洞庭湖大桥销接节点设计精细化分析

采用实体单元及接触面单元建立销接节点区域局部有限元模型,精细的模拟了销接节点的受力。结合洞庭湖大桥主梁和吊索连接的销接节点设计,揭示了销接节点的受力状态,得出销孔接触面的接触应力及吊点耳板销孔局部承压的应力分布,并结合国外相关规范对洞庭湖大桥的销接节点进行了计算。     

连续钢桁梁施工阶段整体节点局部应力分析

郑州黄河公铁两用桥主桥为国内首次采用无竖杆的三主桁斜边桁的空间桁架形式,其节点构造及受力复杂。主桥第2联连续钢桁梁采用悬臂拼装施工,为了解这种新型节点板在悬臂拼装施工最不利阶段时的局部受力情况,确保桥梁建造安全,建立第2联受力最大、有代表性的典型节点E80局部应力计算的精细有限元模型,进行节点板区域局部应力分析,得到节点板的应力分布情况。计算结果表明:在最大悬臂最不利工况下,与节点板相连接的各杆件主要承受压应力,应力水平低,分布比较均匀;节点板整体应力水平比较低,在节点板局部区域及下弦杆底板的某些区域应力值较大,出现应力集中,但应力值小于钢材的屈服强度,结构处于安全状态。     

板桁组合结构主桁节点板应力集中系数研究

为给板桁组合结构节点板的设计提供参考,以沪通长江大桥为背景,针对板桁组合结构的传力特点,采用ANSYS建立节点区域梁段的板壳模型,计算轴力、弯矩单项荷载作用下节点板区域的应力分布特征和应力集中系数。分析弦杆腹板高度、腹杆翼缘宽度、弦杆与腹杆间圆弧半径、腹杆间圆弧半径4个参数对应力集中系数的影响,并拟合出应力集中系数的计算公式。结果表明:单项荷载作用下的应力最大值均出现在所加载的杆件与相邻杆件间的节点板圆弧过渡起始位置;不同杆件在轴力、弯矩作用下的节点板区域应力集中系数不同;下弦杆在轴力、弯矩作用下的节点板区域应力集中系数均较大;下弦杆在轴力作用下的节点板区域应力集中系数与现有公式计算值吻合较好,其他情况下节点板区域的应力集中系数均较现有公式计算值大,需引起重视。     

国内、外桥梁销接节点设计方法

为了研究销铰连接锚固体系中销接节点的设计方法,从而避免节点板承压破坏、销轴承压破坏和节点板的撕裂破坏3种破坏方式,通过比较和分析JTJ 025-86、TB 10002.2-2005、日本道桥规范、欧洲Eurocode3、美国AASHTO和英国BS 5400钢桥设计规范中的相关规定,认为设计中销接有转动功能要求时的承压设...     

香溪长江大桥主拱合龙施工方案的 选择和实施

香溪长江大桥主跨为531m中承式钢箱桁架拱桥,合龙段长6.46m。采用自然合龙,对合龙口长度、高程进行温度敏感性分析,确定杆件配切长度;设置弦杆的临时锁定装置,弦杆接头采用焊接,斜腹杆及平联采用节点板+高栓连接方式,实现了精确合龙;对合龙施工方案、锁定结构的受力进行分析,为类似钢桁拱桥合龙方案的设计与施工提供实践经验。     

公轨双层斜拉桥局部应力状态及结构优化设计研究

为优化公轨双层斜拉桥的构造设计,以东水门长江大桥为研究背景,取主桥跨中区域(约112m)建立有限元模型进行仿真模拟,该模型对桥梁各类构件的实际构造特征和截面尺寸进行了精细化模拟。基于数值模拟结果,分析了桥梁结构及局部构件的应力状态,并针对加劲肋、横梁对桥梁的变形控制和桥面应力的影响进行了参数化分析。结果表明:腹杆是上下层桥面惟一的传力构件,上下层桥面板的峰值应力主要出现在腹杆与弦杆节点处,建议考虑增大节点板厚度、转角采用圆曲线过渡或局部加固,以减小局部应力集中;加劲肋的间距变化对桥面应力及局部变形影响较大,间距宜控制在0.35~0.7m,否则将导致应力分布的改变及较大的局部凹陷;横梁的分布对桥梁变形控制及应力分布等至关重要,建议类似桥梁横梁间距控制在3m左右,在弦杆节点处设大横梁,节间设置小横梁。     

大跨度钢桁拱桥关键节点受力特性及优化研究

钢桁拱桥是以承压为主的结构体系,随着跨径的不断增大,其非线性效应会变得十分突出,因此选取关键节点进行受力状态分析就显得尤为重要。选取国内具有代表性的公路钢桁架拱桥(100 m+400 m+100 m=600 m)关键节点作为研究对象。该桥下拱肋与下弦杆交汇处的节点(B9节点)采用焊接整体节点,节点板将主桁相关杆件和桥面纵、横梁连成一体,各构件内部加劲肋众多,形式、尺寸多样,节点的结构构造和受力状态复杂。在全桥空间有限元分析的基础上,选取具有代表性的B9节点和两个最不利的主力组合工况,完成了局部精细有限元分析。结果表明:两个工况下B9节点各相关杆件绝大部分区域应力水平较低,Mises等效应力小于200 MPa,局部区域应力集中程度较严重,应力水平超出了弹性范围。针对拱内下弦杆变截面处出现的高应力区域的情况提出了改善措施,提出在该位置增设一道环形横隔板,该方案可不影响下弦杆内的柔性系杆通过。增设横隔板后,变截面处的应力集中现象得到明显改善,应力水平在弹性范围以内。     

桥梁销接支座的局部分析

销接节点作为结构中经典铰接形式,在工程中被广泛采用,结合有限元软件对其进行局部分析是精细化设计的重要工作。桥梁销接支座不同于常规的吊耳计算,更加关注局部承压以及接触面应力状态。以一座人行天桥销接支座的设计工作为例,运用有限元软件ANSYS进行实体建模和接触分析,同时采用经典理论和规范公式分别进行了计算,验证数值算法并提出了修正的建议,并结合国内外相关规范对重点关注的计算结果给出了验算方式。     

拱形钢桁梁桥结构分析与构造细节设计

钢桁架结构通常节点密集,设计复杂多样。现结合绍兴市某拱形下承式钢桁梁桥,介绍其总体布置、结构设计,并基于有限元分析理论,采用通用有限元软件ANSYS对该桥的活荷载计算模式、上下弦杆节点、梁端节点、横肋与下弦杆及小纵梁相交节点的构造细节设计进行计算对比分析。研究表明,整体式节点设计中节点板处竖杆腹板采用渐变断开式设计,可满足应力、屈曲稳定的要求;拱梁结合点处的应力集中范围与大小受圆弧半径、支点相对位置的影响,支点靠近拱梁结合点对结构受力有利;支撑桥面板的横肋下翼缘可与小纵梁、下弦杆采用半刚性节点,虽一定程度上会增大翼缘断开范围腹板应力,但整体应力水平较低。     

沪通长江大桥天生港专用航道桥弦杆制孔精度控制技术

沪通长江大桥天生港专用航道桥为(140+336+140)m刚性梁柔性拱桥,主梁为带竖杆的华伦式桁架,横向采用三片主桁结构。钢桁梁弦杆为典型的箱形整体节点构造,接头较多,孔群空间关系复杂,为保证弦杆钻孔精度,腹板孔群制孔时,杆件组焊并修整合格后,首先将杆件吊至高精密的划线平台处进行整体划线,然后利用专用整体节点杆件双机联动立柱式数控钻床进行钻制。顶、底板及横梁接头孔群采用成熟的划线工艺和高精度样板钻制。斜向接头板组装时,首先采用斜向接头板先孔法,然后用高精度定位样板组装。实践表明,弦杆制孔精度控制技术及孔径偏差控制措施,有效地保证了弦杆的钻孔精度和孔群的相对位置关系。     

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。     

鄂东长江大桥混合梁结合段受力分析

鄂东长江大桥为主跨926 m的混合梁斜拉桥,混合梁结合段采用有格室后承压板形式,钢与混凝土间通过焊钉和开孔板连接件结合。为得出连接件受力分布和内力分担比例,校核连接件布置,对该结合段局部格室建立空间有限元模型,并考虑相对滑移、承压接触和连接件作用进行受力分析。研究结果显示,连接件和承压板各分担约50%的轴压力。焊钉作用最大剪力约为40kN,开孔板连接件约为130 kN,开孔板传力作用明显。沿主梁轴向,钢格室应力平缓减小,混凝土轴向压力线性增加,结合段应力过渡平滑。计算结果与模型试验结果较为吻合。     

钢桁梁整体焊接节点试验与非线性有限元分析

文章以上海闵浦二桥中的典型整体焊接节点为背景,采用1/3模型节点进行了不同荷载工况下受力全过程试验研究和非线性有限元分析,在此基础上对关键设计参数进行了优化。研究显示:在设计荷载工况及超载工况下,节点安全可靠,满足规范要求;节点板上弦杆与腹杆之间、左右腹杆之间的圆弧转角处出现一定的应力集中现象;上、下翼板的应力相比其他板件的要大;模型节点试验值与非线性有限元计算值吻合良好。     

连续钢桁梁-桁拱组合桥节点的局部受力分析

为探讨桁梁-桁拱组合桥节点设计的合理性,建立上海嘉定蕴藻浜大桥梁、板单元相结合的局部计算模型,分析其关键节点受力和桥面板剪力滞效应。分析结果表明:局部模型是正确的;桁架节点板在支座垫板位置边缘有较大的应力集中,建议用加劲加强或改善构造设计;节点板在下弦杆与系梁倒角处出现较大的应力集中,可适当增大倒角的半径;桥面板边跨侧受压、主跨侧受拉,横向应力分布基本相同,纵向应力在横向呈现类似M形的分布,应力在系梁部分最大、向两边逐渐减小,小纵梁和加劲肋对应力变化影响较小。     

独塔混合梁大跨斜拉桥钢—混结合段的受力分析

以聊城中华路大桥为例，采用midas总体计算和ANSYS细部分析的有限元联合分析方法对独塔混合梁斜拉桥的钢—UHPC结合段的受力开展了研究。首先采用midas civil分析软件建立全桥的总体杆系模型，以获得钢—混结合段控制截面在各种不利工况下的内力；然后在ANSYS中建立了结合段板壳—实体有限元精细化模型，将提取的内力施加于局部模型，计算得到钢—混结合段细部应力。通过受力分析发现，独塔斜拉桥采用钢—混结合段后，充分发挥了混凝土抗压和钢结构抗拉的材料优点，构造受力合理，实现了材料和结构刚度的平顺过渡，是一种合理的方案选择。通过细部应力分析发现，在钢格室与承压板连接处以及顶底板折角、腹板折角与填充混凝土的接触面处，易产生较大的应力集中，应对这些部位进行局部加劲或采用平滑倒角的方式加以避免。对结合段中腹板的厚度与承压板厚度的参数敏感性分析结果表明，增加中腹板厚度可适当降低中腹板的应力，但不能降低其他钢结构的高应力水平；而增加承压板的厚度可以显著降低钢结构的高应力水平。     

销接节点考虑接触特性的设计讨论

销接连接形式具有接触受力的特性。若不考虑这种特性,按现行设计思路将会夸大销轴受力的不利情况。参考Winkler弹性基础模型的假定,建立了一种新的简化计算模型。在此基础上推导出销轴跨中弯矩的设计计算公式。分析表明跨中弯矩在按规范JTJ025-86计算结果的基础上应乘以系数β进行折减,以考虑荷载沿销轴轴向的分布。销接节点实例分析证实按该模型计算的结果与接触仿真模拟的结果吻合程度较好。     

某悬索桥索夹空间受力分析

桃花峪黄河大桥主桥为双塔自锚式钢箱梁悬索桥,索夹采用上下对合的销接式结构,由上半部、下半部(含耳板)及螺杆等构成。为了解该桥主缆—索夹构造的受力特性,选取典型索夹为研究对象,采用ANSYS建立主缆与索夹空间局部有限元模型,对索夹各板件的受力状况、应力扩散规律进行分析研究,并与简化公式结果对比验证。结果表明:在不利荷载作用下,该桥索夹各钢构件应力均满足规范要求,应力在各板件间传递流畅;上半部索夹圆弧段环向拉应力与简化公式计算结果吻合较好;主缆与上半部索夹圆弧段接触面压应力约为简化公式计算值的85%,主缆与下半部索夹接触面压应力沿主缆方向分布明显不均匀,呈"V"形分布,设计时应考虑其不利影响。     

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

为了解决栓接U肋对接偏差引起的纵向力流传递不畅、偏差处纵肋腹板及拼接板抗疲劳性能不佳的问题,以某栓接U肋的钢箱梁斜拉桥为工程背景,进行了U肋栓接邻近区轮载应力和对接偏差影响分析,以及非栓接邻近区(相当于嵌补段焊接U肋对接处)的轮载应力分析。根据已有疲劳寿命曲线和所选取的等效损伤系数,进行了疲劳强度验算与寿命预测。根据所得上述两区域不利轮载应力与相应疲劳强度,基于提出的"应强比"指标,比较了不同连接方式下U肋的疲劳性能。研究并提出了疲劳性能不满足要求的拼接板改进方法。结果表明:栓接U肋中U肋腹板的抗疲劳性能优于嵌补段焊接连接U肋,但其常规设计的拼接板抗疲劳性能不及嵌补段U肋,即使在无对接偏差的情况下。栓接接头应力峰值集中在无填充板侧拼接板下缘各螺栓孔附近,整体上由纵向接头中点往两端递减,且在紧靠接头的第一排螺栓孔处的紧邻U肋腹板层拼接板下缘达到最大值。"当U肋对接偏差不超过3 mm时,宜采用强制矫正方式"的规范规定合理。拼接板应力随对接偏差(填充板厚度)增大而增大,偏差大于3 mm时,呈非线性急剧增加。对于背景工程,当U肋对接偏差为5～6 mm时,可将外侧拼接板由180 mm宽加至210 mm;当其为7～9 mm时,两外侧拼接板均应采用536 mm×210 mm×120 mm×12 mm的L形拼接板。     

高强化柴油机活塞异型销孔结构设计与试验研究

针对高强化柴油机活塞,研究了网格数量和活塞销孔棱缘耦合应力的收敛性关系,进行了精确的活塞耦合应力计算;研究了异型销孔结构对活塞应力分布的影响规律;根据耦合应力计算结果,选定异型销孔位置和形状,设计双侧圆锥形异型销孔并进行耦合应力计算,与圆形销孔结构活塞对比可知,异型销孔结构可以大幅度降低销孔棱缘的应力集中,活塞的承载能力有所提高。利用活塞销孔疲劳试验机进行异型销孔活塞的疲劳试验,试验完成1.0×107个循环,活塞销孔表面接触良好,说明双侧圆锥形异型销孔的结构设计满足发动机可靠性要求。     

锚拉板组合结构受力特性研究

为研究系杆拱桥吊杆锚拉板组合结构的受力特性,以湖州环漾大桥为背景,对其梁上锚固系统进行实体有限元模拟,首先分析锚拉板系统在设计索力下的受力状态,包括连接件剪力分配比、钢结构应力状态及混凝土应力状态;然后,对其受力特性进行参数化分析。结果表明:①设计荷载作用下,锚拉板、加劲板开孔连接件与端承板连接件三者剪力分配比例约为:46%:33%:21%;②设计荷载作用下,开孔板连接件均处于弹性工作状态,开孔板连接件剪力竖向分布趋势呈现从上至下逐渐减小的趋势,横向分布较为均匀,边列较大;③不设置端承板,连接件最大剪力值略有增加,原端承板剪力主要转移给离端承板近的连接件,使得上、下排剪力分配更为均匀;④不设计开孔板连接件,索力荷载全部由端承板承担,导致锚拉板的受力基本呈现整体均匀受拉的受力状态,其下缘与端承板应力集中更为明显。