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。     

钢管混凝土拱桥极限承载力分析的弹性模量缩减法

结合钢管混凝土统一理论,研究建立了钢管混凝土拱桥极限承载力分析的弹性模量缩减法。该方法将钢管混凝土构件视为由组合材料构成的统一体,利用组合内力作用下的广义屈服函数定义单元承载比,并建立承载比均匀度和基准承载比的计算表达式,进而以单元承载比为控制参数,根据同一单元在相邻两次迭代分析时保持变形能平衡的原则,研究建立了弹性模量调整策略,能结合线弹性有限元迭代求解钢管混凝土拱桥的极限承载力,给出了混凝土强度、含钢率和矢跨比对钢管混凝土拱桥结构极限承载力的影响规律。     

脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋刚度影响研究

定量分析了钢管与核心混凝土之间的脱粘对桁架式钢管混凝土拱桥整体刚度的影响程度.基于完全脱粘计算模型,以一桁架式钢管混凝土悬臂梁为例,揭示了脱粘使桁架式钢管混凝土拱肋抗弯刚度降低的机理.采用有限元方法,以一桁架式钢管混凝土拱肋为例,分析了在完全脱粘情况下矢跨比、桁高、钢管壁厚和荷载作用方式对桁架式钢管混凝土拱肋刚度的影响...     

多拱肋蝶形拱桥的稳定及其影响因素研究

多拱肋蝶形拱桥由于拱肋的异化导致结构的受力异常复杂且空间效应明显,拱肋的外倾角、矢跨比、含钢率等各种设计参数均会对该桥型的空间稳定性产生不同程度的影响。以太原市南中环主桥为背景,采用不同的方法对钢管混凝土拱肋进行模拟,并建立全桥空间有限元模型,深入研究了多拱肋蝶形钢管混凝土拱桥的空间稳定性及其影响因素,结果表明:主副拱肋的外倾角对结构稳定性的影响并不明显;存在一个理想的矢跨比值,使得结构的稳定系数最大,结构最为稳定;拱肋的初始缺陷会降低结构的整体稳定性;拱肋刚度的计算方法对稳定系数的影响也较大;增大拱顶附近截面的含钢率有利于增强结构的整体稳定性;拉杆等构件的刚度对结构的稳定性也存在着规律性的影响。     

有初应力的钢管混凝土桁式拱结构平面内受力性能试验研究

针对初应力对大跨度钢管混凝土桁式拱桥受力性能的影响问题,进行了有初应力的钢管混凝土桁式拱平面内受力性能试验研究,研究初应力对钢管混凝土桁拱平面内受力性能和破坏模式的影响。试验结果表明:在跨中单点集中力加载的工况下,有初应力钢管混凝土桁拱变形呈现出对称形态,变形大致成"M"形。其中,L/3至2L/3段部分向下变形较显著,跨中向下达到最大位移;左拱脚至L/3段部分和2L/3至右拱脚段部分发生向上变形。钢管混凝土桁拱的腹杆受到较大的力,拱顶处直腹杆最早开始屈曲;在达到极限荷载之前,桁式拱没有出现节点破坏,表现出较好的整体性;达到极限荷载时,桁式拱变形加快;继续加载,斜腹杆被拉裂,上弦管拼接焊缝拉裂,结构变形严重。与无初应力桁式拱相比,初应力的存在会使钢管混凝土桁拱提前进入弹塑性状态;极限承载能力下降,下降7.3%;变形能力下降,达到极限荷载时,最大竖向位移减小12.1%。初应力的存在不会改变桁式拱的破坏模式,但是加剧了破坏现象,有初应力的桁式拱破坏现象更为显著,破坏后继续加载,三分点处两个节间斜腹杆全部拉裂,主弦管拼接焊缝拉裂。     

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。     

结构参数对下承式钢管混凝土拱桥动力特性的影响

为研究结构参数对下承式钢管混凝土拱桥动力特性的影响,以某跨径为2×125 m的下承式钢管混凝土拱桥为例进行分析。采用ANSYS建立该桥模型,计算桥梁前6阶自振频率及相应振型,计算结果表明:该桥型的振动既有单独的面内和单独的面外振动,也有面内和面外的振动耦合。分析主拱圈含钢率、风撑截面积及布置形式、拱肋面内初始挠度、桥面宽度、矢跨比等结构参数对该桥动力特性的影响,分析结果表明:增加主拱圈含钢率、合理设置风撑和适当降低矢跨比能有效提高下承式钢管混凝土拱桥的结构刚度;拱肋面内初始挠度对结构动力性能影响可以忽略不计;桥面过宽会降低结构刚度,需要适当加强结构的横向联系。     

钢管混凝土拱的稳定与极限承载力分析

分析钢管混凝土拱非线性稳定及极限承载力问题，并讨论含钢率、水平力等因素对钢管混凝土拱极限承载力的影响。从整体上供设计和施工钢管混凝土拱时参考。     

公路隧道钢管混凝土拱架承载力评价指标及合理选型研究

钢管混凝土具有强度高、塑性韧性好等特点,为促进钢管混凝土结构在隧道工程中的应用,针对当前对钢管混凝土拱架承载力评价指标研究不足以及钢管选型难的问题,通过对50种不同直径、壁厚的钢管混凝土拱架承载力的理论计算与数值模拟对比分析,对公路隧道钢管混凝土拱架承载力评价指标及合理选型进行研究。主要结论如下:1)相比于钢管面积、含钢率、钢管惯性矩,钢管的抗弯截面系数作为综合指标能较好地表征钢管与钢管混凝土拱架承载力之间的关系,建议作为评价钢管混凝土拱架承载力的指标; 2)基于文中的研究依据,拟合钢管抗弯截面系数与钢管混凝土拱架承载力公式,以及钢管混凝土初期支护承载力与钢管混凝土拱架承载力公式; 3)钢管直径比钢管壁厚对钢管混凝土拱架承载力的影响更大,直径大、壁厚小的钢管混凝土拱架不但具有更高的承载力,而且具有更经济的钢材用量; 4)钢管混凝土拱架建议按照增大钢管直径增加钢管壁厚提高核心混凝土强度等级的优先级进行选型设计。     

钢管混凝土空腹结构的双重非线性简化分析方法

采用考虑剪切变形的Timoshenko梁的刚度矩阵,用抗剪刚度和抗弯刚度之比来考虑剪切变形对抗弯刚度的影响,得出空腹结构连续化成一根杆件的刚度矩阵.在单元刚度计算时,弦杆(或柱肢)和腹杆均采用了有效轴压刚度,考虑了空腹结构组成杆件的初弯曲对整体结构稳定的影响.采用FORTRAN语言编制了程序.算例表明简化算法计算结果与传统杆系模型有限元方法计算结果吻合良好,用于钢管混凝土空腹结构的极限承载力分析,可大幅度减少单元数,从而简化计算,节省机时.探讨了相关屈曲和剪切变形对钢管混凝土空腹结构极限承载力的影响.研究结果表明,随着长细比的增大,剪切变形影响逐渐减小,随着弦杆与腹杆的面积比的增大,剪切变形影响增大.对于钢管混凝土格构柱,当λ1>λ(λ1为柱肢长细比;λ为柱整体长细比)时,发生柱肢局部屈曲失稳;当λ1<λ时,发生整体屈曲失稳;在λ1=λ及其附近时,柱肢与整体的相关屈曲最明显.     

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.     

钢管混凝土桁架拱肋抗弯刚度研究

该文针对四肢格构桁式截面钢管混凝土拱肋,考虑影响钢管混凝土桁式拱肋抗弯刚度的多种因素,采用SAP2000程序,通过大量的结构模拟计算,给出各影响因素与挠度的关系,应用拟合的方法得出各影响因素与挠度的关系式,再由挠度与刚度的关系,推导出刚度与各影响因素的拟合关系式,并通过与传统计算理论的分析比较,验证计算钢管混凝土桁式拱肋抗弯刚度计算公式。     

低高度敞口式钢桁架桥参数敏感性分析

为明确低高度敞口式钢桁架桥结构受力性能,以某跨堤桥梁为研究对象,建立全桥有限元模型,运用参数对比方法,研究该类型桥梁在不同杆件尺寸、宽跨比、高跨比情况下,整体结构刚度、强度及稳定性的变化规律。结果表明:杆件尺寸对桥梁整体静力性能有一定影响,上弦杆钢管直径对桥梁整体稳定影响较大;桥梁宽度的增加,对桥梁整体挠度、下弦杆最大拉应力、纵横梁最大压应力影响较大,对结构整体稳定影响较小;桁架高度的增加,对桥梁整体稳定影响有限,对桥梁整体挠度及下弦杆应力影响较大。     

重庆凤来特大桥总体设计

重庆凤来特大桥主桥为计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥。该桥设计过程中，选取主跨710 m单跨悬索桥、主跨600 m斜拉桥和计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥3个方案，从结构特点、施工技术和经济性3个方面进行分析比选。由于计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥方案具有结构简洁、整体刚度大、对V形河谷地形适应性好、上部结构施工难度低和造价最低的优势，因此最终采用该桥型方案。主拱拱轴线采用悬链线，计算矢高116 m,计算矢跨比1/5,拱轴系数2.0,拱肋采用双片主桁，上、下游两榀主桁平行布置，横向中心间距20.2 m;主桁上、下弦杆采用箱形截面，截面内宽1.8 m,内高1.8 m。结合原位试验和基坑有限元计算结果，拱座采用重力式拱座，扩大基础，自然山体两侧基坑边坡开挖后，采用预应力锚索和喷锚支护。拱上立柱采用等截面钢箱排架结构。拱上主梁采用工字形钢板梁+预应力混凝土桥面板的组合梁。通过结构计算，拱肋、平联和斜撑等各钢结构杆件强度和整体刚度、稳定性均满足要求。采用斜拉扣挂、缆索吊装方案进行主拱节段、立柱单元以及主梁构件安装。     

曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥加固方案研究

郑州市北三环路彩虹桥为(122+62+62+122)m简支曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥,为改善其目前运营服务能力,提出6种加固改造方案,针对各加固方案进行仿真计算分析。计算结果表明:简支变连续体系改造使主桁端部出现应力集中现象,不适用于该桥改造;在改造横撑的基础上增设跨中吊杆是减小横梁跨中相对变形的有效途径;增设边纵梁和外吊杆可有效改善横梁悬臂端变形,提升悬臂段桥面承载力;增大腹杆截面可明显提高62m跨径桥梁的整体刚度和横梁局部刚度,有效降低腹杆的应力幅;加强纵向预应力可有效降低桥梁的下弦杆变形,但对横梁相对变形影响不大。综合运用横撑改造、增设跨中吊杆和外吊杆、增大腹杆面积、加强下弦杆纵向预应力等几种改造措施使桥面变形明显改善,62m跨径桥梁整体结构刚度得到有效提高,腹杆最大应力显著降低,上弦杆最大应力仍有足够的安全储备。     

苏岭山大桥主桥设计与施工

苏岭山大桥主桥采用(70+240+70)m下承式连续钢桁拱桥,为双向8车道城市桥梁。主桁采用N形桁架,横向布置2片桁拱,桁间距38.2m,拱肋矢高54m,矢跨比为1/4.444。主桁上、下弦杆均采用带板式加劲肋的焊接箱形截面,主桁腹杆根据杆件受力分别采用箱形和H形截面,2片桁拱间设置8道空间桁架式风撑。桥面系为纵横梁格子梁体系,桥面板采用结构简支桥面连续的π形板,预制板同钢横梁之间设板式橡胶支座。吊杆采用PES7-109的镀锌平行钢丝,标准强度1 770MPa,吊杆标准间距7m。水中主墩为直径4m的圆柱形实体墩,采用双壁钢围堰施工。钢桁拱边跨采用临时墩辅助拼装施工,中跨采用吊索塔架辅助悬臂安装,跨中合龙。     

大跨度钢管混凝土桁拱桥拱脚外包段受力分析与优化设计

为研究大跨度钢管混凝土拱桥拱脚结构的复杂构造和受力问题,该文以一座主跨为280 m钢管混凝土桁拱桥为背景,采用Midas/FEA建立基于拱脚和桥面板与钢横梁详细组合单元的全桥模型,详细计算了外包混凝土拱脚结构各构件在恒载和最不利车道荷载作用下的应力响应规律,分析了外包混凝土对拱脚各构件的受力影响。进一步对比分析了加大拱脚钢管混凝土构件直径和加厚拱脚外包钢管壁厚两种优化方案对无外包混凝土拱脚各构件的受力影响规律。计算结果表明:①外包混凝土可有效减小拱脚各构件的应力;②对于无外包混凝土拱脚结构,拱脚下弦杆是控制设计的关键;③增加钢管混凝土拱脚上下弦杆的管径和外包钢管壁厚均可有效减小无外包混凝土拱脚下弦杆的应力;④考虑施工效率和成本,实际工程中建议采用增加钢管壁厚的无外包混凝土拱脚设计方案。     

考虑初应力的哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力统一解

为了研究钢管初应力对钢管混凝土拱肋极限承载力的影响,针对实际工程中普遍采用的哑铃型钢管混凝土拱肋,考虑中间主应力、材料拉压比、初应力、初始缺陷、矢跨比和长细比等因素的影响,采用统一强度理论和修正的等效梁柱法,推导出一个新的初应力影响系数的计算公式,并建立其极限承载力的统一解。应用提出的计算公式分别对有、无初应力的哑铃型钢管混凝土拱肋的极限承载力进行计算,并将无初应力拱肋的计算结果与相关文献的试验结果及计算结果进行对比。分析结果表明：所提出的计算公式具有较好的精确度,验证了该计算方法的可行性;研究结果可为工程应用提供参考。     

新型钢桁腹预应力混凝土组合梁性能分析

为了更清楚新型钢桁腹预应力混凝土组合梁桥的力学性能,以一座钢桁腹预应力混凝土组合梁桥为工程背景,采用精细化空间梁格模型进行了比较分析。研究表明:恒载作用下全桥各个截面都存在明显的剪力滞效应,但顺桥向位置不同其不均匀性也有差异;由于桥面板局部刚度较低,钢腹杆节点疲劳问题较为突出;取消了上下钢弦杆,顶底板混凝土的预应力效率大幅提高。     

渝贵铁路夜郎河大桥主桥设计

渝贵铁路夜郎河大桥主桥采用一跨370m上承式钢筋混凝土提篮拱桥。主拱圈采用提篮式箱形断面拱圈,由劲性钢管混凝土骨架外包C55混凝土构成。主拱圈劲性骨架上、下弦杆采用钢管混凝土构件。拱上立柱采用钢筋混凝土结构,箱形截面,横向两立柱之间设置钢K撑。拱上主梁采用(4×38+3×38+4×38)m钢-混结合梁,连续体系。拱座基础采用倾斜式独桩结构。为使结构性能最优,对结构主要参数进行比选,最终将矢跨比取为1/4.431、悬链线拱轴系数取为5.0、拱脚横向中心距取为33m。采用有限元软件对该桥的静、动力性能进行分析,结果表明各项指标均满足规范要求。该桥采用劲性骨架法施工,劲性骨架采用节段缆索吊装+斜拉扣挂的方式进行拼装。