单索面半漂浮式预应力混凝土斜拉桥塔梁相交段主梁局部应力精细化分析

运用实体单元有限元法对单索面半漂浮式预应力混凝土斜拉桥的塔梁相交段单箱五室超宽主梁进行了局部应力分析,重点分析在主梁根部最大轴力作用下,塔梁相交处的主梁、斜拉索第一个锚块的局部应力分布特征。计算结果表明,由于塔梁相交处的主梁截面有突变,且靠近根部,受力复杂,较大的压应力主要出现在支座处和截面变化处,且有相当大区域。桥塔附近支座处横隔板及横隔板的人孔附近边腹板侧有拉应力集中现象,其均为配筋和分析的关键部位。对于离塔根处较远的主梁断面,除去人孔和预应力筋穿过区域,纵向应力分布相对比较均匀,基本满足平截面假定。     

三塔四跨单索面大翼缘矮塔斜拉桥塔墩梁固结区域局部应力分析

矮塔斜拉桥塔墩梁固结区域构造、钢束布置和应力状态都十分复杂,是大跨度矮塔斜拉桥的关键受力部位。以104国道某跨径布置为(140+2×225+120)m的矮塔斜拉桥为工程背景,利用有限元分析软件ANSYS对塔墩梁固结部位进行精细的有限元局部应力分析,得到3种典型工况下的应力分布情况,验证设计的安全性和合理性,并针对大翼缘结构边缘拉应力过大的问题提出应力优化方案,对该类型矮塔斜拉桥的设计和施工具有重要的参考价值。     

城市轨道交通高架工程中槽型梁吊装施工过程的力学特性分析

以城市轨道交通槽型梁为研究对象,采用精细化有限元方法,研究其吊装过程中平衡受力及不平衡受力的力学特性及安全性。结果表明:平衡吊装时,吊点处主应力略大于混凝土抗拉强度,应在吊点区域采取加强保护措施;当吊点存在高差时,槽型梁不平衡吊点附近区域混凝土应力明显增大,混凝土被拉裂。建议施工过程中严格控制槽型梁吊点高程,避免不平衡吊装,并确保吊装过程的安全性。研究结论可为城市轨道交通槽型梁施工提供技术参考。     

塔梁墩结合部应力分析

对大里营转体施工斜拉桥塔、梁、墩节点的应力分布进行了分析，结合光弹试验及有限元计算结果，指出了该部位的应力集中区域及出现拉应力的部位，并提出了改进建议。     

城市轻轨槽型梁温度效应及裂缝分析

以城市轻轨槽型梁为研究对象,采用精细化有限元方法研究温度效应及裂缝成因对槽型梁力学性能的影响,结果表明:竖向温度梯度对槽型梁竖向位移、纵向应力、横向应力均有较大影响,设计中不能忽略;系统温差只引起槽型梁变形,不引起应力,横向位移和纵向位移都是随着系统温差的增大而线性增加;普通钢筋可以抑制裂缝的发展,进行非线性分析时,除考虑材料非线性,还必须建立含普通钢筋的精细化模型,在预应力张拉后,锚固端裂缝分布最多,施工时可以在1/8跨径范围内采取补强措施来避免预应力张拉产生的裂缝。     

高速铁路矮塔斜拉桥墩塔梁固结段局部应力分析与验证

局部分析是桥梁设计中常采用的重要手段,也是设计中不可或缺的重要环节,利用实体有限元模型能反应出结构细部的受力状况,对考察结构重要部位的真实应力状态、结构设计配筋有着指导性作用。为了解高速铁路矮塔斜拉桥墩塔梁固结段的真实应力状态及验证局部分析中边界条件表达的准确性,以京沈客运专线(115+95)m双线无砟轨道预应力混凝土矮塔斜拉桥为工程背景,利用Ansys有限元建立细化的空间实体有限元模型,并对局部模型的边界条件模拟的正确性进行验证,分析表明,墩塔梁固结段进人洞角点处应力集中,应适当加强配筋,其余部位应力均满足要求,通过验证局部模型的内力传递及支反力,确保实体模型应力结果的准确性,保证结构安全。最后总结出了铁路桥梁中不失一般性的局部分析方法,从而对其他结构局部分析具有借鉴意义。     

客运专线无砟轨道大跨度预应力混凝土T构墩梁固结处局部应力分析

大跨度预应力混凝土T构墩梁结合区域结构构造、预应力钢束布置和应力分布都比较复杂,是T构桥的关键部位。结合某客运专线70 m跨度的预应力混凝土T构的设计方案,利用有限元分析软件ANSYS对墩梁固结部位进行精细的有限元局部应力分析,得到施工阶段及运营阶段墩梁固结区的应力分布规律,以便指导工程的设计和施工。结果表明,该结构预应力配束合理,施工阶段及运营阶段应力均满足设计规范要求。     

钢桁梁桥主桁杆件厚板焊接残余应力空间分布试验研究

为研究某钢桁梁桥主桁杆件钢厚板焊接残余应力的空间分布规律,采用与实桥相同的材料和焊接工艺制作30 mm厚的对接焊试板,用局部逐层去除盲孔法对试板表层及内部残余应力进行测试,并对测量结果进行不确定度评定。试验结果表明:厚板表面焊接残余拉应力峰值位于焊缝附近区域,残余应力呈典型的拉-压分布趋势;内部横向残余应力在焊缝附近的分布状态为外拉内压,并且在上表层具有较大的应力梯度;内部纵向残余应力在焊缝附近为拉应力;随着距焊缝中心线距离的增加,纵横向残余应力皆开始逐渐减小,直至转变为压应力。     

机车车体典型焊接接头应力分析

为解决近年来在采用壳单元的重载机车车体结构强度分析中,牵引梁与中梁过渡区域焊接接头的理论分析结果与试验结果存在较大差异这一问题,提出将车体主体结构离散为壳单元,分别采用壳单元和实体单元离散牵引梁与中梁的过渡区域。基于机车的运用工况,确定车体在纵向压缩和拉伸载荷作用下的理论应力分布并与试验结果进行对比,研究壳单元和实体单元对典型焊接接头应力分布的影响,并对该区域的局部结构进行优化。分析结果表明:在典型焊接接头区域,实体单元比壳单元具有更高的计算精度,且与试验结果吻合度较高;采用实体单元能更准确地模拟存在较高应力集中效应的焊接接头的应力分布。     

小半径弯曲斜拉桥在移动压重作用下的受力分析

刚果(布)布拉柴沿河大道项目主桥为(49+81+285+81+49)m双塔双索面小半径弯曲斜拉桥。设计采用挂篮悬浇施工,施工期间变更为钢管支架现浇,并采用与挂篮等自重的混凝土块模拟挂篮施工过程。基于ANSYS软件建立数学模型,模拟临时移动压重施工过程。结果表明,应力及挠度满足规范要求;随着施工梁段增长,压重对减小主拉应力的作用越来越不明显;锚固区、塔梁固结处应力集中效应明显。     

高速铁路槽形连续梁拱桥拱脚局部应力分析与验证

为了解高速铁路槽形连续梁拱桥拱梁固结段的真实应力状态及验证局部分析中边界条件表达的准确性,以济青高速铁路(66.5+142+66.5) m双线有砟轨道预应力混凝土连续槽形梁拱桥为工程背景,利用FEA有限元软件建立细化的空间实体有限元模型,分析中支点横截面空间效应,并对局部模型的边界条件模拟的正确性进行验证。分析表明:中支点截面应力呈现明显的空间不规律现象,恒载比活载剪力滞效应更为明显,局部位置如拱肋与主梁连接部位、主梁下缘支座处、横隔板进人孔倒角处应力集中,应适当加强配筋,其余部位应力均满足要求,通过验证局部模型的内力分布,确保实体模型应力结果的准确性,保证结构安全。     

施工通道与站台隧道三岔口段施工方法及力学行为研究

针对软弱围岩双线地铁车站隧道横通道与主线隧道开挖断面差距大,交叉区域围岩受多次扰动易出现应力集中,隧道三岔口段施工风险较大,易出现安全事故等问题,以青秀山地铁车站为依托,利用MIDAS-GTS对隧道连接处施工方法及受力特征进行模拟分析.着重对比大包法和小包法施工引起的围岩位移、应力分布及塑性区范围,并进一步对小包法施工全过程进行动态力学行为研究.研究结果表明:小包法所引起的围岩位移、重分布应力、塑性区范围均小于大包法,且施工工期相比大包法更短;小包法施工过程对围岩影响主要位于三岔口隧道交叉处,拱顶部分区域出现拉应力,拱脚处压应力集中,且施工过程中围岩应力体系转换频繁,选取合适的支护方法可有效控制围岩变形.     

连续梁顶板压溃修复过程局部应力分析

综合利用ANSYS软件的"单元生死"及多步求解技术,建立精细化实体有限元模型,分析了某连续梁顶板拆除及修复过程中局部应力分布及变化规律。得出:顶板拆除后,剩余顶板纵横向应力普遍增加3 MPa左右,局部角点出现应力集中;顶板修复及加强后,由于二期恒载及活载的作用,老混凝土纵向应力会继续增加,而横向应力基本不会发生变化。在承受二期恒载及活载前后,最大主压应力及最大主拉应力改变不大,但结构局部应力集中点主压应力达到21.7 MPa,应引起注意。     

客运专线无砟轨道槽型梁承载力破坏性试验研究

预应力混凝土槽型梁是一种适用于公路桥梁、铁路桥梁及城市轨道交通建设的新型下承式开口薄壁结构,对客运专线无砟轨道16 m后张法预应力混凝土简支槽型梁进行足尺承载力破坏性试验,研究槽型梁在荷载作用下的刚度、混凝土应力和钢筋应力。结果表明:槽型梁发生破坏时钢筋实测最大拉应力为213.40 MPa,混凝土实测最大压应力为21.655 MPa,钢筋和混凝土均满足设计要求,且在整个试验过程中,槽型梁表现出了一定的空间受力特性。     

焊接缺陷对转向架强度的影响

分析结构承载截面积、材料属性、外力、焊接缺陷的方向及分布位置对结构的影响,以焊接缺陷处应力集中系数作为评估焊接缺陷影响结构强度的标准,建立转向架构架的整体和局部有限元模型,计算构架的应力分布并判定薄弱区域。通过焊接缺陷仿真模型计算,研究焊接缺陷尺寸和分布位置对构架强度的影响。计算结果表明,在靠近横梁的焊趾处存在着应力集中;表面缺陷对构件强度的影响比内部缺陷大,尤其是高应力区的表面缺陷严重影响构架的强度;表面缺陷及个别类型的内部缺陷会改变构件高应力区的分布。     

铁路新型标准混凝土箱梁预应力锚固区力学行为精细化研究

标准混凝土箱梁在我国铁路建设中得到了广泛应用。铁路应用某新型标准混凝土箱梁,采用单排大吨位的预应力锚固形式,共计在梁端设置了17个预应力锚固区。相较于武广客专等应用的双排预应力钢束标准混凝土箱梁,其腹板预应力锚固区的局部应力分布及精细化力学行为值得进一步研究。通过建立新型标准混凝土箱梁空间有限元模型,考虑材料的非线性行为,对箱梁端部预应力锚固区的局部应力场及裂缝开展高精度计算分析。研究结果表明：预应力钢束张拉过程中锚固区混凝土最大主压应力位于N6(腹板最上部预应力钢束)的喇叭口边缘,为33.45 MPa;最大主压应力小于其抗压极限强度值,集中在喇叭口的环向范围内,整体呈现区域小、收敛快的分布形式;标准混凝土箱梁的主拉应力值随预应力钢束张拉不断增大,其中N3(腹板最下部预应力钢束)区域的主拉应力变化最为显著,张拉完成后,锚固区混凝土最大主拉应力达到了混凝土抗拉极限强度,主要分布于锚垫板四周,最大裂缝出现在N6锚垫板上边缘的两角处,裂缝宽度为0.088 mm。混凝土封锚可有效降低预应力锚固区的开裂风险,但在实际服役环境中仍应对此区域进行重点关注。     

铁路混凝土槽形梁弯扭耦合效应分析与设计优化

以西宁—大通铁路50 m单线混凝土槽形梁为实例,介绍铁路混凝土槽形梁的结构特点,分析直线混凝土槽形梁在曲线荷载作用下的弯扭耦合效应,阐述采用空间板壳模型进行结构分析的准确性和铁路混凝土槽形梁结构设计中普遍存在的问题。结果表明:对于铁路直线混凝土槽形梁曲线加载情况,平面杆系模型存在缺陷,空间板壳模型的分析结果较为全面,可以精确计算槽形梁弯扭耦合放大效应。对于梁板结合部位应力集中问题,可以通过分析空间实体模型得到全桥范围内该部位最大应力,从而采取相应措施优化构造或配筋率来降低局部应力。     

铁路斜拉桥锚拉板力学性能研究及创新

潜江铁路支线岳口汉江特大桥主桥为(32.7+50+93.7+260+38.2) m独塔双索面混合梁斜拉桥,斜拉索在钢箱梁上的锚固形式采用锚拉板式,考虑到铁路桥疲劳荷载较大,本桥采用与拉板连接的承压板构造形式,套筒上设置加劲肋。为保证锚拉板构造连接可靠,力线传递流畅,对比分析锚拉板组成构件不同关键参数的有限元计算结果,确定锚拉板结构关键参数取值。结果表明:拉板与拉筒连接焊缝圆弧过渡区应力集中较为明显,锚拉板受力不均匀性较大,其锚下应力向套筒及拉板传递存在一定的扩散范围,锚拉板其他部分应力及疲劳应力水平较低,满足规范要求;加大锚拉板与套筒连接焊缝根部的圆弧半径,可以有效改善锚拉板的应力集中现象,锚拉板过渡区采用150mm的1/4圆弧形式,并在圆弧与拉索套筒之间设置50 mm直线段。     

高速铁路连续梁柔性拱桥拱梁结合部受力分析

研究目的:连续梁拱组合体系桥拱肋与主梁固结,依靠主梁内配置的预应力束来平衡拱的水平推力,拱脚是拱梁组合桥的关键部位,其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要;拱脚为钢管混凝土拱肋向混凝土主梁的过渡段,局部构造非常复杂,为了给拱脚节点处的构造设计提供理论依据和合理方案,有必要在桥梁整体分析的基础上,建立拱梁结合部精细化有限元计算模型,精确分析其受力状态和传力机理。研究结论:(1)拱梁结合部主梁和拱脚混凝土、拱肋钢管和拱肋内灌注混凝土等构件应力均在规范给定的限值内,结构安全可靠;(2)拱梁结合部应力集中区域主要分布在0号和1号节段连接截面,该处拱脚和主梁均存在较大的主压应力;拱脚与主梁间宜采用圆弧过渡等平滑连接构造,以减小应力集中,使混凝土受力更为均匀;(3)应确保拱肋与主梁、拱肋与拱脚混凝土之间共同作用良好,并保证拱梁结合部位受力的整体性;(4)本研究结果可供大跨度连续梁拱桥的设计和施工参考。     

曲线连续刚构桥0号块实体分析研究

贵阳至广州铁路圣泉1号特大桥是目前国内曲线半径最小、联长及跨度最大的双线铁路桥,主桥为(40+6×80+40)m刚构-连续组合梁体系,采用三刚构墩方案。对于一般直线桥通常在0号块计算分析时采用平面杆系计算模型进行分析,其结果是符合或接近实际情况的。但对于小半径曲线连续刚构桥而言,墩梁固结0号块受力复杂,按平面杆系计算模型所得到的应力状态与实际情况存在较大差异。因此,全面分析其空间应力状态非常重要。本文利用Midas Civil和ANSYS分别建立了全桥整体和0号块局部详细有限元模型,分析了0号块在运营阶段的局部应力,得出0号块整体处于受压状态,个别点出现较小的拉应力;横隔板压应力处于较小值,是薄弱部位;弯矩最大时顶板处于不利状态;扭矩最大时底板处于不利状态的研究结论。