钢箱梁加劲板局部动力性能设计参数研究

为了解钢箱梁加劲板局部振动的特性以及结构与材料参数对其动力性能的影响规律,指导结构设计,以常见的钢箱梁梯形肋加劲板为例,基于有限元软件ANSYS二次开发,建立有限元模型(母板、横隔板与梯形肋的各个板件均用Shell63单元模拟,铺装层采用8节点实体板单元模拟),计算其基本动力特性,分析梯形肋的数量及厚度、横隔板数量、母板厚度、铺装层厚度等设计参数对加劲板自振频率的影响。结果表明:加劲板的2阶自振频率相比于1阶显著提高,之后阶次的增幅相对平缓,且四边固支的自振频率大于四边简支的自振频率,设计时加劲板的基频与高阶频率应分开考虑,且无需详细考虑每一阶高阶振动;合理确定梯形肋与横隔板的位置比增加数量更能有效提高相应的自振频率;母板、梯形肋与铺装层厚度的变化对自振频率的影响不明显,建议在设计规范的范围内取较低值。     

两种钢管混凝土实体拱桥力学性能的对比分析

进行钢管混凝土实体(哑铃形和单圆管)拱桥的力学性能的有限元分析和对比,并研究拱肋横撑对两种实体拱桥的动力性能和稳定性能的影响。研究表明,对钢管混凝土实体拱桥进行整体设计时,应主要从静力方面考虑拱肋刚度的选取,哑铃形的静力性能优于单圆管;拱肋横撑的数量和形式主要影响结构整体横向刚度,"K"形横撑对面外动力性能的影响要大得多;从稳定性方面考虑,单圆管优于哑铃形。     

钢管混凝土提篮式拱桥动力特性及参数敏感性分析

以某大跨径钢管混凝土提篮式拱桥为研究对象,结合大型通用有限元程序,建立了3种基于不同假定的实桥空间有限元计算模型,利用子空间(Subspace)迭代法计算了该桥结构的自振频率和振型,并对3种模型的计算结果进行了对比分析;研究了拱肋内倾角、含钢率、钢管直径、混凝土弹性模量、横撑布置等结构参数对结构动力特性的影响。分析结果可为该类桥的动力设计提供参考依据。     

六沾铁路宣天特大桥主桥设计

六沾铁路宣天特大桥主桥为钢管混凝土拱加劲三跨连续梁桥,主跨为100 m。主梁为双纵梁的"П"形双向(局部三向)预应力混凝土结构,钢管混凝土加劲拱圈由2条相互平行的拱肋及横向联结系构成,拱肋为变高度钢管混凝土桁架,拱圈平联采用"ж"形空心钢管桁架,吊杆采用钢绞线体系。计算主梁应力、挠度、自振特性及钢管混凝土的钢管及混凝土应力;经试算,吊杆预张力、安全系数均满足要求。根据有限元分析结果,对拱-梁结合部进行设计改进:主梁上翼缘增加4束纵向短束;加强纵梁上翼缘普通钢筋布置;优化竖、横向预应力根数和布置。采取先梁后拱满堂膺架的施工方案。     

超大跨径上承式钢管混凝土拱桥设计

大小井特大桥主桥为计算跨径达450 m的上承式钢管混凝土拱桥。主拱肋选用变高四肢桁架形截面,为加强其稳定性,设置了较为强劲的横向连接系基本形成桁架箱形结构,腹杆等构件利用短接头连接和栓焊节点等方式保障了施工质量;拱上立柱采用部分钢管混凝土平缀杆格构柱配一体化箱形钢盖梁,结构新颖,传力明确;桥面系确定为双主梁钢-混组合梁形式,桥面板全宽预制装配化程度更高。采用有限元程序对该桥静动力及局部分析表明,结构设计基本合理。     

桁架式钢管混凝土拱桥拱肋混凝土灌注时受力的简化计算

该文针对钢管混凝土拱桥拱肋灌注中爆管事故频发问题,采用平面简化计算方法与空间有限元方法对桁架式钢管混凝土系杆拱桥灌注钢管及缀板腔内混凝土时拱肋的受力特性进行了分析。分析表明:桁架式拱肋在灌注钢管内混凝土时一般可满足要求,而在缀板腔内混凝土灌注过程中,钢管与缀板交界处以及缀板横向中心位置始终存在较大的应力,而泵送压力太小则又将施工工序复杂化,建议对缀板腔进行型钢加劲。     

广珠铁路虎跳门特大桥主拱设计

广珠铁路虎跳门特大桥主桥为(120+248+120)m的连续刚构柔性拱组合桥.拱肋采用钢管混凝土结构,由上、中、下弦管组成,弦管内采用C50混凝土,每片拱肋由两管平行管和提篮内倾单管组成,由直腹杆和斜腹杆连接成三肢桁架拱;三角形直腹杆采用矩形钢箱截面,斜腹杆采用圆钢管;全桥拱肋共布置19道横撑;拱座采用实体截面.主桥采用先梁后拱的施工方案.采用MIDAS Civil 2006检算拱肋承载力、结构强度、稳定性等性能,计算结果表明拱肋的静力、动力性能均满足规范要求.     

南浦溪特大桥钢管拱肋悬拼阶段拱脚约束方式研究

南浦溪特大桥主桥为主跨258 m的钢管混凝土桁架上承式拱桥,拱肋为等截面钢管混凝土桁架结构,2道拱肋间距17.0 m,拱肋间布置13道横撑,单片拱肋由4根?1200 mm×22 mm主钢管、水平向缀板和竖向腹杆组成。拱肋在工厂分段、分部件加工预拼合格后,运至现场拼装成吊装节段,采用缆索吊装斜拉扣挂法进行悬臂拼装。拱肋吊装阶段拱脚的约束方式和约束时机选择直接影响拱肋的线形、受力状态和结构的安全稳定,采用MIDAS Civil软件对拱肋悬臂拼装过程中拱脚不同约束方式进行对比分析,最终确定“先临时铰接、后临时固结、最后永久固结”的拱脚约束方式,优化了钢管拱肋悬臂吊装施工工艺,保证了拱轴线线形,结构受力合理、安全稳定。     

拱肋倾角变化对斜靠式拱桥动力性能的影响

以平顶山市城东河路湛河桥主桥为工程背景,采用有限元软件MIDAS/Civil建立该桥的空间有限元计算模型,分6种设计方案研究了拱肋倾角变化对斜靠式拱桥动力性能的影响。计算结果表明,主拱肋倾角和稳定拱肋倾角的变化都对斜靠式拱桥自振频率影响较大,桥梁低阶自振频率随着拱肋倾角的增大而增大,但主拱肋倾角一旦超过1°后,桥梁第6阶以后的高阶自振频率相反会减小。计算结果可为斜靠式拱桥的设计提供参考。     

结构损伤对系杆拱桥结构性能的影响研究

为了研究系杆拱桥在关键构件损伤后的安全性能和内力重分布规律,以某钢管混凝土系杆拱桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,设置吊杆损伤、吊杆失效和拱肋损伤不同工况,对比分析该桥在损伤状态和完好状态下的结构性能,分析损伤状态对其动力特性、稳定性、结构位移和内力的影响。结果表明:吊杆损伤、失效和拱肋损伤会使桥梁整体刚度降低、自振频率减小,但对振型基本没有影响;吊杆损伤、失效和拱肋损伤会导致桥梁稳定性降低,但降低幅度较小,对失稳形式没有影响;吊杆损伤会引起桥面竖向位移和吊杆应力增加,但对拱肋弯矩影响不大;吊杆失效会对其相邻部位产生显著影响,使结构发生显著的内力重分布;拱肋损伤对桥面竖向位移和吊杆应力影响很小,对拱肋弯矩影响较大。     

变截面钢管混凝土桁架拱桥拱脚应力分析及抗裂预防措施

钢管混凝土桁架拱桥拱脚为拱肋、系梁、端横梁、支座的交汇部位,受力复杂,在设计考虑不充分或施工过程中处理不当,容易导致拱脚裂缝的产生,影响结构的耐久性。该文以蒲山特大桥为例,借助有限元程序Midas/Civil建立了变截面钢管混凝土桁架拱桥及其拱脚的三维有限元模型,进行了拱脚在荷载及自重作用下的空间应力分析,提出拱脚抗裂的预防措施。     

客运专线铁路(60+128+60) m连续梁拱桥动力性能分析

以高速客运专线铁路上跨度(60 128 60)m连续梁拱桥为研究对象,采用空间有限元分析模型,计算桥梁的自振特性,探讨横撑刚度和拱肋截面形式对桥梁自振特性的影响,评价桥梁的动力性能和列车运行安全性与舒适性。     

结构参数对下承式钢管混凝土拱桥动力特性的影响

为研究结构参数对下承式钢管混凝土拱桥动力特性的影响,以某跨径为2×125 m的下承式钢管混凝土拱桥为例进行分析。采用ANSYS建立该桥模型,计算桥梁前6阶自振频率及相应振型,计算结果表明:该桥型的振动既有单独的面内和单独的面外振动,也有面内和面外的振动耦合。分析主拱圈含钢率、风撑截面积及布置形式、拱肋面内初始挠度、桥面宽度、矢跨比等结构参数对该桥动力特性的影响,分析结果表明:增加主拱圈含钢率、合理设置风撑和适当降低矢跨比能有效提高下承式钢管混凝土拱桥的结构刚度;拱肋面内初始挠度对结构动力性能影响可以忽略不计;桥面过宽会降低结构刚度,需要适当加强结构的横向联系。     

钢管混凝土拱桥拱肋横撑对动力和稳定性的影响

针对钢管混凝土拱桥拱肋横撑对整体桥梁结构的竖向抗弯刚度和扭转刚度的影响作用,运用通用有限元分析软件ANSYS对某一跨径为400 m的钢管混凝土拱桥建立空间有限元计算模型,分8种工况计算了该桥的动力特性和稳定安全系数,对比分析了横撑的位置、形式及数量等因素对这类型桥梁结构的动力性能和稳定性能的影响。计算结果表明,大跨度钢管混凝土拱桥的拱脚和拱顶必须设置横向联系,拱脚横撑对面内基频的影响不大,对面外基频和结构稳定性影响大,而拱顶横撑对面外基频、面内竖弯基频以及稳定性影响不大,但对扭转基频影响显著,另外,"K"撑对动力和稳定性能的影响比"米"撑显著,建议在不改变横撑数量的情况下优先采用"K"撑。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架拱桥设计

为避免或缓解拱肋钢管与混凝土界面的脱粘或脱空,对钢管混凝土拱桥中的拱肋和节点受力性能的不利影响,提出在钢管混凝土拱肋中设置PBL纵肋,形成一种新型的PBL加劲型钢管混凝土拱桥形式。结合青海省西宁市采用"PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架拱桥"结构形式的某在建桥梁,首先从下层拱肋、桁架-拱组合体系两个层面对该桥进行受力分析;根据主桥结构的受力特点,采用有限元数值模拟方法,分别建立腹杆受力较大的节点的局部精细化有限元模型、典型拱肋节段模型,研究节点的局部受力情况、太阳辐射下拱肋钢管与混凝土的界面受力性能。研究表明:梁肋在靠近拱顶附近时的轴向压力最大,此后其轴力迅速变小;拱顶处的拱肋轴向压力最小,此后迅速增大,并在拱脚处达到最大;腹杆作为梁肋与拱肋之间的传力构件,将整个结构连接成整体,使整个桁架结构共同受力;靠近拱顶、且腹杆受力较大的节点受力较为复杂。设置PBL纵肋能明显减小节点的传力长度、缓解节点的应力集中和变形程度,从而改善节点的受力性能;能明显缓解太阳辐射作用下钢管与混凝土的脱粘和脱空,从而保证拱肋的运营安全;该桥不仅满足使用功能的要求,与环境协调、造型美观,且受力较为合理,整体应力水平不高,满足安全的要求。     

装配式空心钢管混凝土拱桥可行性研究

为减小大跨度钢管混凝土拱桥自重,提高大跨度钢管混凝土拱桥的施工便利性,提出使用预制空心钢管混凝土构件代替实心钢管混凝土构件作为大跨度钢管混凝土拱桥拱肋的新思想。该文采用有限元分析方法对某特大桥进行了试设计研究,建立空心钢管混凝土拱桥模型和实心钢管混凝土拱桥模型,在不同工况组合条件下,对两者拱肋内力、挠度进行了分析比较,使用现有规范的计算公式进行承载力验算。结果显示:空心钢管混凝土方案与原实心钢管混凝土方案相比,拱肋各杆轴力有明显减少,不同杆件、不同主拱圈截面弯矩有减少亦有增加,不同方案对挠度的影响不大,空心钢管混凝土构件均满足承载力要求。分析结果表明空心钢管混凝土代替钢管混凝土的新思想具有可行性,可以减小大跨度拱桥整体自重,减少混凝土用量,降低拱肋上、下弦杆轴力,在提高大跨度拱桥整体力学性能和经济性方面具有一定优势。     

带板肋的钢-UHPC轻型组合桥面板计算与试验研究

为解决钢混结合段区域U形加劲肋传力不流畅,受力以及施工复杂等问题,提出一种新型的带板肋的超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面板,通过有限元分析将其抗疲劳性能与带U肋超高性能组合桥面板进行对比分析研究,并进一步对该结构在负弯矩作用下的承载能力,UHPC层的开裂应力,破坏模式以及荷载挠度关系进行实桥足尺模型试验研究。结果表明:(1)板肋组合桥面结构在疲劳性能上有更大优势,其在疲劳细节2,3,4上的应力幅均大大低于U肋组合结构;(2)足尺模型试验得到板肋轻型组合桥面结构的开裂应力为20.1 MPa略低于U肋轻型组合结构23.6 MPa;(3)板肋组合结构的破坏模式均为加劲肋屈服导致结构丧失承载能力而发生破坏,而U肋组合结构的破坏模式为横隔板屈曲失稳破坏于工程应用不利;     

宽幅下承式空间多索面异型系杆拱桥设计关键技术

以外秦淮河大桥为工程背景,采用Midas Civil对该异型拱桥进行仿真模拟,首先探讨了不同主梁刚度、拱肋刚度两个参数条件下的拱桥结构受力性能影响规律;其次考虑异型拱桥结构最不利情况,进行了强度、刚度验算分析;另外计算了桥梁结构前五阶振型及自振频率,分析了其动力特性;最后针对拱肋可能会发生的失稳情况,进行了拱肋稳定性设计分析。结果表明：主梁与拱肋的变形、应力均满足设计要求;在10%~20%范围内改变主梁、拱肋结构刚度对结构受力影响较小,外秦淮河大桥作为城市交通景观桥梁,主梁与拱肋构造设计仍有一定的优化空间;桥梁前5阶的自振频率在0.49~1.25 Hz之间,动力性能较好,为抗震设计提供了参考;该异型拱桥结构具有较好的稳定性能。     

横撑及桥面系对钢管混凝土拱桥动力响应的影响分析

横撑和桥面系作为钢管混凝土拱桥的重要组成部分对结构整体动力响应会产生很大的影响。以茅草街大桥为例,建立了中承式钢管混凝土拱桥不同横撑和桥面系布置形式的有限元模型,采用三向地震波同时输入的形式,得到6种工况在相同地震波作用下的不同动力响应,提取出拱肋的弯矩和位移包络图,并对面内弯矩、面外弯矩、竖向位移、横桥向位移进行了比较和分析。结果表明,桥面系对拱肋的响应影响很大;拱肋与桥面系结合处位移、内力均较大,在设计中应予以关注;在保证横向刚度的前提下,横撑需进行优化布置,以使得拱桥动力响应更加合理安全。     

异形拱桥稳定性及自振特性参数研究

以某异形拱人行天桥为工程背景,采用通用有限元分析软件MIDAS/Civil建立其空间有限元模型,分析拱肋外倾角度、刚度及其与横撑交点位置等参数对异形拱桥稳定性以及自振特性的影响。研究表明,拱肋外倾角度对稳定系数影响显著,但对全桥的整体刚度影响不大;拱肋刚度在设计初期对稳定影响效果显著,到达一定刚度后其影响较小;横撑与拱肋的交点位于拱顶下0.71m时,稳定系数达到最大,但横撑和拱肋交于拱顶更有利于异形拱桥的自振特性,因此在不影响美观和稳定性的前提下应该尽可能把横撑设置于拱肋的最高点,本研究成果可为同类型拱桥的设计和施工提供一定的参考。