大跨径斜拉桥钢锚箱有限元分析的子模型技术法

以国内某大跨径斜拉桥为例,通过有限元软件ANSYS采用子模型技术法、等效板厚法及非线性接触法对大跨径斜拉桥索梁锚固区应力分布进行分析。结果表明,相比于传统的等效板厚法及非线性接触法,子模型技术法计算更精细、准确,是研究大跨径斜拉桥索梁锚固区应力分布的最有效方法。     

钢锚箱式索梁锚固区段有限元仿真分析

采用非线性接触单元法和简化的等效板厚法两种不同的建模方法,对青岛海湾大桥沧口航道桥索梁锚固结构--钢锚箱进行三维非线性有限元仿真分析,将计算结果进行比较,验证了非线性接触单元法的计算模型能够较真实地反映锚箱锚垫板与承压板之间不焊接,但紧密压贴的关系.并分析了锚固区各板件的传力机理、应力分布、应力集中现象,提出了改善应力分布、减小应力集中现象的一些措施,供桥梁设计者参考.     

珠江黄埔大桥北汊斜拉桥索梁锚固结构模型静载试验研究

索梁锚固结构是斜拉桥的关键部位之一.珠江黄埔大桥采用了锚箱式的索梁锚固结构.根据珠江黄埔大桥索梁锚固结构的静载试验,得到了各板件的应力分布情况,认为板件间连接可靠,锚固结构的承载能力可满足设计要求.通过计算结果与实测结果的比较分析,证明三维有限元方法可以用于估算索梁锚固区的应力分布.     

珠江黄浦大桥北汊斜拉桥索梁锚固结构模型疲劳试验研究

索梁锚固结构是斜拉桥的关键部位之一.珠江黄埔大桥采用了锚箱式的索梁锚固结构.根据珠江黄埔大桥索梁锚固结构的静载试验,得到了各板件的应力分布情况,认为板件间连接可靠,锚固结构的承载能力可满足设计要求.通过计算结果与实测结果的比较分析,证明三维有限元方法可以用于估算索梁锚固区的应力分布.     

钢混叠合梁拉索锚固区受力性能分析

斜拉桥结构已经成为了桥梁工程中最常见的一种结构形式,近年来有了较大的发展。但拉索锚固区的合理设计一直是斜拉桥设计的重点。斜拉桥的索梁锚固形式的优化也有一定程度的发展,最常见的索梁锚固形式包括齿块式、锚箱式、锚拉板式等,其中锚拉板式应用相对较少。针对背景工程在叠合梁中所用的锚拉板式索梁锚固区开展相关研究,对锚头与锚垫板之间的传力特性进行了接触非线性分析,对锚固区内锚拉板自身的结构性能,锚固区内主梁的力学性能进行了研究。并对锚固区内关键焊缝的受力情况进行研究,对锚固区的结构性能进行了综合评价。     

杭州湾跨海大桥钢箱梁耳板模型试验研究

对杭州湾跨海大桥钢箱梁耳板式索梁锚固结构进行了1∶3缩尺模型试验,并通过模型试验和仿真分析相结合,研究大跨度钢箱梁斜拉桥中耳板式索梁锚固结构的应力分布、传力途径、安全性能和使用性能。研究结果表明,该桥的耳板式索梁锚固结构传力可靠,构造合理,是较为理想的索梁锚固形式。     

上海长江大桥斜拉桥索梁锚固区静力试验研究

上海长江大桥主桥为主跨730 m的公轨两用斜拉桥,钢箱梁采用锚箱式斜拉索锚固结构形式。采用1∶2缩尺静力模型试验和精细化有限元分析方法,研究该斜拉桥锚箱式索梁锚固区的应力分布、应力大小和索梁锚固结构的极限承载力。介绍模型设计和加载方法,讨论边界条件对局部试验模型的影响,采用非线性有限元法分析锚箱式索梁锚固区的极限承载力。     

大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构的发展与应用

拉索锚固区是斜拉桥控制设计的关键部位,国内外许多大跨度斜拉桥均对锚固区开展了专门的分析研究。结合工程实例,介绍大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构的常见连接形式、构造特点及有限元计算、静载试验和疲劳试验方法。分析4种锚固结构的传力机理和应力集中现象,提出合理传递索力和减小应力集中现象的构造措施,明确设计中应注意的问题。     

斜拉桥索梁锚固区受力有限元分析及其优化设计

以某公路斜拉桥为例,采用壳单元建立了斜拉桥索梁锚固区的有限元模型,对索梁锚固区最不利载荷组合作用下的应力分布进行了分析与计算.结果表明:索梁锚固区的加劲板边角处的von Miss应力值达到281MPa,是结构应力集中的区域.对加劲板结构进行了优化设计,降低了应力集中.     

大跨钢混叠合梁斜拉桥索梁锚固区局部应力分析

以某大跨钢混叠合梁斜拉桥索梁锚固区为研究对象,借助大型有限元程序ANSYS建立索梁锚固区有限元计算模型,采用弹塑性理论对索梁锚固区进行分析,通过逐级加载得到索梁锚固区在不同索力阶段的应力状态,并提出索梁锚固区极限承载力的简化算法,可直接指导设计。计算表明:锚拉板与索导管相连的倒圆弧区域应力集中明显,索梁锚固区极限承载力满足受力要求。正常使用状态下,锚拉板区域的混凝土桥面板上缘易出现拉应力,若开裂易进水将影响锚拉板的耐久性,有必要加强该部位的构造设计。     

钢箱梁斜拉桥索塔锚固区的受力性能

以青岛海湾大桥红岛通航孔斜拉桥为背景,介绍了耳板式索塔锚固区的构造特点;应用弹性力学解析方法求出了销铰的接触应力;采用有限元方法对索塔锚固区在最不利荷载组合作用下的受力性能进行了研究,并考虑了几何非线性和材料非线性对钢锚箱进行了极限承载力分析。结果表明:最不利荷载组合作用下耳板锚孔处的最大Von Mises应力为203 MPa;索塔钢锚箱的极限承载力约为设计荷载的5.02倍,具有足够的安全储备。     

体外预应力桥梁锚固块构造分析及拉压杆模型法配筋研究

采用3种有限元分析模型进行体外预应力桥梁锚固块的应力分析,分别考虑角钢、钢垫板、体外预应力钢管,钢筋网和分布钢筋对锚固块的影响,并对3种有限元模型计算结果进行分析对比。另外,对单孔锚固的T梁锚固块直接利用美国ACI-318-05混凝土结构规范中的拉压杆模型进行配筋设计;对多孔锚固的箱梁锚固块,忽略横向应力和竖向应力的相互影响,利用弹性应力法建立箱梁锚固块的横向和竖向配筋的拉压杆模型进行配筋设计。研究结果表明,在体外预应力锚固块与主梁相接部位中设置角钢有效地降低了这一位置由于大吨位张拉力引起的应力集中;设置了钢垫板、角钢、体外预应力钢管以及锚固区钢筋网和分布钢筋后,锚固区是安全的。因此,运用拉压杆模型法对体外预应力锚固块的配筋设计是合理可行的。     

黄墩大桥索塔锚固区传力途径和受力分析

为验证索塔锚固区设计的合理性,了解索力在锚固区的传递途径以及主要板件的受力特点,通过全真的实体有限元模型对黄墩大桥索塔锚固区进行了计算分析。计算结果显示:锚固区的索力传递途径明确,能适应斜拉桥的受力特点;钢横梁两端受压,中间受拉,除锚固板与腹板的连接焊缝附近有应力集中现象外,其余板件的应力值均小于材料屈服强度;混凝土塔壁主拉应力较小,配置普通钢筋即可,不必设置环向预应力筋;位于牛腿焊缝附近的剪力钉受力较大,通过加密调整后满足受力要求。上述结果表明黄墩大桥索塔锚固区设计合理、实用,能满足结构受力需要。     

内置式钢锚箱索塔锚固区受力与参数分析

内置式钢锚箱索塔锚固区模型试验结果表明结构强度足够,但混凝土外端壁和内侧壁均出现裂缝,且外端壁开裂荷载较低.根据索塔锚固区的变形协调关系,分别对矩形和圆形索塔的斜拉索水平分力在钢锚箱与混凝土塔壁之间的分配比例、外端壁和内侧壁的混凝土应力进行理论分析,理论分析结果与试验结果吻合.对矩形和圆形索塔的水平力分配比例和混凝土应力进行参数影响分析,分析结果表明调整索塔长宽比、塔壁厚度比、钢锚箱拉板面积等能改善塔壁混凝土的受力.对相当规模的内置式钢锚箱圆形和矩形索塔锚固区的结构受力性能进行对比分析,结果表明矩形索塔略优于圆形索塔.建议采取措施改善混凝土外端壁局部受力状况.     

新型可拆卸开孔钢管连接件抗剪性能

为适用预制钢-混凝土组合桥梁快速装配化施工需求,提出一种新型可拆卸的开孔钢管连接件。通过设计不同钢管壁厚、开孔板条宽度与高度等参数的开孔方钢管连接构造试件,开展水平推出试验,研究其抗剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式及相对滑移特征。考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型及钢-混凝土界面非线性接触,建立可拆卸连接件抗剪分析的高效精细有限元模型,并通过试验结果验证。采用验证的有限元模型,进行与方钢管具有相同用钢量、板厚、开孔形式的圆钢管连接件抗剪性能对比分析。研究结果表明：可拆卸钢管连接件不仅具有开孔板连接件相当的抗剪承载力,而且比焊钉连接件具有更好的延性;增加钢管壁厚能有效提高其抗剪刚度与强度,改变底部开孔形状对连接件的抗剪刚度影响较小,但对强度影响较大;圆管与方管连接件具有相当的剪切屈服强度,但方管连接件的极限抗剪强度更高,而圆管连接件的延性更好;塑性理论推导可拆卸连接件剪切屈服强度计算结果同试验、有限元结果吻合良好,证明该计算式准确、有效;建议荷载作用下,混凝土板不发生开裂和压溃,可拆卸连接件可屈服进入塑性状态,实现混凝土板、钢梁易更换、修复或重复利用。     

斜拉桥索塔锚固区双层U形预应力束的张拉控制试验研究

通过模型试验和有限元分析,确定了双层U形预应力筋的张拉控制程序。比较张拉后模型内部传感器测试的预应力效应和采用空间有限元分析的应力结果,可以检验U形预应力筋张拉后是否达到设计要求的预应力状态,从而得出张拉程序的可靠性。结果表明:正确的张拉操作程序,不仅能将实测张拉伸长值与理论伸长值的偏差控制在规范之内,而且能使得张拉后的预应力效应达到设计的要求。     

异形岔道梁桥有限元分析与抗倾覆研究

为保证带外伸横梁的异形岔道梁桥抗倾覆稳定性，结合某工程实例综合采用了设置外伸横梁等4项构造措施。采用Midas Civil 2021建立了全桥梁格模型与全桥板单元模型并进行分析对比，分析了桥跨结构的倾覆破坏机理，提出了实用抗倾覆计算方法。研究表明：梁格法对此类桥梁的计算精度可以满足工程应用的要求；外伸横梁与B岔道根部弯曲破坏失效是桥梁倾覆的最终阶段和前提条件；外伸横梁越短，提供的抗倾覆力矩越大。本次设计采用的4项构造措施均可有效提高结构抗倾覆稳定性，安全系数为10.1，大于2.5，满足规范要求，可为同类桥梁抗倾覆优化设计（如减小外伸横梁根数、调整外伸横梁结构尺寸等）提供依据和参考。     

鱼嘴长江大桥总体设计思路

根据桥址处的气象、水文、地质、地貌等建设条件,鱼嘴长江大桥采用主跨为616 m的悬索桥方案。根据建设条件进行总体设计,桥塔采用门式框架结构;南锚采用重力式锚碇,北锚采用三角框架式锚碇;主缆采用预制平行钢丝股法(PPWS)施工;主桥加劲梁为正交异性板流线型扁平钢箱梁;南引桥采用跨径35 m的等截面预应力混凝土连续箱梁,北引桥采用跨径56 m的等截面预应力混凝土连续刚构体系。北锚碇采用明挖基础施工;桥塔塔柱采用滑模法施工,桥塔横梁采用支架现浇施工;钢箱梁采用分段制造,吊装焊接成桥的方法施工。考虑水位变动因素合理安排工期,完成水下基础及钢箱梁施工。     

钢桥面板纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹扩展三维模拟方法

为了深刻认识正交异性钢桥面板的疲劳特性,准确评估其疲劳抗力,对纵肋与顶板焊接细节进行了三维疲劳裂纹扩展模拟。提出了一种主要针对椭圆或半椭圆形疲劳裂纹的扩展模拟方法,采用相互作用积分法计算裂纹尖端处的应力强度因子K,作为三维裂纹模拟的基本参量。以青山长江公路大桥正交异性钢桥面板疲劳试验节段模型为研究对象,将纵肋与顶板焊接细节处的疲劳裂纹近似为单个半椭圆形裂纹,对其扩展过程进行三维模拟,通过试验结果验证了所提方法的有效性。在此基础上将初始裂纹分别设置于焊根和顶板焊趾,探讨了顶板厚度和U肋形式对于纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹扩展特性的影响问题。研究结果表明：所提出的方法能够准确模拟纵肋与顶板焊接细节疲劳裂纹的扩展过程,适用于其疲劳问题研究;增加顶板厚度能够有效改善纵肋与顶板焊接细节处的疲劳性能;相对于传统纵肋与顶板焊接细节而言,顶板与镦边U肋焊根和焊趾处的疲劳裂纹扩展特性和疲劳抗力没有显著差别,顶板与镦边U肋焊缝构造细节难以显著改善焊根和顶板焊趾处的疲劳性能;萌生于焊根并向顶板扩展的疲劳失效模式是控制传统纵肋与顶板焊接细节和顶板与镦边U肋焊缝构造细节疲劳性能的主导疲劳失效模式。     

砂砾石材料回弹变形特性

砂砾石具有非线性的应力-应变特性,回弹模量是描述这一特性的有效参数,通过室内加大尺寸承载板试验能够得到较好的模拟砂砾石回弹模量的模型。分析了传统承载板试验测定砂砾石回弹变形特性的局限性和影响因素,并进行了试验仪器和方法的改进。以加大承载板试验数据为基础,拟合发现L-H模型能较好地反映砂砾石的非线性回弹变形特性,且模型中的回归参数与混合料的级配、含水量、压实度等因素具有关联性。并针对影响砂砾石回弹模量的两个重要参数:砂砾石黏土的掺配比和含水量进行了详细分析,并提出相应的工程建议。