大纵坡钢桥面铺装层底剪应力研究

为研究大纵坡钢桥面铺装层底剪应力计算方法,首先基于ABAQUS软件构建了钢桥面铺装局部三维有限元模型,用以计算铺装层剪应力大小。然后,采用正交设计法和多元回归方法得出大纵坡钢桥面铺装层底最大纵向剪应力回归公式,并对其精度加以验证,同时分析了回归公式中各参数对铺装层底最大纵向剪应力的影响。最后,进一步回归了紧急制动时层底最大纵向剪应力计算公式,并以仁皇山大桥工程为例加以验证。结果表明,大纵坡钢桥面铺装层底最大纵向剪应力随纵坡、铺装层模量和U肋宽度的增大而增大,随钢板厚度和横隔板间距的增大而减小。在大纵坡钢桥面铺装设计中,可通过减小纵坡、铺装层模量、U肋宽度或增大钢板厚度、横隔板间距来减小铺装层底最大剪应力,从而提升铺装层界面的安全性。     

钢桥面铺装的拉应力分析

针对典型的钢桥桥面铺装体系，采用SAP有限元软件，分析了铺装层内的拉应力的变化规律。分析表明，铺装层的最大横向拉应力远远大于最大纵向拉应力，最大横向拉应力通常出现在梯形加颈肋肋顶的铺装层表面，铺装层的模量也对拉应力影响很大。     

纵坡对钢桥面铺装层力学响应的影响

为提出大纵坡钢桥面铺装层设计指标,分析了坡道上车辆与桥面的相互作用以及沥青混合料的时温等效特性。在此基础上,采用ABAQUS软件建立了钢桥面铺装局部三维有限元模型。最后,分析了匀速行驶及紧急制动时纵坡对钢桥面铺装层力学响应的影响。结果表明:纵坡对钢桥面铺装层表面最大横向拉应力、层底最大横向剪应力和最大竖向位移几乎无影响;纵坡对钢桥面铺装层表面最大纵向拉应力和层底最大纵向剪应力影响较为显著;相比匀速行驶时,紧急制动时下坡道纵向拉应力及纵向剪应力大幅增大,尤其是纵向剪受力更不利。在大纵坡钢桥面铺装层设计中,计算铺装层表面最大纵向拉应力和层底最大纵向剪应力时必须充分考虑纵坡影响,重点考虑界面抗剪强度。     

钢箱梁桥基面结构对桥面铺装的影响

借助ANSYS结构有限元分析程序,研究了在各种基面参数下钢箱梁顶板顶面的横向弯拉应变、纵向弯拉应变和竖向位移,给出了各种基面参数对正交异性板钢箱梁顶板顶面的影响规律,并对结构基面进行了优化,为钢箱梁桥面铺装结构体系的优化设计提供了技术支撑.     

公铁两用大桥桥面铺装力学行为研究

为研究公铁两用连续刚桁梁桥的公路桥面铺装结构的力学行为和力学指标,采用有限元软件ANSYS,建立简化桥面铺装的某公铁两用大桥整体有限元模型,对在简化铁路荷载和公路荷载作用下铺装结构的力学响应进行了分析,得到铺装层的应力—应变变化规律、力学控制指标和最不利荷位。分析结果表明:采用3跨公路桥局部模型能获得相对合理的桥面铺装分析模型;各个轮载位的沥青面层最大横、纵向剪应力均出现在车轮荷载正下方沥青层与混凝土层交界处,计算结果显示沥青面层剪应力水平普遍于0.1~0.15 MPa之间,而SMA沥青混凝土与混凝土之间的抗剪强度为1 MPa,由此可见理论计算值满足容许值需求,并且留下了较大的抗剪储备空间。     

钢桥面力学分析合理有限元模型研究

钢箱梁桥面板的结构特性直接影响着其上沥青铺装层的受力,因此进行有限元力学分析时必须确定合理的结构模型。在多次计算的基础上,通过比较相同荷载作用下模型各个关键结点的位移、应力、应变等力学指标,最终确定了横向上包括6个U形加劲肋、纵向上包括3跨面板范围的基本简化模型,并对单元类型、单元大小等进行了讨论。通过实桥检测,验证了简化模型的可行性,分析了理论计算值与实测值误差的来源。     

基于铺装受力的钢箱梁斜拉桥纵隔板位置优化

为改善钢桥面铺装受力状况,针对国内某斜拉桥钢箱梁纵隔板位置,建立了全断面钢箱梁节段和铺装的力学计算新模型,分析了两种纵隔板设置方案在荷载作用下铺装层最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力等技术指标的变化及分布规律。结果表明,由于纵隔板的竖向刚度很大,在荷载作用下,纵隔板上方的铺装产生较大的横向拉应力,具有明显局部效应;荷载处于桥面板与U型加劲肋焊接点的正上方时,横向拉应力在距横隔板0～0.2m范围内快速增加,在0.2m处出现峰值;采用纵隔板设置方案二进行钢箱梁结构设计,优化了铺装的受力状况,横向荷位3为铺装最不利荷位。     

正交异性板桥面铺装受力影响因素分析

采用有限元方法,分析了正交异性板桥面铺装在结构和荷载因素变化时受力状态的变化规律;比较了有无纵隔板、桥面板厚度、加劲肋板厚度对受力的影响;分析了竖向、水平荷载对铺装层受力的影响。结果表明:有纵隔板时的横向拉应力为全桥面的铺装拉应力控制指标;增大桥面板厚度有利于减少桥面刚度不均,减小铺装层内的应力;加劲肋厚度的变化对加强结构刚度有利却对桥面铺装的受力不利;超载对应力状态极为不利,紧急制动产生的水平力会导致很大的纵向拉应力。     

桥梁全壳空间计算模型及其在单片结构桥梁中的应用

以梁杆单元为主体的钢桥传统计算分析方法存在不能准确反映桁架杆件之间和杆件与桥面之间的连接性能，包略桁架杆件横向尺寸效应等问题。文中提出了全桥全壳空间计算模型，并应用于单片结构桥梁方案的全桥空间计算中。该模型具有通用性，文中的研究有益于寻找钢桥结构行为的仿真分析途径，准确计算具有结构缺陷的现有钢桥的承载能力，真正连接钢桥图形系统与结构分析系统，探索大跨柔性钢桥的结构分析新方法等。     

正交异性钢桥面结构对铺装受力的影响及其优化

采用有限元方法建立一座正交异性钢桥面连续梁桥的全桥空间有限元模型;在桥面施加不利车辆荷载,分析桥面板厚度和U型加劲肋厚度等因素对桥面铺装层应力的影响。分析结果表明:横向最大拉应力对铺装层受拉开裂起控制作用;随着桥面板厚度和U肋厚度的增加,桥面铺装层所受的横向最大拉应力有所减小;顶板厚度从12 mm增加至20 mm,铺装层横向最大拉应力从0.62 MPa减小至0.52 MPa,降低16%;U肋厚度从6 mm增加至12 mm,铺装层横向最大拉应力从0.63 MPa减小至0.51 MPa,降低19%。顶板厚度变化和U肋厚度变化与铺装层受力变化均为非线性关系。     

横梁预应力束的平弯对混凝土斜拉桥边箱斜腹板的影响

分析了采用双边箱主梁截面的混凝土斜拉桥张拉横梁平弯预应力束时边箱斜腹板混凝土出现的横桥向裂缝,基于弹性理论分析了这种情况下混凝土主拉应力。假设预应力束的平弯曲线为直线,用直线段上的均布荷载代替预应力束对斜腹板的作用,采用无限大板作用集中力的弹性力学公式,通过对直线段上应力积分和坐标变换,求得了估计这种情况下的斜腹板混凝土主拉应力的公式,并据此提出减小主拉应力的方法。理论分析结果显示,将预应力束的平弯曲线用直线代替产生的误差不超过2％,该公式计算结果与有限元结果及实测数据比较表明,主拉应力的计算误差小于0．2MPa,结果满足工程精度需要,该方法可行。     

客运专线斜拉桥梁轨相互作用设计参数

采用非线性弹簧模拟桥梁和轨道的相互作用,根据相关文献的试验结果对模拟方法进行验证。以沪昆客运专线上某槽型截面独塔斜拉桥为算例,采用大型通用有限元软件ANSYS建立了塔-索-轨-梁-墩统一的空间有限元模型,对斜拉桥钢轨纵向力的传递规律进行了分析,研究了纵向阻力模型、斜拉桥结构体系、温度荷载与风荷载等设计参数对钢轨纵向力的影响。分析结果表明:钢轨纵向阻力可按理想弹塑性模型进行简化;与漂浮体系相比,塔梁固结可减小约30%的钢轨纵向力;在计算钢轨伸缩力时可按照梁体升温15℃和拉索升温40℃加载;在风速较大的地区,风力引起的斜拉桥上钢轨纵向力可超过60kN。     

地下建筑结构三维抗震简化计算方法研究

本文在理论分析的基础上,提出了地下建筑结构的三维抗震简化计算方法,研究了将地下结构平面模型的地震荷载和弹簧约束扩展应用于地下结构空间模型的具体实施方法,并建议了三维简化计算方法中法向和切向地基弹簧系数的数值计算方法。与三维有限元时程分析结果进行对比,验证了该方法的可靠性和适用性。三维抗震简化计算方法的提出,可以解决当空间地下建筑结构不能满足平面应变的假定条件时必须采用三维有限元时程分析进行抗震设计的问题。     

架空线路耐张线夹三维温度场仿真分析及验证

为研究不同条件下架空线路耐张线夹温度分布情况,构建了基于耐张线夹简化结构的有限元模型,并在600 A工频交流电流和不同接触电阻比的条件下,进行了耐张线夹电磁-热耦合有限元仿真,最终得到耐张线夹的三维温度场分布. 仿真结果显示:在正常情况下,耐张线夹引流板处的温度最低;在线夹不同部位接触电阻增大的情况下,引流板处接触电阻的增大对线夹整体温度升高的影响最大,而线夹本体压接处接触电阻的增大对线夹温升影响最小,同时线夹温度升高也会制约架空线路导线载流量. 最后通过线夹电阻测量试验和温升试验验证仿真的准确性,误差约为2.3%.      

路基填挖交界处路面裂缝的三维有限元分析

为了合理铺设土工格栅,防止路基填挖交界处路面开裂,分别建立不加格栅和加入不同层数、不同长度格栅的路基有限元计算模型,分析了路面顶面的竖向位移和沿路线纵向水平应力应变以及格栅的应力应变。格栅的布设减小了路面顶面竖向位移,分散了集中在填挖交界处的拉应力和拉应变,各模型中格栅的最大拉应力均小于1 MPa,最大拉应变均小于0.3%,布设一层时的格栅或多层布设时的底层格栅,拉应力和拉应变从路堑一侧到路堤一侧逐渐减小,其余层格栅的拉应力和拉应变,以靠近交界处路堑一侧最大。对计算结果的分析表明,土工格栅消除或延缓了路面横向裂缝的发生,布设一层时的格栅或多层布设时的底层格栅,路堑一侧应长于路堤一侧,其余层宜以交界处为轴对称布设。     

钢桥面板纵肋与横隔板焊接细节疲劳开裂的加固研究

为研究钢桥面板疲劳开裂部位栓接角钢的加固方法，采用足尺模型试验对纵肋与横隔板焊接细节疲劳裂纹的加固效果进行研究，采用ANSYS建立了含有疲劳裂纹的有限元模型，并基于断裂力学理论对比研究疲劳裂纹不同长度条件下的加固效果. 研究结果表明:纵肋与横隔板焊接细节的疲劳裂纹起裂于焊趾并沿纵肋腹板扩展，采用栓接角钢加固后可以使开裂部位关键测点的主拉应力和裂尖各测点的应变分别降低56%和80%，能够有效抑制疲劳裂纹的扩展；栓接角钢加固后裂尖的应力强度因子幅值最少降低80%，裂纹扩展速率显著降低；对贯穿纵肋腹板前不同长度的疲劳裂纹进行加固，裂尖应力强度因子幅值均降低60%～90%，但随着疲劳裂纹长度的增加，栓接角钢的加固方法对裂纹扩展的抑制效果不断降低，加固时机的合理选取是影响加固效果的关键因素之一.      

波形腹板钢箱-混凝土箱梁桥的有限元模型修正

为了缩小波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥有限元值与实测值之间的偏差,提出了采用响应面法和Fmincon算法相结合的桥梁有限元模型修正方法.以甘肃景中机场连接线的一座波形钢腹钢箱-混凝土组合箱梁桥为研究对象,首先对其进行静、动载试验,获得其弯曲振动频率、挠度及应变的实测值;其次分别采用实体和板壳模式的有限元建模获得该桥相应...     

考虑横观各向同性疲劳损伤的沥青路面数值模型

为研究车辆荷载作用下沥青路面的疲劳损伤问题,假定路面结构内受拉区的疲劳损伤横观各向同性,推导了沥青路面考虑横观各向同性疲劳损伤的本构方程.采用FORTRAN语言开发了材料子程序UMAT,结合有限元分析软件ABAQUS,得到了沥青路面的横观各向同性疲劳损伤数值分析模型.通过对该模型在不同荷载下的疲劳寿命分析,建立了荷载-疲劳寿命曲线,与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性,并分析了损伤度及水平拉应力在路面结构内的分布规律.研究结果表明:疲劳损伤主要分布在基层底面双轮中心线附近,该位置最先产生疲劳裂纹,随着荷载作用次数增加,受损区水平拉应力在减小的同时,分布规律也发生了很大的改变,其最大值位置沿道路竖向从基层底面向上移动,沿道路横向从双轮中心线位置往两侧移动;本文方法得到的路面疲劳寿命与试验结果吻合较好,相对误差在4.57%~9.82%之间.      

变温度环境下混凝土的三维收缩徐变效应

为准确分析混凝土的收缩徐变效应,基于收缩徐变的三维特性,对自然变温度环境下的混凝土收缩徐变效应进行了分析,建立了变温环境下混凝土三维收缩徐变效应的力学模型,并结合有限元分析软件ABAQUS开发了相应的计算程序,随后通过两个算例验证了方法的可行性与结果的可靠性. 研究结果表明:对于长期下挠和混凝土应变,模型计算值最大误差分别为8.2%和 –7.1%;模型能够很好地体现温度对徐变应变的影响,总体变化趋势与实测值较为一致,最大误差为 –20.5%,随着龄期增长误差越来越小,最终值误差为6.4%.