大跨度拱桥拱轴线优化研究

以一条初始的拱轴线形及某种特定的荷载工况为基础,建立有限元模型,根据拱轴线优化的基本原理,通过有限元程序的迭代计算,求得在特定荷载下拱圈上的各个离散点接近于压力线的坐标;再利用曲线拟合的方法得到可应用于实际工程的各次抛物线形,并从中选出最合理拱轴线。最后,给出了详细的工程算例,算例结果表明：文中所提出的算法较好地减少了拱轴线与压力线的偏差,改善了拱圈的受力状态。     

空腹式拱桥新型拱轴线研究

将常规线型作为空腹式拱桥的拱轴线,有着方法上和理论上的不完善.基于空腹式拱桥的实际恒载分布,提出将主拱圈自重与行车道系自重之和的压力线作为拱轴线,由受力平衡微分方程,使用四阶Runge-Kutta法进行求解,提出用悬索线与抛物线的组合作为空腹式拱桥新型拱轴线,通过数学分析、拱轴线坐标、主拱圈内力和实际算例,验证了其合理性.     

八字形刚架拱桥的压力线控制区研究

对常规混凝土拱桥习惯用压力线与拱轴线的吻合程度来衡量拱圈受力是否合理,将此概念延伸引用于所有混凝土结构,如混凝土梁桥(受弯构件),多折线刚架(压弯构件)等,提出在合理施加预应力条件下,总可以使压力线与构件轴线的偏离程度控制在一定范围之内,使全截面处于受压状态。在此基础上提出在适宜条件下具有综合优势的预应力混凝土八字形刚架拱桥,并推导了其压力线包络图控制区为-Ks≤E≤Kx。     

下承式拱桥合理拱轴线的解析解与计算方法

为了得到下承式拱桥合理拱轴线的解析解与计算方法，建立了恒载作用模式和合理拱轴线微分方程，得到合理拱轴线的解析解；在解析解的基础上，定义了主拱恒载占比系数，得到了基于矢跨比和主拱恒载占比系数的合理拱轴线快速求解计算方法；采用拱桥设计规范、工程案例与相关研究成果，验证了本文方法的可靠性。研究结果表明:下承式拱桥的恒载作用模式可等效为连续均布恒载+主拱恒载的形式，合理拱轴线为悬链线，相应的拱轴系数由矢跨比和主拱恒载占比系数共同决定；拟合出的不同矢跨比下的拱轴系数与主拱恒载占比系数的函数关系式为线性相关关系，决定系数大于0.99，说明拟合公式准确；工程中下承式拱桥矢跨比范围为1/3~1/8，相应的拱轴系数范围为1.000~1.792，常见的矢跨比范围为1/4~1/5，相应的拱轴系数范围为1.000~1.465，与工程案例中拱轴系数统计结果的吻合度较高，说明计算结果可靠；工程中常见主拱恒载占比系数范围为0.1~0.5，对应的拱轴系数范围为1.102~1.364，与拱桥设计规范中的取值范围接近，证明了规范取值的合理性；当主拱恒载占比系数小于0.5且矢跨比小于1/7，或主拱恒载占比系数小于0.1时，拱轴系数接近于1.000，即合理拱轴线可采用二次抛物线；利用查表法或简化公式法，可以快速求得合理拱轴线方程；与已有研究成果相比较，主拱截面弯矩、偏心距和偏心距平方和的偏差均在5%以内，证明了本文计算方法的正确性。      

八字形刚架拱桥的压力线控制区研究

对常规混凝土拱桥习惯用压力线与拱轴线的吻合程度来衡量拱圈受力是否合理,将此概念延伸引用于所有混凝土结构,如混凝土梁桥(受弯构件),多折线刚架(压弯构件)等,提出在合理施加预应力条件下,总可以使压力线与构件轴线的偏离程度控制在一定范围之内,使全截面处于受压状态。在此基础上提出在适宜条件下具有综合优势的预应力混凝土八字形刚架拱桥,并推导了其压力线包络图控制区为-Ks≤E≤Kx。     

合理拱轴线确定方法探讨

从悬索结构与具有合理拱轴线的拱结构受力相似的角度出发，将悬索结构在荷栽作用下的线形沿水平面镜像后作为拱结构的压力线．以5次多项式拟合该压力线．从而确定出受力合理的拱轴线。     

高速铁路拱塔斜拉桥拱塔轴线优化求解

为解决高速铁路斜拉桥以小角度跨越既有交通线路、河流等时塔墩布置难题,引入拱塔结构,并基于不动点迭代方法及有限元计算对拱塔轴线线形的优化求解问题进行了分析. 在确定拱塔高度和跨度并拟定初始拱塔轴线的基础上,首先对拱塔结构进行受力平衡分析,建立拱塔线形优化非线性方程组;然后应用不动点迭代方法求解该非线性方程组,得到合理拱塔轴线的近似解,求解过程中通过有限元方法计算斜拉索的索力;最后以广汕铁路跨深汕高速拱塔斜拉桥为工程背景,分别优化得到恒载、恒载 + 单线列车竖向静活载、恒载 + 双线列车竖向静活载3种工况下合理拱塔轴线的近似解. 结果表明:3种不同的荷载工况下,线形优化后的拱塔弯矩最不利值相对优化前弯矩降低89.8%～94.8%;主力、主力 + 附加力荷载组合下,拱塔弯矩降低幅度介于64.6%～92.2%,拱塔应力由?172.6～?179.5 MPa降低至?74.0～?6.2 MPa,拟合轴线下拱塔正负挠度分别降低51.0%、33.8%.      

分界点对混合拱桥受力影响研究

为增大拱桥跨越能力,缩短建设周期,降低工程造价,提出一种拱脚段采用混凝土结构、其余段采用钢箱结构的钢-混混合拱桥形式。以420 m跨的重庆万州长江大桥为依托,利用Ansys参数化分析方法,对钢-混分界点位置对主拱变形、内力及拱轴系数选取影响进行数值分析。研究发现:钢-混分界点位置对拱桥受力及变形影响显著,当分界点位置超过0.181倍拱圈跨径后,主拱变形呈马鞍形变化趋势;分界点位于四分之跨截面时,为减小拱圈恒载压力线与设计拱轴线偏移的不利影响,必须取较大的拱轴系数;分界点对拱脚至四分之跨段弯矩和3/8跨至拱顶段的轴力影响显著,对全桥拱圈应力影响相对较小。结果表明:考虑拱圈变形有利,混合拱分界点宜位于0.125倍拱圈跨径至0.181倍拱圈跨径段。     

基于APDL语言的拱轴系数m优化分析

剖析了悬链线拱轴系数的计算原理,对比分析了两种拱轴系数的优化算法特点,介绍了基于APDL语言的拱轴系数优化流程,依托某下承式钢管混凝土梁拱组合市政桥梁,开展拱轴系数优化计算,分析并比较了圆弧线、抛物线及优化后的悬链线三种线形作为拱轴线时的主拱肋各截面偏心距。分析结果表明:基于"压力线与拱轴线偏离最小法"对拱轴系数进行优化,经过6次迭代后,可快速获取合理拱轴系数,优化拱轴系数后的拱肋,正、负弯矩降低了25%左右,受力状态得到明显改善;抛物线与优化拱轴系数后的悬链线拱肋偏心距基本一致,两者拱肋弯矩数值也基本相等;小跨径拱桥拱轴线采用圆弧线时,与采用抛物线与悬链线相比,可改善拱肋拱顶区域受力,但却是以牺牲拱脚处受力为代价;在设计时,建议选择抛物线作为小跨径钢管混凝土拱桥拱轴线形。     

预应力折线形铰接钢拱加固拱桥技术试验研究

以新疆某旧拱桥为工程背景,建立其主拱圈缩尺模型,对比分析了缩尺模型在模拟自重荷载作用下,采用预应力折线形铰接钢拱加固前后主要控制截面的应变、挠度及拱圈弯曲能等指标的变化。缩尺模型经加固后,拱圈控制截面的应力水平总体比加固前明显减小;加固对拱轴线形可起到明显的调整作用,且加固后拱圈弯曲能量减少了81%。实验结果表明,预应力折线形铰接钢拱能够有效分担和改善拱肋的自重内力,从而显著提高其抗压承载力。该加固技术对改善类似拱轴线形不佳或自重内力条件不利的上承式拱桥的承载力和使用性能效果显著,可作为拱桥加固的备选技术方案。     

三次样条插值确定拱桥合理拱轴线的方法探讨

探讨了在拱桥设计中利用给定的设计初始条件,计算出合理拱轴线的特征点坐标,应用三次样条插值方法拟合出拱桥设计拱轴线,算例表明三次样条插值方法确定的拱轴线能较精确地逼近拱桥的恒载压力线,从而有效地减少拱桥主拱圈的弯距及剪力。     

悬索线无铰拱桥自重内力实用计算方法研究

鉴于影响线加载法计算效率低和有限元法建模工作量大,无铰拱桥自重内力无法进行简便计算。基于桥面系作用主拱圈荷载的等效膜张力假定,采用解析法对悬索线无铰拱桥自重内力进行求解,得出实用公式,并用实桥算例验证了该方法。     

拱轴线与恒载压力线偏离所产生的弹性压缩内力计算

我国现行公路拱桥设计及许多高等学校教材中,一般均没有考虑拱轴线与恒载压力线偏离所产生的弹性压缩内力,本文通过理论分析及数值算例,对于大跨径空腹式悬链线无铰拱的恒载内力计算提出了笔者的意见,即有必要考虑这部分弹性压缩内力,以便更准确地反映拱圈的实际受力状态。同时指出了文献[1]中的不足之处。     

哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的线弹性分析方法

为了提高哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力的计算效率,提出了极限承载力分析的高效自适应弹性模量缩减法;根据连续条件和截面塑性承载性能,建立了钢管混凝土哑铃型构件压弯承载力相关方程,通过回归分析得到了相应的齐次广义屈服函数;采用单一组合材料梁单元建立了拱肋的线弹性有限元迭代模型,通过自适应缩减高承载单元弹性模量模拟结构在加载过程中的刚度损伤,确定拱肋的极限承载力,并与模型试验、非线性有限元法和等效梁柱法计算结果进行了对比。计算结果表明:建立的齐次广义屈服函数计算结果稳定、可靠,克服了传统广义屈服函数计算结果受荷载初始值影响的缺陷;采用自适应弹性模量缩减法只需较少的离散单元数与迭代步数即可获得稳定的极限承载力,且与模型试验结果误差小于3%,计算耗时小于16s,相对非线性有限元法具有良好的计算精度和效率;哑铃形截面拱肋相比圆形截面拱肋具有更好的承载性能,矢跨比、含钢率和荷载作用方式是影响钢管混凝土拱肋极限承载力的重要因素;随着矢跨比增大,极限承载力增速减缓;随着含钢率增大,极限承载力几乎呈线性增长;随着集中力与均布力比值增大,其对极限承载力的影响逐渐减弱;轴力与弯矩是拱肋的主要内力,随着矢跨比增大,弯矩对极限承载力的影响更加显著。     

上承式异型拱桥拱轴线的选型

研究上承式异型拱的结构受力特征以及其与对称拱在受力上的差异,引入"异型系数"来描述异型拱的不规则程度,大量算例表明,几种常用的拱轴线中,在不同异型系数和不同矢跨比下,上承式异型拱的拱轴线采用"悬链线(大拱侧)+抛物线(小拱侧)"组合时拱内弯矩最小。     

无铰索-拱复合结构设计与力学性能分析

无铰拱因构造简单、稳定性好而应用广泛,在裸拱上引入预应力形成的索-拱结构可进一步优化结构效能,但现有研究大多针对有铰拱,从而限制了无铰索-拱结构的推广应用。基于无铰拱在均布荷载作用下的弯矩分布规律,利用等效荷载法研究了无铰索-拱结构的预应力设计方法,并对比分析了无铰索-拱与无铰拱的力学性能;针对索-拱结构拱脚弯矩增大幅度较大的现象,提出了先铰支后固支与反向修正制造线形的施工方式;通过对比分析先铰支后固支无铰索-拱结构与对应裸拱结构的静力性能,厘清了预应力对无铰拱的内力优化规律,发现无铰索-拱结构的预应力主要优化了结构在恒载作用下的弯矩,且结构在半跨荷载作用下的稳定性远低于全跨荷载。     

用悬高测量法进行拱轴线检测

对于拱桥,确定拱轴线形是拱桥检测评估和维修加固的基础工作。本文以景观桥为例,对利用全站仪悬高测量原理测量测定拱轴线形的方法进行了探讨。结果表明该方法具有操作简单,方便快捷,精度高,拱圈线形测量效果较好,特别适合对无预置观测点的旧桥线型观测。     

弹性地基上等直梁初值方程的通式

本文根据等直梁在弹性地基上挠曲时的微分方程,导出了在各种常见荷载如集中力偶、集中力及均匀分布、三角形分布或抛物线分布荷载作用下计算梁截面的挠度、转角、弯矩及剪力初值方程的通式。同时还导出了各影响函数的计算公式。     

等截面连续梁内力影响线求解的能量法

应用能量法的近似解法——里兹法求出等截面连续梁在单位集中力作用下的几何可能位移，又利用能量偏导数定理对连续梁内力影响线求解公式进行了推导，得出了等截面连续梁内力影响线计算的一般公式。     

尼尔森体系提篮拱桥的内力分布

为了研究尼尔森体系提篮式系杆拱桥在各种荷载（分布力，集中力，活载）作用下内力分布规律，对一座提篮式系杆拱桥进行了计算分析，并与平行吊杆及平行拱肋拱作了比较，在此基础上结合模型试验进行验证研究，结果表明；模型设计合理可行，能准确反映结构的受力特征。