行采集,结合有限元软件Midas Civil 和Midas Fea的有限元空间和杆系模型计算的理论值进行对比,对该桥施工过程中不同悬臂长度下以及合拢成桥后的不同荷载工况下的剪力滞效应分布规律进行分析总结。
1.1.
2.1 工程概况
安哥拉马塔拉特大桥跨越马塔拉水库下游的一座特大桥梁,该桥位于安哥拉梅龙盖省马塔拉水库。
桥梁起点桩号为K121+654~K122+330,桥梁总长676m(含桥台),跨径布置为3.0m(桥台)+3×30m(简支T梁)+(95+180+95)m(连续刚构)+4×30(先简支后连续组合T梁)+3×30m(简支T梁)+3.0m(桥台)桥梁平面位于直线上,横坡为单向2%,最大纵坡为
2.5%。
3跨预应力混凝土连续刚构桥,全长370m。
主桥主梁采用单箱单室变截面预应力混凝土连续箱梁,箱梁顶板宽12.0m,底板宽6.5m;主墩支点处16m长等高段梁高11.0m,跨中合拢段及边跨支点处
3.8m等高段梁高
4.5m,其余梁高按1.8次抛物线规律变化。
跨中及边跨底板厚32cm,主墩支点处底板厚120cm,箱梁底板厚度按1.8次抛物线规律变化。
箱梁腹板采用分段等厚规律变化,厚度由跨中向支点分段采用50cm、70cm、90cm。
主梁采用三向预应力结构。
主墩采用双肢薄壁空心墩,下部基础采用承台接群桩基础,桩基按钻孔灌注桩设计。