考虑初始几何缺陷的大跨度上承式钢管混凝土拱桥的非线性稳定研究

以主跨430 m的上承式钢管混凝土拱桥为研究对象,建立ANSYS空间有限元模型,对大桥进行非线性稳定性分析,研究了正、反对称偏心对大桥稳定性的影响,并分析了该桥6个关键工况的失稳形态。结果表明,正、反对称初始几何缺陷削弱了结构的刚度,增大了拱桥的初始附加弯矩,但各关键工况下的稳定系数均2,满足相应的规范要求。各工况下结构的失稳形态与自重荷载工况类似,均以面内失稳为主,主要原因是结构自重为主要荷载,其它荷载的作用效应均小于自重引起的荷载效应。初始几何缺陷虽不会改变结构的失稳模态,但会引起荷载的稳定系数变小,应当引起足够重视。     

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。     

满堂支架稳定性分析中的非线性因素研究

为了准确评估满堂支架的稳定承载能力,研究稳定分析中几何、材料和连接3种非线性因素对满堂支架的影响,以一跨径23.5 m的铁路简支梁现浇用碗扣式满堂支架为研究对象,采用有限元法进行全过程稳定分析。通过对比分析支架的荷载-位移曲线,得到不同非线性因素下支架的极限承载力。研究结果表明:当以刚性模型线性屈曲分析为对比工况时,连接非线性对支架稳定性的影响最为显著,其极限荷载差值约为127.5%;在支架稳定性分析中,几何非线性效应明显,极限荷载差值约为27.3%;当支架在塑性阶段发生失稳破坏时,材料非线性的影响不大,但也不可忽略。     

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。     

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.     

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。     

云桂铁路南盘江特大桥主拱圈非线性稳定性评估

为探讨大跨度劲性骨架拱桥主拱圈的非线性稳定性能,以云桂铁路南盘江特大桥为工程背景,运用西南交通大学自主研发的LSB软件建立主拱圈有限元模型,考虑几何与材料非线性的影响,计算施工全过程共46个工况下的结构非线性稳定系数,并评估主拱圈在施工过程中的变化趋势。结果表明:钢管骨架拼装阶段主拱圈非线性稳定系数在2.2～26.3,拼装与拱顶合龙段相邻的19#节段时非线性稳定系数为2.2,钢管骨架合龙时非线性稳定系数为3.9;灌注钢管内混凝土阶段主拱圈非线性稳定系数在2.6～3.8,灌注下弦外侧钢管内混凝土时非线性稳定系数为2.6,随着钢管内混凝土逐渐达到其设计强度,非线性稳定系数保持相对稳定;浇筑外包混凝土阶段非线性稳定系数在2.1～4.6,浇筑边箱底板第3,6,9段外包混凝土时非线性稳定系数为2.1,是施工全过程主拱圈非线性稳定系数的最小值;施工全过程主拱圈失稳形态以面内失稳为主,其非线性稳定系数均大于安全临界值2.0,非线性稳定性能满足要求。     

大跨度钢管混凝土拱桥非线性整体稳定性研究

从非线性有限元的基本原理出发,以有限元软件Ansys为平台,采用计算模型详尽地对某桥施工阶段及运营阶段的线弹性及弹塑性稳定问题进行分析和计算,得到各种工况下第一类稳定安全系数、失稳模态及第二类稳定安全系数,并比较多种非线性因素下结构的稳定安全系数及各类非线性问题对稳定性的影响。     

三线合一、三塔悬索桥两设计方案静风稳定性对比研究

以某公铁两用三线合一、三塔悬索桥为研究对象,运用ANSYS软件分别建立该公铁两用桥的2个设计方案(钢箱桁和钢桁)的全桥有限元模型和等效单梁有限元模型,通过节段模型风洞试验得到这2个设计方案的静力三分力系数曲线;在同时考虑风荷载非线性和结构几何非线性影响的情况下,采用风速增量与内外双重迭代结合的方法,进行该桥2个设计方案的静风稳定非线性全过程对比分析,研究其静风稳定性能。结果表明:建立的三线合一、三塔悬索桥等效单梁有限元模型是可行的;该桥2个设计方案的自振频率均较低,易发生振动,其静风失稳形态为横向、竖向和扭转的空间变形失稳;钢箱桁方案的静风失稳临界风速较钢桁方案的大,而同一风速下钢箱桁方案的桥梁变形比钢桁方案小;不同初始攻角条件下,桥梁静风失稳形态除可能是侧向对称失稳外,还可能是双跨反对称竖向失稳,这与升力系数、升力矩系数密切相关。     

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     

高速铁路四线大跨钢桁斜拉桥主桁研究

目前四线铁路钢桁梁多采用三主桁型式,采用双主桁的四线铁路桥跨度多在200 m左右。当四线铁路钢桁梁采用双主桁时能适应最小线间距要求,减小主桁横向总宽度,并降低主桥和引桥的工程规模及邻近隧站工程量,因此研究双主桁大跨度钢桁斜拉桥在工程上具有重要意义。结合某高速铁路四线大跨钢桁斜拉桥主桁横断面布置及桁梁主要构造尺寸,从结构受力、技术经济指标、不同桁宽所引起的引桥规模等方面研究三片桁与两片桁的主要差别,合理推断出四线高速铁路钢桁梁最小桁宽。同时从主桁腹杆承受较大面外弯矩及用钢量等方面比较四线主桁腹杆采用三角桁与N形桁的区别。最终确定主桁梁采用桁宽24.3 m的双主桁、腹杆为三角形桁式的钢桁架。研究结果表明:四线双主桁钢桁斜拉桥应用到500 m左右大跨度桥中在技术和经济上是可行的。     

杭瑞高速公路洞庭湖大桥主桥设计及关键技术研究

杭瑞(杭州—瑞丽)高速公路洞庭湖大桥主桥为(1480.0+453.6)m的双塔公路悬索桥,加劲梁采用钢桁梁结构,2片主桁横向间距35.4 m;主桁采用带竖杆的华伦式桁架,桁高9.0 m,节间长度8.4 m。钢桁梁上层桥面与主桁上弦杆结合(板桁结合),桥面采用超高韧性混凝土(Super Toughness Concrete,STC)轻型组合桥面结构。对主桥采用的关键技术进行了研究,分析中央扣对悬索桥结构体系的影响以及桁高对悬索桥加劲梁刚度的影响,并在设计中提出了轻型组合桥面板桁结合型加劲梁结构体系,在施工中提出了悬索桥钢桁加劲梁多节段窗口刚接法架设技术。     

三门峡黄河公铁两用大桥总体设计及创新

三门峡黄河公铁两用大桥为蒙西至华中地区铁路煤运通道跨越黄河的控制性工程,通行双线重载铁路、双线Ⅰ级铁路及6车道高速公路,全长5 663. 754 m,其中公铁合建段长1 762. 733 m。主桥采用(84+9×108+84) m连续钢桁结合梁,钢桁梁为3片主桁结构,中边桁中心距13. 6 m,每片主桁均采用无竖杆的三角形桁架,桁高15 m,节间长12 m。下层铁路桥面采用正交异性整体钢桥面板;上层公路桥面采用混凝土板与主桁结合的组合结构。钢梁材质采用Q370qE。设计活载合计473. 2 k N/m。桥墩采用圆端形门式空心墩,基础采用钻孔桩基础。主桥采用双曲面减隔震支座及合理的构造处理有效提高了结构抗震性能。钢桁梁采用顶推法施工,公路桥面板采用预制架设法施工。     

钢桁梁柔性拱桥极限承载力分析

根据连续介质力学基本理论,针对大跨度钢桁梁柔性拱桥在变形、失稳破坏期间产生的材料和几何非线性特性,用通用软件ANSYS建立桥梁的空间模型。采用非线性有限元法,进行钢桁梁柔性拱桥在两种不同加载情况下的极限承载力分析。结果表明,桥梁局部变形失稳是影响整体极限承载力的重要因素。提出通过增大个别杆件的刚度来提高极限承载力的方法。     

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。     

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。     

大跨度铁路客站站房屋盖结构性能分析

针对呼和浩特东站站房大跨度钢结构屋盖的工程特性,进行结构的稳定性分析,得到结构的极限承载力上限,说明站房设计选型合理,同时可知风荷载及温度荷载对本站房结构的影响较大;进行考虑结构非线性的全过程分析,由于非线性的影响,结构的荷载系数有所降低,但是仍具有足够的安全储备,说明本工程的稳定性能良好,安全性高。对于大跨度屋盖结构的动力分析,进行考虑三维多点输入与一致地震动输入的比较,可以得到,在进行多维多点输入时,结构体型变化以及两翼处的内力有较大增加,而中部的内力有所降低,结构的位移响应变化差异性明显。     

沪昆高铁北盘江特大桥主拱圈施工全过程非线性稳定性评估

为评估沪昆高铁北盘江特大桥主拱圈在施工阶段的非线性稳定性能,运用LSB软件建立主拱圈有限元模型,基于荷载增量法计算了施工全过程的结构非线性稳定系数,考察其随施工过程的变化趋势,并探讨横向风荷载对稳定系数的影响。结果表明:(1)钢管骨架拼装阶段主拱圈非线性稳定系数值为3.4~35.1,最小值3.4发生在拼装与拱顶合龙段相邻的20号吊装节段,钢管骨架合龙时非线性稳定系数为4.5;(2)灌注钢管内混凝土阶段主拱圈非线性稳定系数值为2.6~3.4,最小值2.6发生在灌注下弦外侧钢管内混凝土;(3)浇筑外包混凝土阶段非线性稳定系数值为2.1~4.4,最小值2.1发生在浇筑全断面以外腹板外包混凝土6个工作面的第5段,也是施工全过程主拱圈非线性稳定系数的最小值;(4)非线性稳定系数对横向风荷载的作用并不敏感。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型。基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值研究。结果表明:磁浮列车的竖向动力响应随车速的增大而显著增大,时速从40 km增大到140 km时,列车竖向动力响应增幅达到120%以上;车体竖向加速度和Sperling指标不是桥梁结构刚度限值的控制因素;磁浮列车的悬浮间隙对梁体刚度变化较为敏感,随着梁体刚度逐步增大,悬浮间隙的波动变小,梁体挠跨比减小约25%,悬浮间隙波动减小幅度达35%,悬浮间隙可作为中低速磁浮大跨桥梁结构刚度限值的控制指标;梁体挠跨比1/3015可作为磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值。