钢箱斜跨拱桥的稳定分析

以实际工程为背景,建立空间钢箱斜跨拱桥有限元模型,通过对其临界荷载系数的求解,对全桥稳定性进行分析。就主梁、拱肋静风荷载,活载偏载,杆非保向力作用,拱肋、主梁刚度等影响因素进行分析对比,并给出这种异型拱桥稳定性的一些特点。     

斜跨异型拱桥的设计与分析

斜跨异型拱桥造型新颖别致,适合于城市景观桥梁．文中以张家口通泰大桥为工程背景,介绍斜跨异型拱桥的设计方法,分析斜跨拱桥的静力特性和稳定性．建立空间有限元计算模型,分别得到拱肋和主梁在最不利荷载组合下的应力包络图,以及拱肋在各阶段的稳定系数．计算结果分析得到,由于吊索不平衡水平分力和风荷载作用,横向荷载是斜跨异型拱的控制荷载．     

千米级缆拱组合桥概念设计研究

采用给拱肋卸载及悬索桥不设锚碇的理念,提出一种新的桥梁结构体系——缆拱组合桥,其主要由主拱、主缆、主塔、边拱及主梁组成。通过选取适宜的垂跨比、矢跨比、拱轴线等参数来调整拱和缆分担主跨桥面荷载的比例,让缆承担更多荷载,从而拱肋得到大幅度卸载,既降低了其应力水平,又提高了稳定性,使缆拱桥的跨径可以超越拱桥。以1 008 m跨径为例,对缆拱桥进行概念设计,并通过有限元研究其结构强度、刚度、稳定性等问题。研究表明:缆拱桥不仅保留了悬索桥承载力高、拱桥刚度大的特点,同时还具有一定的美学价值。     

双肋组合系杆拱桥的结构稳定性分析

双肋组合拱桥是一种将组成主拱肋的上、下拱肋部分分离且拱脚(支撑点)分设在不同墩(台)上的新型拱桥体系。结合一双肋组合系杆拱桥方案,介绍了该桥的施工过程。对施工过程中的单片拱肋进行了稳定分析,得出了稳定安全系数及相应的失稳模态。并对成桥及运营荷载作用下结构的整体稳定性进行了分析。经过分析比较,双肋拱较哑铃型拱从结构刚度、面内稳定性等方面均得到了较好的改善,使结构从受力和稳定性方面更容易满足工程设计的需要。     

抛物线双肋拱在非保向力作用下的横向稳定性

针对抛物线肋拱桥在非保向力作用下的横向稳定性，建立了参数化的实用计算方法，分析了不同结构参数对双肋拱横向稳定性的影响．分析表明，在非保向力作用下，下承式拱桥横向稳定临界荷载显著提高，而上承式拱桥横向稳定临界荷载明显降低；横系梁刚度、矢跨比和桥面系横向刚度对拱横向稳定临界荷载有明显影响．     

大跨径钢管混凝土拱桥稳定性研究

钢管混凝土拱桥在我国得到广泛应用,稳定性问题是制约钢管混凝土拱桥发展的重要因素之一。结合工程实践,采用大型通用有限元分析程序MIDAS／Civil对拱桥稳定性进行了研究分析,对钢管混凝土拱桥拱肋钢管的截面厚度、拱肋内填混凝土强度以及横撑布置形式对拱桥稳定性的影响进行研究。研究表明,拱肋钢管的截面厚度对拱桥稳定性影响较大,“米”字横撑布置形式比较合理。研究内容对提高该桥所采用稳定性措施的经济合理性有一定的借鉴意义。     

异型拱桥自振特性影响因素分析

结合工程实际建立了拱肋跨径180 m,主梁跨径190 m,矢跨比0.34,平面半径R=600 m的拱肋斜跨主梁的异型拱桥——张家口清水河通泰大桥的有限元模型,分析了矢跨比、主梁中心线与拱肋中心线之间的夹角、宽跨比对自振特性的影响。     

抛物线双肋拱在保向力作用下的横向稳定性

针对抛物线肋拱桥在保向力作用下的横向稳定性，建立了参数化的实用计算方法，并分析了矢跨比，横系梁刚度和支承约束度不同结构参数对双肋拱横向稳定性的影响，按本文中方法计算的双肋拱的临界荷载约为实际稳定承载力的2－3倍。     

基于统一理论的蝶形拱桥空间稳定性分析

为考察多拱肋蝶形拱桥结构的稳定性,基于考虑钢管套箍作用的统一理论,对大跨度蝶形钢管混凝土拱桥的2类稳定问题进行了分析.通过计算特征值,得到了结构的第一类稳定安全系数;考虑结构的几何非线性和材料非线性,用荷载增量法迭代求解,得到了结构的极限承载力和第二类稳定安全系数.以太原市南中环主桥为工程背景,对该桥各施工阶段和成桥阶段的空间稳定性进行了分析.结果表明:用换算截面法和叠合单元法获得的稳定安全系数比用统一理论法获得的整体上略小,用统一理论法分析钢管混凝土拱桥的稳定性是可行的;蝶形拱桥的失稳形式以拱的面外扭转失稳为主;拱肋的初始缺陷、活载分布形式和横向风荷载等对结构稳定性均有不同程度的影响;结构的第二类稳定安全系数均小于第一类稳定安全系数.     

大跨简支系杆拱桥非线性稳定性

宁杭高速公路南河大桥为主桥130m跨径简支下承式钢管混凝土系杆拱桥。在考虑了拱桥非线性稳定性影响因素基础上,利用有限元ANSYS结构分析程序,建立了拱桥结构稳定性分析空间有限元模型,给出了该桥常见的失稳屈曲模态,研究了大跨简支系杆拱桥的非线性稳定性求解策略,并对南河大桥简支钢管混凝土系杆拱桥进行了非线性稳定性计算。结果表明,钢管混凝土拱脚处的拱肋首先形成塑性铰,破坏时的极限荷载达到正常使用荷载的3．50倍,满足稳定性要求。     

700 m级中承式缆拱桥设计

随着拱桥跨径的增加,拱肋稳定性问题突出,且巨大的推力需通过系杆或基础平衡,大跨度悬索桥的庞大锚碇耗资巨大. 针对这两个问题,结合拱和缆索的受力特点,提出一种新的桥梁结构体系——中承式缆拱桥. 首先,在主跨和边跨均加入拱圈;其次,去掉悬索桥锚碇,将主缆锚固于边拱拱脚;最后,通过选取适宜的垂跨比、矢跨比及拱轴系数,保证结构在恒载作用下主缆张力、主拱推力、边拱推力在数值上基本相等,从而使结构处于无推力状态并达到改善结构力学性能的目的. 给出了新型桥的具体结构形式和受力机理,并以700 m跨径为例对其进行设计研究,对其施工过程提出了设想. 有限元计算分析表明:中承式缆拱桥的拱与缆索共同承担桥面荷载,与同条件下的连续拱桥相比,其强度承载力提高约25%,稳定承载力提高约70%,同时恒载作用下结构产生的水平力基本为0,为突破拱桥跨径奠定了坚实的基础.      

静风荷载对大跨度钢管砼拱桥施工稳定性的影响

目前对施工过程中静风荷载对钢管砼拱桥整体稳定性的研究还不多,通过一个工程实例在这方面做了一些研究.通过有限元分析,结果证明风速越大,整体稳定安全系数越低;风荷载较小时对稳定性影响不明显,当风速超过一个定值以后,影响效果非常明显.风荷载作用下,同时考虑材料非线性以后,荷载稳定安全系数降低较大;风荷载作用下,考虑双重非线性比考虑材料非线性的稳定安全系数有所降低,但是降低幅度不大.     

静风荷载对大跨度钢管砼拱桥施工稳定性的影响

目前对施工过程中静风荷载对钢管砼拱桥整体稳定性的研究还不多,通过一个工程实例在这方面做了一些研究.通过有限元分析,结果证明风速越大,整体稳定安全系数越低;风荷载较小时对稳定性影响不明显,当风速超过一个定值以后,影响效果非常明显.风荷载作用下,同时考虑材料非线性以后,荷载稳定安全系数降低较大;风荷载作用下,考虑双重非线性比考虑材料非线性的稳定安全系数有所降低,但是降低幅度不大.     

大跨度钢管混凝土拱桥施工稳定性分析

通过对大跨度中承式钢管混凝土桁式拱桥———南宁永和大桥施工稳定性研究,在分别考虑线弹性和几何非线性及材料非线性的情况下,分析了吊杆横梁及桥面纵梁安装施工的不同阶段拱圈稳定性变化。研究中将非线性稳定分析结果与线弹性稳定分析结果进行比较,并结合其他研究人员的研究成果进行分析,发现非线性对钢管混凝土拱桥稳定性的影响与拱桥的跨度、加载的方式等因素有关。     

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.     

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。      

钢管混凝土拱桥稳定性分析

对于钢管混凝土桁式拱桥,当宽跨比较小时桥梁拱肋的横向稳定性是桥梁安全性的关键,因而需要用弹塑性理论重新计算结构的稳定安全系数。分析在不同风荷载作用下的材料非线性及几何非线性的稳定性,得出不同的结果。