大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥极限承载力分析

针对大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥在变形、失稳破坏期间产生的材料和几何非线性特性,对这种桥型的非线性分析理论和分析方法进行了研究,并以宜万线上某大桥为例,进行了静力荷载作用下的极限承载力分析;此外,对该桥的刚度问题、设计荷载下的应力控制区域等问题进行了研究。研究结果表明,钢管混凝土肋拱具有较好的弹塑性性能和较高的承载能力。     

钢管混凝土劲性骨架超高墩连续刚构桥施工阶段横向非线性变形分析

建立了劲性骨架钢管混凝土超高墩连续刚构桥施工过程的非线性有限元模型。计算了施工过程中含有曲线主梁的桥墩墩顶横向位移与最大悬臂状态桥墩墩顶横向位移。结果表明:几何非线性对于横向挠度影响明显,横向联系梁先于主梁施工有利于控制横向位移,提高整体刚度,减轻几何非线性的影响。     

地震作用下钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁行车安全性分析

为研究地震作用下钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁的行车安全性,以干海子特大桥为研究对象,建立考虑地震作用的车桥耦合振动方程,并将计算方法添加到基于梁单元的双重非线性有限元程序NL_Beam3D中,实现地震作用下车桥系统相互作用的耦合计算。考虑车辆倾覆指标和桥梁横向变形的影响,进行行车安全性分析。结果表明:有限元计算得到的基频和不同车速下最大动挠度与实桥荷载试验得到的结果接近;与已有振动台试验结果相比,位移时程曲线形状吻合,位移幅值满足相似比关系,验证了计算模型和方法的有效性。柔性高墩轻型桥梁对地震波有滤波效应,地震波传至桥梁时强度明显减弱;最不利的重型货车的倾覆指标阈值大于E1多遇地震时的桥面最大横向加速度,即不存在车辆侧倾现象;墩顶位移满足设计要求,干海子特大桥行车安全性能良好。部分墩顶横向位移在地面峰值加速度达到1. 6倍E1多遇地震动时,将超过《公路钢管混凝土桥梁设计与施工指南》给出的限值。桥面最大加速度在地面峰值加速度为2倍E1多遇地震动时,倾覆指标阈值小于桥面最大横向加速度,重型货车存在倾覆可能;对应的桥墩墩顶最大横向位移与墩高比例系数达1/198,大于指南限值1/300,说明该指南对桥墩墩顶位移限值规定相对比较保守。     

考虑结构损伤的CFST拱桥极限承载力分析

为研究大跨度钢管混凝土拱桥在结构受到损伤情况下的极限承载力,以某特大桥为例,假定该桥在营运阶段主拱圈拱脚根部截面受到损伤,借助通用有限元程序ANSYS建立相应的空间有限元模型,研究过程中引入考虑套箍效应的钢管内混凝土本构关系,对该类桥型的拱脚关键部位损伤前后,在3种不同工况下极限承载力进行了对比分析,得出了相应的极限荷载系数、破坏模式以及荷载-位移曲线之间的关系。结果表明：在该类结构极限承载力分析过程中,非线性效应十分明显;关键部位的轻微损伤对该类结构的极限承载力有较为明显的影响,但不影响结构破坏的模式;在结构的极限承载力分析中,必须考虑几何与材料的双重非线性特性的影响。     

大悬臂预应力宽箱梁桥空间效应研究

为研究大悬臂预应力混凝土宽箱梁桥的空间效应,采用有限元软件ANSYS建立精细化空间数值模型,对比无预应力、纵向预应力、纵向预应力加横向预应力三种工况下的计算结果,分析预应力对桥梁空间效应的影响,研究移动荷载、扭转作用下桥梁的空间应力分布规律,得出纵横向预应力大大改善桥梁应力状况,移动荷载对结构的影响从跨中截面向墩顶截面快速减弱,墩顶附近梁体的扭转作用十分强烈,而梁体顶板的扭转作用要远小于底板。     

大跨度斜拉钢管混凝土拱桥的施工控制分析

桥梁施工控制的方法有多种,具体桥型应选用相适应的控制方法,而对于大跨度斜拉钢管混凝土拱桥的施工控制方法则应选用基于现代控制理论的自适应控制理论。该文根据湘潭四大桥斜拉钢管混凝土拱桥的具体施工控制实践分析,对该桥的施工控制方法及具体内容进行了系统的阐述,指出了目前斜拉钢管混凝土拱桥施工控制系统中尚需解决的问题。     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

初始缺陷对钢管混凝土混合柱高墩极限承载力的影响研究

施工误差、材料性能不均匀等因素必然导致钢管混凝土混合柱高墩存在一定的初始缺陷。文中以四川干海子特大桥为工程背景,运用一致缺陷和改进随机缺陷理论,考虑材料非线性、几何非线性,对钢管混凝土混合柱高墩进行极限承载力分析,得到其极限承载力特征参数,进而研究初始缺陷对钢管混凝土混合柱高墩极限承载力的影响,并采用随机有限元法对初始材料缺陷进行极限承载力敏感性分析。结果表明,钢管混凝土混合柱高墩属于缺陷敏感结构,对于干海子特大桥110 m钢管混凝土混合柱桥墩,初始缺陷限值按现有规范取值风险较大,其初始缺陷限值建议取墩高的1/2 000;与一致缺陷模态法相比,结构初始缺陷值控制在较小范围内时,采用随机缺陷模态法计算所得钢管混凝土混合柱高墩的极限承载力偏小;沿墩高方向缺陷对结构极限承载力的灵敏度变化较大,呈现下部结构大于上部结构、两端大于中间的规律;干海子特大桥110 m钢管混凝土混合柱桥墩对顺桥向缺陷最敏感;钢管混凝土混合柱高墩材料缺陷对极限承载力的敏感性从大到小依次为纵向连接杆件外径、纵向连接杆件钢管壁厚、核心混凝土弹性模量、柱肢杆件外径、核心混凝土密度、钢材密度、柱肢杆件钢管壁厚。     

大跨度钢管混凝土拱桥制造线形计算方法研究

通过计算制造线形为施工线形控制提供依据并指导施工;研究了零初始位移法和切线初始位移法的几何关系;提出了计算制造线形需要考虑水平位移;以总溪河大桥为工程背景,运用Midas/Civil软件建立空间有限元分析模型,得到了考虑混凝土收缩徐变、几何非线性、汽车荷载影响下主拱的累积位移,并在此基础上计算得到大跨度钢管混凝土拱桥的制造线形。计算结果表明:大跨度钢管混凝土拱桥制造线形的精确计算除了需要考虑竖向预拱度外还要考虑水平预拱度。     

风浪荷载共同作用下大跨度刚构桥动力响应规律研究

风浪作用在结构上会对结构产生动力作用,从而影响到结构的内力及响应。为研究风浪作用下大跨度连续刚构桥的动力响应规律,利用通用有限元软件ANSYS建立了刚构桥的有限元模型,并以经典理论为基础,在风浪耦合关系的基础上建立了风场和波浪场的数值模型,此数值模型在抖振力响应的基础上考虑了波浪对风场的影响。对大跨度刚构桥在风浪荷载共同作用下的动力响应结果进行了分析。研究结果发现:对比风荷载、波浪荷载单独作用及风浪荷载共同作用下桥梁不同位置的横向位移响应结果,墩顶位移相对增幅要大于跨中位移相对增幅,波浪荷载作用对桥梁横向位移响应的影响从桥墩到跨中依次减小;对比风荷载、波浪荷载及风浪荷载共同作用下桥梁墩底剪力及墩底弯矩响应结果,波浪荷载作用对墩底横向剪力、墩底纵向剪力、墩底绕横桥向弯矩和绕纵桥向弯矩均有明显影响,波浪荷载作用对墩底剪力的影响很大,对墩底弯矩的影响较大;风浪荷载共同作用并不是风荷载、波浪荷载单独作用下响应的简单叠加,波浪形成时会对风场产生影响,除了随机湍流风速以外,波浪会引起与波浪同步的上方气流速度变化,在风浪场中的风速模拟时,需要考虑波浪对上部气流的影响,因此对横向位移响应影响较大的主要作用为风荷载作用,但并不意味着可以忽略波浪荷载的作用。     

大跨高墩刚构与低墩连续组合桥梁纵向抗震结构体系分析

为研究横跨U形深峡谷地带桥梁纵向抗震结构体系,以高烈度区的某150m高墩连续梁桥结构体系为背景,建立了三维空间有限元模型,研究了不同类型墩梁约束结构体系的抗震性能,确定了高墩刚构+低墩连续组合桥梁结构。以桥梁关键截面内力响应和梁端位移为比选阻尼器参数评价指标,确定了梁端黏滞阻尼器参数,研究了高墩大跨度连续刚构桥梁端设置纵向阻尼器的减震效果。研究结果表明,在横U形深峡谷地带修建连续梁桥,适宜选用高墩刚构与低墩连续组合桥结构体系,且在桥梁端设置黏滞阻尼器,墩底纵向弯矩、梁端位移、墩梁相对位移等得到了有效地控制,确保了高烈度区高墩大跨度连续梁桥的抗震安全性。     

考虑河谷场地效应的大跨度拱桥的地震响应分析

为研究V型河谷场地效应对大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应影响,以某大跨度钢管混凝土拱桥为工程背景并简化V型河谷场地模型,建立河谷-拱桥有限元模型,讨论在SV波作用下对桥梁的地震响应影响。结果表明:由于地震荷载是均匀作用在场地,且河谷-拱桥有限元模型是轴对称模型,因此得到的拱桥主拱圈的内力和位移响应趋势是对称分布;不同地震波作用下得到的主拱圈内力和位移响应大小不同,这和拱桥拱脚与场地连接部位的地震动强度和地震波的频谱特性有关;在进行桥梁抗震设计时,SV波作用下拱桥关键部位应重点关注。     

巫峡长江大桥极限承载能力分析

针对大跨度钢管混凝土拱桥在变形、失稳破坏期间产生的材料和几何非线性特性,考虑拱肋初始几何缺陷和结构在施工期间所形成的初应力等因素的影响,采用高精度的圆截面梁单元和钢管混凝土组合材料的本构关系,对巫峡长江大桥在静力荷载作用下的极限承载力进行了分析。     

“先梁后拱”方法在南门关大桥中的应用分析

近些年,钢管混凝土拱桥作为一种重要桥型,在现代桥梁建设事业中得到了广泛应用,其中下承式钢管混凝土拱桥尤其适用于不良地质。南关门大桥桥址区不良地质现象为泥石流和左岸冰水堆积体被泥石流冲刷坡脚后产生局部的塌方,经综合考虑决定采用下承式钢管混凝土简支系杆拱桥,并具体分析了"先梁后拱"的施工方法,可供参考。     

下承式钢管混凝土拱桥吊杆冲击系数研究

以某下承式钢管混凝土拱桥为背景,采用ANSYS建立了车辆和桥梁模型,使用APDL语言编制了车-桥耦合振动分析程序,运用动力学迭代求解。研究了路面不平顺、车速、行车数量与车距4种因素对钢管混凝土拱桥吊杆应力冲击系数的影响。结果表明,路面不平顺、车速、行车数量与车距均会对桥梁吊杆冲击系数产生影响。     

混凝土连续梁桥空心墩墩顶局部应力分析

大跨度预应力混凝土连续梁桥桥墩是结构的关键部位之一,桥墩墩顶截面的受力很复杂。本文通过建立某连续梁桥空心墩的空间有限元模型,分析了空心墩在竖向荷载及温度荷载作用下的墩顶局部应力分布特征,指出在墩顶对称轴附近存在较大拉应力,特别在墩实体过渡段下部;而且在骤然降温时,桥墩外表面出现较大横向拉应力。因此要注意配筋,防止出现裂缝。     

多孔连续曲线梁桥偏位成因分析及同步纠偏技术

本文针对日益增多的桥梁偏位问题,以陕西省府谷孤山川11号桥的纠偏工程为例,利用有限元程序对弯梁桥的偏位原因、机理及纠偏方法进行了研究,并对依托工程偏位原因进行分析。分析得出:曲线梁桥在使用过程中,由于其周期性使用荷载的作用,会产生可累积的残余位移,造成桥梁较大的偏位。连续曲线梁桥在温度荷载、活荷载等荷载工况下都会不同程度发生横向位移,其中温度荷载对曲线梁桥横纵位移影响最大。固定支座位置是影响曲线梁桥上部结构横向位移重要因素,合理的布设固定支座可以有效降低温度荷载对曲线桥梁横向位移的影响。此外,本文还根据工程实例,介绍了弯箱梁桥梁体复位以及支座更换技术,该方法操作简单,施工安全性高,适合于梁体横向纠偏和支座更换工作。     

曲线梁桥空间内力分析

本文以某连续刚构弯桥为研究对象,借助有限元程序分析荷载作用下主梁扭矩和内力特点,通过改变墩的横向刚度,对比分析曲线刚构桥的梁体位移和内力,探讨了梁体弯曲对设计施工控制变形的影响,希望为相关工程提供参考。     

桥面平整度对大跨度钢管混凝土拱桥车辆振动的影响

由路面平整度能量谱密度函数得到桥面平整度不规则形状沿纵向分布函数,分析不同等级桥面平整度对大跨度钢管混凝土拱桥的车辆振动的影响。提出一种车—桥振动简化计算方法,该方法在建立桥的有限元模型时,将车辆的动力性能与桥面平整度对桥梁振动的影响加入到外载荷中,简化了振动分析过程,可用于确定不同等级桥面下的汽车荷载冲击系数取值,为大跨度钢管混凝土拱桥的设计和养护提供参考。     

多维地震激励作用下大跨度斜拉拱桥的随机响应

以一种新颖钢管混凝土拱桥-斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,通过建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法得到结构的自振特性,并运用随机响应理论分别对该桥在纵向激励、纵＋竖向激励、纵＋横向激励、纵＋竖＋横向激励等4种工况作用下的地震响应与相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥进行了对比分析。分析结果表明,地震横向激励对斜拉拱桥的响应特性有较大的影响,在多维随机地震激励作用下,由于斜拉索的存在使得斜拉拱桥的横向抗震性能优于相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。