钢管混凝土桁拱热脱粘及温度应力分析

以一座钢管混凝土桁拱为工程背景,结合气象资料,应用有限元方法对拱肋弦管的热脱粘情况和温度应力进行了分析.分析结果表明,自然环境温度变化下,钢管混凝土桁拱弦管容易发生脱粘;各弦管由于日照作用及混凝土灌注时间的不同,脱粘的情况也不尽相同,脱粘一般发生在日照较为强烈、温度梯度较大的面上;脱粘使得钢管混凝土桁拱的温度次内力减小...     

钢管混凝土桁拱温差计算取值研究

以经实桥实测温度场验证的有限元方法,对一座钢管混凝土桁拱的计算合龙温度、有效温度取值进行了分析。分析表明,大气平均温度对钢管混凝土桁拱的计算合龙温度的影响最大,该拱肋的计算合龙温度大致为混凝土浇注后28 d内平均气温加3～5℃,冬季合龙取小值,夏季合龙取大值;日照作用对最低有效温度的影响不大,而对最高有效温度的影响很大,最高有效温度接近当地全年最高温度,最低有效温度接近当地最低日平均温度,弦管管径、钢管表面的辐射吸收率的影响都较为明显,而拱平面方位的变化和风速的影响不大。通过大量的参数分析,给出了福建省钢管混凝土桁拱的计算合龙温度和最高、最低有效温度的取值建议。     

考虑遮挡的钢管混凝土拱桁日照温度场

为掌握桁式钢管混凝土拱桥各拱肋截面在日照作用下的温度场分布,对一座进藏铁路上的大跨度大管径钢管混凝土拱桥进行了研究,采用数值方法模拟计算了拱肋各弦管在夏季及冬季日照下的温度场。计算结果显示:在该地区环境中,桁式钢管混凝土拱肋的各弦管截面温度场均与日照变化规律一致,并随日照变化呈现明显的非线性特征;上弦管受遮挡作用较小,钢管温度最高升温位置始终位于向阳面,而管内混凝土的温度变化主要受整体环境温度影响,保持比较平稳的变化,受日照影响不明显;下弦管受到遮挡影响,整体温度场低于上弦管,外侧钢管温度变化较内侧明显,管内混凝土对日照作用不敏感。研究结果表明:桁式钢管混凝土拱肋截面上、下弦管的日照温度场有较大差别,设计中应分别取用温度值。     

广珠铁路虎跳门特大桥主拱设计

广珠铁路虎跳门特大桥主桥为(120+248+120)m的连续刚构柔性拱组合桥.拱肋采用钢管混凝土结构,由上、中、下弦管组成,弦管内采用C50混凝土,每片拱肋由两管平行管和提篮内倾单管组成,由直腹杆和斜腹杆连接成三肢桁架拱;三角形直腹杆采用矩形钢箱截面,斜腹杆采用圆钢管;全桥拱肋共布置19道横撑;拱座采用实体截面.主桥采用先梁后拱的施工方案.采用MIDAS Civil 2006检算拱肋承载力、结构强度、稳定性等性能,计算结果表明拱肋的静力、动力性能均满足规范要求.     

哑铃形钢管混凝土截面水化热温度分布有限元分析

应用有限元程序对哑铃形钢管混凝土拱肋水化热作用下的截面温度场进行计算,并与圆形截面相比较,分析了截面组成、圆管直径、腹板高度、不同风速对温度场的影响。结果表明:哑铃形截面的最高温度要高于圆形截面最高温度,钢管管径和外界风速对截面温度的影响较大;而腹板高度对截面温度场影响则较小。     

尿素喷射量对SCR催化箱内温度场影响的试验研究

在发动机台架上,通过转动SCR催化箱内呈一字形布置热电偶的测量段,在稳态工况下对沿轴向多个截面内的温度场进行了测量,研究氨氮比对SCR催化箱内温度场分布规律的影响。结果表明:在试验条件下,当氨氮比小于1时,随着氨氮比的增加,催化箱内各截面温度分布的均匀性降低,而当氨氮比大于1,排气温度较低时,氨氮比的增加对催化箱内温度的分布几乎没有影响,而排气温度较高时,催化箱内温度分布的均匀性随氨氮比的增加而变差;随着氨氮比的增加,催化剂入口截面平均温度逐渐降低,而催化剂内各截面平均温度因反应放热大于散热损失而逐渐升高,且催化剂后端温度高于前端温度。     

空间圆管桁架混凝土组合梁受力性能试验研究

空间圆管桁架混凝土组合结构是一种新型组合结构,为了解其受力特点、破坏机理、变形能力、管桁架杆件的内力分布规律及界面相对滑移等,设计制作了2根弦杆未填充混凝土的不同混凝土翼板厚度的空间圆管桁架混凝土组合梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行受力性能试验研究。研究表明,在对称荷载作用下,组合梁的破坏形式为弯曲破坏,同时伴随有受拉腹杆节点焊缝的强度破坏;空间圆管桁架组合梁具有良好的承载能力和变形能力,相同荷载下,混凝土板厚的组合梁的承载能力高于板薄的组合梁;组合梁破坏时,其跨中挠度约为跨径的1/200;不考虑界面相对滑移的情况下,截面应变满足平截面假定;加载前期,支点截面界面相对滑移量大于 L/8截面,而加载后期,L/8截面界面相对滑移量大于支点截面;腹杆为非轴心受拉或受压杆件,且跨中位置腹杆的轴力较小,梁端位置腹杆的轴力较大。     

苏岭山大桥主桥设计与施工

苏岭山大桥主桥采用(70+240+70)m下承式连续钢桁拱桥,为双向8车道城市桥梁。主桁采用N形桁架,横向布置2片桁拱,桁间距38.2m,拱肋矢高54m,矢跨比为1/4.444。主桁上、下弦杆均采用带板式加劲肋的焊接箱形截面,主桁腹杆根据杆件受力分别采用箱形和H形截面,2片桁拱间设置8道空间桁架式风撑。桥面系为纵横梁格子梁体系,桥面板采用结构简支桥面连续的π形板,预制板同钢横梁之间设板式橡胶支座。吊杆采用PES7-109的镀锌平行钢丝,标准强度1 770MPa,吊杆标准间距7m。水中主墩为直径4m的圆柱形实体墩,采用双壁钢围堰施工。钢桁拱边跨采用临时墩辅助拼装施工,中跨采用吊索塔架辅助悬臂安装,跨中合龙。     

有初应力的钢管混凝土桁式拱结构平面内受力性能试验研究

针对初应力对大跨度钢管混凝土桁式拱桥受力性能的影响问题,进行了有初应力的钢管混凝土桁式拱平面内受力性能试验研究,研究初应力对钢管混凝土桁拱平面内受力性能和破坏模式的影响。试验结果表明:在跨中单点集中力加载的工况下,有初应力钢管混凝土桁拱变形呈现出对称形态,变形大致成"M"形。其中,L/3至2L/3段部分向下变形较显著,跨中向下达到最大位移;左拱脚至L/3段部分和2L/3至右拱脚段部分发生向上变形。钢管混凝土桁拱的腹杆受到较大的力,拱顶处直腹杆最早开始屈曲;在达到极限荷载之前,桁式拱没有出现节点破坏,表现出较好的整体性;达到极限荷载时,桁式拱变形加快;继续加载,斜腹杆被拉裂,上弦管拼接焊缝拉裂,结构变形严重。与无初应力桁式拱相比,初应力的存在会使钢管混凝土桁拱提前进入弹塑性状态;极限承载能力下降,下降7.3%;变形能力下降,达到极限荷载时,最大竖向位移减小12.1%。初应力的存在不会改变桁式拱的破坏模式,但是加剧了破坏现象,有初应力的桁式拱破坏现象更为显著,破坏后继续加载,三分点处两个节间斜腹杆全部拉裂,主弦管拼接焊缝拉裂。     

钢管混凝土拱桥拱肋接缝错台问题研究

选取拱肋截面为单圆管、哑铃形、桁式的钢管混凝土拱桥各一座,建立有限元模型,分析了钢管拱肋接缝错台对成桥状态下受力性能和截面承载力的影响。研究结果表明:接缝错台对拱肋轴力、竖向变形几乎没有影响,而对拱肋截面弯矩影响较小;错台幅值的增大,会造成钢管混凝土截面承载力逐渐降低,承载力的下降幅度与错台值、钢管面积的变化率基本呈线性相关的关系。在目前规范规定的错台限值情况下,截面弯矩最大变化率不超过1.2%;截面承载力下降幅度不超过4%;目前桥梁施工规范中对接缝错台的限定较为合理。     

脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋刚度影响研究

定量分析了钢管与核心混凝土之间的脱粘对桁架式钢管混凝土拱桥整体刚度的影响程度.基于完全脱粘计算模型,以一桁架式钢管混凝土悬臂梁为例,揭示了脱粘使桁架式钢管混凝土拱肋抗弯刚度降低的机理.采用有限元方法,以一桁架式钢管混凝土拱肋为例,分析了在完全脱粘情况下矢跨比、桁高、钢管壁厚和荷载作用方式对桁架式钢管混凝土拱肋刚度的影响...     

太阳辐射作用下钢管混凝土拱不均匀温度场及其引起的脱空分析与试验研究

为厘清太阳辐射作用下钢管混凝土拱肋内部的不均匀时变温度场,剖析其对钢管混凝土脱空效应的影响机制,并为钢管混凝土拱桥的脱空病害防治奠定理论基础,依托受日照辐射较强的贵州香火岩特大跨钢管混凝土拱桥实际工程,建立考虑钢管与混凝土界面接触关系的精细化温度-应力耦合数值模型;基于ASHRAE晴空模型及温度场计算理论,开展了钢管混凝土拱肋日照辐射不均匀时变温度场分析,揭示了钢管混凝土拱肋横截面的温度分布规律及其随时间的变化规律,并给出了计算钢管混凝土横截面温度梯度的近似公式;结合脱空的应力判别标准,计算出了拱肋横截面沿环向不同位置处的脱空高度,进而明确了钢管混凝土拱肋的横截面脱空分布模式;基于诱导振动理论,选取主要受温度影响而产生脱空的拱段,开展了钢管混凝土拱桥脱空检测试验研究,并与理论分析进行对比,验证了理论分析的可靠性。研究结果表明：日照辐射作用下,钢管混凝土截面温度场在时间、空间分布上均呈高度非线性,核心混凝土温度变化滞后于外包钢管,钢管与核心混凝土的最大温差超过25℃;日照不均匀温差引起的界面拉应力达到1.4~1.5 MPa,导致钢管混凝土环向脱空高度达到0.11~0.13 mm;基于诱导振动法的钢管混凝土拱肋脱空检测方法可识别出脱空的可能性,并发现太阳辐射作用使钢管混凝土的脱空程度略有增强。     

800m级变截面钢管混凝土飞燕拱与自锚悬索组合桥研讨

针对800 m级超大跨径钢管混凝土拱桥的需求,提出了单叶双曲面状变截面钢管混凝土飞燕拱与自锚悬索的组合桥.钢管混凝土飞燕式拱桥的推力可与自锚悬索桥的拉力平衡,形成自平衡结构体系,且以拱肋结构受力为主,自锚悬索体系受力为辅,两者协同工作,优势互补;另外,由于采用了单叶双曲面状变截面钢管的四肢空间桁架拱肋结构形式,从而能减...     

基于响应面法的钢管混凝土组合桁梁桥多尺度有限元模型修正

为建立适用于钢管混凝土桥梁的高效、高精度有限元分析模型，提出一种基于响应面法的全桥多尺度有限元模型修正方法。首先以一座钢管混凝土组合桁梁桥为工程背景建立包含全桥、组合桁梁桥面板以及钢管混凝土桁架杆件3个尺度的ABAQUS全桥多尺度有限元模型。在考虑钢管混凝土结构的特点和施工误差的基础上选取桥面板混凝土弹模、厚度，桁架弦杆内混凝土弹模，钢材弹模以及加载车辆荷载5个影响因素作为待修正参数；根据实桥试验条件选择中跨跨中挠度、下弦空管弦杆应力、墩顶钢管混凝土弦杆应力、墩顶受压腹杆应力以及桥面板顺桥向应力5个目标函数。其次采用中心复合设计方法生成了待修正参数的样本集，并将每组参数样本代入有限元模型进行计算。进而采用响应面法建立待修正结构参数和目标函数的2次多项式函数关系，结合参数显著性分析得到响应面方程。最后结合实桥试验结果对多尺度有限元模型3个尺度上的结构参数进行同步修正。结果表明：修正后的参数变化情况与依托工程的实际施工情况相符；采用修正后的参数建立的多尺度有限元模型计算值与实桥试验结果吻合良好；修正后的有限元模型具有较高的精度，可真实反映实际工程中桥梁结构的受力状态。该修正方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。     

矩形钢管混凝土组合桁梁连续刚构桥实桥试验

为了研究矩形钢管混凝土组合桁梁桥这种主梁由矩形钢管混凝土桁架和混凝土桥面板组成的新桥型的力学性能,以中国首座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为对象开展了实桥试验。试验桥孔跨布置为24 m+40 m+24 m,结构体系为连续刚构。试验采用400 kN加载卡车3辆,共进行了3个荷载工况12个加载步的加载,对试验桥的整体力学性能、矩形钢管混凝土杆件力学性能以及桥面板有效宽度进行了研究。试验结果表明：在荷载效率为1.90~3.05的超载工况下各控制杆件的轴力-应变及荷载-位移实测数据线性关系显著,试验桥在加载过程中始终处于良好的弹性工作状态;实测受压钢管混凝土下弦杆钢管与管内混凝土荷载的分配符合二者的轴向抗压刚度比例关系;由于矩形钢管混凝土管壁内设置了纵向PBL加劲肋（开孔钢板加劲肋）,其在开孔区域形成混凝土榫,大幅提高了矩形钢管混凝土杆件的抗拉刚度,使其可达受压杆件刚度的80%;两主桁之间桥面板实测有效宽度与既有文献研究结果符合良好,且剪力滞效应在节点处比节间处表现得更为明显。     

基于日照阴影识别的桁式拱肋三维温度场模拟方法

为精确高效地识别桁式拱肋的阴影分布范围并准确计算日照温度场，在传统三维温度场计算方法的基础上，引入三角形重心坐标及栅格加速结构，形成一套高效三维温度场模拟方法。首先，将光线追踪技术的阴影识别算法嵌入ABAQUS软件的自定义热源(DFLUX)子程序，实现了三维日照温度场的数值模拟，给出了详细的计算流程并验证了该方法的准确性；其次，选取高效的相交算法与合理的栅格划分方式解决了复杂结构桥梁阴影识别计算量庞大、计算效率低下的问题；最后，利用该方法计算了桁式拱肋的日照温度场并量化了温度效应。结果表明：提出的模拟方法可以实现阴影的精确识别与结构三维温度场的准确计算，通过引入基于栅格加速结构的三角形重心坐标法可以有效减少阴影识别的计算量，显著提升计算效率;日照阴影对桁式拱肋温度场及温度效应的影响不容忽视，考虑日照阴影后：下弦杆温度纵向波动十分显著，且波动幅度随着太阳辐射强度的增强逐渐增加，相邻的光照、阴影区域最大温差达13.0 ℃,拱肋竖向位移减小19%，上弦管上缘应力最大增加12.9 MPa，下弦管上缘由受压状态转变为受拉状态，应力差值达39.1 MPa;桁式拱肋的日照温度效应十分突出,日照温度作用下拱顶位移变化幅度达76 mm，较钢管混凝土拱肋拱圈施工允许误差大26 mm,最大温度应力达58.7 MPa，为恒载效应的3倍，叠加温度效应后钢管最大初应力为110 MPa，为空管稳定承载应力的32%;提出的模拟方法在桁式拱肋日照温度效应分析中得到了成功应用，亦可应用于大跨复杂结构的施工线形精细化控制、健康监测数据的温度响应分离及结构损伤识别中的温度模态频率剔除等多个场景。     

桁式钢管混凝土拱桥设计刚度取值研究

讨论了抗压刚度和抗弯刚度对桁式钢管混凝土拱桥应力、变形等的影响情况及其机理,结合一座钢管混凝土拱桥实测资料,对不同规范刚度折减的效果进行了对比分析,根据桁拱不同节段混凝土质量的差别,对钢管混凝土拱肋提出分区进行刚度折减的建议.