脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋刚度影响研究

定量分析了钢管与核心混凝土之间的脱粘对桁架式钢管混凝土拱桥整体刚度的影响程度.基于完全脱粘计算模型,以一桁架式钢管混凝土悬臂梁为例,揭示了脱粘使桁架式钢管混凝土拱肋抗弯刚度降低的机理.采用有限元方法,以一桁架式钢管混凝土拱肋为例,分析了在完全脱粘情况下矢跨比、桁高、钢管壁厚和荷载作用方式对桁架式钢管混凝土拱肋刚度的影响...     

钢管初应力对钢管混凝土单圆管拱极限承载力影响的研究

钢管混凝土这种组合材料以其自身的优势,推动了钢管混凝土拱桥的大发展;对于大跨度拱桥而言,由此带来不可避免的初应力问题.利用数值分析的方法,建立了实体-梁单元法,选择了核心混凝土与钢管的本构关系,推导了弹塑性切线刚度矩阵,在此基础上利用Visual Fortran语言编写了极限承载力的计算程序,通过引入初应力系数的概念,探讨了不同初应力系数对极限承载力的影响,给出了单拱肋拱桥初应力的限值,对研究钢管初应力对钢管混凝土拱桥极限承载力影响具有一定的指导意义.     

PBL加劲肋对钢管混凝土拱肋受压节点受力性能的影响分析

由于钢管与混凝土之间的黏结力非常有限,极易在节点处产生钢管与混凝土界面滑移即脱黏,严重降低拱肋的承载能力。在钢管混凝土拱肋内置PBL加劲肋可提高节点处钢管与混凝土界面黏结力,增强钢管混凝土协同工作能力。该文以某钢管混凝土拱桥为例,对拱肋节点进行了非线性分析,探讨了PBL加劲肋对节点破坏形式、极限承载力、钢管的应力分布等力学性能的影响。结果表明:内置PBL加劲肋可增强钢管与混凝土界面黏结力,便于使拱上立柱产生的水平力由钢管和混凝土共同承担,有效提高了节点承载力。内置PBL加劲肋是对钢管混凝土拱肋节点的一种有效改进形式。     

钢管混凝土拱空间极限承载力高精度分析

采用考虑材料非线性的钢管混凝土拱空间极限承载力计算方法对1个X型双肋拱与1个平行双肋拱进行了空间极限承载力计算.在该方法中,对钢管混凝土拱结构采用纤维单元模型,该模型假定钢管与混凝土完全粘接,钢管对核心混凝土的套箍作用体现在以一维形式表达的核心混凝土的应力-应变关系曲线之中,针对材料非线性分析中单元内各点刚度参差不齐的特点,采用单元内设小元的方法(相当于子结构),编制了非线性有限元程序,在该程序中,计算模型完全是基于小元层次进行的,比如单元刚度矩阵由小元刚度矩阵凝聚而成,单元节点的残余力由小元节点的残余力构成,故只需改变单元内小元个数这1个参数就可实现对结构的重新划分且极大地降低了非线性方程组的阶数,非常方便且实用.在程序计算结果得到模型试验结果验证的基础上,还对不同的横撑根数对结构空间极限承载力的影响进行了分析.     

钢管混凝土拱空间极限承载力高精度分析

采用考虑材料非线性的钢管混凝土拱空间极限承载力计算方法对1个X型双肋拱与1个平行双肋拱进行了空间极限承载力计算。在该方法中，对钢管混凝土拱结构采用纤维单元模型，该模型假定钢管与混凝土完全粘接，钢管对核心混凝土的套箍作用体现在以一维形式表达的核心混凝土的应力-应变关系曲线之中，针对材料非线性分析中单元内各点刚度参差不齐的特点，采用单元内设小元的方法(相当于子结构)，编制了非线性有限元程序，在该程序中，计算模型完全是基于小元层次进行的，比如单元刚度矩阵由小元刚度矩阵凝聚而成，单元节点的残余力由小元节点的残余力构成，故只需改变单元内小元个数这1个参数就可实现对结构的重新划分且极大地降低了非线性方程组的阶数，非常方便且实用。在程序计算结果得到模型试验结果验证的基础上，还对不同的横撑根数对结构空间极限承载力的影响进行了分析。     

钢管混凝土拱桥极限承载力分析的自适应方法

针对现行钢管混凝土结构极限承载力分析的增量非线性有限元法主要依据钢管混凝土的弹塑性本构关系建立非线性迭代计算公式,其计算原理复杂、效率低,难以满足工程设计和分析要求的状况,建立了钢管混凝土拱桥结构极限承载力分析的自适应弹性模量缩减法。首先对不同受力条件下材性差异较大的圆形截面钢管混凝土构件,根据统一理论和承载力相关方程确定了构件的广义屈服函数,进而利用全面试验法在广义屈服面上设置配点,并在极值点附近加密配点,通过回归分析建立了齐次广义屈服函数,据此定义了单元承载比、承载比均匀度和基准承载比,提出了钢管混凝土拱桥高承载单元的自适应识别准则。然后,利用变形能守恒原则建立了弹性模量调整策略,通过自适应缩减高承载单元的弹性模量模拟结构在加载过程中的刚度损伤,并利用线弹性迭代分析计算钢管混凝土拱桥的极限承载力。最后讨论了离散单元数量、荷载分布方式以及广义屈服函数的齐次性对结果的影响,并将该方法与模型试验及增量非线性有限元法的计算结果开展了对比分析。研究表明:该方法能够体现钢管混凝土不同材料纤维在受力变形过程中的自适应调整能力,并通过对拱桥结构损伤演化的自适应模拟取得较高的计算精度和计算效率。     

含钢率对正常使用极限状态下总溪河钢管混凝土拱肋应力影响分析

含钢率是影响钢管混凝土拱桥拱肋受力的重要参数,为研究含钢率对大跨度钢管混凝土拱桥拱肋钢管和管内混凝土应力的影响规律,模拟钢管混凝土拱桥施工过程,采用三阶段应力叠加法,分析了含钢率影响拱肋应力的机理。以贵州省总溪河大桥为例,采用有限元方法进行了计算验证。计算结果表明:在荷载不变的情况下,含钢率减小会使得正常使用极限状态下钢管与混凝土的应力增加,但钢管与混凝土应力增加的幅度要小于含钢率减小的幅度。含钢率减小虽然会降低钢管混凝土拱肋的刚度和极限承载力,但对于正常使用极限状态下充分发挥混凝土的承载作用是有利的。     

钢管混凝土单圆管标准拱桥面外稳定性有限元分析方法研究

为给钢管混凝土单圆管拱桥面外稳定性分析提供实用计算方法,对钢管混凝土单圆管标准拱桥面外弹性稳定性有限元分析方法进行研究。首先使用统计学方法,统计分析国内25座钢管混凝土单圆管拱桥基本构造数据及统计学参数;其次根据已有统计数据建立50~59m、60~69m、70~79m共3类跨径钢管混凝土单圆管标准拱桥并验算其安全性能;给出弹性稳定系数分析标准拱桥面外弹性稳定性能的基本假定以及竖向荷载和横桥向荷载计算方法,采用不同有限元方法分析标准拱桥面外稳定性,确定标准拱桥面外稳定性有限元计算方法。结果表明:通过统计数据建立的钢管混凝土单圆管标准拱桥能反映工程实际;采用恒、活载稳定系数计算方法求解标准拱桥面外弹性稳定承载力及极限承载力较为合适。     

钢管初应力对大跨度哑铃形钢管混凝土拱肋极限承载力影响研究

钢管混凝土拱桥在施工过程中钢管会产生初应力,这对拱肋的极限承载力有多大影响?至今没人提出具体的研究数据.根据钢管混凝土拱桥施工顺序,介绍了初应力的种类和计算方法,并根据理论编制程序,计算一哑铃型拱肋,分析了初应力对哑铃型拱肋的极限承载力影响.结果表明初应力的存在使拱肋的极限承载力降低,最大可达到接近20%,并且不同的含钢率,不同的初应力系数,其折减速率不尽相同.为保证钢管混凝土拱桥设计与施工安全,建议初应力系数控制在0.6以内.     

钢管初应力对大跨度哑铃形钢管混凝土拱肋极限承载力影响研究

钢管混凝土拱桥在施工过程中钢管会产生初应力,这对拱肋的极限承载力有多大影响？至今没人提出具体的研究数据。根据钢管混凝土拱桥施工顺序,介绍了初应力的种类和计算方法,并根据理论编制程序,计算一哑铃型拱肋,分析了初应力对哑铃型拱肋的极限承载力影响。结果表明初应力的存在使拱肋的极限承载力降低,最大可达到接近20%,并且不同的含钢率,不同的初应力系数,其折减速率不尽相同。为保证钢管混凝土拱桥设计与施工安全,建议初应力系数控制在0.6以内。     

大跨桁式钢管混凝土拱桥空间非线性有限元分析

采用共旋坐标法导出钢管混凝土杆单元在大位移、大应变条件下的空间几何、材料非线性耦合的单元切线刚度矩阵;提出了在n 1维荷载-位移空间Rn 1中求解非线性有限元方程组的位移增量法迭代格式,该格式保留了迭代刚度矩阵的部分带状性能;在此基础上编制相应的有限元程序NSTSAP(几何非线性)和NSTSAP2(双重非线性)。通过与湖南茅草街大桥拱顶节段试验模型进行对比分析发现:该方法能较好地反映桁式拱肋钢管混凝土拱桥空间受力的非线性性能。     

钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为

为研究钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为,以某钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,采用有限元方法对其全过程非线性受力行为进行深入分析。首先,建立钢管混凝土拱桥整体模型,对其整体受力行为进行分析,提取系杆拱桥关键节点在设计荷载工况下的最不利内力情况;然后以力边界条件形式施加给节点三维精细有限元模型,对拱脚节点和拱肋吊装节点在设计荷载工况下进行应力分析,探讨2种节点在设计荷载工况下的受力行为;最后,考虑材料非线性行为,采用弧长法对2类节点极限承载力进行分析,探讨其承载非线性行为及安全储备。研究结果表明:这2种节点构造形式在设计荷载工况下均安全可靠,且具有较大的安全储备;拱脚节点区拱肋钢管与系梁上翼缘板相交处存在明显的应力集中现象,该处构造复杂,焊缝多,设计时应重点关注;吊装节点区下弦钢管径向刚度小,采用环向加劲肋加强后,对钢管刚度及承载力均有显著改善。     

朝阳市东大桥钢管混凝土拱桥设计

朝阳市东大桥主桥采用中承式钢管混凝土系杆拱桥(30m 120m 30m)。详细论述该主桥的总体设计、构造特点、内力计算和结构设计。内力分析及结构设计时,钢管混凝土的力学参数(刚度、强度)取值考虑钢管与混凝土之间的紧箍力的影响,按照钢管混凝土统一理论计算。考虑到该种结构存在车桥振动较大的问题,在结构分析中尤其重视了动力特性的计算,并从结构设计上采用加大桥面系刚度和拱肋之间的横撑刚度等措施来改善桥梁的动力特性,同时对拱桥的稳定计算进行了较为详细的讨论。最后给出了此类结构设计中应注意的问题和建议。     

桥道系结构形式对中承式钢管混凝土拱桥受力影响分析

在分析中承式钢管混凝土拱桥常用桥道系结构形式特点的基础上,首次提出一种新型的桥道系结构形式———简支连续组合桥道系,并运用大型结构有限元分析软件MSC Nastran进行数值仿真计算,研究不同桥道系结构形式对桥梁结构静、动力特征的影响。通过对比分析发现:不同桥道系结构形式对钢管混凝土拱肋的受力性能、结构的整体稳定性及动力性能的影响没有显著差异;简支连续组合桥道系较好地继承了简支和连续桥道系的优点,是中承式钢管混凝土拱桥的合理桥道系结构形式。     

钢管混凝土桁拱热脱粘及温度应力分析

以一座钢管混凝土桁拱为工程背景,结合气象资料,应用有限元方法对拱肋弦管的热脱粘情况和温度应力进行了分析.分析结果表明,自然环境温度变化下,钢管混凝土桁拱弦管容易发生脱粘;各弦管由于日照作用及混凝土灌注时间的不同,脱粘的情况也不尽相同,脱粘一般发生在日照较为强烈、温度梯度较大的面上;脱粘使得钢管混凝土桁拱的温度次内力减小...     

钢管混凝土拱桥地震破坏评估研究

为了研究钢管混凝土拱桥的地震破坏程度,基于变形或内力和能量的双重破坏准则确定钢管混凝土拱桥各部分杆件的破坏指数,建立整桥的破坏评估模型,提出钢管混凝土拱桥的地震破坏评估方法。采用数值模拟方法对钢管混凝土拱桥在恒载和地震荷载作用下的内力、变形和累积能量进行分析,对钢管混凝土拱桥进行地震破坏评估,最后以南宁市永和大桥为例进行了分析。结果表明：对于抗震设防烈度为7度的钢管混凝土拱桥,在8度地震作用下全桥处于完好状态,9度地震作用下处于轻微破坏状态,满足抗震设防要求,说明该评估方法能够对地震破坏给出较准确的评估结果。     

目录

为深化对钢管混凝土桥塔的认识,推动钢管混凝土结构在缆索承重桥梁桥塔中的应用,首先对钢管混凝土桥塔的工程应用情况及其一般构造进行了梳理,讨论了目前钢管混凝土桥塔设计中存在的主要问题,从构造简单、施工高效的角度对现有钢管混凝土桥塔构造进行了优化。而后对钢管混凝土桥塔钢壁板的局部屈曲性能及塔柱的力学性能研究进展进行了评述,并给出了推荐的设计方法。最后通过与传统钢筋混凝土桥塔和钢桥塔的对比,分析了钢管混凝土桥塔的技术特点和经济性。结果表明:由于对钢与混凝土共同承载机理认识不够深入、受混凝土单侧约束钢板的局部屈曲理论研究相对薄弱、钢混界面传力性能不明确等问题,导致目前钢管混凝土桥塔的构造过于复杂,施工高效性较差;构造优化后的PBL加劲型钢管混凝土桥塔的加劲构造、钢混连接构造更加简洁,钢壁板对混凝土的约束效应更强,无需配筋设计,能够节约用钢量、简化钢结构制造流程及现场安装工序,提高桥塔的工业化制造及装配化施工水平;考虑局部屈曲影响的加劲钢壁板构造设计方法和钢管混凝土桥塔承载力计算方法更加安全、合理;钢管混凝土桥塔具有设计灵活性、施工高效性和承灾高韧性,建设成本及养护成本远低于钢桥塔,在经济性上与传统钢筋混凝土桥塔可展开竞争,具有广阔的应用前景。