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。     

跨层平面桁架结构静力稳定性研究

跨层平面桁架结构体系在大跨度钢结构中得到广泛应用,其稳定问题是结构设计的关键。以大庆西站房跨层平面桁架结构为背景,采用缩尺试验和数值分析相结合的方法,系统分析该跨层平面桁架结构的整体稳定性能。研究结果表明:该跨层平面桁架结构失稳形式主要为面外弯曲失稳,面外变形较小;桁架节点处由于杆件交汇数量多,局部应力复杂,发生明显的强度破坏,建议实际工程中应对受力较大的节点进行加强处理。     

柔性中央扣对单跨悬索桥的影响分析

为了解柔性中央扣对单跨悬索桥受力的影响,以宜昌庙嘴长江大桥为研究背景,建立该桥设置与不设置柔性中央扣的计算模型,进行结构静力和动力特性分析。研究结果表明:柔性中央扣对提高结构整体刚度影响较小,但对减小梁端纵向位移和降低跨中吊杆索力的作用明显,同时也能提高加劲梁扭转频率,增大相应频率出现的阶次,有利于提高桥梁的抗风稳定性。大桥成桥试验时,对结构的位移、内力、自振频率及结构振型进行了验证,试验结果与理论分析吻合较好。     

跨座式单轨钢混结合轨道梁桥静动力分析

以跨座式单轨交通线路上采用的钢混轨道梁桥为研究对象,利用大型通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型。采用容许应力法计算在4种组合下的竖向和横向位移,分析静力及自振特性。结果表明,轨道梁在静活载作用下竖向位移满足规范要求,采用多种工况组合分析时,顶板最小纵向正应力为–171.42 MPa,底板的最大纵向正应力为146.99 MPa,均出现在结构的跨中位置;横撑和下平纵联的横向正应力为115.63 MPa,剪应力范围为13.85～15.13 MPa,可以看出结构在各个荷载工况下应力水平较低,小于容许应力,轨道梁整体刚度大,具有较好的动力性能,结构设计合理、安全,可为此类桥梁的设计提供理论依据和技术参考。     

钢结构桁架锈蚀变形的计算分析

以大跨钢结构桁架为研究对象,考虑杆件锈蚀面积占总截面面积的百分比,分析锈蚀对结构变形的影响,研究中假定结构在大气环境下均匀腐蚀。结果表明,锈蚀不断地改变着结构的变形状态,对结构造成累计损伤。因此在此类结构设计中考虑难以避免的锈蚀损伤,在正常使用、耐久性、安全性等方面均是十分有益的。     

某公铁两用钢桁架拱桥方案静动力分析

介绍了某主跨为(108 +384 +168)m的公铁两用钢桁架拱桥的总体方案设计.同时对该桥型结构的静力、自振特性及静力稳定性等受力性能进行分析,并与相同跨度的铁路钢桁架拱桥方案的受力性能进行了对比分析.     

全焊接钢桁架桥次应力分析

研究目的:针对全焊接钢桁架桥中次应力对桥梁结构设计的影响,以某公路钢桁架桥为例,运用有限元软件ANSYS对结构进行计算,建立该桥理想铰接模型和节点刚性模型,计算由节点刚性所引起的结构次应力。研究结论:通过对两种模型应力的计算分析,得出了桁架次应力的大小及分布特征,结果表明:次应力对下弦杆、上弦杆、斜腹杆影响力依次增大;支座所在节间,下弦杆产生较大次应力,需加强支座处各杆设计。由于节点的近乎刚性,在实际桁架的杆件中不可避免的存在次应力,因此在实际的结构设计中,应该通过有限元的计算来确定次应力对结构的不利影响,不宜轻易改变上下弦杆截面。     

曲线波形钢腹板箱梁竖向弯曲自振特性

为精确计算曲线波形钢腹板简支箱梁的竖向弯曲自振特性,考虑箱梁剪力滞和剪切变形双重效应,在假设箱梁翼板纵向位移函数的基础上,运用能量变分法和哈密顿原理推导了曲线波形钢腹板简支箱梁的弯曲自由振动微分方程,得到其竖向弯曲自振频率的解析解;建立有限元模型,将分析结果与推导的理论公式计算结果加以对比,并分析了跨径比、宽跨比和高跨比对竖向弯曲基频的影响。研究结果表明:本文竖向弯曲自振频率公式的计算结果与有限元分析结果差值在9%以内,且比初等梁理论计算精度高;剪力滞效应和剪切变形均削减了曲线波形钢腹板简支箱梁的刚度,使其竖向弯曲自振频率与初等梁理论的计算结果相比有所降低,同时考虑2种效应可能使竖向弯曲基频降低25%以上。剪力滞效应对竖向弯曲基频的影响随着跨径比和宽跨比的增大而增大,而高跨比变化时影响略有减小;剪切变形对竖向弯曲基频的影响随着宽跨比和高跨比的增大而增大,而跨径比变化时影响保持不变。对于不同参数取值的曲线波形钢腹板简支箱梁,竖向弯曲基频的剪切变形影响系数变化范围为5%～25%,而剪力滞效应的影响系数一般小于10%。在分析曲线波形钢腹板箱梁动力性能时应考虑剪切变形;当跨径比小于0.4,宽跨比小于0.1时,可忽略剪力滞效应的影响。     

耳板式钢-混凝土组合桁架节点力学性能试验研究

钢-混凝土组合桁架梁上弦端节点受力复杂,是组合桁架结构受力的关键部位.以西平铁路桥梁钢-混凝土组合桁架节点为原型,设计制作了3个耳板式节点的1:2缩尺模型,进行水平静力性能试验和有限元分析,研究钢-混凝土组合桁架节点的应变发展规律、极限承载力、破坏模式和荷载-位移曲线等力学性能.研究表明:耳板式钢-混凝土组合桁架节点极限承载力和刚度满足设计要求;PBL连接件具有较好的抗剪能力;节点的薄弱部位为弦杆核心区混凝土;节点的破坏模式主要有弦杆混凝土开裂破坏、腹杆屈曲破坏、腹杆与耳板连接处屈服等,因此提高混凝土强度和节点配筋率,增加腹杆厚度有助于提高整个节点的承载力.     

国家体育场大跨度钢结构温度场测试与分析

国家体育场大跨度屋盖钢结构属于高次超静定结构,温度变化对其应力和变形影响很大.介绍了钢结构温度变化的原理及其理论分析方法.利用无线温度传感器网络系统,对国家体育场钢结构在2007年8月31日8:00～9月1日2:00期间的温度场进行了持续测试.测试结果表明,上午8:00时,钢结构各部位的平均温度非常均衡,并与钢结构合龙时的温度几乎一致;嗣后,随着环境温度的变化,钢结构不同部位在同一时刻的温度差异较大;受太阳辐射和表面风作用的影响,上弦杆的温度变化幅度比斜腹杆、下弦杆和桁架柱的大.     

佛山地铁魁奇路地下换乘站抗震性能分析

以佛山地铁魁奇路站实际工程为背景,对地下车站进行了结构抗震性能分析。以反应位移法建立了地铁车站二维结构计算模型,求解了地下车站受地震荷载作用下响应结果,并与静力法计算结果进行了对比,以研究地铁车站在地震作用下的内力变化规律。基于Midas GTS NX软件,应用非线性时程分析法,建立了结构和周围土层为一体的整体计算模型,通过模态分析求解了结构体系各阶的自振频率和各阶振型;模拟了地下结构在地震荷载下的动态特性,揭示了地铁车站在地震作用下的位移时程反应及结构整体变形状况。     

厦深铁路榕江特大桥连续钢桁梁柔性拱组合桥成桥静、动载试验及结构性能研究

厦深铁路榕江特大桥（110＋2×220＋110）m连续钢桁梁柔性拱桥系同类结构中最大跨度结构,介绍理论分析和成桥桥静、动载试验方法,进而以构件应力、结构变位和刚度、结构的自振频率、振型、阻尼比、动力系数、振幅动态参数为主要对象,对结构的性能进行评价,研究结果表明：该结构符合规范和使用要求。结合试验结果中横向基频高于理论值和大吨位支座在活载作用下水平变位基本为0的现象,对正交异性整体钢桥面的有限元模型模拟精度、活动支座模型模拟等进行了深层次探讨,提出理论模型建立中避免弱化桥面板刚度和应重视支座实际变位情况的具体建议,对同类结构具有参考价值。     

考虑空间相干的虚拟激励法在大跨度空间结构随机振动分析中的应用

采用虚拟激励法分析大跨度空间结构的随机地震响应,通过对网架、网壳、索网和索穹顶4种结构形式在一致和多点输入下结构节点的位移响应方差及加速度功率谱的分析,给出了考虑空间相干性的多点输入法与一致输入法之间结构响应的差异以及变化规律,并探讨了拟静力项对不同结构形式的影响,为大跨空间结构设计提供理论依据。同时,计算还表明虚拟激励法是一种高效且精确的方法,对于分析大跨度网格和索结构这样复杂结构在多点输入下的地震响应是很合适的。     

胶轮导轨电车滚振试验台有限元分析

胶轮导轨电车滚振试验台是研究胶轮导轨电车轮轨关系的重要平台,激振单元是试验台的核心部件。以胶轮导轨电车滚动振动试验台的激振部分为研究对象,利用UG建立三维模型,并将其导入到ANSYS中进行有限元分析,分析试验台激振部分在最大载荷下的合位移、等效应力和等效应变的等值线云图,以及前5阶固有频率及其相应的振型。分析结果表明:伺服液压缸的存在可以提升试验台的结构特性;试验台的1阶固有频率远离激振频率;通过增加调整垫铁的数量可以提高系统的固有频率。分析验证试验台结构设计的合理性,分析数据为试验台结构的优化提供参考依据。     

大跨度板桁加劲梁桥简化建模方法研究

大跨度板桁加劲梁桥的抗风研究需建立全桥模型分析桥梁的动力特性,针对全桥精细化有限元模型单元数多,计算费时等特点,基于桁架和正交异性板的连续化等效板厚公式,将板桁加劲梁的正交异性板简化为桁架,使其成为空间桁架结构。为了保证空间桁架的力学性能与板桁加劲梁等效,分别确定桁架各杆件的截面特性,形成新的简化建模方法。最后以主跨跨径为1 386 m的某板桁加劲梁悬索桥为例,分别建立精细化模型和简化模型,通过分析动力特性对简化建模方法进行验证。结果表明:精细化模型与简化模型的自振频率吻合良好,简化建模方法能满足动力特性的分析要求。     

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。     

跨铁路全焊接大跨度连续钢桁粱桥设计

廊坊市光明道立交桥是一座全焊接跨京沪高铁和京沪铁路的大跨度悬索式、刚加劲弦三跨连续钢桁梁桥,通过对桥梁的静力计算、结构分析和架梁方案的计算,表明本立交桥结构受力合理、传力明确;结合桥址处的建桥环境而创新的钢梁安装方案,具有较好的稳定性和经济性。本桥设计有3个创新点：全焊接跨铁路悬索式刚加劲弦钢桁梁桥、整体钢桥面、转体施工跨中合龙法（中跨两支点相对旋转至跨中合龙）。     

复杂地质大直径盾构隧道列车振动响应分析

对于高速铁路大直径盾构隧道,研究并讨论列车振动荷载对隧道结构安全性具有重大意义。以佛莞城际铁路狮子洋隧道工程为背景,基于ANSYS有限元方法,采用列车-轨道系统确定列车荷载后,计算不同工况下高速列车振动荷载对软硬不均地层大直径盾构隧道结构的影响,选取不同计算模型对比分析往复荷载作用下隧道地基累积变形的特征。计算表明:(1)双线同时有列车荷载作用时,产生的动力响应更为显著,且与两车间隔的时间有关,当间隔时间为振动周期的倍数时,振动效应最大;(2)较之主应力,列车振动对隧道位移和加速度的影响更加明显;(3)双线列车振动发生时间的偏差会引起响应的振动时程曲线产生约等于Δt的偏移现象,且振动幅值也会偏移,结构的动力响应与地层的动力响应(位移、加速度和主应力)存在相似的变化规律;(4)随着列车运行时间的累加,隧道基底土的累积塑性变形逐渐增大,但随着时间推移后期的增长速率明显减慢;(5)针对佛莞城际铁路狮子洋隧道,近东莞侧隧道基底以砂土为主,建议采用Anand J.Puppala模型进行累积塑性沉降计算;近广州侧隧道基底以淤泥为主,建议采用DingQing Li模型进行累积塑性沉降计算。