弯曲宽箱梁剪力滞分析.pdf

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编号:20181111075825097884    类型:共享资源    大小:863.81KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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箱梁剪力滞 剪力滞 剪力滞分析 箱梁剪力滞弯曲 箱梁弯曲 梁弯曲 宽箱梁 宽箱梁剪力滞
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2013.N0. 41 1 概述 曲线梁桥由于结构自身存在着与直线桥最本质的区 别——弯扭耦合问题 [1-2] ,因此曲线梁桥的设计、施工及研究的 难度比直线桥大得多, 并且在目前规范中关于曲线梁桥涉及 的也比较少。 在宽箱梁 [3] 中普遍存在剪力滞后效应,忽略剪力滞效应的 影响,就会低估箱梁腹板和翼板交接处的挠度和应力。 如20世 纪60年代国外发生的多起桥梁箱梁破坏事G80。 G81G82G83G84G85G86 事G80的桥梁的设计G87G88G89G8AG8BG8CG8DG8E后, 发G86G8FG90G91G92G93G8D G8E“剪力滞效应 [4] ”。 国G94桥梁设计中G95G96G97剪力滞效应G98G85G86 事G80的桥梁也G99G9AG9BG99,由于G95G96G97剪力滞效应,G9C得桥梁G9D G9E应力大于设计应力,G9FGA0应力GA1中GA2GA3桥梁发生破坏。 剪力滞效应的G8DG8EG87G88GA4GA5G91GA6GA7: GA8GA9GAAGAB、 GACGADGAA GAB、比GAEGAFG88、GB0GB1GB2G8DG88、G99GB3G8DG8EG88。 GB4年GB5计GB6GB7的普遍 应GB8G9C得G99GB3G8DG8EG88得GB9GBAGBBGBC发GBD [5] ,G99GB3G8DG8EG88GBEGBFG91GC0 GC1G88、G91线GC2G88、G91GC0GC3G88。 GC4GC5GC6GB8G91GC0GC1G87G88G89G8AG8DG8E,G91 GC0GC1G8DG8EGC7GB8较GC8GC9的问题代GCAGCBGCC问题后GCDGCEGCF。 GD0GB8G91 GC0GC1G88G8DG8E的最大GD1GD2就GC7GB0GD3GD4GD5GD6GD7G98GD8GD9GDA的应力G8D GDBGDCGDD,计GB6结GDEGDFG91GE0G82GAD和GE1GE2GAD [6] 。 G91GC0GC1G8DG8EGE1G8DGA3GE3GE4GE5GC3,GE6GE7处GAA、计GB6GCEGCF和后GE7 处GAA。 GE6GE7处GAAGC7GE8GE9G91GC0GC1GEAGEB,GECGA3GC9GC1GEDGEEGEFG8D;后GE7 处GAAGF0GC7GC6GA1处GAAG8DG8E结GDE。 2 研究对象及模型 GC4GC5研究的弯曲宽箱梁GF1GF2(30+36+30)m,GF3GF4GD7GF5GF6 如GDC1GF7GF8。GF9GFA腹GFBG81外GFCGF9GFDGFEGFF1#~5#腹板,支座GDBGE7G82 应于2#与4#腹板位GE7处。 混凝土密度GD526kN/m 3 ,GD5C50 混凝 土GACGADGEAGB1E=3.45×104MPa,泊松比v c GFF0.1667。 GC4GC5GC6GB8GDC2GF7GF8的支座GDBGE7以及GDC3GF7GF8的GF1GF2GDBGE7形 式,曲率半GF2G8D别选GD560m、90m、120m和直桥。 弯曲宽箱梁剪力滞分析 李成 1 ,刘晨光 2 (1 中煤科工GA1团重庆设计研究院,重庆 400016; 2 四川GE8筑职业技术学院,四川德阳 618000) 摘要:该文介绍了曲线梁与直线桥区别和剪力滞效应,运用有限元软件对弯曲宽箱梁受力性能进行了分析,得出了其在自重作用下应力状态和 支座处剪力滞效应规律。 通过计算得出,在一定曲率半径范围内,弯曲宽箱梁在自重及偏心车道荷载作用下顺桥正剪力滞系数有较好的规律分 布,最大值一般在4左右,以及外侧支座处剪力滞系数大于内侧。 关键词:弯曲宽箱梁;受力性能;剪力滞效应;应力分布;曲线梁桥;直线桥;弯扭耦G80 中图分类号:U448.21+3 ;TU31 文献标识码:A 文章编号:1671-9107(2013)09-0041-04 收稿日期:2013-07-21 作者简介:李GA3(1982-),男,青海门源人,研究生,助GAA工程师,GA4 GA5G81事结构、岩土设计G87GD7的工作。 9 第12卷 总第119期 doi:10.3969/j.issn.1671-9107.2013.09.041 图1 横断面图 30200 2 2 0 50002425 50003400 3400 3400 3400 3425 350 350 350 350 350 2 4 0 0 2 0 0 2 2 0 2 2 0 2 2 0 1800 150005800 18005800 图2 支座布置图 L1 R1 R2 L2 Analysis on Shear Lag of Curved Wide Box Girder Abstract:Differences between curved beam and straight bridge and the shear lag effect are introduced. The finite element software is adopted to analyze the mechanical behavior of curved wide box girder,and the stress distribution and the shear lag effect rules under self-weight are obtained. Through cal- culation,in a certain curvature radius,the shear lag effect of curved wide box girder under self weight and eccentric lane load is regularly distributed,its maximal value is generally 4,and the shear lag coefficient at outer support is larger than that at inner support. Key words: curved wide box girder;mechanical behavior; shear lag effect;stress distribution; curved beam bridge; straight bridge; bending-torsional coupling 技术与材料 重庆建筑 Chongqing Architecture 图3 跨径布置图 x(m) 0.00 3.02 4.53 7.55 9.06 12.08 13.59 R=60 3.24 3.32 3.24 2.76 5.63 12.20 8.54 R=90 0.78 0.85 0.74 0.25 2.01 6.44 3.80 R=120 0.31 0.28 0.13 0.93 0.79 4.04 2.05 直桥 -0.04 0.18 0.09 -0.94 1.68 8.01 3.45 x(m) 16.61 18.12 21.14 22.65 25.67 27.18 30.20 R=60 9.46 17.16 7.49 4.60 3.53 3.27 2.41 R=90 4.31 9.42 3.17 0.53 0.94 0.89 0.51 R=120 2.36 6.17 1.63 1.25 0.24 0.28 0.13 直桥 3.45 8.04 1.68 0.43 0.09 0.18 -0.04 表1 自重作用下横桥向正应力值(MPa) 42 采用空间有限元程序ANSYS [7-8] 建立简支曲线钢箱梁模 型进行分析计算,箱梁顶板、底板、翼板、腹板均用板壳单元 SHELL63单元模拟 [9] 。 SHELL63既具有弯曲能力又具有膜力, 可以承受平面内荷载和法向荷载。 本单元每个节点具有6个自 由度:沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和沿节点坐标系X、Y、Z 轴的转动。 整体坐标系为:沿桥跨方向为X方向,横桥向为Y方 向,垂直桥面竖向为Z方向,原点在圆心处。 按照图1提供的板厚建立有限元模型如图4。 计算荷载考虑自重和G80G81荷载,G82G83G84G80荷载G85跨承受G86 G87均G88荷载,G89G8A为q=10.5kN/m,G8B用G8CG8D为翼板G8E腹板G8FG90 处。G91力G92系G93λ [10] G94G95为:考虑G91力G92G96G97G98G99G9AG9BG9C的G9DG97 力G9E以按G9FGA0梁GA1GA2G9AG9BG9C的G9DG97力。 G82G83按G9FGA0梁GA1GA2G9A G9BG9C的G9DG97力GA3GA4GA5翼板GA6GA7G97力图GA8的面GA9G9E以翼板GAA度 GABGACGADG9CGAE。 本GAF按照以GA8GB0GB1计算G91力G92系G93λ: λ= 滓 滓 avg 滓 avg = 乙 滓 x dl l = 移 滓 i l i l GB2GA0GB3GB4提GB5G97力GB6GB7: 滓 avg = 移 滓 i n G82G83l为GB8面GAA度。 3 计算结果及分析 3.1 自重G8B用GA8G91力G92G96G97分析 按照GB9GBA的建模GBBG93,GBC用ANSYS计算GBDGBE如GA8,由GBFGC0 曲GC1GC2GC3GA8G9DG97力GC4GC5G8FGAD,G9A以图5GC6GC7GC8GC990m自重G8B用 GA8的顶板GCA桥向G9DG97力GCB图。 GCCGCDGCE曲GC1GC2GC3GA8L2GB8面桥面板G9DG97力图提GB5GCFGD0如GD1 1和图6(GD11G83x为桥面GAE内GD2GD3GD4横桥向GB3GB4)。 图4 有限元模型图 3 0 3 0 36 R 图5 自重作用下正应力云图 -.426E+07 .123E+08 .102E+08 .814E+07 .607E+07 .401E+07 .194E+07 -.126631 -.219E+07 .143E+08 图6 自重作用下L2截面正应力分布(MPa) 20.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 8.00 -2.00 0.00 2.00 4.00 6.00 0.00 12.089.067.554.533.02 30.2027.1825.6722.6521.1418.12 16.6113.59 R=120 R=60 R=90 直桥 2013.N0. x(m) 0.00 3.02 4.53 7.55 9.06 12.08 13.59 R=60 0.49 0.50 0.49 0.42 0.85 1.84 1.29 R=90 0.28 0.30 0.26 0.09 0.71 2.30 1.36 R=120 0.19 0.17 0.08 0.56 0.47 2.42 1.23 直桥 -0.02 0.08 0.04 -0.41 0.73 3.47 1.49 x(m) 16.61 18.12 21.14 22.65 25.67 27.18 30.20 R=60 1.43 2.59 1.13 0.69 0.53 0.49 0.36 R=90 1.54 3.36 1.13 0.19 0.34 0.32 0.18 R=120 1.41 3.69 0.98 0.75 0.15 0.17 0.08 直桥 1.49 3.48 0.73 0.19 0.04 0.08 -0.02 表2 自重作用下剪力滞效应系数 x(m) 0.00 3.02 4.53 7.55 9.06 12.08 13.59 R=60 0.19 0.19 0.19 0.19 0.15 0.01 0.24 R=90 0.15 0.14 0.14 0.13 0.11 -0.01 0.17 R=120 0.12 0.12 0.11 0.11 0.10 -0.01 0.14 直桥 -0.01 -0.01 -0.02 -0.03 -0.08 -0.31 0.04 x(m) 16.61 18.12 21.14 22.65 25.67 27.18 30.20 R=60 0.41 0.83 0.40 0.26 0.26 0.25 0.22 R=90 0.27 0.59 0.26 0.19 0.15 0.15 0.12 R=120 0.20 0.47 0.19 0.10 0.11 0.11 0.08 直桥 0.22 0.82 0.15 0.00 0.04 0.03 0.01 表3 车道荷载作用下横桥向正应力值(MPa) x(m) 0.00 3.02 4.53 7.55 9.06 12.08 13.59 R=60 0.69 0.67 0.67 0.68 0.54 0.04 0.87 R=90 0.82 0.77 0.76 0.73 0.59 -0.07 0.92 R=120 0.85 0.80 0.79 0.74 0.66 -0.05 0.99 直桥 -0.09 -0.16 -0.23 -0.44 -1.00 -4.06 0.58 x(m) 16.61 18.12 21.14 22.65 25.67 27.18 30.20 R=60 1.48 2.99 1.46 0.94 0.94 0.92 0.78 R=90 1.48 3.23 1.41 1.02 0.83 0.81 0.64 R=120 1.38 3.23 1.28 0.70 0.76 0.74 0.55 直桥 2.81 10.65 1.89 -0.03 0.47 0.45 0.08 表4 车道荷载作用下L2截面剪力滞效应系数 43 从应力分布图可以看出, 支座处顺桥向正应力幅随半径增 大而减小,显示出很好的规律性。 跨中也有相似的规律,但在直 桥时有突然增大的趋势。 根据之前定义的剪力滞系数的计算方法, 可计算出该截面 剪力滞系数λ如表2和图7。 从表2可以看出,在自重作用下,截面外侧剪力滞系数大于 内侧, 其中外侧支座处剪力滞系数曲率半径为120m时达到 3.69,曲率半径为120m时达到2.59,从12.08m至21.14m剪力滞 系数均大于1,可见在自重作用下弯梁外侧承担大部分荷载。 3.2 偏G80G81G82荷载作用下剪力滞G83应分G84 G85于自重G86于G87G88荷载, 为G89G8AG8B弯梁在偏G80荷载作用下 G8C力性G8D。 下面G8EG81G82荷载作为偏G80荷载G8FG90在弯梁G91,大小根 据04桥梁G92用规G93 [11] 规定的q=10.5kN/m,G94G95G96G8AG8BG97中荷 载, G98G99在G85外向内G9AG9BG9C中G9DG9E处。 计算G9F出80m的应力GA0 GA1,GA2GA3如图8。 G8EL2截面正应力图GA4GA5GA6GA7如表3和图9。 根据之前定义的剪力滞系数的计算方法, 可计算出该截面 剪力滞系数λ如表4和图10。 从以G91计算可以看出, 弯曲梁应力GA8顺桥向分布GA9G87G88GAA GA0,L2截面处GABG9E在偏G80G81G82荷载作用下剪力滞系数GAC曲率GAD 径在GAE定G93GAF(GB0GB1中为60m~120m)时GB2GB3很相GB4,但在直桥 9 第12卷 总第119期 图8 车道荷载作用下正应力云图 -220477 715934 598883 481831 364780 247729 130677 13626 -103426 832985 弯曲宽箱梁剪力滞分析 图7 自重作用下L2剪力滞系数 4.00 -1.00 0.00 2.00 1.00 3.00 0.00 12.089.067.554.533.02 30.20 27.1825.6722.6521.14 18.1216.6113.59 R=120 R=60 R=90 直桥 图9 车道荷载作用下L2截面正应力分布 1 0.8 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0 12.089.067.55 4.533.02 30.2027.1825.6722.6521.1418.1216.6113.59 R=120 R=60 R=90 直桥 -0.4 技术与材料 重庆建筑 Chongqing Architecture 责任编辑:孙苏,李红 清水砖墙技术是以砖的组砌方式、拱券、挑檐、砖刻四 种传统操作工艺组合而成的建筑艺术,其中以砖缝之精致 为我国独有。 以传统建筑砖的颜色红、灰为基调,红之温 馨、灰之典雅,营造不同造型、风格的建筑,掩映在绿荫花 丛自然环境中,给人以赏心悦目的感受。 砖的色泽不受环 境污染,是永恒不变的,砖红才是正宗的中国红,经雨水冲 刷,在阳光折射G80,G81G82G83G84G85G86G87G88G89,G8AG8BG8CG8DG8E,G81 G82有G8FG90的感G91,G92之清水砖墙以G93G94G95G96的G97感,G98人 G99G9A以G9BG9C,G9DG9EG9FGA0营造操作工艺GA1清水砖墙建筑GA2GA3 GA4GA5,GA6GA7GA8G80GA9的GAAGABGACGAD。 在GAEGAFGB0造中, GB1清水砖墙GA7在G86GB2不GB3的GB4GB5,GB6 GA6GB7以为GB8。 (1)GB9颜色GBAGBB。 G97GBC“清水墙,GB9GBDGBEGBFGC0砖缝,GC1不 GC2GBAGBBGC3砖GC4GC5GC6GA6GC7GC8GC9,GCA种GB4GB5G98GCBGA9清GCCGCDGCE的 墙GC4变GCFGD0GD1,GD2GD3GD4GD5GD6GD7。 (2)GB9GC4砖GD8GD9清水墙。 GDAGDBGDCGDD建筑GDEGDF中GE0四GE1 GE2、GE3GE4GDBGE5GE0GE6人GE7GE8是GCAG90GB4的,GCAGB3GE9在给GEAGEB建 筑GECGEDGC4GEE,不G9DGEFGF0。 (3)在GF1种墙GF2基GC4GDAGF3GF4GC4砖是GF5GF6的G8EGF7GF8GF9,GCA 种GB4GB5不GFAGFB建筑GC6GFC的GEEGF2GFDGFE,方式GFF乱,清水砖墙 组砌方式有严谨的规则,要依据建筑GC6GFCGFDGFE不同,采GB9 不同方式。 (4)在清水墙GC4GDA抹水泥砂浆GBA红粉,划缝GB4GED清水 墙。 (5)GB9酸洗清水砖墙GC4GDA的老年斑,恢复建筑青春,GCA 相GF5于GF5GF6“G97GBC增白“,是在破坏墙GC4的颜GBC。 清水砖 墙建筑故GAE沧桑、砖GC4变GAE以及斑痕缺损正是建筑GACGAD的 GEAGEB遗痕,是城市记忆的标志,作为GAEGAFGB0造管理者要了 解GEAGEB,尊重先辈工匠的劳动成果,保护建筑GCB有GEAGEB风 貌,是G8A家共同的责任和义务。 (摘自:《建筑工人》) 清水墙保护一法 施工经验 44 状态G8E产生了突变,峰值由4突变到11附近,G9D见GF5曲率半径 不断增G8AG8E,弯曲宽箱梁剪力滞效应越GA9越GAB著。 4 结语 G80G81G82G83G84G9D以GCFG85以G80GC6G85。 (1)自重GC3G86G87G88G89作GB9G80,在G86G8A的曲率半径G80,弯曲 宽箱梁G8BG8C剪力滞G8DG8EG86G8F为4,G90G91G92G93G94剪力滞G8DG8EG8A于 G95G91。 (2)自重G88G89作GB9G80,中G92G93G94剪力滞效应G83G84G85G96GB3的 规G97,GA1G98半径的增G8A应力值G99G9A,G9B在G9CG9DG8E有突变。 G86G87 G88G89作GB9G80,中G92G93G94GC3自重作GB9G80有相G9E的规G97,G9B剪力滞 G8DG8E突变G9FG8A,峰值由4突变到11附近。 (3) G81G82GA0GA1了弯G9D在自重GC3GA2心G86G87G88G89作GB9G80的受 力GA3GA6,GB1于不同GC6GFCGF2G8D,GE9GD3G92G93GA4式及GFEGA5GB0变G8E的受 力GA3GA6有GA6于GA7G86GA8GA0GA1。 GA9GFAG82GAA: [1] GABGACGAD.G9D梁工GAE[M].GAFGB0:人GB1GB2GF3G85GB3GB4,2001(7). [2] GB5GB6GB7.曲GB8G9D[M].GAFGB0:人GB1GB2GF3G85GB3GB4,1998. [3] GB9GBAGBB,GBCG9AG96,GBDG82GBE.箱GA4GBFGC0梁剪力滞效应[M]. GAFGB0: 人GB1GB2GF3G85GB3GB4,1998. [4] GC1GC2GC3,GC4成GC5,GC6GC7GC8.GBFGC0箱梁剪力滞效应GC9GCA方 GB5GA0GA1[J].GB2GF3标GCBGCC.2012(05):93-99. [5]GCDGCEGC8.箱梁的剪力滞效应G83G84[J].工GAE力GCF,2008,25 (2). [6]GCDGCEGC8. 剪力滞GB1箱梁弯曲GD0GD1GD2GD3的G83G84[J].GD4G87GCF GD5,2010,32(4). [7] GBDG88GD6,GD7GD8GD9.ANSYS有GDAGDB基GADGDCGAE[M].GAFGB0:GDD GDE工GDFG85GB3GB4,2011. [8](G97)GE0GE1GE2.有GDAGDBG83G84——ANSYS理G85GC3应GB9:GE3GE4 GB3[M].GAFGB0:GDDGDE工GDFG85GB3GB4,2008. [9] GE5GE6,GBCGE7.基于ANSYSGE8GD5GC9GCAG83G84GBFGC0箱梁的剪力 滞效应[J].四GE9建筑,2007(02):153-154. [10] GEAGDDGAC.GEBGEC曲GB8GED箱梁剪力滞效应G83G84[J]. GD4G87建 筑,2006(2):1-3. [11] 中GB2GEEGE0规划GEFGC9GF0.JTG D60-2004 GEEGE0G9DGF1GEFGC9 GF3GB9规GAB[S].GAFGB0:人GB1GB2GF3G85GB3GB4,2004. 图10 车道荷载作用下L2剪力滞系数 12 8 10 -6 -4 -2 0 2 4 6 0 3.02 12.089.067.554.53 30.227.1825.6722.6521.1418.1216.6113.59 R=60 R=120 R=90 G9CG9D 弯曲宽箱梁剪力滞分析
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