结构损伤对系杆拱桥结构性能的影响研究

为了研究系杆拱桥在关键构件损伤后的安全性能和内力重分布规律,以某钢管混凝土系杆拱桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,设置吊杆损伤、吊杆失效和拱肋损伤不同工况,对比分析该桥在损伤状态和完好状态下的结构性能,分析损伤状态对其动力特性、稳定性、结构位移和内力的影响。结果表明:吊杆损伤、失效和拱肋损伤会使桥梁整体刚度降低、自振频率减小,但对振型基本没有影响;吊杆损伤、失效和拱肋损伤会导致桥梁稳定性降低,但降低幅度较小,对失稳形式没有影响;吊杆损伤会引起桥面竖向位移和吊杆应力增加,但对拱肋弯矩影响不大;吊杆失效会对其相邻部位产生显著影响,使结构发生显著的内力重分布;拱肋损伤对桥面竖向位移和吊杆应力影响很小,对拱肋弯矩影响较大。     

吊杆断裂对系杆拱桥力学性能的影响

为研究吊杆断裂对系杆拱桥力学性能的影响,以某钢管混凝土系杆拱桥为研究对象。首先建立其有限元模型,采用正装迭代和倒拆相结合的方法计算其成桥索力,后与设计成桥索力相比较,验证了有限元模型的正确性。然后分析了吊杆断裂的数量及断裂位置对主梁线形、剩余吊杆内力及拱肋应力的变化规律。其结果表明,任意吊杆断裂,主梁线形变化值在断裂位置出现下挠峰值,且随着断裂位置往跨中偏移,该峰值不断增大,最大增加了7.18%。吊杆断裂只会引起同侧附近相邻吊杆的内力变化,对其余吊杆内力变化影响不大;其中跨中截面和L/4截面的吊杆对主梁线形和吊杆内力影响较大。双吊杆断裂之后,主梁线形和吊杆内力的变化值可近似认为单吊杆断裂时产生的变化值之和。且吊杆对称断裂时,主梁线形变化值和吊杆内力出现对称分布。吊杆断裂之后,拱肋最大值应力较完好时增加了24.8%。     

拱桥新型吊杆安全性及其静动力影响研究

为研究吊杆失效对拱桥产生的不利效应,以一座三跨连续坦拱钢桥为背景,分析带套筒螺纹连接的不锈钢短吊杆运营期断裂对桥梁整体静、动力性能的影响。通过分析该类吊杆最可能的失效模式,引入吊杆失效引起的动力放大系数指标,采用ANSYS建立桥梁整体空间模型,分析单根吊杆失效引起的吊杆应力、拱肋和主纵梁关键截面应力及结构自振特性变化。结果表明:拱跨内单根吊杆失效引起主梁竖向位移动力放大系数为1.6~2.2;次短吊杆突然失效对相邻吊杆应力影响较大;单根吊杆失效对桥梁整体静力安全和动力特性影响较小。     

单索面斜拱曲梁组合桥线形影响因素研究

以广东广州海丝人行景观天桥为工程背景,采用MIDAS/Civil建立空间有限元模型,研究单索面斜拱曲梁组合桥的主梁容重、主梁刚度、拱肋刚度、桥墩刚度、吊杆初张力与刚度、温度作用对成桥梁拱线形的影响,按影响大小将各因素划分为忽略不计(Δδ<5 mm)、影响小(5 mm≤Δδ≤10 mm)和影响大(Δδ>10 mm)3个等级,结果表明,对曲梁竖向与平面线形影响较大的因素为年温差,对斜拱肋面内与面外线形影响较大的因素主要为年温差、索拱温差与吊杆初张力;基于以上研究,对该类桥梁施工过程中梁拱线形控制提出合理化建议。     

山区大跨度网状吊杆系杆拱桥设计及关键参数影响分析

依托云南怒江渡口大桥工程,选取了吊杆倾角、拱肋内倾角、矢跨比3个结构参数,对网状吊杆拱桥受力性能进行研究。吊杆倾角对拱肋和系杆的应力有一定影响,且随着吊杆倾角的增大,拱肋压应力和系杆拉应力呈减小趋势;拱肋内倾角的增加对系杆应力影响较小,对拱肋应力有一定的影响,尤其是对拱脚上缘应力影响较大,随着吊杆倾角的增大,拱肋压应力除拱顶上缘应力外总体呈减小趋势;矢跨比的变化对结构的受力影响最为显著,随着矢跨比的增加,拱肋压应力和系杆拉应力,呈减小趋势。总的来说,随着吊杆倾角、拱肋内倾角以及矢跨比的增加,结构总体应力呈减小趋势。     

高速铁路大跨钢管混凝土提篮式拱桥施工监控

为确保高速铁路大跨度混凝土提篮式拱桥的线形、应力及内力满足要求,以京沪高铁跨沪宁高速公路128m下承式尼尔森体系钢管混凝土提篮式系杆拱桥为例,根据有限元分析理论,采用大型空间有限元分析软件MIDAS Civil建立空间模型进行理论分析,对系梁、拱肋、吊杆进行线形、应力及索力监控.结果显示,系梁在前期施工期间沉降量较小,拆除拱肋临时支架以后的施工阶段中拱肋沉降量与理论计算值较接近,对整体线形影响不大;系梁和拱肋各应力测试截面实测应力变化趋势与理论值吻合良好,处于安全范围;吊杆实测索力与目标索力相对差值在±5％以内,满足设计要求.     

运营中的系杆拱桥吊杆更换施工监测技术研究

以上海轨交三号线漕溪路系杆拱桥W8吊杆更换施工监测为例,研究了运营中的系杆拱桥吊杆更换施工监测技术。通过对拱肋和主梁线形、吊杆索力、结构应力的监测,及时掌握桥梁的实际状态,保证吊杆更换过程的安全,确保吊杆更换后桥梁的线形和内力状态符合设计及规范要求,验证了施工方案的可行性。漕溪路桥吊杆更换完成后,新吊杆工作状态良好,拱肋和主梁线形恢复至施工前状态,各吊杆索力相对于施工前变化率在-2.5%～2.4%之间。施工监测取得了良好的效果,相关施工技术和监测方法可以为类似工程施工提供参考。     

中承式钢管混凝土拱桥新增吊杆法加固技术研究

吊杆是中承式钢管混凝土拱桥重要的组成部分和受力构件,其可靠程度直接影响结构的使用性和安全性。由于在运营过程中长期受到自然条件和人为因素的影响,拱桥吊杆出现了不同程度的损伤,使其加固工作备受关注。针对更换吊杆法普遍存在的破坏结构局部受力的问题,介绍了一种主动加固吊杆的方法——新增吊杆法。并以玉带桥吊杆加固为工程背景,介绍了新增吊杆的布置及构造,对全桥进行三维数值仿真分析,比较了吊杆加固前后拱肋内力、吊杆内力和拱桥稳定性的变化情况,并通过施工过程控制对新增吊杆内力和桥面线形进行监控。结果表明:新增吊杆法可大幅减小既有吊杆的应力水平,但对拱肋受力和拱桥稳定性影响不大;加固过程中新增吊杆拉力实测值与计算值符合较好,桥面高程变化最大未超过6mm,是一种安全、可行的吊杆加固方法。     

吊杆更换对九堡大桥主桥受力性能的影响分析

为研究吊杆更换对九堡大桥主桥受力性能的影响,根据该桥结构特点提出12种吊杆更换预案并进行分析。采用ANSYS建立该桥空间有限元模型,分析在不同吊杆更换方案下主桥结构的应力和位移、对拱肋和主梁及对吊杆力的影响。分析结果表明:在正常运营情况下,一跨内吊杆局部更换的数量小于3根时,只对更换吊杆跨的结构内力产生影响;一跨内吊杆局部更换时,对该跨拱肋、主梁及吊杆力的影响随拆除吊杆数量的增加而加大,当结构局部连续拆除的吊杆数量小于3根时,结构受力是安全的,但当局部连续拆除的吊杆数量达到3根时,拱肋下缘的应力超过了规范规定的材料强度容许值。     

内外拱肋连接顺序对斜靠式拱桥施m的影响

以平顶山市城东河路湛河桥主桥———斜靠式钢筋混凝土拱桥为研究对象,在先张拉内吊杆后张拉外吊杆的基础上,考虑先连接内外拱肋和先张拉内吊杆后连接内外拱肋两种施工顺序,采用有限元程序Midas/Civil建立两种施工顺序有限元计算模型,分析改变内外拱肋的连接时间和顺序,对斜靠式拱桥施工过程的内力、应力、位移以及稳定性的影响,计算结果表明,内、外拱肋连接对桥梁结构的内力、位移和稳定性影响比较大,先连接内外拱肋施工优于先张拉内吊杆施工,论文所得结论已为该桥施工监控直接服务,可为同类桥梁建造提供一定的参考。     

沪苏通长江公铁大桥天生港专用航道桥施工控制关键技术

沪苏通长江公铁大桥天生港专用航道桥为(140+336+140) m刚性梁柔性拱桥,主梁为三主桁双层板桁组合结构,采用“先梁后拱,主梁双悬臂拼装,拱肋竖向转体”方案进行施工。为确保成桥线形和内力满足设计要求,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,进行施工全过程和成桥分析,基于无应力状态法开展施工控制。钢梁墩顶节间施工时,设置墩旁托架,利用浮吊拼装;对称悬拼期间,为保证纵向稳定性,采用水袋对边跨进行配重,利用扣塔分别张拉2对扣索以改善钢梁受力并调整钢梁线形;采用预降边支点、4号墩钢梁整体预偏,以及扣索索力调整等措施进行钢梁中跨合龙;拱肋竖转后,主要通过扣索完成拱肋合龙调位;拱肋合龙后,从中间向两边张拉吊杆。经实测,该桥钢梁合龙口相对高差在10 mm以内;拱肋合龙口轴向偏差最大2 mm,相对高差最大1 mm;吊杆索力与设计目标索力偏差均在5%内,满足施工控制要求。     

系杆拱桥稳定性再探讨——考虑面内吊杆扶正力影响及其他

在文献[1-2]研究系杆拱桥拱肋稳定性的基础上,进一步研讨拱肋面内纵向移动吊杆扶正力影响,并通过钢箱拱与结合梁为系梁的虚拟实例,对面内吊杆力纵移影响完成数值运算。     

128m尼尔森体系提篮拱桥的施工控制

为了解尼尔森体系提篮拱桥在施工中的内力和线形状态是否满足设计要求,以合福高铁跨越合肥市包河大道的128m提篮拱桥为例,采用有限元软件MIDAS Civil进行尼尔森体系提篮拱桥的空间有限元计算分析,在施工控制中主要对系梁、拱肋的应力和线形以及吊杆的内力进行监测。监测结果表明,整个施工过程中系梁变形较小,拱肋的变形较为明显,两者在拆除系梁支架阶段的累计变形量与理论值均吻合较好;系梁与拱肋的应力水平均满足设计要求,处于安全合理的范围;吊杆内力测试结果与理论目标值相差均在±5%以内,满足设计要求。     

钢管混凝土拱桥主拱优化设计中的敏度分析

以一座下承式刚架系杆拱桥为工程背景,以拱肋、吊杆和系杆的综合造价总和为目标函数,以拱肋稳定承载力、局部承载力、活载引起的挠度、钢管和混凝土的应力为约束条件基于优化理论建立优化数学模型;运用ANSYS有限元软件的分析优化功能对拱肋的线形及截面进行单参数优化分析,进而得出哪些参数对目标函数(总造价)的影响起主导作用。     

一座新颖的蝴蝶拱桥设计

绍兴市迪荡湖环湖1号桥采用空间四索面吊杆的三跨下承式异形拱桥,主要受力结构由两道外倾的拱肋、弧形的主梁组成,辅以吊杆连接,拱脚和桥面梁体刚结。该桥上下行分幅,每幅桥由一根外倾拱肋通过一组横桥向两根的吊杆吊住桥面横梁形成基本结构体系,吊杆为外倾的拱肋提供了横向稳定约束,较之其他由单根吊杆的结构,受力更为合理。结构新颖,外形美观,对称的拱肋、弧形的景观平台和外倾的拱肋错落有致,观光人行道的圆弧曲线融于桥梁整体造型之中,远远望去,犹如一只彩蝶在迪荡湖上翩翩起舞。     

反对称钢筋混凝土拱肋异型系杆拱桥施工控制技术

上海大庆桥为跨径60m的异型系杆拱桥,主拱横桥向反对称布置2片C50钢筋混凝土拱肋。该桥采用"先梁后拱"方案施工,即先采用满堂支架现浇系梁并张拉预应力,再在支架上现浇拱肋。在该桥施工中,先张拉吊杆再进行拱肋脱架,以改善裸拱圈在自重作用下的不利受力问题;在横梁与系梁间设置后浇带,以缓解横梁在顺桥向的受剪状态;在主梁支架拆除后再将桥面板与系梁、横梁联结,以减少桥面板参与系梁受力;吊杆采用三轮张拉方案,吊杆在拱肋脱架前进行首轮张拉,在系梁、横梁联结后进行第2轮张拉,第2轮张拉后拆除主梁支架,在桥面系施工后进行第3轮张拉;拱肋变形较大部位的吊杆先张拉,反之后张拉。该桥成桥后的结构线形与内力均满足设计要求。     

外倾式空间组合拱桥的施工监控

中山市长江北路大桥是一座非对称外倾拱肋的组合拱桥,它是由倾斜钢拱肋、曲线钢箱梁和倾斜吊杆组成的空间组合结构.为了确保该桥在施工过程中的安全,该文建立了空间有限元模型对该桥在施工过程中结构的变形和受力状态进行了模拟分析计算,并介绍了通过对拱肋变形、控制截面的应力和吊杆索力的施工监控,使该桥建成后的线形和受力状态满足设计要求.     

系杆拱桥吊杆更换数值模拟与方案优化

以某下承式钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,首先创建了全桥的有限元三维模型,计算了实际待更换吊杆损伤对结构性能的影响。其次,确定了吊杆更换方案和吊杆张拉步长,基于临时吊杆法,详细模拟了吊杆更换的整个过程,分析了在此过程中系杆和拱肋位置吊点的位移变化及吊杆索力变化。最后,将等步长与不等步长两类更换旧吊杆的施工方式进行了对比研究。研究结果表明:吊杆失效对失效位置处桥梁的节点位移,内力和弯矩值都有较为显著影响。设计合理的吊杆更换方案和选择适当的张拉步长能使更换过程高效稳定地进行。采用等步长与不等步长更换都能使吊杆更换平稳地进行,不等步长方案相对更为安全。     

钢桁架提篮系杆拱桥索力监控

利用MIDAS/Civil有限元软件,建立了主跨45 m的钢桁架提篮系杆拱桥的三维精细化施工全过程格子梁主梁有限元仿真模型。针对首次采用实心钢拉杆作为拱桥吊杆的系杆拱结构,从三维有限元模型中提取吊杆张拉影响矩阵。通过数显扭力扳手张拉吊杆,结合修正的频率法对吊杆拉力的测试,以及对主梁、拱肋关键截面的应力监测,成功实现了桥梁的体系转换。实测结果表明,桥梁线形、吊杆拉力、主梁及拱肋内力与设计期望值的误差均在设计允许范围内。文章研究方法与所得结论可为同类桥梁的建造提供借鉴。     

异型钢管混凝土拱结构多元回归优化分析

为探讨多拱肋宽幅异型钢管混凝土拱桥多个结构参数对结构行为的影响，基于多元回归分析软件Design-Expert,得出考虑多因素交叉影响响应的回归公式，取关键节点(截面)力学响应为控制目标，对结构进行优化验证。结果表明：利用实验设计给出多元回归公式，可不必再进行数值或解析分析就能得到桥梁结构响应；在二阶交叉参数中，拱肋钢管壁厚与边拱吊杆张拉力、拱肋钢管壁厚与中拱吊杆张拉力、拱肋钢管壁厚与水平拉索张拉力这3种参数交叉作用对边拱拱顶应力影响显著；拱肋钢管壁厚与水平拉索张拉力、边拱吊杆张拉力与水平拉索张拉力这两种参数交叉作用对中拱拱顶应力影响显著。当拱肋钢管壁厚参数水平为0.697 9,边拱吊杆张拉力参数水平为-0.056 1,中拱吊杆张拉力参数水平为0.378 7,水平拉索张拉力参数水平为-0.132 2时，桥梁结构响应获得较好优化效果；分析优化后的修正数值模型，桥梁结构变形、内力和应力均有明显减小，优化效果较显著。