杭州湾大桥梁上运梁过程仿真分析

对杭州湾大桥非通航孔滩涂区的50 m箱梁上运梁过程进行空间仿真分析。按照实际工况荷载,考虑预应力空间效应,施加等效节点力,并合理考虑支座等细部建模,建立精密的三维实体有限元仿真模型。混凝土的材料特性按现行公路桥梁设计规范取值,考虑最不利计算荷载,支座底部按刚性单元模拟,而与梁相接触层的弹性模量满足梁端回转变形时不出现拉应力,在结构离散时尽可能细分单元网格,由于梁端的应力相对复杂,采用比跨中更密的单元网格。计算承重箱梁整体变形和空间应力分布特性,结果为,由于载荷位置在支座附近,变形相对较小,最大挠度在反拱位移之内。支座截面的最大主拉应力发生在底板上表面侧,超过混凝土的开裂强度,因此,对该区域的混凝土应采取加劲处理,以防止混凝土拉裂;最大主压应力发生在架桥机肢腿处附近,小于混凝土的抗压强度。     

比拟杆法分析研究单箱三室箱梁剪力滞效应

基于比拟杆法,推导单箱三室箱梁的比拟杆面积计算公式和剪力滞效应计算的控制微分方程。针对算例,分别采用本文理论、有机玻璃模型试验和有限元法分析简支箱梁和连续箱梁在集中力和均布荷载作用下的剪力滞效应。研究结果表明:本文理论解与有机玻璃模型试验解和板壳有限元解吻合良好。对简支箱梁,中腹板部位的顶和底板正应力均大于边腹板处顶和底板正应力。对连续箱梁,跨中截面中腹板处的顶和底板正应力均大于边腹板处和底顶板正应力。但对满跨均布荷载下的支座截面,底板正应力在边腹板部位大于中腹板部位,应力相差最大约12.91%。在单箱三室箱梁设计中考虑各腹板部位顶和底板正应力的差异,并以此确定有效翼缘分析宽度是非常必要的。     

脱空钢管混凝土偏心受压力学性能试验研究

本文进行了30个核心混凝土脱空的钢管混凝土偏心受压构件试验研究,试验参数有脱空率、偏心率、加载模式及构件长细比.试验过程中记录了试件在各级荷载下的纵向、横向变形,以及中截面纵向、横向应变,获得了试件破坏时承受的最大荷载.试验结果表明,核心混凝土脱空降低了钢管混凝土极限承载力,脱空率越大,极限承载力越小;偏心率越大,极限承载力也越小;在脱空一侧加载较之在非脱空一侧加载的极限承载力小;脱空对长柱极限承载力影响比短柱小.     

顶推施工中支座脱空对混凝土箱梁受力性能的影响分析

在顶推施工过程中,由于滑道高程控制不精确、施工管理不当等因素会导致支座脱空,从而导致支反力的重分布,某些支座支反力必然增加,在支撑位置附近局部应力会比较突出,所以有必要研究支座脱空对混凝土箱梁受力性能的影响。结合某预应力混凝土连续箱梁桥顶推施工实例,通过建立三维有限元实体模型,选取某工况下的支座发生脱空进行分析。计算结果表明:支座脱空对支座支反力及箱梁的局部应力影响比较大,减小了顶板受拉和底板的受压安全储备,梁体下挠位移增大,增加了摩阻力,应在施工过程中严密监控支座,避免发生支座脱空。     

铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁力学性能分析

W形腹板箱梁具有典型桁式体系受力特征,更符合单索面斜拉桥的受力要求,目前已在公路桥中推广应用。为指导铁路桥相关设计,通过采用有限元软件建立计算模型,对某铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁设计开展系统分析,研究不同设计参数对箱梁各板件内力的影响、荷载作用下箱梁截面横向受力性能、以及箱梁截面剪力滞效应。研究结果表明,同梁高、不同斜腹板倾角的铁路W形截面顶板、内腹板均受拉,底板与外腹板均受压;随着边斜腹板倾角减小和内腹板倾角增大,顶板、外腹板轴力变大,内腹板轴力减小,底板轴力则基本不变;根据计算分析得到不同位置处的W形截面在铁路荷载作用下,预应力筋合理的布置方式;剪力滞效应方面,荷载作用下,支点及拉索附近的剪力滞效应较为明显,剪力滞系数约为1.1。通过研究,对铁路荷载作用下该种新型截面形式有了系统全面的认识,合理选择截面参数的同时应考虑剪力滞效应以提高结构经济性。     

曲线部分斜拉桥成桥阶段模型试验研究

为研究曲线部分斜拉桥结构受力特性,根据相似理论,对依托工程进行1/40的全桥缩尺模型试验。主要研究在等效车道荷载作用下模型桥主梁跨中弯矩、塔顶偏位、斜拉索索力及边支座支反力等工况下控制断面的最不利效应,并将试验实测值、模型计算值与按相似理论进行换算后的实桥计算值对比分析。研究结果表明:在各自对应的最不利荷载作用下,跨中截面仍有充足的压应力储备,拉索应力仍满足规范1.67的安全系数,支座亦不会出现脱空现象,表明该结构在设计荷载作用下安全性较高;在对称荷载作用下,2主塔偏位基本一致,表明该体系对称性较好;试验测试数据与理论计算值吻合较好,模型桥能较准确地反映实桥的受力特点,验证了结构计算理论。     

市域铁路曲线梁桥空间有限元分析

为了研究市域铁路上的曲线简支梁桥的空间力学性能,本文以35m跨度简支梁为例,基于Midas Fea有限元软件,建立了曲线半径700m预制梁的空间有限元实体模型,分析研究其空间力学性能。结果表明,曲线梁外侧支座易出现超载甚至破坏的现象,需根据空间模型合理确定支座吨位;梁端在顶板和梗胁处出现较大主拉应力,需适当加强梗胁处配筋;各截面抗扭计算均满足规范要求。该研究可为同类工程结构计算和设计提供参考。     

波形钢腹板组合箱梁抗扭性能的试验及理论研究

为了研究波形钢腹板组合箱梁的扭转性能,分别对2根单箱单室截面和单箱双室截面波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁在纯扭作用下的受力性能进行了全过程加载试验研究,测试了试验梁的扭转角、截面应变和裂缝随荷载发展的规律,获得了波形钢腹板组合梁纯扭破坏现象,并根据试验结果给出了开裂扭矩和极限扭矩的计算方法.结果表明,波形钢腹板组合箱梁...     

波纹钢腹板连续组合箱梁静载试验研究

波纹钢腹板组合箱梁对混凝土和钢材和的受力特点进行了综合利用,具有明显的优势,已在铁路上投入到实际应用中。在波纹钢腹板连续组合箱梁静载试验的基础上,对波纹钢腹板连续组合箱梁的结构受力性能进行了深入研究。研究结果表明:波纹钢腹板连续组合箱梁的边跨梁的变形具有滞后现象,中跨弯曲变形随荷载的增加呈线性增加。试验梁各观测截面测点纵向应变符合"拟平截面假定"。随着荷载等级的增加,试验梁的体外预应力增量呈线性增加,变化趋势与中跨跨中挠度趋势相似。试验梁中跨观测截面界面剪切滑移值基本相同,中跨1/4截面剪切滑移值大于中跨跨中截面,且中支座截面剪切滑移值接近于零。研究结果可为波形刚腹板连续组合箱梁的工程应用提供技术参考。     

弯剪开裂后预应力混凝土梁承载能力试验研究

某预应力混凝土简支箱梁桥在L/4跨径处梁体腹板出现较多弯剪裂缝。本文基于荷载试验及理论分析的方法对该桥进行状态评估,对梁体腹板裂缝形态、数量及分布规律进行了统计分析;通过静载试验测试跨中正截面承载能力和斜截面开裂处钢筋应力,通过动载试验测试梁体腹板开裂后结构刚度,对开裂梁体的正截面及斜截面承载能力进行评估,并结合理论计算分析腹板斜截面裂缝产生的原因。研究表明:对于预应力混凝土简支箱梁桥,在结构的正截面承载能力及结构刚度尚能满足设计要求的情况下,不能排除斜截面承载能力不足,需要引起重视。     

侧向撞击作用下U形梁抗倾覆稳定性与失效模式

在对国内外相关规范关于桥梁抗倾覆稳定性计算方法与脱轨荷载调查分析的基础上,计算了U形梁在保持抗倾覆稳定性下的最大侧向碰撞荷载,对比了欧洲规范EN 1991-1-7:2006和TB 10002-2017《铁路桥涵设计规范》中U形梁的抗倾覆稳定性计算式。基于有限元分析方法对腹板侧向承载力进行仿真分析,明确了U形梁在侧向撞击作用下的失效模式。研究结果表明:2种规范计算得到的最大侧向碰撞荷载有所差异,但均大于3.5 MN;列车脱轨情况下的脱轨荷载模式和作用位置对U形梁抗倾覆稳定性的影响显著;U形梁跨中区域加载侧的底板和腹板在侧向位移加载模式下发生了大面积塑性损伤,腹板还发生了明显的侧向变形;U形梁在侧向撞击作用下的失效模式表现为腹板侧向承载力达到极限而发生破坏,通过拟静力分析确定U形梁腹板侧向极限承载力为1.5 MN,结构整体不会倾覆失稳。在设计和使用阶段应对U形梁腹板的损伤和承载力评估予以重点关注。     

TPZ/48钢箱梁式架桥机施工状态下屈曲稳定性研究

采用有限元软件ANSYS建立某大跨度钢箱梁式架桥机在浇筑施工状态下弹塑性有限元模型。基于非线性屈曲理论,采用位移控制的弧长法加载跟踪结构平衡路径,对含初始几何缺陷的架桥机结构进行非线性屈曲分析。通过对失稳特征点的荷载—位移曲线分析,确定该型架桥机施工状态下的极限承载力、局部稳定和整体稳定的安全系数。架桥机的极限承载力为3 755t,大于设计施工荷载1 600t,整体稳定安全系数为2.35,但局部稳定安全系数仅为1.32;失稳位置发生在支座以及跨中的底板、横隔板、腹板等处。由非线性屈曲分析结果与特征值屈曲分析结果的对比分析得到:对于复杂结构,由于结构内局部发生屈曲后荷载会发生转移,其结构并未失去整体承载能力,因此由非线性屈曲分析得到的临界载荷可能大于由特征值屈曲分析得到的临界载荷。     

腹板受损U型梁承载力及破坏机理分析

研究目的:为研究腹板损伤情况下U型梁的竖向承载力,采用显式动力分析软件LS-DYNA建立简支U型梁精细有限元模型,并根据足尺模型试验结果对有限元模型进行校核验证。通过在U型梁翼缘一定范围内施加侧向位移荷载,模拟U型梁腹板在极端状况下不同程度的损伤,并对不同腹板损伤程度的U型梁承载力进行分析。研究结论:(1)随着腹板损伤程度的提高和损伤范围的扩大,U型梁竖向变形刚度和承载力呈显著下降趋势,最大下降幅度达到53%和44%;(2)随着底板挠度增加,U型梁受损一侧腹板首先出现较大的面外变形,在腹板受损薄弱截面继而出现竖向贯通裂缝,最终结构发生非对称弯曲失稳破坏;(3)U型梁腹板对于结构整体竖向承载力贡献明显,在桥梁结构设计和运营阶段对腹板的防护设计要尤为重视;(4)本文研究可为U型梁桥的防撞设计提供一定参考。     

大跨度双线铁路混凝土桥极限跨径的研究

混凝土桥是我国大跨度铁路桥梁广泛应用的结构形式,但长期以来缺少对不同桥型跨越能力和适用范围的系统研究。大跨度混凝土桥的设计实践表明,支点截面混凝土的抗剪通常是控制其跨越能力的主要因素,以荷载作用下的剪应力达到混凝土容许剪应力为标准,分析得到了双线预应力混凝土连续梁(刚构)桥的理论极限跨径。在此基础上,通过分析主梁与加劲拱、拉索的荷载分配关系,进一步研究得到了连续梁(刚构)-拱桥、部分斜拉桥的理论极限跨径,分析结论与实际工程基本相符。同时在理论值基础上,结合设计经验给出工程实用极限跨径的建议值,对大跨度混凝土桥的桥式方案选择和投资控制具有一定价值。     

考虑剪力滞后的组合梁极限承载力计算

根据规范中组合梁截面在正弯矩作用下塑性极限承载力计算方法,提出新的塑性阶段有效宽度定义,根据混凝土翼缘中合力和合力作用点同时等效来计算有效宽度。采用试验研究和非线性有限元方法,分析简支组合梁在极限状态下跨中截面混凝土翼缘内应变和应力分布规律,给出简化表达公式。针对各种参数情况下的组合梁,计算塑性极限阶段混凝土翼缘有效宽度和矩形应力块高度,根据简化的取值结果,提出塑性承载力的计算方法。     

斜拉桥耳板式索梁锚固结构的空间分析

利用有限元分析软件,建立深圳湾公路大桥索梁锚固区仿真模型,进行耳板式锚固结构的接触应力分析,研究主梁顶板、腹板、横隔板以及锚固区耳板上的应力分布情况。结果表明:锚固区Mises应力极值出现在耳板销孔两侧,大致关于斜拉索对称;锚固区各构件应力在局部区域数值较大,但扩散较快,应力传递流畅;索梁锚固结构承载能力满足要求。建议耳板式索梁锚固结构的耳板材料采用高强度钢材,且应对销孔周围进行局部加强。     

无砟轨道桩板结构路基设计计算

鉴于无砟轨道桩板结构路基没有相应的设计规范,在分析其结构特点和使用要求的基础上,借鉴相关行业标准和研究成果,将荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载,提出按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合,取各自的最不利组合以分项系数形式的表达式进行桩板结构路基设计计算。对荷载分项系数、组合值系数、准永久值系数以及结构抗力设计值和正常使用规定限值提出建议值。建议:承载板长度宜取20~50 m、厚度宜取0.5~0.8 m,并按一定原则设置;桩间距纵向宜取5~10 m,横向宜与线间距相对应;设置过渡段以满足过渡衔接处差异沉降和竖向转角要求。     

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1:3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究.结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面...     

波形钢腹板PC组合箱梁剪切屈曲性能研究

研究目的:波形钢腹板预应力箱梁中波形板处于纯剪受力状态,波形钢腹板的抗剪承载力由截面的剪切屈曲强度控制。本文采用一致缺陷模态法进行波形钢腹板缺陷模拟,并计入材料非线性和几何非线性,在此基础上研究波纹形状、腹板整体外形尺寸对波形钢腹板剪切屈曲极限承载力和屈曲模态的影响,为相关桥梁的计算提供一定的参考。研究结论:通过对比理论公式及模型分析结果,得出了波形钢腹板随板厚、波高、斜板倾角、直板段宽度及梁高等的变化趋势。