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。     

正交异性钢桥面板截面构造参数分析

通过对国内外正交异性钢桥面板的研究发现,其破坏的主要形式是钢桥面板的疲劳破坏,针对钢桥面板在使用过程中发生疲劳破坏的原因,以东莞水道桥为依托,选取了纵向加劲肋类型、横隔板挖孔形式及纵肋内小隔板焊接形式三个主要参数,研究正交异性钢桥面板在不同参数下的疲劳应力及应力集中系数变化情况。研究结果表明:与开口加劲肋相比,闭口加劲肋的加劲效率更高,U形肋的应力集中系数显著低于其他三种截面形式纵肋;在车辆荷载作用下,当横隔板采用梯形开孔形式时,其与纵肋、顶板间的焊缝处应力水平比较均衡;通过设置小横隔对桥面板刚度进行局部增强,能有效降低顶板与纵肋、顶板与横隔板、纵肋与横隔板间三处焊缝的应力水平和应力集中程度。     

单主缆悬索桥主梁在顶推施工中的局部受力特征

以南宁英华大桥为工程背景,分析单主缆悬索桥主梁顶推施工技术的原理和实施过程,采用有限元,计算分析了在顶推施工中钢箱梁的力学特征和局部受力情况,评价了钢箱梁顶板、底板、横隔板和纵隔板在顶推过程中的受力情况及其安全性。结果表明:在顶推施工过程中,钢箱梁顶板、底板和横隔板等部位局部应力较大,当钢箱梁顶推最大悬臂35 m、导梁25 m时,各部件所受应力最大,步履机支点的反力最大,为最不利工况,最大应力出现在纵隔板横向加劲肋与底板横向加劲肋相交处,尽管满足安全要求,但在进行设计时应进行加强处理,以免应力集中。     

槽形梁-拱组合桥主要结构设计特点及静力分析

武汉市轨道交通一号线跨江汉货场主桥为连续槽形梁-拱组合桥,平面位于S形反向曲线上。由于梁体曲率的影响,梁体可能出现弯扭耦合作用,为探明该类桥梁的静力行为,分别采用空间杆系模型、实体-杆系混合模型及实体局部模型进行受力计算分析。结果表明:采用整体和局部相结合的分析方法来控制设计,具有较高的可靠性;平面杆系模型和空间杆系模型纵向应力基本吻合;由于设计活载较轻,且主梁刚度较大,梁体弯扭耦合效应不明显,且对拱肋横撑的内力影响也不大;拱-梁结合部存在一定的局部应力集中,在主梁圆弧顶部出现横向拉应力,但其分布范围较小,在此区域增强普通钢筋即可。     

某独塔自锚式悬索桥吊杆锚固区细部应力分析

为了获得自锚式悬索桥吊杆锚固区复杂应力分布以便优化设计,以某独塔自锚式悬索桥吊杆锚固结构为研究对象,采用有限元分析软件建立吊杆主梁锚固区局部应力分析模型,分析吊杆主梁锚固结构在运营最不利工况下各构(板)件的应力情况。分析结果表明:锚管下部1/4管段、加劲板N57、加劲板N58、托架腹板N14a和横梁腹板是主要传力构件;托架腹板N14a、横梁腹板、箱梁外腹板N3和托架底板的节点位置应力值相对较大,存在应力集中,需要优化结构形式以改善受力。     

无背索斜拉桥钢-混凝土组合脊骨主梁的关键受力分析

根据无背索斜拉桥中大悬臂钢-混凝土组合脊骨主梁的结构和受力特点,采用空间有限元法分析了混凝土桥面板徐变对组合脊骨梁内力分配的影响、钢箱梁扭转效应、组合悬臂挑梁受力及荷载横向分布、桥面板剪力滞效应等几个关键性受力问题,并利用外国规范验算了钢箱梁承压板的局部稳定性。由分析可知,混凝土徐变导致脊骨梁中钢箱梁应力增加,混凝土板应力下降;钢箱梁的扭转翘曲正应力可达到弯曲正应力的10%;大悬臂组合行车道板的横向分布计算取3片梁模型即可,且施工中采取预弯措施可防止组合挑梁的混凝土板受拉开裂;《本四桥规》中承压板容许应力计算公式约具有2.0的安全度;混凝土行车道板的剪力滞效应明显,塔梁固结处的行车道板还出现了负剪力滞现象。上述结论可为同类结构设计提供参考。     

改进型简支装配式小箱梁设计及整体模型横向活载效应分析

以上海市大芦线为工程背景,介绍了改进型简支装配式小箱梁的构造特点,建立实体有限元模型,分析研究组合式小箱梁各片梁在不同偏载工况下的内力横向分布,量化对比横隔板对平衡弯矩横向不均匀分配的影响,得出了对于跨径22 m桥宽较窄的情况下,设置跨中横隔板对横向整体受力影响较小的结论。通过实体计算分析小箱梁整体模型在活载作用下的横向弯矩效应,得出了桥面板横向受弯以局部荷载效应为主,整体效应为次;集中荷载作用下的局部荷载效应明显,尤其是沿计算跨度方向的局部效应更为突出的结论。比较杆系模型与实体模型计算桥面板横向弯矩的误差,得出杆系模型结果偏于安全的结论。     

正交异性钢桥面板实桥试验研究与应力分析

本文选取U肋与桥面板连接区域、U肋与横隔板交叉部位、U肋等细节,通过实桥静力试验,结合有限元模型分析,研究正交异性钢桥面板局部应力的大小和分布规律.结果表明:钢桥面板各关键构造细节的应力影响线都比较短,纵向应力主要受两个横隔板间距的影响,横向应力受与其相邻的两个U肋间距内荷载的影响;当车辆通过时,测点会出现多个应力循环;在U肋-横隔板连接焊缝附近,U肋腹板上的应力水平较高;横隔板弧形切口自由边缘两侧应力性质相反,一侧受压、一侧受拉,应力幅值较大,存在疲劳开裂隐患;因此设计中应该对构造细节进行详细研究分析,并注意焊接区域的细部设计与制造,避免疲劳开裂.     

开口肋正交异性钢桥面板双轴疲劳试验及开孔形式研究

对重庆两江大桥不同开孔形式(苹果形、钥匙形和圆形)的正交异性板交叉细节疲劳行为进行了疲劳试验研究和有限元分析.结果表明:开口肋正交异性钢桥面板模型竖向和横向双轴疲劳试验中,在竖向荷载作用时,钥匙形开孔处比苹果形开孔处的桥面板和加劲肋应力大很多;在横向荷载作用时,钥匙形开孔处横隔板应力比苹果形开孔处大;其他情况下2种开孔形式应力分布基本一致;苹果形开孔相比于钥匙形和圆形开孔形式,其疲劳性能最优;建议开口肋正交异性板构造横隔板开孔形式采用苹果形.     

超宽钢箱梁横向应力与变形研究

以广东佛山平洲水道跨东平水道特大桥为背景,针对超宽幅钢箱梁运用空间有限元方法建立有限元板单元模型,对钢箱梁桥面板关键施工阶段及成桥后的横向应力与变形进行分析,揭示其横向应力与变形分布规律;与平面梁单元应力计算结果进行对比,分析超宽幅钢箱梁结构计算时采用平面梁单元与实体板单元的差异,建议采用空间有限元方法计算钢箱梁横向应力。     

结合钢桁梁正交异性钢桥面板体系研究

为研究结合钢桁梁正交异性钢桥面板体系(纵横梁体系、横梁体系、纵梁体系)受力性能的差别,以闵浦大桥为例,采用MIDAS Civil软件建立3种结构体系的主跨桁架局部空间模型进行有限元计算分析,得到如下结论:纵梁体系不适合于结合钢桁梁正交异性钢桥面板结构;横梁体系结构比纵横梁体系受力不利;纵横梁体系在获得足够的净空的同时不至于使整个桁架很高,桥面板受力合理,是最适用于结合钢桁梁的正交异性钢桥面板体系.     

桁宽对大跨度铁路斜拉桥车-桥耦合振动性能的影响研究

为考虑桁宽对大跨度铁路斜拉桥动力特性及车辆走行性的影响,以某主跨580m双塔斜拉桥为背景,分别建立了3种不同桁宽(15,24,30m)桥梁的有限元模型,对比其固有频率的差异,并通过车-桥耦合振动分析,比较了3种桁宽情况下桥梁、列车的动态响应。分析结果表明,桥梁横向振动和扭转振动的频率随桁宽的增加而明显增大,竖向振动频率随桁宽的增加而略有减小;主梁的横向位移随桁宽的增加而明显变小,桁宽15m出现了规律性的横向振动;3种桁宽情况下车辆响应变化不明显,桁宽15m时动车和拖车的响应(特别是轮轴横向力及减载率)总体上较其他2种桁宽的响应略大,车辆的响应对桁架的宽度变化不敏感。     

下承式城市钢桁架桥上部结构设计与分析

钢桁架桥主要应用于铁路桥梁,公路桥梁和城市桥梁中较少选用,但是在城市道路及公路领域选用钢桁架桥有很多特殊的优越性,例如,架设速度快,适应当今快速、重载交通的需要,可以为公路和城市增添景观等。该文介绍了大连市中心新建菜市桥上部结构的设计要点及桥梁的结构构造,主桁采用平面及空间两种方式建立有限元模型的分析过程和桥梁的主要承重结构横梁的计算。结果表明,该设计选取主桁杆件为焊接工字形截面和H型钢,可以满足高强螺栓的设计和施工要求,采用平面和空间分析主桁的结果吻合很好,考虑桥面板与钢横梁作为钢-混凝土组合结构共同工作,符合实际结构工作状态。该设计可供以后公路、城市钢桁架桥设计参考。     

钢桁架梁悬索桥抖振响应影响因素分析

用等效的单主梁模型分析钢桁架悬索桥的抖振,分析各种因素对钢桁架悬索桥抖振响应的影响。由于桁架桥构件之间气动干扰的复杂性,在风洞试验时得到的气动力系数表征的是断面的气动特征,而非杆件的气动特征。因此,风振的分析需要建立静力刚度和动力特性与桁架梁等效的单梁有限元模型。通过调整等代梁的刚度和集中质量可以实现等效。分析结果表明:在设计基准风速下,大变形和自激力对抖振起抑制作用,有效风攻角使得抖振响应变大,且静风对风攻角的改变起主要作用。自激力影响程度最大,静风和有效风攻角的影响程度其次,大变形的影响最小。     

高性能钢管混凝土组合桁梁桥

提出一种新型桥梁结构形式——高性能钢管混凝土组合桁梁桥。从结构性能方面阐述该组合桁梁桥高效传力机制、高性能结构构件及节点力学性能,从预制件划分、存放、运输、拼接方面阐述组合桁梁桥高效装配施工性能,从防灾性能方面对组合桁梁桥与混凝土梁桥进行抗震性能有限元对比分析,从耐久性能、可维护性能及环保性能方面论述组合桁梁桥良好的服役性能。结果表明：高性能钢管混凝土组合桁梁桥各杆件受力明确,杆件材料利用率高,结构刚度大,当结构跨径达到80 m时,用钢量指标仍在400 kg·m^-2以下;PBL加劲型等宽钢管混凝土节点可有效改善节点传力性能、静力破坏模式及抗疲劳性能;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件可改善钢混界面传力及钢管局部屈曲性能,有效提高构件承载力;组合桁梁桥主桁单元、桥面板单元、桥墩单元可在工厂标准化生产,预制构件单元质量可控,现场装配速度快,施工周期短;与混凝土箱梁桥相比,组合桁梁桥结构体系地震响应内力下降显著,反应谱分析中纵桥向墩底弯矩与剪力下降达94.0%、81.2%,时程分析中纵桥向墩底弯矩下降达91.6%;采用可更换桥面板构件、桥墩系梁构件使组合桁梁桥全寿命周期性能优异。可见,矩形钢管混凝土组合桁梁桥是一种装配式高性能桥梁结构体系,可为中国中等跨径公路装配化桥梁设计提供参考。     

四渡河大桥钢桁梁节点板局部应力分析

四渡河大桥主桥为单跨900 m双铰钢桁梁悬索桥.主桥加劲钢桁梁的节点板处构造及受力均较复杂,采用通用有限元软件对代表性的节点板处局部应力进行空间分析,为设计提供了参考.     

大跨度钢桁拱桥设计关键技术

柳州市白露大桥为主跨288 m 的连续钢桁拱桥,采用两片主桁,主桁中心距为37 m.针对边跨桁梁桁高矮、横向宽度大的特点,将腹杆设计为变截面,通过减小其线刚度并增大截面面积的方法以消除横向框架效应产生的不利影响.平联采用较为简洁的菱形桁式,兼顾结构的受力合理性和美观性.桥面采用密横梁体系的正交异性整体桥面板,使桥面板参与主桁共同作用的同时避免了横梁面外弯曲.为改善结构气动性能,降低风致振动的影响,采用柔性吊杆.边跨平弦钢桁梁采用支架法半悬臂施工,中跨拱圈采用以临时墩辅助拱上吊机悬臂架设的施工方案,桥面系随主桁同步架设.     

空间钢管桁架人行天桥的设计与分析

该文对上海浦东云莲路人行天桥的总体设计作了介绍,该桥为27m+27m的两跨钢管桁架连续梁。利用空间有限元程序建立梁单元模型对其受力进行了分析。根据受力结果了解各杆件的应力情况,并对应力较大部位进行优化设计,采用新颖的构造措施改善其应力水平。     

主跨136m空间钢桁拱与预应力混凝土梁组合桥受力性能分析

为研究空间钢桁拱与预应力混凝土梁组合桥的力学性能，以广州市从化大桥为例，采用空间有限元分析软件对影响空间钢桁拱稳定性的主要控制因素以及拱与主梁抗弯刚度变化等对结构内力和位移的影响进行了参数分析。结果表明拱肋刚度对桥梁整体稳定性影响较大，横、斜撑刚度的影响不大；只有中间吊杆时，拱肋的稳定性较差；主梁刚度对桥梁受力影响较大；吊杆初始张拉力大小影响恒载作用下主梁和拱肋的受力状态。     

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。