湛河提篮式拱桥空间弹性稳定性分析

为了解平顶山市湛河提篮式拱桥的横向稳定性,采用大型有限元程序ANSYS建立该提篮式拱桥的空间有限元计算模型。为了与平行拱肋拱桥的稳定性对比,同时建立了平行拱肋拱桥空间有限元计算模型,对两种桥型进行空间弹性稳定性计算与对比分析。计算结果显示:提篮式拱桥失稳形式以拱肋的面外失稳为主,拱肋无横撑区域是全桥稳定的薄弱部位;与平行拱肋拱桥相比,提篮式拱桥横向稳定性显著提高,第1阶拱肋的横向失稳模态发生了改变。计算结果用于确定湛河提篮式拱桥的设计方案。     

非对称空间蝶型拱桥风撑对稳定性的影响

以杭州九沙钢拱桥为工程实例,采用两种有限元程序MIDAS/Civil和ANSYS建立该拱桥空间有限元计算模型,并进行计算结果对比。首先分7种工况计算该桥的稳定系数,然后对比分析风撑形式、位置、数量以及风撑壁厚等因素对这类拱桥结构稳定性能的影响。两种有限元软件得出结果基本一致。计算结果表明:不设置风撑会导致拱桥一阶稳定系数大幅下降,其失稳表现为面外失稳;对结构稳定性影响最大的是桥面上1/4处的风撑,而拱顶附近风撑对稳定性影响不大;当拱肋关键点布置风撑后,改变其它位置的风撑数量,稳定系数的变化不明显;"K"型、"X"型风撑都能使拱桥得到更好的横向稳定性,"米"型风撑效果最为显著;当风撑壁厚较小时,随着壁厚增大,桥梁的横向稳定性得到提高,但拱肋面内稳定系数却有所降低。     

拱肋内倾角对钢管混凝土提篮拱桥车桥动力响应的影响

为考虑拱肋内倾角对大跨度钢管混凝土拱桥的动力特性及车辆走形性的影响,以某主跨为240 m的钢管混凝土提篮拱桥为例,运用结构动力学以及有限元原理,分别建立了3种不同内倾角度(7.5°,8.5°,9.5°)下的桥梁动力分析模型和车辆模型,由动力学势能不变值原理"与形成矩阵的"对号入座"法则建立空间振动方程,并对3种情况下的车桥耦合空间响应进行了计算分析。研究结果表明:桥梁横向自振频率随拱肋内倾角的增加而明显增大;竖向自振振动频率随内倾角度的增大而减小;列车通过桥梁时,不同内倾角度下拱顶竖向位移和加速度的变化很小,而横向位移、横向加速度均随着内倾角度的增大而减小;车辆的动力响应对内倾角的变化不敏感。     

某中小跨径下承式系杆拱桥稳定性影响因素分析

作为以受压为主的结构,系杆拱桥的稳定问题,特别是横向面外稳定问题是系杆拱桥的重要研究方向之一。本文在稳定分析理论的基础上,利用有限元软件MIDAS Civil对某中小跨径下承式系杆拱桥的稳定性进行分析,得到了该桥的稳定特征值和失稳特征,随后在此基础上探讨了拱肋横撑形式、吊杆形式及矢跨比等影响因素对系杆拱桥稳定性的影响。通过分析可知:拱肋横撑形式主要影响拱桥的横向稳定性,四种横撑形式的稳定性关系为:"米"字撑"K"字撑"一"字撑无横撑;吊杆形式对拱桥的纵向稳定性影响更大,且吊杆形式越复杂,拱桥纵向刚度越大,纵向稳定性越好;随着矢跨比的增大,拱桥的特征值呈现先增大后减小的变化趋势,当矢跨比为1/5时达到最大值。     

大跨径钢管混凝土桁架拱桥稳定性分析

对小三峡大桥主桥即中承式钢管混凝土桁架拱桥的空间稳定性进行了分析。采用Midas/civil有限元程序建立该拱桥的空间有限元计算模型,对其进行了空间稳定性计算与分析。计算结果表明:该拱桥拱肋的横向刚度较小,可以通过优化拱肋截面尺寸与改善横撑结构形式达到提高拱肋横向刚度的目的;桥面系面外刚度略小,需要加强预制小T梁与横梁的连接,同时加大边纵梁的截面尺寸并与横梁固结,以提高桥面系的面外刚度,使桥面系形成强大的梁格体系,共同抵抗外荷载的作用。     

铁路大跨度钢管混凝土拱桥弹性稳定性分析

以银吴(银川—吴忠)铁路银川南特大桥128 m钢管混凝土系杆拱桥为背景,建立空间有限元模型,分析了恒载及恒载+最不利活载2种荷载工况下该桥的稳定安全系数及失稳模态。着重分析了拱肋横撑形式、矢跨比、吊杆非保向力对稳定性的影响。研究结果表明:结构的失稳主要为拱肋面外失稳,满足稳定安全系数大于4～5的要求,且活载对全桥稳定性的影响远小于自重和二期恒载的影响。采用K形横撑时稳定安全系数相较于I形横撑提高了198%,对稳定性提高最为明显,采用米字形横撑稳定性最好,因此,在选择横撑形式时优先考虑米字形横撑和K形横撑。矢跨比从1/7增大至1/3时,稳定安全系数呈先增大后减小的趋势,在1/5～1/4时达到峰值,1/4.5时最大;吊杆非保向力对拱桥稳定性有一定影响,吊杆将拱肋与系梁连接成整体可以提高拱桥整体稳定性。     

大跨度劲性钢管混凝土拱桥的试验研究

本文对钢管混凝土双肋提篮式拱桥的研究内容：劲性钢管混凝土研究，肋拱横向稳定分析，劲性钢管混凝土拱稳定性模型试验与合理内侧倾角等作了简要介绍。     

400m级铁路CFST拱桥合理拱肋内倾角研究

《钢管混凝土拱桥技术规范》中拱肋内倾角的建议取值对特大跨径钢管混凝土(CFST)拱桥不再完全适用.以一座400 m级铁路CFST拱桥为例,研究其拱肋内倾角的合理取值范围.采用Midas/Civil2015建立空间有限元模型,分析计算不同拱肋内倾角取值下结构的自振特性、线弹性稳定安全系数以及静力荷载和强震作用下结构的内力、位移响应以及控制截面应力.研究结果表明:当拱肋内倾角控制在3.5°～4°时,结构第4和8阶自振频率获得大幅提升,可以改善拱肋横向抗弯和抗扭转性能,同时前2阶稳定安全系数也达到较优状态,还避免了横向最不利荷载作用下拱肋横向位移的大幅增长,并且在考虑罕遇地震作用情况时,位移、轴力峰值以及降低拱肋混凝土拉应力方面均达到较优状态.综合各项指标,建议此类400 m级铁路CFST拱桥拱肋内倾角取值范围宜为3.5°～4°.     

斜靠式拱桥拱肋倾角变化对稳定性能的影响

采用有限元软件MIDAS/Civil建立平顶山市城东河路湛河斜靠式拱桥的空间有限元计算模型,分7种设计方案探讨斜靠式拱桥主拱和稳定拱肋的倾角变化对桥梁稳定性能的影响.计算结果表明,斜靠式拱桥的稳定性能较好,各方案的稳定系数均大于7;主拱肋倾角的增大有利于提高斜靠式拱桥低阶稳定性能;稳定拱肋倾角的增大不利于提高斜靠式拱桥稳定性能,在进行斜靠式拱桥设计时稳定拱肋的倾角不宜太大.以8°-1O°为宜.     

重载铁路大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计研究

对某重载铁路一座大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计的桥梁布置、拱肋截面及线形、拱肋横撑形式、拱上桥墩方案、施工方法等若干关键问题展开研究,通过有限元对桥梁的承载力、刚度、自振特性等方面进行计算分析,得出以下主要结论:(1)上承式钢管混凝土拱桥能很好地适应桥址地形、地质条件;(2)拱肋采用四肢桁式截面,横向内倾6.5°,拱轴线形采用m=3.0悬链线,具有较好的受力性能;(3)腹杆采用H形钢构件,与拱肋弦管采用大节点连接方式,能满足重载铁路疲劳性能要求。(4)钢筋混凝土排架式桥墩在受力、景观等方面是最优选择。     

客运专线提篮拱系梁支架设计与施工

简要介绍了客运专线东湖特大桥112 m提篮拱系梁支架的方案比选、结构设计及其实施工步骤。对大桥的基础形式、支架结构、预压方法进行了方案比选,确定方案后,从钻孔桩设计,钢管桩立柱设计、桁架设计、预压方案、施工步骤等方面入手,阐述了提篮拱系支架的设计与施工过程,最终达到节约工期、提高经济效益的目的。     

82.5m下承式钢管混凝土提篮拱桥结构设计

钢管混凝土拱桥充分发挥了钢管混凝土抗压性能好的优点,而且减轻了桥梁上部结构自重,大大提高了梁拱组合体系拱桥的跨越能力。钢管混凝土拱桥以其结构轻盈、线型优美、造价经济等优点而在铁路跨路、跨线工点上大量采用。张唐线跨越唐津高速公路立交主桥结构为跨径82.5 m下承式钢管混凝土拱桥,拱肋在横桥向内倾8度,呈提篮式。主要从结构设计、结构计算和拱肋稳定性3个方面重点对该桥进行介绍,并在拱轴线比选和吊杆张拉顺序两个方面提出一些设计思考。     

大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计研究

研究目的:大跨度上承式钢管混凝土拱桥,结构受力复杂.结构形式和施工方法的选择对拱肋受力、桥上无缝线路设计、列车行车安全性和平稳性有较大的影响.因此,本文对此进行研究探讨.研究结论:上承式拱桥是跨越山区河流、深谷的合理桥式.通过对某线黄河特大桥上承式钢管混凝土拱桥的设计研究,得出如下结论:(1)拱肋截面形式、拱肋横倾角及拱上建筑主梁跨度、支墩顶支座布置方式等有关设计参数对无缝线路、车线桥动力性能影响的计算研究结果;(2)拱肋矢跨比及拱轴系数、钢管拱架设方案、管内混凝土灌注顺序选对拱肋应力影响的研究结果;(3)形成了一整套上承式铁路拱桥设计研究的新思路、新方法.     

外倾式非对称曲线拱桥力学特性分析

针对一座外倾式非对称钢箱拱桥,通过利用桥梁结构专业软件Midas/civil建立其空间杆系有限元模型进行整体受力性能分析,探讨主要受力结构拱肋、吊杆以及钢箱主梁的力学特点;并通过外倾角的改变研究分析了吊杆内力随拱肋外倾角改变的变化规律,对于完善该类异型拱桥的设计理论、工程施工,确保结构安全、设计合理等方面都有一定的参考价值。     

长昆客运专线铁路中承式异型拱桥设计研究

为解决长昆客运专线斜跨潭韶高速公路的问题,通过桥式方案比选,结构构造优化,结构静力、动力计算分析,设计研究出拱肋沿桥轴线非对称错位布置、吊杆扇形布设、无风撑拱肋的中承式斜置拱桥。该桥已投入实际运营,应用良好。     

单线大跨度简支钢箱梁系杆拱设计研究

钢管混凝土拱桥在钢管拱肋混凝土灌注过程中存在爆管的可能性,当邻近既有线施工时须考虑其风险。为研究单线大跨度拱桥拱肋内不灌注混凝土的可行性,以丹佛(丹灶-佛山)西站联络线上一160 m简支钢箱梁系杆拱为研究对象,建立空间有限元模型对大跨度简支钢箱梁系杆拱桥进行静力和动力计算,分析结构的受力情况和变形状态。结果表明,该桥的静力和动力特性均满足规范要求。该桥为邻近既有线的单线铁路桥,可选择拱肋内不灌注混凝土,从而使得施工更加方便。     

贵广铁路东平水道特大双拱肋钢桁架拱桥分析和设计

研究目的:贵广铁路东平水道特大桥为(85.75+286+85.75)m双拱肋钢桁架拱桥,桥面采用带水平K撑的正交异性板结构,该桥式结构在国内是首次应用。通过对该桥主桁、桥面系和纵横向联接系进行受力特征分析,以及对受力复杂的G11节点进行局部精细空间有限元分析,为该桥的设计提供了依据,研究结果可供其他同类型桥梁参考。研究结论:该桥主桁杆件轴向受拉和受压的最大绝对值比较接近;受力状态比较合理,桥面系各构件受力均满足设计要求;G11节点局部受力情况复杂,各构件最大应力均未超过钢材的屈服应力。     

朔准黄河桥极限承载力分析

研究目的:大跨度钢管混凝土拱桥以其特有的自重轻、强度大、抗变形能力强、施工方便和外形美观等优点,被大量地的用于桥梁结构中。本文以一座在建360 m钢管混凝土拱桥为例,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分别对该桥进行裸拱状态和考虑拱上建筑共同作用状态下的特征值屈曲稳定性分析、考虑几何和材料双重非线性的极限承载力分析,并对计算结果进行比较分析,给出拱桥极限桥承载力计算的一般性方法。研究结论:(1)考虑拱上结构的特征值屈曲分析结果最小值为13.477,裸拱的特征值屈曲分析结果最小值为6.673,均大于规范要求的4～5,拱肋截面满足面内和面外的稳定性要求;(2)拱桥极限承载力计算结果最小值为2.252,表明在双重非线性及结构初始缺陷的影响下,主力工况下,全桥结构的安全系数为2.252,满足考虑结构的非线性影响弹塑性稳定安全系数不得小于2的要求,结构设计合理;(3)拱上墩柱等拱上结构对全桥的计算刚度有较大的贡献,但对全桥的极限承载力影响较小;(4)特征值屈曲分析结果是非保守的计算结果,在实际结构设计过程中,必须考虑双重非线性及初始缺陷等对结构极限承载力的影响。     

提高拱梁固结拱桥自振频率的有效方法

为提高拱梁固结体系拱桥的自振频率,使该类拱桥得以在大跨径、小宽跨比的高速铁路桥梁中推广应用,在此提出一种新的有效方法,具体做法是,以拱肋作为上弦杆,主梁作为下弦杆,在L/4～3L/4区域内设置腹杆,以此形成一个带柔性吊杆的大桁架结构,通过引入刚度大的桁式结构使拱桥的整体刚度得到提高,进而改善结构的动力特性。新结构既保留了拱桥的优点,又有桁架的受力特征。计算结果表明,与普通拱梁固结拱桥相比,新结构可在材料增加很少的前提下有效提高自振频率,尤以面内自振频率增幅最为明显;拱肋内倾角对新结构的影响随振型的不同而不同,其中,对面外自振频率的影响较面内自振频率明显。     

东平水道特大桥(85+286+85)m双拱肋钢桁拱设计

东平水道特大桥主桥为(85+286+85)m双拱肋钢桁拱桥,该桥式上拱肋延伸至边墩支承,下拱肋支承在主墩上,上下拱肋用桁架联接,边跨不是梁,仍是拱,通过拱上立柱支撑桥面,边中跨比仅为0.3。桥面系采用带水平K撑的正交异性板结构。该桥式结构和带水平K撑的钢桥面系在国内均是首次应用,丰富了铁路桥梁结构类型,拓宽了桥梁结构设计思路,整个体系受力层次分明、简单明确。