车轮荷载作用下连续梁受力性能研究

为了研究3跨连续梁桥在不同边中跨比下,各控制截面的受力情况,本文设计了一个中跨为0.85m且边中跨比从0.5~1.0变化的有机玻璃连续梁桥和对应比例的标准6轴汽车模型,在兰州大学工程试验中心实施了模拟汽车在连续梁桥产生的作用的试验。本文重点研究了汽车荷载在连续梁桥模型的不同控制截面的受力情况,通过材料力学原理由微应变实测值反推弯矩实测值和用ANSYS程序计算的弯矩理论值进行拟合对比。     

大跨重载装配式钢桥主桁销接节点设计

针对销轴尺寸较大时大跨度装配式钢桥主桁销接节点的节点板厚度由销孔孔壁承压应力控制的问题,提出一种在桁架弦杆间设置阴阳接头的大承载力销接节点设计方案。对该销接节点的传力机理和受力特性进行了数值模拟研究,并采用现行规范的计算方法对该节点设计的合理性进行了分析验证。结果表明,在弦杆间设置阴阳互插接头后,弦杆内力由节点板和阴阳互插接头共同承担,节点板销孔孔壁承压应力大幅降低,节点板厚度由销孔孔壁承压应力控制的问题得到有效解决;此类销接节点销孔的孔壁承压面积可近似取半个销孔的圆弧长度进行计算;此类销接节点的销子受力以剪切为主,销子应采用抗剪强度较高的材料制造。     

洞庭湖大桥销接节点设计精细化分析

采用实体单元及接触面单元建立销接节点区域局部有限元模型,精细的模拟了销接节点的受力。结合洞庭湖大桥主梁和吊索连接的销接节点设计,揭示了销接节点的受力状态,得出销孔接触面的接触应力及吊点耳板销孔局部承压的应力分布,并结合国外相关规范对洞庭湖大桥的销接节点进行了计算。     

基于传递矩阵的平顶直墙地铁车站横向管棚受力变形计算方法研究

平顶直墙地铁车站PBA工法施工可以采用管棚先行支护。针对PBA法暗挖平顶直墙地铁车站密布横向管棚结构，通过总结管棚“荷载－梁模型”中弹性地基梁、简支梁、固支梁3种简化方法及其计算原理，以北京地铁19号线平安里站工程为背景，采用上述3种模型计算管棚受力变形，并与实测值进行比较分析，然后针对不同工程参数和地质参数进行受力变形影响分析。结果表明： 1）弹性地基梁模型计算弯矩和跨中挠度处于固支梁模型和简支梁模型计算结果之间，其中弹性地基梁模型和简支梁模型计算结果较符合实测数据；但简支梁模型和固支梁模型无法体现导洞侧壁处挠度，且无法体现地层参数的影响以及钢管壁厚对受力的影响。2）最大弯矩值出现在简支梁的跨中，建议在设计时以简支梁模型计算跨中弯矩进行包络，以保证施工安全。3）开挖跨度和覆土厚度（荷载）对弯矩和挠度影响较大，其中跨度影响最大。4）基床系数和钢管壁厚对管棚弯矩影响较小，但对减小挠度有一定作用。     

超大悬臂双柱预应力钢筋混凝土盖梁力学分析

为研究超大悬臂双柱预应力钢筋混凝土盖梁受力特性,分别采用桥梁博士V4建立梁单元模型和采用FEA NX建立实体模型进行计算分析。与实体模型相比,梁单元模型计算结果较为保守。墩柱横向宽度影响盖梁内力分布,盖梁在柱顶可考虑弯矩折减,以优化结构设计、节约工程造价。在梁单元模型中施加一对均布力和集中力进行简化计算。     

Conversion Method of Axle-load for Asphalt Pavement on Steel Deck Based on Continuous Laminated Beam Model

为完善钢桥面沥青铺装设计方法,对轴载换算方法进行了研究.在现行沥青路面设计规范轴载换算方法的基础上,基于不同铺装材料疲劳试验结果,提出轴载换算指数n的建议值.在此基础上,有别于现行规范固定轴载换算计算参数的方法,提出根据铺装材料的不同,选用动态轴载换算参数的理念.采用构造纵桥向单位荷载作用下跨中横桥向荷载弯矩影响线的方法,修正叠层连续梁模型的荷载参数与当量支承刚度参数.利用修正后的叠层连续梁模型,得到轴数系数C1的计算公式.在考虑铺装材料疲劳性能的基础上,利用叠层连续梁模型计算得到轮组系数C2的建议取值.计算结果表明,除现行规范考虑的轴距与轮距外,横隔板间距、U肋间距等对钢桥面沥青铺装的轴载换算有显著影响,采用现行规范参数带来的最大计算误差可能达17倍.     

斜交整体板桥板壳模型的分析应用

为了研究斜交整体板的受力特性,该文通过使用有限元分析软件Midas/civil建立不同斜交角度整体板壳模型,通过分析计算得出的不同斜交角度的上下缘、纵横向弯矩以及主弯矩,得出随着斜交角度的增加,各项弯矩值的变化规律.并根据提取板单元的各项纵横向弯矩以及主弯矩进行配筋设计.板壳模型的计算结果既包括了结构的整体受力效应又包括了结构的局部受力效应,因此对计算结果要进行局部削峰.     

框架预应力锚杆高边坡加固机理及优化设计研究

框架预应力锚杆在高边坡加固广泛应用,目前计算理论主要以纵梁受力为主的二维计算,没有考虑纵横梁相交弯矩影响,忽视横梁受力。在此基础上,结合兰州市某高边坡设计实例进行三维有限元计算分析,框架梁受力较大区域主要集中在边坡下部,且横梁受力产生弯矩并不比纵梁小,说明框架梁设计时,必须考虑横梁的受力;在工程设计时,根据内力大小分区进行结构设计,这样对节省材料,降低工程造价十分必要。     

地锚式斜拉桥无轴力铰受力性能分析

介绍了地锚式斜拉桥无轴力铰这一特殊构造并研究其受力特性,结合某工程换索实例,建立全桥空间杆系模型进行整体受力计算;建立无轴力铰局部三维实体模型,对无轴力铰在设计恒载、极限承载状态和换索3种工况下的弯扭受力状态进行对比分析,并验算其承载力。结果表明,在理论荷载工况下,无轴力铰主要传递弯矩和少量扭矩,位移量较小,具有良好的受力性能。     

南京青奥景观桥钢与混凝土混合塔受力分析

南京青奥景观桥为主跨270 m的空间索面钢箱梁斜拉桥,采用向岸侧倾斜35°的椭圆形混合桥塔,在桥面以下两塔柱间设置一道钢横梁。受景观要求和设计洪水位限制,钢-混凝土结合面位置选择存在局限性,截面弯矩较轴力大,构造复杂。为确保桥塔受力合理,分别建立全桥空间杆系、全塔空间实体-板壳有限元计算模型,对比分析混合塔受力机理,研究结合段传力。研究表明,复杂混合结构可以建立考虑钢-混凝土相对滑移和接触的空间实体-板壳有限元模型,结合空间杆系进行计算分析;结果显示,该桥混合塔设计合理,造型优美。     

不同接触并存的管片接头力学分析

大型管片接头接缝面趋于复杂化，使得接头受力和变形也将有复杂反应。采用能模拟接头复杂特性的管片接头力学模型，对管片接头在同一接缝面上并存的2种不同接触情况进行力学分析。研究表明： 1）当外侧缝隙量适当增大时，能延缓管片接头混凝土压溃，提高接头破坏弯矩的水平，并促使破坏形式从混凝土压溃的脆性破坏向螺栓屈服的塑性破坏变化，对结构设计有利； 2）当接缝面中部夹填适当厚度的局部承压衬垫时，弯矩与转角关系曲线趋于直线形，抗弯刚度水平没有明显下降，接缝张开量也没有增大，接缝面中部区域承压始终较充分，对防水有利； 3）当同一接缝面上的2种接触的尺寸或材料选取不当时，会引起接头性能明显下降，需谨慎设计。     

自锚式悬索桥力学特性挠度理论研究

在简要介绍自锚式悬索桥特点以后,着重从挠度理论出发研究其力学特性。首先详细推导了自锚式悬索桥挠度理论基本微分方程,然后在此基础上介绍了各内力影响线的求解思路,基于此,采用动态规划法加载原理编制了自锚式悬索桥挠度理论计算程序,通过实际的桥跨结构(主跨328 m,自锚式悬索桥)根据挠度理论程序计算边、中跨各截面的弯矩、挠度影响线并与有限元计算结果相比较,反映程序计算精度较高,从而验证了公式和程序的正确性,为进一步对自锚式悬索桥的相关力学参数影响分析奠定了基础。     

潮汐作用对大断面海底盾构隧道管片接缝防水性能的影响研究

为探究潮汐作用导致大断面盾构隧道管片环间接缝的张开情况及其对防水性能的影响,基于在海潮显著变化区修建的大断面海底隧道--苏埃通道工程,通过建立管片的ANSYS有限元实体模型计算出管片纵向接头的等效抗弯刚度; 建立隧道的纵向等效刚度模型,通过施加不同的潮位差所对应的水头压力,得到潮汐荷载作用下隧道纵向弯矩和轴力的分布情况; 进而通过环缝张开量计算公式,确定沿盾构隧道纵向各位置处的环缝张开量。研究结果表明： 较大的环缝张开量主要出现在地层的软硬程度沿纵向呈现剧烈变化的位置,由于该位置发生不均匀沉降,导致弯矩和轴力的结果偏大,从而影响到环缝张开量; 潮汐荷载作用引起的最大环缝张开量为0.271 mm,对接缝防水性能的影响较低。     

螺栓对盾构隧道管片接头抗弯承载力的影响

抗弯承载力是管片接头的重要力学属性,可为评价管片接头或整环结构承载安全提供重要参考,而螺栓是管片接头的重要组成部分,由于实际工程中接头连接螺栓可能失效,因此研究螺栓对于管片接头抗弯承载力的影响十分必要。为此,首先基于经典钢筋混凝土构件抗弯理论和压弯荷载下管片接头受力特征,建立了考虑复杂接缝面构造的接头抗弯承载力理论模型,然后分别开展有螺栓接头和无螺栓接头抗弯破坏试验对理论模型进行验证,最后基于理论模型,针对厚度0.40~0.65 m的6种典型管片接头,分析有、无螺栓对接头抗弯承载力的影响。研究结果表明：高轴压下,有螺栓管片接头和无螺栓管片接头的破坏过程分别可分为3个阶段和2个阶段,接头受压区边缘混凝土接触后破坏现象开始密集产生;正负弯矩下,有螺栓和无螺栓接头抗弯承载力理论模型与足尺试验的最大相对误差分别为5.6%和6.1%,表明理论模型具有较高的计算精度;对于不同厚度管片接头,轴压比大于0.309~0.455（正弯,负弯为0.417~0.499）或偏心距小于0.101~0.166 m （正弯,负弯为0.071 1~0.099 2 m）时,螺栓对其抗弯承载力无影响,因此当管片接头处出现连接螺栓失效等情况时,可适当增大接头轴力或降低接头偏心距,以减小螺栓对接头抗弯承载安全的影响。     

体外预应力节段预制胶拼梁抗弯极限承载能力模型试验研究

为研究体外预应力节段预制胶拼梁的抗弯极限承载能力和破坏模式,以某3×30m一联连续箱梁桥为背景,以偏不利的实桥中跨为研究对象,根据相似理论,设计制作了一跨缩尺比为1∶3的10m简支工字型试验梁,按照设计承载能力极限状态跨中最大正弯矩荷载组合和活载超载2个阶段进行了分级加载试验。结果表明:跨中最大正弯矩工况下,梁体强度和刚度满足设计要求,结构整体受压,处于弹性受力状态;超载工况下,梁体底板逐渐消压,跨中附近接缝截面底板开裂,随后裂缝逐渐变宽并竖直向上延伸,直至荷载超过接缝截面抗力设计值后,顶板局部混凝土压碎,而钢绞线未屈服;体外预应力节段预制胶拼梁具有较大的抗弯极限承载能力,可能发生的破坏模式为跨中附近接缝截面顶板混凝土受压破坏。     

基于机构运动及磨损理论的伸缩装置滑动支承磨损评估方法

为评估运营阶段风及车流作用下大跨桥梁转轴式伸缩装置的服役状态,融合机构运动理论及磨损机理建立转轴式伸缩装置滑动支承构件的磨损寿命评估方法。以变杆长双滑块双导杆四连杆机构的运动理论为基础,推导了多滑块多导杆的伸缩装置机构运动学数值仿真模型;基于Archard磨损理论提出了伸缩装置滑动支承磨损深度计算模型,以失效概率为指标建立了伸缩装置滑动支承磨损寿命的评估方法;以一单跨悬索桥为算例,对风和车流作用下伸缩装置滑动支承的服役年限及其年更换次数进行定量评估。分析结果表明：建立伸缩装置的机构运动仿真模型,通过与8缝伸缩机构的运动试验数据对比,验证了仿真模型的准确性;利用伽马分布能够较好地模拟伸缩装置滑动支承磨损深度的累加概率特性;随机车流和风作用下,悬索桥伸缩装置滑动支承的服役年限随距滑动侧越近而越小,失效概率反之;一般流和风速10 m·s^-1工况下,超82%的滑动支承服役年限小于15年;不同车流密度-风速联合作用对伸缩装置滑动支承的服役年限影响显著,伸缩装置滑动支承的合理更换周期应依据桥址交通量荷载水平及风场条件制定;建立的转轴式伸缩装置滑动支承磨损寿命评估方法可为同类型伸缩装置机构的磨损寿命评估提供参考借鉴。     

组合梁负弯矩区UHPC接缝抗弯性能试验

为提高钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性并简化现场施工工艺,提出新型钢-混组合梁桥负弯矩区超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）接缝方案。以湖南省某桥为工程背景,进行1∶2缩尺模型抗弯试验研究;编制截面弯矩-曲率关系MATLAB程序,并与实测值进行对比,验证该程序可用于计算UHPC覆盖下的普通混凝土（NC）中钢筋应力;对现有NC裂缝宽度规范公式进行修正,提出考虑UHPC约束作用的组合梁负弯矩区NC最大裂缝宽度的建议公式;讨论钢-混组合梁桥负弯矩区UHPC湿接缝合理的纵桥向长度,分析UHPC层厚度及层内配筋对抗裂性能的影响。研究结果表明：新型UHPC接缝方案的抗裂性能和抗弯承载能力均满足工程要求,且接缝节点强度高于非接缝区预制部分强度;负弯矩作用下,试件沿梁高的应变较好地满足平截面假定,钢梁与混凝土板及UHPC与NC间的层间滑移量均较小;UHPC裂缝呈现“多而细”的特征,而NC裂缝呈现“少而宽”的特征,预制部分混凝土顶面最先开裂,之后UHPC-NC交界面、UHPC顶面、UHPC覆盖下的NC侧面依次出现裂缝;对于负弯矩区采用UHPC接缝的中小跨径钢-混组合连续梁桥,UHPC层的纵桥向长度宜为20%标准跨径,UHPC层厚度可根据实际工程设计要求确定,增大桥面板内钢筋直径可以提高负弯矩区混凝土的抗裂性能。     

桥梁平转施工中球铰界面的摩擦力精确计算方法及验证

转体施工是桥梁施工中的重要方法,中国已成功将该技术应用于数百座大跨桥梁的施工。大吨位转体施工中,摩擦力的计算至关重要,但现有工程实践中给出的近似计算方法与工程试验值有较大差距。因此,精确的摩擦力和摩阻力矩计算理论,是转体施工中亟待解决的问题。首先采用称重原理获得竖向摩阻力矩,然后利用接触理论求得接触面的应力分布规律,并推导出竖向摩阻力矩理论公式,进而求得摩擦因数。之后,利用获得的摩擦因数,根据接触面的应力分布规律,获得了平转过程中的水平摩阻力矩和牵引力。最后,进一步将前述方法推广到带滑块的转体装置中,获得统一的摩擦因数、摩阻力矩计算方法。将该方法和有限单元法的计算结果进行对比,两者高度吻合;和实际工程数据对比,显示所提方法的结果更加合理、准确。主要结论如下：①根据称配重方法计算摩擦因数时,现有近似计算方法获得的摩擦因数,随着球铰参数α的增加误差逐渐增大。②球铰表面接触应力呈现出中间向两边逐渐增大的分布特征,现有计算方法假设均匀的法向接触应力分布与实际应力分布差距较大。无滑块转体装置中,有限元模型计算所得水平转动摩阻力矩比现有近似方法计算的大14.3%;而该方法计算值与有限元结果误差仅为3.0%。③在带滑块转体装置中,与工程实测值相比,现有近似方法和该改进方法获得的水平转动摩阻力矩误差分别为31.4%和23.7%。由此可见,该方法进一步提高了计算准确度。     

多轴车辆——桥梁耦合振动响应的数值解法

针对复杂的车桥耦合振动问题,基于D’Alembert原理导出了3轴5自由度车辆的运动方程,考虑了桥面不平度和车辆与桥梁之间的协调条件,推导了车辆与桥梁的相互作用力,基于模态综合理论建立了3轴移动车辆—桥梁耦合振动的微分方程组,编制分析程序并运用HHT方法进行了数值求解。通过算例和某3跨刚架桥的动载试验研究结果验证了该方法的正确性和有效性。对于复杂的多跨桥梁的振型函数可以通过有限元方法求解然后通过插值函数得到,该方法不仅适用于单跨简支梁,也适用于多跨连续梁桥车桥耦合振动问题的求解,具有过程简单,编程方便,计算速度快,且精度很高,特别适合于工程实际问题的计算。     

新型矩形盾构接头力学性态的有限元分析

为分析评价带有接头盒的大断面矩形盾构管片接头构造和受力的合理性,基于管片纵缝接头足尺力学试验的结果,采用ABAQUS有限元软件建立该类盾构管片纵缝接头的三维精细化计算模型。通过一些分析指标,定性定量地评价在正常使用条件下各个接头的工作性态,研究正负弯矩工况下接头受力全过程的特征。结果表明:1)正弯矩工况下的接头,弯矩-转角全过程破坏曲线呈现三折线模式,在正常使用条件下各接头均处于第2阶段,转动刚度约为100 MN·m/rad,部件均处于弹性工况,接头设计与位置选择合理;2)负弯矩工况下的接头,弯矩-转角全过程破坏曲线呈现双折线模式,正常使用工况下各接头均处于第1阶段,转动刚度约为276 MN·m/rad,但接头受力处于2阶段的临界位置,所受负弯矩值偏大,安全储备较低,设计时应当注意。