钢管混凝土拱桥极限承载力分析的自适应方法

针对现行钢管混凝土结构极限承载力分析的增量非线性有限元法主要依据钢管混凝土的弹塑性本构关系建立非线性迭代计算公式,其计算原理复杂、效率低,难以满足工程设计和分析要求的状况,建立了钢管混凝土拱桥结构极限承载力分析的自适应弹性模量缩减法。首先对不同受力条件下材性差异较大的圆形截面钢管混凝土构件,根据统一理论和承载力相关方程确定了构件的广义屈服函数,进而利用全面试验法在广义屈服面上设置配点,并在极值点附近加密配点,通过回归分析建立了齐次广义屈服函数,据此定义了单元承载比、承载比均匀度和基准承载比,提出了钢管混凝土拱桥高承载单元的自适应识别准则。然后,利用变形能守恒原则建立了弹性模量调整策略,通过自适应缩减高承载单元的弹性模量模拟结构在加载过程中的刚度损伤,并利用线弹性迭代分析计算钢管混凝土拱桥的极限承载力。最后讨论了离散单元数量、荷载分布方式以及广义屈服函数的齐次性对结果的影响,并将该方法与模型试验及增量非线性有限元法的计算结果开展了对比分析。研究表明:该方法能够体现钢管混凝土不同材料纤维在受力变形过程中的自适应调整能力,并通过对拱桥结构损伤演化的自适应模拟取得较高的计算精度和计算效率。     

钢管初应力对钢管混凝土单圆管拱极限承载力影响的研究

钢管混凝土这种组合材料以其自身的优势,推动了钢管混凝土拱桥的大发展;对于大跨度拱桥而言,由此带来不可避免的初应力问题.利用数值分析的方法,建立了实体-梁单元法,选择了核心混凝土与钢管的本构关系,推导了弹塑性切线刚度矩阵,在此基础上利用Visual Fortran语言编写了极限承载力的计算程序,通过引入初应力系数的概念,探讨了不同初应力系数对极限承载力的影响,给出了单拱肋拱桥初应力的限值,对研究钢管初应力对钢管混凝土拱桥极限承载力影响具有一定的指导意义.     

钢管混凝土桁式拱桥稳定承载力的参数分析

利用高效高精度线弹性迭代方法,分析了几何和材料参数对钢管混凝土桁式拱桥稳定承载力的影响规律。首先,结合钢管混凝土构件齐次广义屈服函数和弹性模量调整策略,建立了钢管混凝土结构稳定承载力分析的线弹性迭代方法;进而通过与桁式拱模型试验结果对比,验证了线弹性迭代方法的准确性和高效性;最后利用线弹性迭代方法探讨了矢跨比、钢管和混凝土强度、含钢率、弦杆和腹杆刚度比等参数对拱稳定承载力的影响。研究结果表明:建立的线弹性迭代方法能够准确高效地预测钢管混凝土桁式拱稳定承载力,矢跨比、钢管强度、含钢率和弦杆与腹杆刚度比对稳定承载力影响较大,对混凝土强度影响较小,建议矢跨比范围为0.20～0.25,钢管强度和含钢率选择需要考虑经济性,弦杆与腹杆的刚度需要匹配使用。     

钢管混凝土拱桥的极限承载能力分析

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,采用不分层圆截面Timoshenko梁单元和钢管混凝土组合材料的本构关系,对南宁市永和大桥在静力荷载作用下的极限承载力进行了分析,并以钢管混凝土拱的模型试验来验证计算分析结果。     

钢管混凝土拱桥的极限承载能力分析

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,采用不分层圆截面Timoshenko梁单元和钢管混凝土组合材料的本构关系,对南宁市永和大桥在静力荷载作用下的极限承载力进行了分析,并以钢管混凝土拱的模型试验来验证计算分析结果.     

钢管混凝土拱桥极限承载力的参数效应

以某钢管混凝土拱桥为基本分析对象,建立了三维仿真数值模型,分析了钢管混凝土拱桥在多种因素耦合作用下的极限承载力,详细探讨了初始几何缺陷、活载比例、荷载分布形式、含钢率等对钢管混凝土拱桥极限承载力的影响效应。得出了一些有益的结论。     

钢管混凝土拱桥稳定与极限承载力研究及参数分析

在对某钢管混凝土拱桥使用阶段的稳定与极限承载力研究的基础上,探讨了套箍效应、矢跨比、横向联系、拱轴线的偏移等物理、几何特性指标对钢管混凝土拱桥成桥使用阶段稳定与极限承载力的影响.     

某下承式钢管混凝土拱桥二类稳定分析研究

为研究下承式钢管混凝土拱桥二类稳定性问题,以某下承式钢管混凝土拱桥的方案设计为背景,利用大型分析软件ANSYS建立3个全桥有限元模型,其钢管混凝土材料分别采用统一理论法、组合截面法和双单元法进行模拟;探讨了二类稳定安全系数的评判标准,根据规范提出了二类稳定安全系数的判定计算方法。计算分析结果表明,统一理论法计算值偏大;组合截面法和双单元法能比较真实地模拟钢管混凝土材料,拱桥稳定性分析二者计算结果相近;该下承式钢管混凝土拱桥稳定性有保证。     

含钢率对正常使用极限状态下总溪河钢管混凝土拱肋应力影响分析

含钢率是影响钢管混凝土拱桥拱肋受力的重要参数,为研究含钢率对大跨度钢管混凝土拱桥拱肋钢管和管内混凝土应力的影响规律,模拟钢管混凝土拱桥施工过程,采用三阶段应力叠加法,分析了含钢率影响拱肋应力的机理。以贵州省总溪河大桥为例,采用有限元方法进行了计算验证。计算结果表明:在荷载不变的情况下,含钢率减小会使得正常使用极限状态下钢管与混凝土的应力增加,但钢管与混凝土应力增加的幅度要小于含钢率减小的幅度。含钢率减小虽然会降低钢管混凝土拱肋的刚度和极限承载力,但对于正常使用极限状态下充分发挥混凝土的承载作用是有利的。     

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。     

钢管混凝土单圆管标准拱桥面外稳定性有限元分析方法研究

为给钢管混凝土单圆管拱桥面外稳定性分析提供实用计算方法,对钢管混凝土单圆管标准拱桥面外弹性稳定性有限元分析方法进行研究。首先使用统计学方法,统计分析国内25座钢管混凝土单圆管拱桥基本构造数据及统计学参数;其次根据已有统计数据建立50~59m、60~69m、70~79m共3类跨径钢管混凝土单圆管标准拱桥并验算其安全性能;给出弹性稳定系数分析标准拱桥面外弹性稳定性能的基本假定以及竖向荷载和横桥向荷载计算方法,采用不同有限元方法分析标准拱桥面外稳定性,确定标准拱桥面外稳定性有限元计算方法。结果表明:通过统计数据建立的钢管混凝土单圆管标准拱桥能反映工程实际;采用恒、活载稳定系数计算方法求解标准拱桥面外弹性稳定承载力及极限承载力较为合适。     

装配式空心钢管混凝土拱桥可行性研究

为减小大跨度钢管混凝土拱桥自重,提高大跨度钢管混凝土拱桥的施工便利性,提出使用预制空心钢管混凝土构件代替实心钢管混凝土构件作为大跨度钢管混凝土拱桥拱肋的新思想。该文采用有限元分析方法对某特大桥进行了试设计研究,建立空心钢管混凝土拱桥模型和实心钢管混凝土拱桥模型,在不同工况组合条件下,对两者拱肋内力、挠度进行了分析比较,使用现有规范的计算公式进行承载力验算。结果显示:空心钢管混凝土方案与原实心钢管混凝土方案相比,拱肋各杆轴力有明显减少,不同杆件、不同主拱圈截面弯矩有减少亦有增加,不同方案对挠度的影响不大,空心钢管混凝土构件均满足承载力要求。分析结果表明空心钢管混凝土代替钢管混凝土的新思想具有可行性,可以减小大跨度拱桥整体自重,减少混凝土用量,降低拱肋上、下弦杆轴力,在提高大跨度拱桥整体力学性能和经济性方面具有一定优势。     

钢管初应力对大跨度哑铃形钢管混凝土拱肋极限承载力影响研究

钢管混凝土拱桥在施工过程中钢管会产生初应力,这对拱肋的极限承载力有多大影响？至今没人提出具体的研究数据。根据钢管混凝土拱桥施工顺序,介绍了初应力的种类和计算方法,并根据理论编制程序,计算一哑铃型拱肋,分析了初应力对哑铃型拱肋的极限承载力影响。结果表明初应力的存在使拱肋的极限承载力降低,最大可达到接近20%,并且不同的含钢率,不同的初应力系数,其折减速率不尽相同。为保证钢管混凝土拱桥设计与施工安全,建议初应力系数控制在0.6以内。     

钢管初应力对大跨度哑铃形钢管混凝土拱肋极限承载力影响研究

钢管混凝土拱桥在施工过程中钢管会产生初应力,这对拱肋的极限承载力有多大影响?至今没人提出具体的研究数据.根据钢管混凝土拱桥施工顺序,介绍了初应力的种类和计算方法,并根据理论编制程序,计算一哑铃型拱肋,分析了初应力对哑铃型拱肋的极限承载力影响.结果表明初应力的存在使拱肋的极限承载力降低,最大可达到接近20%,并且不同的含钢率,不同的初应力系数,其折减速率不尽相同.为保证钢管混凝土拱桥设计与施工安全,建议初应力系数控制在0.6以内.     

脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥受力性能的影响

采用平面应变理论推导了轴向压力、温度荷载、收缩应变作用下钢管和核心混凝土界面拉应力的计算公式;提出了钢管混凝土拱桥完全脱黏的计算模型,分析了脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥内力、刚度和面内极限承载力的影响;提出了采用内法兰构造在有限点限制钢管与核心混凝土相对滑移的脱黏对策,并以茅草街大桥实测数据对内法兰构造的有效性进行了验证。结果表明:脱黏使桁架式钢管混凝土拱桥钢管内力增大,结构刚度降低,面内极限承载力下降;在有限点设置内法兰构造使得脱黏之后桁架式钢管混凝土拱桥的受力性能与黏结良好时比较接近。     

钢腹杆-劲性骨架混凝土弦杆组合拱节点受力性能试验

为进一步增大拱桥的跨越能力,结合劲性骨架钢筋混凝土拱桥的结构和施工特点,提出钢腹杆-劲性骨架混凝土(SRC)弦杆组合桁式拱圈结构,利用钢腹杆替代混凝土腹板,省去混凝土腹板的浇筑工作,并减轻拱圈自重以达到增大拱桥跨径的目的。为了解这种组合拱连接节点的受力特点,在钢腹杆-SRC弦杆组合拱桥试设计研究基础上,以弦杆外包混凝土厚度为主要参数,进行了3个组合拱节点及1个对比钢管混凝土节点的试验研究,并探讨了节点的失效机理。结果表明:组合拱节点首先发生弦杆外包混凝土开裂,最终发生钢管混凝土节点破坏;外包混凝土对受拉和受压腹杆的受力影响很小;相比钢管混凝土节点而言,组合拱节点受拉腹杆的接头刚度较大;弦杆外包混凝土的厚度只影响外包混凝土的开裂荷载,外包混凝土越厚,开裂荷载越大,但不影响组合拱节点的极限承载力;结合钢管混凝土劲性骨架混凝土柱的研究成果,建议组合拱节点的混凝土外包系数取0.50左右,其承载力可按照受拉节点发生冲剪失效模式和受压节点发生有效宽度失效模式进行计算,但其计算结果偏于安全。研究成果可为钢腹杆-SRC弦杆组合拱桥的设计提供依据,也可为类似连接节点的设计提供参考。     

脱空对四肢格构式异型钢管混凝土拱桥极限承载力的影响分析

拱肋混凝土脱空是钢管混凝土拱桥突出问题之一,以一座四肢格构式异型钢管混凝土拱桥为研究背景,在考虑材料和几何非线性的基础上,基于ANSYS有限元分析模型,探讨了拱肋脱空位置、截面脱空率等因素对拱桥极限承载力的影响。     

FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能及承载力计算模型

为了给FRP-混凝土-钢管组合方柱的设计和施工提供参考,促进其在桥梁墩柱等腐蚀环境下的工程结构中应用,通过21根方柱的轴压试验,重点研究空心率、钢管径厚比和FRP约束特征值对FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能的影响。基于极限平衡理论及FRP约束混凝土实心方柱的试验结果,对FRP-混凝土-钢管组合方柱进行受力分析,提出了其轴压承载力计算模型。结果表明:外层FRP管和内层钢管对FRP-混凝土-钢管组合方柱中的混凝土具有较大约束,其强度和延性均得到显著提高;其轴压性能与外层FRP约束程度和内层钢管径厚比密切相关;基于极限平衡理论提出的FRP-混凝土-钢管组合方柱极限承载力计算模型的计算过程简单,且计算值与试验结果吻合较好。     

基于统一理论的蝶形拱桥空间稳定性分析

为考察多拱肋蝶形拱桥结构稳定性的特点,基于考虑钢管套箍作用的统一理论对大跨度蝶形钢管混凝土拱桥的两类稳定性问题进行了分析。通过特征值计算得到了结构的第一类稳定安全系数;考虑结构的几何非线性和材料非线性,应用荷载增量法迭代求解,得到了结构的极限承载力和第二类稳定安全系数。以太原市南中环主桥为工程背景,对主桥各施工阶段及成桥阶段的空间稳定性进行了分析。结果表明:换算截面法和叠合单元法的稳定安全系数比统一理论法整体上略小,统一理论法在钢管混凝土拱桥稳定性计算中是可行的;蝶形拱桥的失稳形式以拱的面外扭转失稳为主;拱肋的初始缺陷、活载的分布形式和横向风荷载等对结构稳定性均有不同程度的影响;结构第二类稳定安全系数均小于第一类稳定安全系数。     

桁式钢管混凝土拱桥面内极限承载受力全过程研究

以一座桁式钢管混凝土拱桥为对象,进行了考虑双重非线性的面内极限承载受力全过程的研究,并将结果与现有规范的计算结果相比较,得出了此类钢管混混凝土拱桥的面内受力特性。