钢桁拱桥非线性及面内极限承载力分析

以实桥为例,研究大跨度钢桁拱桥在面内荷载作用下的非线性结构行为,矢跨比、布载形式、温度荷载、钢材屈服强度对钢桁拱桥极限承载力的影响以及提高钢桁拱桥极限承载力的措施。结果表明:在活载半跨布载时,拱肋的破坏始于拱脚下弦的屈服,拱肋由无铰拱逐渐转化为三铰拱,最后由于拱脚塑性铰的破坏而导致拱肋失去承载能力;钢桁拱的工作过程可分为弹性段、位移稳定发展段及位移快速增长段,位移稳定发展段仍表现出弹性工作的特点;拱轴线的面内初始偏移控制在L/1000左右时,拱肋的极限承载力不会有明显降低;矢跨比越大承载能力越高;钢材屈服强度与钢桁拱极限承载力呈线性关系;温度的变化与承载力系数的变化大致呈线性关系;提高拱脚上、下弦杆处钢材的屈服强度和增大拱脚、L/4处截面的方式是提高钢桁拱桥极限承载的有效措施。     

沪杭高速铁路跨沪杭高速公路特大桥自锚上承式拱桥现浇拱肋模板系统设计

混凝土结构的模板工程,是混凝土结构构件施工的重要工具。采用先进适用的模板技术,对提高工程质量、加快施工进度、提高劳动生产率、降低工程成本和实现文明施工都具有十分重要的意义。跨沪杭高速公路特大桥主桥为1联(88.8+160+88.8)m自锚上承式拱桥,采用"支架现浇、转体就位"的施工工艺。拱肋轴线采用二次抛物线,拱肋截面采用单箱单室箱形混凝土截面,截面特性按照立特规律变化。通过对跨沪杭高速公路特大桥自锚式拱桥拱肋线形及截面形式的分析,探讨了现浇拱肋模板系统的设计理念和制作工艺,以及通过模板设计控制拱肋线形的方法,供同类型桥梁施工提供一些可借鉴的经验。     

多维激励下大跨上承式铁路钢桁拱桥空间地震响应

以某490 m上承式铁路钢桁拱桥为背景,采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型,进行1维、2维和3维一致地震动激励下的地震响应分析。结果表明:对于由多片拱肋组成的钢桁拱桥,任何单方向地震动激励在拱肋弦杆内都将引起较大的轴力,横向和竖向地震动激励在拱顶区域弦杆内引起的轴力为纵向地震动激励下相应轴力的1.4～3.6倍,拱顶处下弦杆引起的面内弯矩为纵向地震动激励下相应弯矩的4.2～5.5倍;对拱肋下弦杆,拱脚为抗震薄弱部位,对拱肋上弦杆,拱脚、拱顶及立柱与上弦杆相交部位均可成为潜在的抗震薄弱部位;在多维地震动激励下,拱肋上弦杆最大轴力呈非对称简谐函数分布,而下弦杆最大轴力发生在拱脚,并向跨中方向急剧衰减;建议对复杂钢桁拱桥应同时进行2维和3维地震动激励分析,以确定最不利响应;多维激励下拱肋下弦杆正应力主要由轴力引起,但拱肋上弦杆正应力则由轴力、面内和面外弯矩共同引起。     

大跨度低塔斜拉桥板桁组合结构建造技术

芜湖长江大桥是我国20世纪末修建的跨度最大、规模也最大的公铁两用新型桥梁,由于采用混凝土板与桁梁结构的新结构和整体结点、大断面带肋箱型的钢梁,现行的规范以及国产钢材已不满足设计要求,需要为本桥梁制定专项设计标准和规范,并解决钢材问题.为此本课题对大跨度低塔斜拉桥板桁组合结构,板桁组合结构混凝土桥面板,高性能1 4MnNbq桥梁用钢,焊接标准、焊接材料及焊接工艺,疲劳问题,厚板焊接整体结点制造技术,混凝土板与桁架桥结合,以及主跨312m跨中合龙技术等8大关键技术进行了详尽的研究并付诸实施.文中简介了应用情况及主要创新点.     

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。     

铁路大跨度连续梁拱组合桥结构参数研究

为了解结构设计参数对铁路大跨度连续梁-拱组合桥受力特性的影响,进而对今后同类桥梁设计提供引导作用,以兰渝线广元嘉陵江特大桥为工程背景,研究矢跨比、拱轴线形状、拱梁刚度比这3个设计参数对桥梁结构力学特性的影响。分析结果表明:矢跨比对拱肋轴力和拱脚、主梁中跨弯矩影响显著,取值在1/4~1/5时较为合理;1.6次抛物线、2.4次抛物线及圆弧线作为拱轴线时,拱脚截面弯矩过大,2次抛物线或悬链线作为此类桥型的拱轴线较为合理;拱梁刚度比对结构轴力影响较小,对拱肋弯矩影响较大,随拱梁刚度比的增大,拱肋分担的弯矩显著提高。     

12轴元宝车

瑞士联邦铁路为了运输各种大型笨重货物(如变压器等),设计制造了一辆能载重147吨的12轴货车。此车采用了全焊接钢结构,它具有象承载桥梁形状的弯曲纵梁,纵梁的横向间隔可以适应宽度最小为2,208毫米,最大为3,158毫米的任何特种货     

高速铁路连续梁拱桥拱肋施工方案对比分析

一座高速铁路桥梁跨越南水北调主干渠,桥型为梁拱组合体系拱桥,其钢管拱肋施工方案由原来的竖向转体施工转变为支架施工。根据高速铁路梁拱组合体系桥梁的结构特点,设计了一种适用于拱肋支架施工的支架结构。结合拱肋竖向转体和支架拼装2种施工方案,采用MIDAS/Civil模拟施工过程,并对各阶段的关键截面内力、应力和竖向位移进行分析。结果表明:设计的支架结构强度、刚度和稳定性验算结果均满足规范和设计要求;与拱肋支架拼装施工方案相比,竖向转体施工方案中拱肋的内力、应力以及竖向位移较大,但亦满足规范和设计要求,2种施工方案均合理可行;从拱肋受力、施工难易程度、经济性、安全性等方面考虑,支架拼装施工方案比竖向转体施工方案更具有优越性。     

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。     

杆端缩尺钢桁架桥梁结构静力计算与优化分析

以某下承式铁路钢桁架简支梁桥的单榀Warren桁架为研究对象,对杆端缩尺钢桁架桥梁结构及其端部缩尺压杆进行有限元分析和用钢量优化,重点研究杆端缩尺参数对杆件内力、截面应力、结构刚度、结构弹性稳定、压杆极限承载力、最小用钢量等的影响.结果表明:杆件截面高度缩尺是最理想的杆端缩尺方案;随着缩尺幅度的增大,桁架结构的杆件轴力变化很小,但杆端次弯矩和剪力显著减小,且结构竖向刚度和弹性稳定性有所降低.通过适当提高缩尺段的钢材强度等级,端部缩尺压杆的极限承载力将不低于未缩尺压杆,并可在满足结构强度、刚度及稳定性要求的前提下,进一步通过杆件截面优化,得到比未缩尺设计更小的结构用钢量.     

客货共线铁路双拱肋大跨度钢桁拱桥设计研究

目前我国钢桁拱桥建设技术已达到国际先进水平,但是大跨度的钢桁拱桥多用于公路,专用于铁路的比较少,以国内单孔跨度最大的双线铁路钢桁拱桥——贵广铁路主跨286 m的东平水道大桥为工程实例进行研究。对其进行平面及空间分析,比较在不同荷载工况下,钢桁拱桥选择不同拱轴线、矢跨比时的内力和应力变化,深入了解铁路大跨度钢桁架拱桥的受力特性。研究表明,该类桥梁结构的拱轴线采用圆曲线和二次抛物线比较合理,并且在合理的范围内,上、下拱肋矢跨比越大,且二者差值越大越经济。     

钢桁结合梁桥面系结构设计研究

介绍了国内外道碴桥面钢桁结合梁桥或钢拱桥可采用的几种桥面系结构形式,并结合96m钢桁结合梁设计,提出了桥面系合理的结构形式及结构内力计算方法,论述了桥面板配筋方法、横梁截面选择以及混凝土桥面板的施工方法。     

L形加肋钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为考察不同加肋形式对L形钢管混凝土轴压力学性能的影响,共设计8根钢管混凝土轴压短柱试件(2根无肋,6根加肋),进行加压试验,并对比所有试件受压后的截面破坏模态、屈曲形态和位置以及荷载-纵向应变关系曲线,通过ABAQUS有限元软件进行仿真建模,并结合有限元计算轴压全过程曲线、钢管与混凝土的相互作用力分布以及钢管截面上的应力云图纵向分布情况对不同加肋形式构件进行轴压工作机理分析。结果表明:钢管外壁鼓曲、焊缝开裂是8根L形钢管混凝土轴压试验构件在破坏时的普遍表现;布置纵向加劲肋能显著提高试件的极限承载力和延性;对于间断加肋试件,减小其肋间间距可显著提升试件的约束效果;设置在阴角处的加劲肋对提升试件受压性能的效果不明显;钢管对混凝土的约束在无肋试件中主要集中在角部,加肋试件的约束主要集中在肋与角部处;综合考虑焊缝数量、加劲肋面积以及加肋后效果,L-WR-5的加肋方式最优。     

济青客运专线铁路连续槽形梁拱桥设计研究

研究目的:高速铁路跨越城市立交道路及高速公路时,为不影响下方道路正常通行,减小线路路堤建设高度,降低工程成本,同时满足设计要求,可采用建筑高度较低的下承式连续槽形梁拱结构形式。本文以新建济南至青岛客运专线工程跨越改移青兰高速公路的(66. 5+142+66. 5) m连续槽形梁拱桥为背景,从结构尺寸、梁拱刚度等主要参数设计以及纵横向受力、剪力滞等方面展开研究,从而掌握该类结构的主要技术特点。研究结论:(1)桥面布置上比较灵活,通过人行道、电缆槽的最优布置,可以使桥面宽度最小,适当增加边主梁宽度、设置"马蹄"形构造、拱肋预埋段局部穿孔,可以有效解决拱脚构造带来的钢束布置空间不足问题;(2)拱轴线、拱肋截面形式、吊杆布置与常规箱形截面预应力混凝土连续梁拱相差不大,设计时可参考取值;梁拱刚度比主要影响拱肋及主梁的内力、残余徐变、短吊杆的吊杆力,将梁拱刚度比确定为36. 0,主梁、拱肋各指标在合理水平;(3)剪力滞分析表明,边支点、边跨跨中、中支点、中跨跨中典型截面剪力滞系数分别为1. 29、1. 19、1. 30、1. 14,均大于常规箱形截面的规范计算值,为保证结构安全,槽形梁拱在设计中应采用基于实体模型计算的剪力滞系数;(4)目前连续槽形梁拱桥在高速铁路工程中应用较少,缺乏一定的设计理论与经验,本研究成果可为类似桥梁的设计提供参考。     

RC系杆拱桥拱肋吊杆锚固结构力学性能分析与优化

拱肋吊杆锚固区是系杆拱传力的重要部位,锚固区结构构造复杂,受力机理难以用杆系模型进行分析。本文分别采用整体计算和板壳有限元分析了锚固区结构,探讨了原设计方案的传力机理和出现局部高应力的原因,提出了优化方案。计算表明优化方案能使锚固区结构传力顺畅并降低主要结构构件应力,可为同类桥梁参考使用。     

连盐线灌河连续钢桁拱特大桥设计

连续钢桁拱桥作为国内一种新兴的桥梁结构,具有外形雄伟壮观、跨越能力大、承载能力高等优点。与其他同跨度桥梁类型相比,其刚度大,稳定性和抗震性好。灌河大桥选用了跨度为（120＋228＋120）m的连续钢桁拱桥,主梁设计中采用整体节点式梁拱与正交异性桥面板的组合结构,采用大节段制造安装的方案。介绍了该桥的结构体系、关键节点、关键设计与施工技术等。     

高速铁路无横撑组合拱桥设计

京沪高速铁路跨外环线,采用1-44.5 m下承式简支组合拱桥。该结构采用无横撑的圆端型变截面双拱肋形式,具有外形美观、构造简洁、布置合理等特点。详细介绍该拱桥梁拱构造、梁拱结构计算分析以及该结构的动力特性分析。设计结果表明,跨度较小的情况下,选择合理的矢跨比以及拱肋截面,即使无横向联结也能满足结构横向刚度的要求。     

高速铁路钢桁加劲混凝土连续刚构桥梁长期行为预测研究

以一座在建高速铁路钢桁加劲连续刚构桥为对象,研究混凝土收缩徐变对其变形及内力的影响规律,探讨钢桁对连续刚构桥梁变形的影响机理,并研究环境湿度、加载龄期等因素对桥梁变形的影响程度。结果表明:收缩徐变效应引起桥梁的变形及内力均随时间增长而增加,钢桁使桥梁整体刚度大幅提高;安装钢桁可有效减小各阶段桥梁弯矩和变形,但钢桁对桥墩的水平变形抑制作用较小,建议采用合龙口顶推方式进行反向顶推以减小桥墩水平变形;环境湿度和加载龄期对钢桁加劲连续刚构桥梁的影响表现为挠度随加载龄期及相对湿度的增加而减小。     

特大跨度钢桁拱桥列车走行性分析

以某主跨436 m中承式钢桁拱桥为例,运用桥梁结构动力学与车辆动力学,将列车-桥梁视为联合动力体系,建立了列车与大跨度钢桁拱桥的车桥耦合动力分析模型,计算与分析了该桥列车通过时的桥梁动力响应和列车走行性。研究结果为大跨度钢桁拱桥的动力设计提供了理论依据。     

带肋方钢管混凝土偏压构件承载力计算方法研究

带肋方钢管混凝土是指在方形钢管中设置纵向加劲肋后再填充混凝土而形成的构件,与无肋方钢管混凝土构件相比,由于加劲肋阻碍了管壁局部屈曲的产生,其承载力和延性都有所提高.在前期有限元计算的基础上,对带肋方钢管混凝土轴压、纯弯、偏压构件的承载力进行了参数分析,计算过程中考虑了焊接残余应力和初始几何缺陷的影响,提出了轴压、纯弯、偏压构件承载力计算公式.对于轴压构件,考虑了较大宽厚比使构件承载力降低,及加劲肋使构件承载力提高.对于纯弯构件,考虑了加劲肋对承载力的贡献.对于偏压构件,修正了长细比对承载力的影响.所有的计算公式与无肋方钢管混凝土承载力的计算公式相衔接.最后,将公式的计算结果与试验结果进行比较,两者符合良好,这些公式可为有关工程实践提供参考.