某飞燕式钢管混凝土系杆拱桥动力特性分析

首先利用MIDAS/Civil软件,对浙江绍兴一新建飞燕式钢管混凝土系杆拱桥的成桥进行建模计算,得出理论计算自振频率和振型;然后通过荷载试验测试,得到成桥结构的实测自振频率和振型;最后结合理论计算与实测结果分析本桥的动力特性和动力响应,得出本桥梁结构的动力特性优良,满足设计要求的结论。     

波形钢腹板PC组合箱梁剪滞剪切效应的动力特性分析

利用能量变分原理,在考虑剪滞剪切变形双重效应影响的基础上,导出波形钢腹板PC组合箱梁的单元刚度矩阵和一致质量矩阵,并利用子空间迭代法编制求解广义特征值的程序BXBOX,使波形钢腹板PC组合箱梁矩阵位移法更加完整,为考虑剪滞剪切效应波形钢腹板组合箱梁的动力特性提供一种新的计算方法。通过建立波形钢腹板简支梁和连续梁的试验和数值模型,验证了本文理论的正确性,且本文理论值更接近试验值。结果表明:剪滞剪切效应使该结构的自振频率明显减小,四阶时减小达到45%,随着自振频率阶数的增加,剪滞剪切效应影响程度逐渐增大,且剪力滞效应对自振频率的影响起主导作用。本文理论对解决波形钢腹板静定结构的动力分析问题具有重要意义。     

改进型波形钢腹板组合箱梁的动力特性分析

研究目的:为了给考虑剪滞剪切效应波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板(简称改进型波形钢腹板,即CSWSB)组合箱梁动力特性计算提供一种新的计算方法,本文通过考虑剪滞剪切变形效应和顶底板的不同材料属性,推导出CSWSB组合箱梁的控制微分方程组及其解析解,以及该类型组合箱梁的单元刚度矩阵、等效结点荷载列阵、一致质量矩阵,并以杆系结构有限单元法为基础编制求解广义特征值的Matlab程序,且采用等效刚度法对传统波形钢腹板(简称CSW)和CSWSB组合箱梁的动力特性进行对比。研究结论:(1) CSWSB组合箱梁在考虑了剪滞剪切变形效应后的振动频率均有不同程度的减小,且随着振动频率阶数的增加,影响程度也逐渐变大,在四阶时达到了40%;(2)按照刚度等效原则换算得到CSW组合箱梁的自振频率均小于CSWSB组合箱梁的自振频率,振型模态完全吻合,振动趋势一致;(3)对CSWSB组合箱梁进行动力特性分析时应考虑剪力滞和剪切变形效应的影响,且采用换算截面法对CSWSB组合箱梁进行动力分析是可靠的。     

波形钢腹板曲线箱梁桥静力特性

建立了考虑不同力学因素的有限元模型,对不同曲率半径的波形钢腹板曲线箱梁桥的静力特性进行计算,分析了结构主要部位在活载作用下的内力、变形和应力分布随其曲率半径的变化规律。研究结果表明:波形钢腹板使得曲线箱梁桥抵抗翘曲的能力减弱;波形钢腹板箱梁截面正应力横向分布不均匀,钢腹板和混凝土板相交处正应力发生突变;钢腹板剪应力沿腹板高度分布不均匀。     

曲线波形钢腹板箱梁竖向弯曲自振特性

为精确计算曲线波形钢腹板简支箱梁的竖向弯曲自振特性,考虑箱梁剪力滞和剪切变形双重效应,在假设箱梁翼板纵向位移函数的基础上,运用能量变分法和哈密顿原理推导了曲线波形钢腹板简支箱梁的弯曲自由振动微分方程,得到其竖向弯曲自振频率的解析解;建立有限元模型,将分析结果与推导的理论公式计算结果加以对比,并分析了跨径比、宽跨比和高跨比对竖向弯曲基频的影响。研究结果表明:本文竖向弯曲自振频率公式的计算结果与有限元分析结果差值在9%以内,且比初等梁理论计算精度高;剪力滞效应和剪切变形均削减了曲线波形钢腹板简支箱梁的刚度,使其竖向弯曲自振频率与初等梁理论的计算结果相比有所降低,同时考虑2种效应可能使竖向弯曲基频降低25%以上。剪力滞效应对竖向弯曲基频的影响随着跨径比和宽跨比的增大而增大,而高跨比变化时影响略有减小;剪切变形对竖向弯曲基频的影响随着宽跨比和高跨比的增大而增大,而跨径比变化时影响保持不变。对于不同参数取值的曲线波形钢腹板简支箱梁,竖向弯曲基频的剪切变形影响系数变化范围为5%～25%,而剪力滞效应的影响系数一般小于10%。在分析曲线波形钢腹板箱梁动力性能时应考虑剪切变形;当跨径比小于0.4,宽跨比小于0.1时,可忽略剪力滞效应的影响。     

新型上承式拱桥动力特性研究与试验验证

为解决大跨上承式拱桥结构刚度小、自振频率低等问题,提出一种新的拱桥结构.具体做法是:把立柱改为带副拱的三角网,形成双层桁架结构,提高结构的刚度,进而改善结构的动力特性.为研究新型上承式拱桥动力特性,修建2座跨径10 m的试验桥并进行环境激振试验,测出结构首次发生面内振动的自振频率;利用有限元软件计算结构的刚度和动力特性.试验及有限元结果表明,新型上承式拱桥首次发生面内振动的自振频率较传统上承式拱桥明显提高,且所测振型与有限元分析吻合;用钢量相同时,新型上承式拱桥首次出现面外、面内及扭转振型时的自振频率均高于传统上承式拱桥;新型上承式拱桥刚度大幅提高,列车活载作用下,主梁最大上下挠度绝对值之和大幅减小.     

新型上承式拱桥动力特性研究与试验验证

为解决大跨上承式拱桥结构刚度小、自振频率低等问题,提出一种新的拱桥结构.具体做法是:把立柱改为带副拱的三角网,形成双层桁架结构,提高结构的刚度,进而改善结构的动力特性.为研究新型上承式拱桥动力特性,修建2座跨径10 m的试验桥并进行环境激振试验,测出结构首次发生面内振动的自振频率;利用有限元软件计算结构的刚度和动力特性.试验及有限元结果表明,新型上承式拱桥首次发生面内振动的自振频率较传统上承式拱桥明显提高,且所测振型与有限元分析吻合;用钢量相同时,新型上承式拱桥首次出现面外、面内及扭转振型时的自振频率均高于传统上承式拱桥;新型上承式拱桥刚度大幅提高,列车活载作用下,主梁最大上下挠度绝对值之和大幅减小.     

中、下承式拱桥自振特性分析

以平行式、提篮式和斜靠式3种中、下承式混凝土拱桥为工程实例,采用有限元程序MIDAS/Civil建立桥梁空间有限元计算模型,对其进行自振特性分析,比较3种不同桥型自振特性的特点,计算结果表明:中、下承式混凝土拱桥的振型主要有拱肋面外横向振动、结构整体竖向振动和扭转振动,高阶振型才出现桥面系的横向振动;3种拱桥都是首先出现拱肋的面外横向振动,低阶振型均以拱肋面外横向振动为主,拱肋的横向自振频率小于竖向自振频率;斜靠式拱桥的振型密集,横向振动基频比平行式和提篮式拱桥的横向振动基频大;3种拱桥的竖向振动都表现为桥梁结构整体竖向振动;3种拱桥的扭转振动都出现较晚.     

斜拉拱桥自振特性分析

以湘潭市湘江四桥为例,利用大型通用有限元程序建立了斜拉拱桥的2种三维空间有限元模型,计算该桥梁结构的自振频率和振型,分析主要结构参数对振动特性的影响,并与同等跨度的系杆拱桥自振特性进行对比分析。从计算数据可以看出,梁杆系模型具有足够的精度,是一种较为合理适用的分析方法。横向刚度对结构的稳定性起控制作用,该桥横撑位置和数目的变化对结构的自振特性影响较大,其数目适当增加,能有效提高结构的横向刚度,而斜拉索和索塔刚度对其影响相对较小。上述结果和结论可为该桥的设计、施工以及使用阶段的健康检测和维护提供技术参数和依据。     

不考虑滑移时波形钢腹板箱梁受力性能研究

研究目的:相较于混凝土腹板箱梁和直钢腹板-混凝土组合箱梁,波形钢腹板-混凝土组合箱有许多优点,是桥梁结构发展的重要方向之一。本文意在提出波形钢腹板抗弯等效厚度的概念,从理论上对波形钢腹板的受力特性进行研究,并得到相应计算公式。研究结论:(1)推导出波形钢腹板对箱梁抗弯承载能力贡献比例的理论计算公式,得出波形钢腹板所承担剪力占截面总剪力比例的计算公式;(2)计算出波形钢腹板所提供的抗弯承载能力与全截面总承载能力的比值,该比值接近于0,从理论上证明:在计算波形钢腹板箱梁的抗弯承载能力时,可以忽略波形钢腹板的贡献;(3)波形钢腹板中的最小剪应力与最大剪应力之比接近于1,从理论上证明波形钢腹板上剪应力沿钢腹板竖向基本相等;(4)在小跨度试验梁及大跨度实桥算例中,波形钢腹板所承担的剪力占总剪力的比例均不到85%,证明混凝土顶、底板所承担的剪力不容忽视,且梁高越低,钢腹板所承担的剪力比例越小;(5)本文可以为波形钢腹板箱梁桥的建设提供一定的理论依据,对波形钢腹板桥梁的研究有一定的参考意义。