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。     

高速铁路钢箱叠拱桥空间稳定性分析

针对新建哈尔滨—大连高速铁路140 m钢箱叠拱桥方案,利用有限元分析程序MIDAS建立空间有限元模型,进行整体稳定性分析,给出了该桥常见的失稳屈曲模态,并且探讨影响大跨度钢拱桥稳定性的因素,这些因素包括:拱肋形式、拱肋刚度、拱肋倾角、横撑样式及布置形式、横撑刚度、系梁刚度、吊杆刚度、吊杆对数(或间距)以及矢跨比。     

铁路三拱肋简支系杆拱桥设计参数研究

为了解三片拱肋设计对铁路简支系杆拱桥受力性能的影响,结合某铁路1-80 m三拱肋简支系杆拱桥的结构选型和设计,建立有限元模型,对边中拱梁截面尺寸、拱梁刚度比、合理拱形、横撑布置、吊杆力等主要设计参数进行研究,提出各设计参数的取值建议。研究结果显示:边中拱、梁宜采用相同的截面尺寸;拱梁刚度比宜取1/12~1/4;合理拱形的矢跨比宜采用1/5~1/6,拱轴线宜采用1.8~2次抛物线;加强跨中和1/4跨位置的横撑布置有利于提高结构的整体稳定性;中、边吊杆的成桥索力比值为1.15左右较为合理。     

铁路客运专线128m系杆拱桥结构设计参数研究

以一座高速客运专线铁路大跨度钢系杆拱桥为工程背景,利用有限元程序分析了矢跨比、系梁和拱肋的刚度比、拱肋横向联结系的设置、吊杆布置形式对结构的静动力特性的影响。计算分析表明:矢跨比为1/5、拱肋和系梁的刚度比为1/2左右时结构受力较合理;加强跨中横向联结系对提高结构的整体稳定性有较明显的效果;无交叉斜吊杆和交叉斜吊杆能提高结构的竖向刚度,刚性吊杆对结构的横向基频贡献很大。     

客运专线钢系杆拱桥自振特性及结构参数研究

利用大型通用有限元软件,对一座客运专线钢系杆拱桥结合梁桥面方案进行有限元分析。分析结果表明,横撑布置、桥面系刚度、矢跨比和拱肋刚度对竖向基频影响不大,桥面系刚度对横向基频的影响很大,桥面系下平联斜撑和铺设钢板均能显著提高其横向基频。     

两管平行单管提篮内倾三肢桁架拱稳定性研究

研究目的:虎跳门特大桥主桥是广珠铁路工程中的一个重大项目,主拱采用两管平行单管提篮内倾三肢桁架拱的新型结构。通过对拱肋内倾角、提篮内倾单管空间位置、不同类型横撑、拱肋截面等稳定性能影响因素研究,为该类型拱桥的优化设计提供技术支持,供今后类似工程参考。研究结论:提篮内倾单管内倾角度的增大有利于提高拱桥的稳定性能;单管空间位置对拱桥稳定性影响很小;拱脚处设置"K"撑对提高结构的稳定性非常必要;"米"撑、"K"撑对横向稳定性能的影响差别不大;增大拱肋截面对提高拱肋的横向稳定性影响很小。     

下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性参数敏感性分析

为研究下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性及影响该种桥型结构稳定的参数敏感性,以运城市某省道上一座27+60+27 m下承式悬链线钢管混凝土拱桥为背景,采用Midas/Civil 2012有限元软件对该桥进行建模,在成桥状态及成桥运营状态2种工况下对其进行稳定性分析。结果表明,该种桥型拱肋结构存在"面内失稳"和"面外失稳"2种失稳状态,拱肋面外刚度小于面内刚度,拱肋结构失稳模态首先表现为拱肋面外侧弯失稳。同时选取拱肋间连接形式、拱肋钢管壁厚t、拱肋单侧吊杆布置数量n、拱肋管腔混凝土弹性模量E、拱肋矢跨比f/L、拱肋拱轴系数m等影响结构稳定性的参数进行对比分析,得出影响结构稳定性的敏感参数,可供同类型桥梁在结构稳定性设计时参考借鉴。     

200km/h单线铁路80m跨简支系杆拱桥受力分析

以200 km/h单线铁路80 m跨简支系杆拱桥为研究对象,介绍其主梁、拱肋和吊杆等构件的设计参数。建立空间整体有限元模型,分析该简支系杆拱桥的支座反力、吊杆拉力分配以及主梁竖向位移等整体受力性能,并采用Ansys建立拱脚实体有限元模型,将整体模型计算内力结果施加至局部模型边界上,计算分析拱脚应力分布规律。最后分析了横撑以及材料、几何非线性对结构稳定性的影响。计算结果表明,结构整体受力、局部应力及结构稳定性均满足规范要求。     

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。     

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。     

铁路简支槽形梁系杆拱组合桥设计研究

宁启线上跨沪通铁路,由于线路纵断面高程受限而采用了64 m简支槽形梁系杆拱桥。本文分析该桥的受力特点,介绍系梁、拱肋、拱脚、横撑、吊杆等构件的构造设计。采用有限元软件对桥梁进行结构整体计算、道床板横向计算和拱脚局部应力分析。计算结果表明,简支槽形梁系杆拱桥具有建筑高度低、结构刚度大、工后徐变小等优点,在跨度大、净空受限时是一种新的解决方案。     

高速铁路主跨420 m钢箱拱桥设计方案研究

为满足西安至十堰高速铁路汉江特大桥420 m中承式钢箱拱桥方案的设计要求,对影响大跨钢箱拱受力的矢跨比、拱轴系数、拱肋内倾角、横撑布置数量及位置等关键参数进行比选,提出了适合于本桥的设计参数。通过合理设置拱脚混凝土段长度,显著减小了钢箱拱桥的用钢量,提高了钢箱拱桥方案的竞争力。静动力计算分析表明,大跨钢箱拱桥可满足高速铁路运营需求。     

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。     

蝴蝶拱桥稳定性多参数影响研究

以某蝴蝶拱桥为工程背景,建立该桥的空间有限元计算模型,分4个工况计算了该桥的稳定安全系数。通过改变拱肋外倾角度、拱肋刚度、端横梁刚度以及吊杆布置形式计算了不同设计参数下结构在恒载工况以及恒载+活载工况的失稳特征值。结果表明,拱肋的刚度对稳定性起着决定性作用;吊杆的布置形式只改变拱肋的面内刚度,对于面外刚度没有影响。     

金台铁路156 m简支系杆拱结构设计与分析

新建金台铁路(金华—台州)以小角度斜交跨越既有台金高速公路且桥下净空受限,主跨采用156 m简支系杆拱桥,矢跨比1/5,拱肋采用钢管混凝土哑铃形结构,为目前国内单线铁路同类型桥梁最大跨度。采用空间杆系和实体有限元分析方法,对结构的各项静力指标、拱脚局部受力、屈曲稳定进行分析,同时对全桥进行车桥耦合仿真分析。研究结果表明,本桥采用刚性系杆刚性拱结构,各项受力性能均满足规范相关规定,并具有良好的动力性能。合理布置第1道横撑,拱顶采用X形加强横撑,能显著提高结构稳定性。采用加长拱脚及梁端实体段长度、设置三向预应力体系、局部加强配筋等措施,可有效解决大跨度系杆拱拱脚受力较大问题。     

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。     

下承式拱桥上无缝线路设计及纵向力影响因素分析

基于梁轨相互作用原理,针对下承式拱桥的受力特点,建立下承式拱桥上无缝线路纵向力计算模型,分析了6种不同的铺轨方案,并从中比选出最佳的铺设方案,在此基础上分析了拱肋、吊杆、荷载工况、墩台刚度等对纵向力的影响。分析结果表明:在连续梁左端布置1组单向钢轨伸缩器且尖轨位于拱桥左边跨时,钢轨纵向力最小;拱肋、吊杆对钢轨伸缩力影响较大,对钢轨制动力和断缝值影响较小;计算钢轨制动力时建议选取拱桥全跨布载,计算断缝值时建议在连续梁梁端附近设置断轨,计算结果具有较大的安全储备;列车运行时拱肋受拉,建议下承式拱桥拱肋采用钢管混凝土结构。     

三拱肋无风撑系杆拱桥施工技术

介绍了三拱肋无风撑拼装式系杆拱桥成套施工技术。解决于保证河道泄洪的条件下长大系梁现浇施工的技术难题，并采用全跨龙门吊拼装拱肋和吊杆，充分实现了设计要求。     

邻梁碰撞对系杆拱桥地震响应的影响分析

为研究邻梁碰撞对系杆拱桥地震响应的影响,以一座跨度64 m钢管混凝土简支系杆拱桥为研究对象,采用MIDAS/Civil建立全桥及邻跨简支梁桥的空间有限元模型,输入50年超过概率为0. 2%的罕遇地震波进行非线性时程反应分析。结果表明:邻梁碰撞对系杆拱桥拱肋、横撑及K撑的影响较大,对下部结构的影响较小;考虑竖向地震动后,结构各部件的内力整体增加,碰撞对拱肋及K撑的影响显著,横撑基本不受影响;竖向地震动可使得碰撞力及碰撞次数增加。建议在系杆拱桥的设计中考虑邻梁碰撞效应。     

大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律研究

拱桥在我国高速铁路中应用日益广泛，而不同形式大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律仍有待探明。以112 m提篮拱桥、140 m钢箱系杆拱桥、(24+160+24)m系杆拱桥及(52+382+52)m钢箱拱桥4种不同形式拱桥为例，建立考虑轨道、梁体、吊杆和拱肋的拱桥-轨道系统精细化仿真模型，深入分析钢轨伸缩调节器对纵向力的影响，揭示复杂温度、竖向活载、列车制动及地震作用下大跨度拱桥与轨道相互作用规律，探讨加载历史对拱桥-轨道系统受力特性的影响。研究结果表明，在温度荷载、竖向活载、列车制动和纵向地震作用下，钢轨应力极值均出现在梁端附近，在梁端设置钢轨伸缩调节器能有效降低钢轨应力；与挠曲力、制动力相比，梁体温度变化引起的伸缩力为主要控制性荷载，吊杆和拱肋的温度变化对拱桥上钢轨纵向力影响较小；地震作用下梁端附近钢轨应力极值达到635.5 MPa;检算墩顶水平力时，应采用考虑加载历史影响的分析方法，计算结果更安全。