蝴蝶拱空间受力特点及承载能力研究

该文以一座实际蝴蝶钢拱桥为对象,通过建立全桥三维有限元模型,应用弹塑性和几何非线性计算方法,分析了全桥的应力和变形,并通过对变形最大的小拱肋拱顶截面的变形分析,研究了异型拱肋的稳定特性。结果表明拱肋的局部失稳对结构整体极限承载能力不取控制作用。同时比较了大拱肋和吊杆的应力和变形随荷载系数的变化的特征,数据显示吊杆的刚度对结构的承载能力有较大的影响。     

结构连接节点刚度识别的精细有限元分析

在进行结构计算时,一般采用主从节点法或是刚性材料法来处理节点刚性区问题。主从节点法往往高估节点区的刚度,刚性材料法则很难确定连接单元的几何、物理参数。该文以细长梁的平截面假定为依据,构建连接节点局部有限元模型的边界节点与整体结构有限元模型相应节点之间的约束方程,将连接节点局部三维实体(壳)有限元模型与整体结构空间杆系有限元模型相结合进行数值分析。采用此方法对一座多重组合体系拱桥主副拱连接节点的刚度进行识别。分析表明:对连接节点柔性行为的模拟可以使整个结构的计算结果更加精确。     

基于北斗监测系统的智能调节索在多跨拱桥不对称扣挂体系中的应用

双跨连续拱桥的特点在于中央拱座受力的连拱效应,成桥后中央拱座因两侧产生的水平推力方向相反、大小相同而平衡,中央拱座只受竖向压力。但在拱肋吊装过程中,由于缆索吊单次只能吊装一个拱肋节段,单侧拱肋节段吊装完成后会对中央拱座的墩身及扣塔产生较大的不平衡力,从而引起塔偏。以渝湘高速公路复线项目双堡特大桥为依托,主要阐述基于北斗监测系统的智能调节索在双跨连续拱桥中间墩的不对称扣挂体系中的应用,重点说明智能调节索的结构设计和工作运用原理,旨在为今后同类型桥梁施工提供经验借鉴。     

高速铁路大跨提篮拱桥的静力刚度及模型试验研究

以一座高速铁路大跨度钢管混凝土提篮拱桥及其全桥模型试验的工程背景，对在分布力，集中力，活载作用下不同吊杆体系及不同拱肋布置方式的拱桥的变形规律进行了研究和比较分析，并且对结构的自振特性进行了研究，探讨了吊杆体系和拱肋布置对拱桥静力刚度和动力性能的影响。结合全桥模型试验评价了提篮式拱桥的刚度，对理论分析的结果进行了验证。     

变截面钢管混凝土桁架拱桥拱脚应力分析及抗裂预防措施

钢管混凝土桁架拱桥拱脚为拱肋、系梁、端横梁、支座的交汇部位,受力复杂,在设计考虑不充分或施工过程中处理不当,容易导致拱脚裂缝的产生,影响结构的耐久性。该文以蒲山特大桥为例,借助有限元程序Midas/Civil建立了变截面钢管混凝土桁架拱桥及其拱脚的三维有限元模型,进行了拱脚在荷载及自重作用下的空间应力分析,提出拱脚抗裂的预防措施。     

雁荡山特大桥主桥上部结构设计与计算

雁荡山特大桥为连续钢箱叠合拱桥结构,其主梁由2×90 m连续钢箱梁组成,主拱采用2榀平行钢箱拱肋,设计矢高18.00 m,2孔钢箱主拱间设置钢箱辅助拱,分别在每孔主拱拱肋之间设7道一字横撑和2道X形组合横撑,辅助拱肋设8道一字横撑,并在每孔设13对吊杆.利用ANSYS软件建立全桥空间有限元模型,分析各种荷载下的结构受力和拱脚局部受力,结果表明桥梁的承载力、刚度及局部应力均满足规范要求.     

大跨径钢箱桁架拱桥成桥状态动力特性分析

为了研究大跨径钢箱桁架拱桥成桥状态的动力特性,以某长江大桥为依托,用大型有限元程序建立全桥计算模型,得出了全桥的基本动力特征,并分析了主拱抗弯刚度、横向联系的形式及刚度、吊索刚度、加劲梁抗弯刚度、立柱抗推刚度等参数对结构动力特性的影响规律。结果表明:该桥面外刚度较小,动力响应以侧弯振型为主;全桥刚度主要由受力结构——主拱提供,而传力结构的加入对全桥刚度贡献不大,反倒增加了结构自重,使得全桥固有频率降低。     

系杆拱桥拱脚等效静力刚度及其对全桥力学性能的影响研究

目前在系杆拱桥全桥有限元模型中,拱脚多采用与拱肋相一致的刚度,使得荷载响应与实际结构有显著差异。为得到更真实的系杆拱桥荷载响应,通过建立具有可比性的拱脚局部精细化实体模型和变刚度的局部杆系模型,定义基于位移响应差值的等效静力刚度指标,提出了适用于系杆拱桥拱脚的等效静力刚度理论。作为一个应用实例,将上述理论应用于罗蕴河拱桥的全桥力学性能分析中,结果表明在不考虑该理论的情况下,拱肋挠度验算过于保守,而吊杆的疲劳验算则偏不安全。提出的拱脚等效静力刚度理论将为系杆拱桥吊杆疲劳性能研究提供一定的理论基础。     

钢筋混凝土葵花拱桥有限元分析

文章建立了一座钢筋混凝土葵花拱桥的空间计算模型,计算并分析了主腹拱的连接方式对葵花拱桥结构受力性能、变形性能及稳定性的影响,分析结果表明:在恒载作用下,主腹拱铰接时腹拱的结构受力较主腹拱刚接时有利,而主拱受其连接方式的影响较小;在活载作用下,主腹拱铰接时腹拱的结构受力较主腹拱刚接时有利,而主腹拱刚接时主拱的结构受力较主腹拱铰接时有利;无论是在恒载还是活载作用下,主腹拱刚接时结构的变形比较小;主腹拱无论是刚接还是铰接都不会产生失稳问题,且主腹拱刚接时稳定特征系数更高。     

拱索体系加固的刚架拱桥荷载横向分布

针对传统的钢筋混凝土刚架拱桥采用拱索体系加固的要点和措施,提出了计算拱索体系荷载横向分布的弹性支承连续梁法。该方法假定荷载作用在由各拱片或索组成的空间桥梁结构中,通过计算荷载作用在截面处各拱片或索的刚度,根据桥梁的横向联结刚度,建立一弹性支承连续横梁来计算荷载在各拱片的横向分配,从而把空间问题转化为平面问题来处理。空间有限元分析结果和实桥试验结果对比表明:用拱索体系加固刚架拱桥,能有效地提高该桥的极限承载能力;该方法是一种简单、实用、偏于安全的设计计算方法。     

竖转施工钢-混凝土组合拱桥转动铰力学性能分析

转动铰是连接拱桥拱座与拱肋的临时施工构造,在放张式竖转合龙过程中,转动铰是全桥转体施工成功与否的关键.针对重庆万盛藻渡大桥,建立该桥转动铰实体接触有限元模型,研究转动铰局部应力分布.结果表明:施工过程中转动铰结构整体处于较低的应力状态,局部存在应力集中现象,并据此提出2个控制因素.     

尖山沟特大桥拱座设计方案优化研究

武九高速公路尖山沟特大桥主桥为跨径220 m上承式钢管混凝土拱桥,原拱座采用扩大基础,基底呈阶梯形。左幅大桩号侧地基开挖后发现岩石节理、裂隙发育,拱座横向承载力不均匀。针对左幅拱座基础因不能完全嵌入中风化岩层而导致拱座受力不均的问题,提出增大基础尺寸、增设斜桩、增设顶推桩3种优化方案,并进行比选,最终采用增设2根?3.5 m斜桩方案(受力途径清晰、开挖量小、对环境及引桥影响小),以提高拱座抗推能力。采用有限元软件建立拱桥模型,对拱座承载力、大直径斜桩拱座边坡稳定性进行计算。结果表明:2种极限情况下拱座基底应力均小于1 000 kPa;考虑斜桩作用后,拱座水平向安全系数为17.6;单桩轴向承载力为106 926 kN,安全系数为2.7;成桥后拱座最大水平位移约为0.8 mm,边坡整体最大沉降值约为1.5 mm,基岩变位满足设计要求。     

大断面倾斜单桩式桥梁拱座受力分析

根据拱桥拱座和斜桩的受力特性设计了一种新型拱座结构形式——大断面倾斜单桩基础作为拱座。为了准确分析此类拱座基础的受力性状,结合某上承式提篮拱桥拱座基础,通过有限元数值模型和现场实测分析,研究了基础在最不利荷载作用时的应力分布情况和偏心距对拱座基础受力的影响,为类似桥梁的拱座基础设计提供参考。     

斜靠式钢箱拱桥力学性能分析

采用MIDAS/CIVIL有限元软件对一跨径124m的钢箱斜靠式拱桥进行分析,计算了其在三种荷载标准组合下的力学性能,结果表明:竖直拱肋和斜靠拱肋的最大压应力都小于钢材弯曲应力容许值.竖直吊杆安全系数3.19,倾斜吊杆安全系数3.53,满足拱桥设计要求吊杆最小安全系数不得小于2.5的规定,并且应力都小于吊杆应力上限,满足吊杆疲劳性能要求.系杆安全系数2.94,满足系杆最小安全系数不得小于1.8的要求.中横梁应力和端横梁抗弯抗裂性能满足设计要求.挠度验算其结构刚度满足规范要求.拱肋屈曲稳定分析其稳定系数远大于一般的要求.该桥设计安全可靠.     

800m级钢-UHPC组合桁式拱桥概念设计与可行性研究

提出了一种特大跨径钢-UHPC组合桁式拱桥新体系。新体系拱桥用UHPC箱型拱肋承受巨大的轴力,采用钢腹杆钢横联规避开裂的风险;相比传统混凝土拱桥,新体系拱桥自重大幅度降低;相比钢拱桥,其不存在厚板焊接困难的问题;采用斜拉扣挂分多次悬臂合龙施工法,扣索只需承受单次合龙的主拱自重并多次循环利用,施工临时措施费用大大降低,因而具有良好的经济性。通过对跨径800m的钢-UHPC组合桁式拱桥的试设计,结果表明:主拱分3次合龙时,斜拉扣挂只需承担36%的主拱自重,拱肋最大压应力为64.9 MPa,无拉应力,各施工阶段的稳定性、应力、刚度等均满足要求。平均每平米桥面主拱圈材料用量指标为:钢材380kg,UHPC 0.61m3,自重2.03t。对比研究表明新型钢-UHPC组合桁式拱桥具有显著的技术经济优势,可适用于500~1 000m级跨径的拱桥。     

拱梁组合体系桥梁的拱梁相对刚度分析

介绍3座不同承载面、不同加劲梁及拱圈形式的拱梁组合体系桥梁的设计实例,并对这3座桥梁中拱和梁的相对刚度进行参数分析,探讨拱梁相对刚度对全桥结构受力的影响.     

大跨度钢管混凝土拱桥拱座局部应力研究

拱座是将上部结构荷载传递到基础的重要传力构件,大跨度钢管混凝土拱桥的拱肋由钢管构成,荷载较普通钢筋混凝土拱桥集中,结构设计中对此一般从构造上考虑得比较多,理论计算上考虑得相对较少,有关文献也不多.结合某大跨度钢管混凝土拱桥,用ANSYS建立了其拱座空间计算模型,分析了各种荷载工况下的拱座应力,探讨了其应力分布情况.     

不同拓宽连接方式对旧桥受力状态的影响分析

针对桥梁拓宽新旧桥跨径不等的情况,结合塘河大桥的拓宽实际,利用ANSYS进行拓宽的仿真模拟.分析了当横向拓宽分别采用刚性连接(刚接)和铰接时,在汽车荷载作用下旧桥的纵、横向应力的变化,得出刚接比铰接能提供更大的横向连接刚度,铰接的应力分布较均匀,整体应力水平较刚性连接低的结果.同时对日照温差进行了分析,刚接增加了箱梁内的日照温差应力数值,且对箱梁翼缘板应力的影响要大于对箱梁梁体应力的影响.     

小矢跨比上承式混凝土连拱拱桥设计方案优化

井田大桥为74m+128m+74 m小矢跨比上承式钢筋混凝土三孔连拱拱桥,采用Midas/Civil软件建立全桥三维有限元模型分析结构在全施工过程中的受力状态,探寻小矢跨比连拱拱桥的合理成拱方案,优化主拱拱圈的拱轴系数与局部构造.结果 表明,缆索拼接方案的拼接界面不能满足小矢跨比拱桥的弯矩需求,挂篮悬浇方案则可以保证结构的整体性、安全性及美观性;增加拱轴系数能减小拱脚负弯矩,增加拱顶正弯矩,对L/4截面的弯矩影响不显著,综合平衡全拱圈正负弯矩,井田大桥主拱圈拱轴系数取2.6;优化拱圈截面形式后,主拱圈最大压应力处于相对均衡水平,且拱顶负弯矩大幅降低,使全桥内力分布更为合理.     

钢箱提篮拱桥拱脚过渡段局部应力研究

运用两步有限元分析法,建立全桥整体空间分析模型,确定拱脚节点的最不利荷载组合效应;建立了拱脚与台座连接区域线性和非线性的精细化有限元分析模型,通过对比研究了三个拱脚过渡段比较方案的局部应力分布规律,提出了合理的构造方案,为同类桥梁的设计和建造提供借鉴。