凸形钢箱拱肋截面荷载试验和有限元分析

以宁波市东外环甬江大桥凸形钢箱拱肋截面为对象,应用预应力钢绞线的自平衡加载方式进行了1∶4的拱肋节段缩尺模型荷载试验,采用板壳单元和实体单元建立了有限元模型,进行了非线性分析,研究了考虑初始缺陷和局部屈曲的凸形钢箱拱肋截面的受力特性、实际承载能力和局部失稳机理。研究结果表明:各测点实测应力与截面平均应力较接近,根据测点实测应力与截面平均应力之间的关系可将凸形截面分成4类测点;有限元所得应力与实测应力趋势相同,数值相近;凸形钢箱拱肋截面的强度折减系数为0.94～0.98;纵向加劲肋和横隔板结构能有效防止凸形截面加劲板件的局部屈曲;在极限荷载作用下节段出现了凹凸的波节,由于各加劲板出平面位移过大而导致无法继续承载。     

变截面开口薄壁钢箱稳定性分析

从薄板基本理论出发,利用单块板的平衡状态,将基本方程建立在变形后的结构上,用假想荷载法推导出了薄壁构件弯扭平衡微分方程;以变截面开口薄壁钢箱为研究对象,用有限元软件ANSYS对大量不同尺寸的结构进行了屈曲分析。研究发现:受竖向均布荷载作用下变截面悬臂开口薄壁钢箱有3种基本屈曲形态,即板件的局部屈曲、截面的畸变屈曲和构件的整体屈曲;随着结构尺寸的变化,一阶屈曲形式也在发生变化,并且呈一定的规律。     

玻璃钢(GFRP)-混凝土复合拱试验研究

在混凝土拱的不同位置、采用不同黏贴形式黏贴玻璃钢(GFRP)得到了6个GFRP-混凝土复合拱。对GFRP-混凝土复合拱进行了加载破坏试验,并对其破坏形式、荷载挠度曲线规律、刚度规律和承载力等结构性能进行了研究。试验表明:GFRP-混凝土复合拱开裂荷载更高,开裂前的刚度明显高于普通混凝土拱,开裂后其刚度及抗裂性能也明显优于普通混凝土拱;GFRP-混凝土复合拱具有更高的极限承载力和极限变形。GFRP-混凝土复合拱中,黏贴GFRP的范围较大时,GFRP-混凝土复合拱的力学性能更优;采用环形及U形黏贴GFRP的复合拱力学性能明显优于采用单面黏贴GFRP的复合拱,但全拱环形黏贴GFRP的复合拱性能并非最优。     

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。     

拱上结构对拱桥横向稳定性的影响

本文采用能量法分析了拱上结构对拱的横向稳定性的影响，并给出了上承式拱的横向屈曲临界荷载计算式。     

钢管混凝土提篮拱空间稳定性随机静力分析

为了解宽跨比很小的提篮拱拱桥的空间稳定性能,采用响应面法,进行了屈曲稳定特征值的随机静力分析．以宽跨比为1／23．8的铜瓦门大桥为分析对象,通过建立响应面方程,研究了结构的材料性能和几何尺寸的不确定性对该桥空间稳定性的影响．结果表明,结构参数变异不影响该桥一阶空间失稳模态,结构的材料性能和几何尺寸的不确定性对该桥的空间分支屈曲稳定有着不同程度的影响．     

基于CR列式的壳屈曲分析

为解决薄壁结构屈曲分析的非线性计算问题,针对壳单元大位移、小应变分析,提出了基于更新拉格朗日CR列式的计算方法.该方法采用更新拉格朗日列式建立壳单元在大位移下的平衡方程,利用能量原理得到单元刚度矩阵.求解过程中,采用极分解方法计算变形后单元的随动坐标和单元节点的刚体转动;引入有限转动理论,从总位移中扣除刚体位移,得到节点变形,进而采用小应变理论计算单元应力,得到当前荷载步下的单元状态.最后,通过编制的程序对2个薄壳结构受力后的屈曲行为进行了分析.算例表明,用基于CR列式的非线性分析方法求解壳失稳问题具有较高的效率和精度.     

拱脚变位对覆土波纹钢板拱桥受力性能的影响

结合内蒙某实际桥梁参数,利用有限元软件建立了考虑土与波纹钢板相互作用的二维平面应变模型,通过对模型施加强制位移,计算分析了10种不同拱脚变位工况下结构的受力和变形的变化规律.拱脚发生水平位移时对结构受力性能的影响比拱脚发生竖向沉降时大,拱脚水平位移造成结构位移增大,拱圈应力由受压转为受拉;拱脚不均匀沉降对结构的影响较均匀沉降大;特别是拱脚同时发生不对称的竖向和水平位移使结构位移显著增加,拱圈两侧拉压应力数值都明显增大.拱脚变位还会造成拱脚反力变化,特别是不均匀拱脚变位时会出现反力方向变号.尽管覆土波纹钢板拱桥变形适应能力较强,但在设计和施工中也应采取措施,避免和减小基础的变位.     

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。     

波纹钢腹板屈曲性能(英文)

通过调整波纹钢腹板的整体尺寸、波纹板厚度、波折角度、波纹高度和平板宽度等尺寸参数,制作了16个试验模型,进行了波纹钢腹板试件的剪切屈曲试验,记录了不同试件在各级试验荷载作用下的结构变形、应力分布、屈曲荷载与屈曲形态,对比分析了各个尺寸参数对试件剪切屈曲荷载与屈曲模态的影响.分析结果表明:根据试件的屈曲形态,不同尺寸的波纹钢腹板的屈曲破坏主要表现为3种模态;随整体外形尺寸、波折角度、波纹板厚度的增大及波纹高度的减小,波纹钢腹板的剪切屈曲荷载随之增大;整体高宽比对剪切屈曲荷载影响较小.     

基于不同拱脚形式下抗滑桩土拱效应研究

目前针对抗滑桩桩间土拱拱脚形式的研究基本为桩身、桩侧摩阻力和两者同时参与(联合)3种形式。为了研究3种拱脚形式下土拱的受力机理及影响因素,采用土工有限元Plaxis V8.5对其进行数值研究,在研究过程中3种形式拱脚采用分别建模,为了体现桩侧与土体的摩擦特性,采用软件提供的界面单元来模拟。研究表明:悬臂式抗滑桩土拱的拱脚支撑力主要由桩身来提供,桩侧提供的支撑力有限;随着桩间距的增加,土拱不易形成,以桩身为拱脚的法向应力在以联合为拱脚的法向应力中所占比例逐渐减小。     

钢管混凝土拱桥拱肋整体吊装分析

以宿迁市洋河大桥大跨径钢管拱肋整体吊装为工程背景,对吊装方案的选择、吊点位置的选取进行了分析,提出了将系杆劲性骨架及吊杆外套钢管与拱肋钢管焊接成整体再整体吊装的方法,给出了分散吊点应力集中的措施,并对吊装过程中可能发生的屈曲失稳进行了验算。     

侧向干扰下双层门式刚架静力屈曲的计算机模拟

用ANSYS有限元软件,对柱脚固接、在不规则竖向荷载和三种侧向荷载作用下的双层门式刚架的屈曲进行了计算机模拟,得到了不同大小的侧向干扰力作用下的双层门式刚架的临界屈曲荷载,以及结构的屈曲模态。模拟结果表明:在侧向集中干扰力的作用下,双层门式刚架的临界屈曲荷载随着作用力的大小和作用点的不同发生变化;在侧向三角形荷载干扰下,双层门式刚架发生了明显的屈曲变形,结构的右侧柱子中点处发生较大的位移,并且首先发生屈曲,影响了结构的整体稳定性。模拟结果对工程应用有一定的参考价值。     

基于纤维单元的斜跨异型拱桥极限承载力分析

斜跨异型拱桥拱肋同时受到面内和面外索力作用,为双向压弯构件,受力具有明显空间特征.采用梁单元纤维模型材料非线性方法,同时考虑几何非线性,对张家口通泰大桥进行极限承载能力全过程分析.随着荷载的不断增加,吊索逐根达到承载极限;拱肋同时发生面内、面外变形;一侧拱脚附近截面在轴力和面内、面外弯矩的共同作用下,逐步进入塑性;最后吊索全部屈服,主梁受力接近于简支梁,跨中截面形成塑性铰,全桥结构达到承载极限.纤维模型能够准确模拟拱肋双向压弯荷载下截面逐步进入塑性的全过程,适用于复杂受力构件梁单元材料非线性计算.     

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。     

钢管混凝土拱桥拱铰斜腹杆合理夹角分析

钢管混凝土拱桥钢管拱通常采用缆索吊装悬臂拼装法施工,为便于调整拱肋安装线形,多在拱脚处设置临时拱铰.将拱铰结构分别简化为理想桁架和刚架结构,根据力系平衡原理推导出理想桁架的斜腹杆轴向力一致表达式,将欧拉临界荷载与轴向力之比定义为腹杆的稳定系数,建立起稳定系数与腹杆夹角的关系,得到了腹杆最大稳定系数对应的夹角值;运用力法原理,推导了三角刚架端弯矩和轴向力计算表达式,通过算例验证了计算公式的正确性,在此基础上进一步研究了拱铰刚架内力与斜腹杆夹角的变化规律.结合JTG/T-D65-06-2015《公路钢管混凝土拱桥设计规范》对主、支管夹角不宜小于30°的构造要求,得到拱铰斜腹杆夹角在60°～100°间较为合理结论,验证了国内部分已建钢管混凝土拱桥拱铰构造设计的合理性.     

极限分析法求解含软弱夹层边坡稳定性

软弱夹层对边坡的稳定性影响显著,目前设计中通常采用极限平衡法计算边坡的稳定性,其在求解中需要建立多个平衡方程. 为了分析含软弱夹层边坡的稳定性,首先,采用极限分析法建立了计算模型;其次,通过极限平衡法验证了求解的准确性;最后,分析了荷载、夹层形状、夹层强度等对稳定性的影响. 研究结果表明:边坡安全系数随着外荷载强度的增大而减小,其中,当加速度放大系数由1.0增大为1.6时,安全系数由1.20降为0.89;当外荷载频率越大时,边坡越易提前产生破坏;软弱夹层形状对边坡安全系数影响显著,特别是当其靠近坡顶与坡面时;安全系数随着软弱夹层摩擦角与黏聚力的减小而近似线性降低,其中,当黏聚力由9 kPa降为5 kPa时,安全系数降低约30%.      

拱桥拱脚局部应力分析及拱脚处预应力钢束布置研究

结合某80m钢管混凝土拱桥设计,阐述了拱脚处局部应力分析流程及钢管混凝土拱桥拱脚设计注意事项,根据拱脚处局部应力分析,对拱脚处预应力钢束布置进行了对比研究,希望能为类似桥梁设计提供有益的参考。     

钢板梁腹板的纯剪屈曲计算

本文讨论了钢板梁腹板在剪切极限状态下的设计准则，根据复合有限条法对板的屈曲分析结果，给出考虑翼缘的束影响屈曲系数设计曲线，同时还给出了考虑膜板屈后强度时极限承载力的计算方法。     

钢管混凝土系杆拱桥中墩处拱脚应力分析

为准确掌握拱脚的应力分布,指导结构设计,通过大型空间有限元分析程序对某(88+88)m钢管混凝土系杆拱桥中墩处拱脚及与其相连接的系梁进行分析。分析结果表明,在最不利工况下,系梁靠近中支点实体混凝土的箱梁底板混凝土压应力较大;拱座顶部混凝土存在一定水平的顺桥向拉应力;在拱肋与拱脚的局部连接位置产生非常明显的应力集中现象;中墩处系梁实体混凝土内配置横向钢束后,该处混凝土横、竖桥向应力水平较低,仍以平面受力为主。