大跨度钢桁拱桥主拱和边段提升支架承载性能分析

当拱桥施工采用大节段提升方案时,提升支架的强度和稳定承载性能非常关键。广州新光大桥为3跨连续刚架钢桁拱桥,施工方法采用大节段提升安装,主要对该桥提升架的强度承载性能进行分析验算,并对主塔稳定性进行了非线性有限元分析,最后验算了节点的承载性能。分析结果表明,计算提升塔的内力时考虑几何非线性与线性计算结果的相比相差不大;非线性屈曲荷载与特征值屈曲荷载相差较大;初始缺陷虽然对稳定极限承载力影响不明显,但是也不能忽视,而且节点承载性能也可能成为支架承载性的控制因素。     

单薄壁空心矩形墩连续刚构桥非线性稳定研究

研究目的:随着我国交通事业的迅猛发展,全国修建了大量的高墩大跨连续刚构桥,由于该类桥梁墩身高、跨径大,施工过程中的非线性稳定问题非常突出,因此本文以一典型单薄壁空心矩形墩连续刚构桥——王家坝大桥施工监控项目为依托,研究单薄壁空心矩形墩连续刚构桥的非线性稳定性,分析对比各施工阶段下桥梁的稳定特征值和非线性极限荷载值。研究结论:(1)特征值屈曲计算求得的荷载为桥梁结构极限稳定荷载的可靠上限;(2)考虑几何非线性、材料的非线性以及初始缺陷等因素影响的非线性稳定分析得出的荷载,更符合实际情况;(3)最高墩最大悬臂施工工况为高墩施工中稳定最不利工况;(4)本文研究结论可为高墩大跨连续刚构桥的施工监控、设计和理论研究提供参考。     

扁平钢箱梁横隔板非线性稳定分析

为研究施工阶段吊机集中荷载作用下斜拉桥扁平钢箱梁横隔板的稳定性,以主跨383 m的广州珠江黄埔大桥北汉独塔斜拉桥为背景,对扁平钢箱梁横隔板进行非线性稳定有限元分析及模型试验研究.运用有限元分析软件ANSYS建立梁段有限元数值仿真模型,计算设计荷载作用下梁段应力分布,得到吊机荷载作用时横隔板的弹性屈曲系数为5.2.引入初弯曲缺陷并考虑几何和材料非线性,计算得到吊机荷载作用下扁平钢箱梁横隔板非线性稳定系数为2.2.采用1:2.5缩尺比例,对扁平钢箱梁梁段进行模型试验研究,得到设计荷载作用下梁段测点应力及变形.通过梁段模型的极限承载力试验,得到吊机荷载作用时横隔板的非线性屈曲系数为1.6.研究结果表明,广州珠江黄埔大桥北汉斜拉桥扁平钢箱梁横隔板设计合理,吊装过程中其稳定性能满足设计要求.     

大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥极限承载能力研究

研究目的:钢桁梁柔性拱桥具有强大的承载能力及跨越能力,也是大跨度铁路桥梁常用桥型之一,其跨度不断发展。针对铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力问题,本文同时采用MIDAS及ANSYS两种有限元软件建立一座双主跨360 m的大跨径下承式钢桁梁拱桥的有限元模型,通过对比双主跨满载等三个荷载工况的线弹性承载力分析,并考虑结构几何非线性、几何与材料双重非线性的影响,系统分析大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力。研究结论:(1)由线弹性承载力的计算对比分析可知,实际结构在恒载+主跨满载的工况下,结构的受力最不利杆件为拱肋及主桁上弦杆和斜腹杆部分,杆件应力达到屈服时的承载力系数最小为2.06;(2)线弹性极限稳定承载系数介于10.64～12.46,均为拱肋的整体失稳破坏,最不利的荷载工况为恒载+主跨活载,表明桥梁结构的稳定承载力远大于杆件强度承载力;(3)考虑p-Δ效应与整体、局部几何偏位初始缺陷后,计算得到的稳定承载系数依次降低至2.75、2.65,表明几何偏位初始缺陷会显著降低极限稳定承载能力,考虑材料非线性后极限稳定承载力系数进一步降低至2.20;(4)验证了桥梁结构具有良好的稳定承载能力及构件强度承载能力,可为类似桥梁极限承载能力分析提供参考。     

悬臂施工阶段大跨径刚构桥稳定性的参数分析

针对悬臂施工阶段中大跨径预应力混凝土刚构桥的稳定性问题,依据弹性屈曲理论、挠度理论、弹塑性理论和压溃理论,计算和分析几何非线性、材料非线性、初始几何缺陷以及混凝土材料的压碎、开裂、骨料咬合效应等因素的影响;研究墩身偏斜度、施工荷载形式以及桥墩系梁刚度等参数对悬臂施工阶段大跨径预应力混凝土刚构桥稳定性的影响效应。分析和研究结果表明:混凝土材料的力学特性对大跨径预应力混凝土刚构桥在悬臂施工阶段中的稳定性有明显的影响;结构稳定系数随墩顶初始横向偏位的增加而呈分段二次曲线规律减小;桥墩系梁刚度与结构稳定系数的关系遵循指数曲线规律;非对称形式的施工荷载对悬臂施工阶段大跨径预应力混凝土刚构桥的稳定性更为不利。     

新型大跨铁路应急钢桁梁稳定性研究

采用Ansys建立128 m新型大跨铁路应急钢桁梁的计算模型,系统分析不同工况和非线性因素作用下的结构稳定性,探讨列车荷载、风荷载、温度、初始缺陷、几何非线性和材料非线性等因素对结构稳定性的影响.结果表明:不同荷载组合形式和分布形式下,结构稳定系数和失稳模态不同,主力作用下最低线弹性稳定系数为8.093,失稳形式为局部...     

高速铁路(110+208+110)m连续梁-钢管混凝土拱屈曲分析

以高速铁路桥梁比较方案(110+208+110) m连续梁-钢管混凝土拱组合结构桥为背景,探求几何非线性及几何-材料双重非线性对大跨度钢管混凝土拱屈曲失稳的影响程度,研究考虑上述非线性因素后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子的衰减系数。结合相关规范和文献,采用空间有限元软件CSIBridge,以钢管混凝土统一理论为材料本构模型建立全桥空间模型,对结构按实际作用荷载工况进行弹性及弹塑性屈曲分析。结果表明:材料非线性对钢管混凝土拱屈曲失稳的影响比几何非线性的影响大得多,考虑几何-材料双重非线性后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子衰减系数约为0.55。桥式方案中钢管混凝土拱弹性及弹塑性稳定系数均满足国家标准及行业标准要求。     

客运专线中"V"型钢管混凝土拱桥极限承载力研究

针对铁路钢管混凝土拱桥桥面较窄、承受活载较大、稳定问题突出的特点,采用弹性屈曲,几何非线性屈曲,几何和材料双重非线性屈曲3种方法对钢管混凝土拱桥极限承载力进行分析,并以某客运专线上的一“V”型墩刚构,主跨为220 m中承式钢管混凝土拱桥为例,运用有限元程序对该桥的极限承载力进行参数分析与比较,给出影响拱桥极限承载力的主要参数。研究结果表明:结构极限承载力与结构材料非线性、材料屈服应力、荷载分布方式以及温度的变化有关联。这些参数的选择与使用,与结构极限承载力的准确度密切相关。     

钢结构曲板极限承载力及曲率影响研究

为得出圆柱曲板单元直边受压的稳定特征,以北京长安街西延线永定河特大桥钢曲塔为研究对象,通过足尺模型试验研究四边简支边界条件下曲板的极限承载力;同时在考虑材料和几何非线性的条件下,基于ANSYS软件对曲板试件的弹塑性屈曲进行数值分析,进一步得出曲率对极限承载力的影响。结果表明:曲板试件加载过程中,加载方向与垂直板面方向均产生明显变形,达到极限承载力时最大变形发生在靠近曲板中间位置且垂直板面的方向;曲板荷载-位移曲线数值结果与试验结果符合较好,极限承载力小于直板试件对应值;曲板尺寸不变的条件下,随着曲率增大,曲板极限承载力逐渐降低,且局部稳定折减系数与曲率呈线性关系。     

大悬臂展翅预应力混凝土宽箱梁桥极限承载力分析

针对大悬臂展翅结构的极限承载能力问题,以某大悬臂展翅预应力混凝土宽箱梁桥为实际工程背景,建立精细的空间有限元模型进行数值分析。考虑结构几何非线性和材料非线性,研究偏心集中荷载、对称集中荷载、均布荷载3种工况作用下,结构的极限承载能力及裂缝的分布规律。结果表明,对称加载形式的极限承载能力大于非对称加载形式的极限承载能力;非对称荷载作用下,桥梁应力及裂缝分布也具有较大非对称性,且悬臂板根部更加容易出现裂缝,均布荷载作用下,桥梁边跨应力状况劣于中跨。     

考虑栓钉作用的摩擦摆支座隔震桥梁地震响应研究

为研究摩擦摆支座几何参数及栓钉抗力对隔震桥梁地震响应的影响,建立栓钉剪断前后的摩擦摆隔震桥梁的修正动力平衡方程。以某在建城市轨道交通矮墩连续梁桥为研究对象,进行非线性时程分析,研究摩擦摆支座曲率半径、摩擦因数及栓钉抗力等因素对桥梁地震响应的影响。研究结果表明:在纵向地震动激励下,随着曲率半径的增大,主墩墩底弯矩逐渐减小。而摩擦因数的增大导致墩底最大弯矩和墩顶最大位移不断增大。当栓钉抗力小于竖向荷载的6%时,制动墩墩底最大弯矩、墩顶最大位移保持恒定;当栓钉抗力大于竖向荷载的6%时,制动墩墩底最大弯矩、墩顶最大位移不断增大,说明抗剪栓钉的极限抗剪能力宜控制在竖向荷载的6%以内。     

常州站钢结构屋盖整体稳定分析

研究目的:常州火车站屋盖为大跨度空间钢结构,主要由钢箱梁拱和面外的刚性系杆、支撑组成,跨度较大。为了获得结构的整体稳定性能,指导结构设计,在多种不利荷载组合作用下,对该工程分别进行特征值屈曲分析和非线性稳定分析。研究结论:考虑几何非线性、材料非线性,按最不利原则施加初始几何缺陷,计算结构的非线性稳定屈曲系数,特征值屈曲分析和非线性有限元全过程跟踪分析结果表明:结构的几何非线性很强,且对结构有利;结构的失稳均为整体失稳;在最不利荷载组合情况下,整体稳定分析的结果均能满足规范要求;考虑几何和材料非线性的结构整体稳定分析,真实反应了结构的整体特性,分析结果可为结构设计提供可靠的理论依据。可为类似工程提供参考。     

大跨度公铁两用结合梁斜拉桥极限承载力分析

结合我国长江上拟建的某一主跨为504 m的公铁两用结合梁斜拉桥,对这种桥型的非线性分析理论和分析方法、钢与混凝土结合作用的模拟、空间有限元模型总刚带宽的优化、斜拉索初始索力的确定等问题进行了研究,并对该桥进行极限承载力分析;此外,对该桥的刚度问题、设计荷载下的几何非线性的影响等问题进行了研究.研究结果表明,该桥的极限荷载大于(恒载+4.050活载),满足刚度要求,不考虑几何非线性计算所得的各种响应都偏小,最大误差不超过7%.     

填土和车载对桥墩桩稳定性的影响研究

在分析桥墩桩受力特征的基础上,应用极限平衡法和数值模拟方法,对填土荷载和汽车荷载作用下桥墩桩的稳定性进行了研究,分析了桥墩桩在复杂荷载下剪力和弯矩的变化及土体的变形特征,并对比分析了极限平衡法和数值模拟方法。得到以下结论:汽车荷载是影响桥墩桩稳定性的关键因素,在汽车荷载作用下桥墩桩的最大弯矩约为填土荷载作用下的10倍,剪力约为1.25倍,桥墩桩顶部地表变形约2.5倍;极限平衡法得到的结果较数值模拟方法偏安全,在相同的工况下,极限平衡法计算得到的最大弯矩约为数值模拟方法得到的最大弯矩的1.6倍,最大弯矩出现的位置相同,均为距离地表8 m处,而剪力值基本相当。     

大跨度斜拉桥的静风非线性稳定分析

同时考虑静风荷载非线性和结构几何非线性的影响 ,运用增量迭代法分析计算大跨度斜拉桥非线性空气静力稳定性 ,编制相应的计算程序 ;并结合一座主跨为 10 0 0m的钢斜拉桥进行分析计算 ,验证该分析方法的可行性。最后 ,讨论静风荷载非线性、初始攻角等因素对大跨度斜拉桥静风失稳临界速度的影响     

通气孔对新型不锈钢芯管平压性能影响分析

不锈钢芯管作为不锈钢桥面芯板的重要传力构件,其平压力学性能与桥面板承载能力息息相关。因钎焊工艺要求,不锈钢芯管壁上开设有双通气圆孔。为研究双通气圆孔对不锈钢芯管平压性能的影响,开展2组不同厚度不锈钢芯管平压性能试验与有限元非线性屈曲分析。通过试验结果验证采用Riks弧长法进行不锈钢芯管非线性屈曲分析方法的正确性。并考虑圆孔直径d、偏心距e、芯管壁厚t等因素,建立不同规格不锈钢芯管模型,开展非线性屈曲分析,探究多参数协同作用下对不锈钢芯管平压性能的影响分析。研究结果表明：不锈钢芯管平压试验曲线表现出明显的非线性特征,分为弹性阶段、弹塑性阶段与塑性破坏阶段;通气孔、管端扳边处转角及管脚10 mm处易优先出现局部屈曲破坏;不锈钢芯管极限荷载Pu及其对应的压缩位移δu随孔径d、偏心距e的增加而减小,随壁厚t增加而增大;芯管极限荷载Pu受孔径d的影响大于受偏心距e的影响,增大孔径使芯管极限荷载Pu下降6.00%～15.51%,而增大偏心距使芯管极限荷载Pu下降0.64%～9.22%,芯管应规避在管身中部(e/H=0.5)开孔;当孔径比d/D≯0.04、偏心比e/H≯0.3时,通气孔对芯管极限承载...     

连续梁悬臂施工边跨现浇段支架设计

支架是现浇梁施工过程中的支承结构,支架的强度、刚度、稳定性直接影响到结构质量及安全性。当支架高度超过15 m时,采用碗扣式满堂支架,将很不经济,且支架的稳定性将难以保证,这时较优的方案是选用钢管柱支架。本文结合工程实例对连续梁悬臂施工边跨现浇段支架进行了设计,确定了荷载分布,建立了受力分析模型,验证了方案的可行性,为以后同类桥型的施工提供参考。     

TPZ/48钢箱梁式架桥机施工状态下屈曲稳定性研究

采用有限元软件ANSYS建立某大跨度钢箱梁式架桥机在浇筑施工状态下弹塑性有限元模型。基于非线性屈曲理论,采用位移控制的弧长法加载跟踪结构平衡路径,对含初始几何缺陷的架桥机结构进行非线性屈曲分析。通过对失稳特征点的荷载—位移曲线分析,确定该型架桥机施工状态下的极限承载力、局部稳定和整体稳定的安全系数。架桥机的极限承载力为3 755t,大于设计施工荷载1 600t,整体稳定安全系数为2.35,但局部稳定安全系数仅为1.32;失稳位置发生在支座以及跨中的底板、横隔板、腹板等处。由非线性屈曲分析结果与特征值屈曲分析结果的对比分析得到:对于复杂结构,由于结构内局部发生屈曲后荷载会发生转移,其结构并未失去整体承载能力,因此由非线性屈曲分析得到的临界载荷可能大于由特征值屈曲分析得到的临界载荷。     

钢管混凝土拱桥稳定极限承载力的线弹性迭代方法

利用单一组合材料线弹性梁单元建立钢管混凝土拱桥稳定极限承载力计算的有限元分析模型,并以压弯稳定承载力相关方程为基础,通过全面试验法和回归分析方法建立具有广泛适用性的钢管混凝土构件压弯稳定分析的齐次广义屈服函数。结合弹性模量缩减法,研究用于钢管混凝土拱桥稳定极限承载力计算的线弹性迭代方法。通过与试验结果及不同数值方法计算结果的对比分析表明:建立的齐次广义屈服函数能够克服传统广义屈服函数容易受荷载初始值影响的缺陷;通过弹性模量缩减法调整弹性模量实现结构内力重分布,利用线弹性迭代方法计算结构的极限承载力,克服了增量非线性有限元法的局限性,能够取得更高的计算精度和效率;钢管混凝土拱桥规范建议的稳定系数表达式具有良好的稳定性与适用性。     

128m大跨度铁路应急钢桁梁极限荷载

利用ANSYS软件建立128 m跨铁路应急钢桁梁的非线性有限元模型,研究不同杆件损伤位置、不同损伤长度和不同损伤形式等不同损伤状态下钢桁梁的极限荷载。结果表明:非损伤状态下,钢桁梁因构件屈服发生大变形而失稳破坏,极限荷载系数为2.231,能够保证安全运营;损伤位置对结构极限荷载影响明显,损伤位置越靠近跨中,影响越大;跨中为杆件损伤最不利位置,损伤程度较大时,结构将因杆件局部应力过大而发生强度破坏;随着损伤长度增加,极限荷载呈现先迅速下降、后小幅上升并逐渐趋于稳定的变化趋势,损伤程度越大,损伤长度对极限荷载的影响越明显;损伤形式对极限荷载影响差异较大,杆件的截面损伤和材料屈服强度退化对极限荷载影响显著,而杆件的材料刚度退化的影响可基本忽略。