连续刚构桥整体稳定性的理论分析和数值计算

针对连续变截面桥墩,应用能量法推导了失稳特征值的通用计算公式.应用有限元软件SAP2000,对一座5跨预应力连续刚构桥进行了全过程特征值稳定性分析.分析表明,3#墩最大悬臂施工状态失稳特征值最小,为桥梁的最危险状态.针对3#墩,应用通用公式计算了各个施工工况的失稳特征值,并与数值模拟值进行对比.结果显示,理论计算结果约...     

单肢空心薄壁高墩大跨连续刚构桥稳定性分析

单肢空心薄壁墩作为高墩连续刚构桥桥墩的主要形式之一,在工程中广受青睐,但其稳定性计算与分析较少见诸于文献。以墩高132m的黄石特大桥为依托,运用Midas/Civil建立空间有限元模型,对单肢空心薄壁高墩大跨连续刚构桥的各个施工阶段的稳定性进行计算,并将计算结果与理论推导公式进行对比检验。计算结果表明,其各阶段稳定性满足要求;最不利稳定状态出现在最大双悬臂阶段;横向的墩顶系梁可以显著增加稳定性;风荷载及温度荷载对稳定性的影响不明显。运用理论公式进行静定状态的墩顶临界荷载计算,其结果和有限元计算结果吻合,既简单又符合实际情况,可以在设计中直接运用。     

基于能量法的成桥阶段高墩计算长度系数分析

高墩在成桥阶段墩顶边界条件介于铰接和固结之间,其计算长度系数往往难以取定。现通过构造成桥阶段高墩的形函数,利用能量法求解刚性地基高桥墩成桥阶段的失稳力临界力,又通过欧拉公式求得其计算长度系数,并结合算例采用有限方法和能量法进行计算,对比分析两者计算结果。结果表明:在计算高墩计算长度时,需计入墩顶非理想边界的影响。此外,所推能量法公式计算结果同有限元程序接近,具有较高精度,可供设计参考使用。     

高桥墩-桩基结构体系屈曲的突变理论分析

在深入研究山区高桥墩-桩基结构体系屈曲机理的基础上,结合其工程特点,首先建立符合其工程特性的力学计算模型,引进突变理论与能量法原理,通过确定山区高桥墩-桩基结构体系的势函数和分叉集方程,建立山区高桥墩-桩基结构体系稳定性分析的尖点突变模型;然后通过分析山区高桥墩-桩基结构体系失稳条件,导出了高桥墩一桩基结构体系极限破坏荷载及其相应的墩顶水平位移计算公式;最后结合室内模型试验结果,对理论计算结果进行了对比分析.结果表明:试验结果与理论计算结果吻合较好,验证了该方法的合理性与可行性.     

柔性墩墩顶位移的非线性分析方法

清远~连州高速公路项目中,预应力混凝土T梁桥下部多采用柔性墩,柔性结构在荷载作用下会产生较大位移,工程设计中需考虑几何非线性影响。本文分析研究了特征值屈曲分析及非线性屈曲分析方法,并以理想弹性结构——35 m高柱式墩为例,分别采用荷载增量迭代混合法编程计算和有限元软件AN SY S非线性分析计算,两种方法均得到与规范计算基本一致的结果,为今后设计更高更柔桥墩提供设计参考。     

高墩连续刚构桥不同影响因素的地震响应分析

以某连续刚构桥为背景,建立了考虑主梁-桥墩-桩基-土层的有限元模型,分析了地震荷载作用下桥墩高度、桥墩截面、双肢薄壁墩间距等影响因素对桥梁典型截面内力及变形的影响。结果表明:在桥墩高度为60~65 m范围内,中墩顺桥向剪力基本稳定,不再随桥墩高度的增加而递减;桥墩高度的增加增大了梁体脱落的风险,桥墩高度为100 m时梁体中跨跨中截面顺桥向与横桥向位移达到139.1,97.5 mm;从抗震角度分析,圆形截面桥墩对位移影响较大,空心矩形桥墩截面与实心矩形桥墩截面形式对墩顶内力的影响不大,故空心墩较节约材料;对于文中连续刚构桥,合理的双肢薄壁墩间距能有效降低墩顶受力与梁体位移,能有效提高地震作用下的安全系数。     

包茂高速公路粤境段预制梁桥非标桥墩结构形式比选

包茂高速公路粤境段A1设计合同段位于云开山的东南端,相对高差较大,为典型的山区高速公路.结合我省高速公路设计标准化研究成果,桥梁上部普遍采用预制结构,下部根据墩高选择不同的结构形式.通过有限元模型,利用压杆弹性稳定理论,得出桥墩在各边界条件下的计算长度及偏心矩增大系数.在此基础上,针对35～ 45m墩高范围普遍采用的板式桥墩及双柱式桥墩,分析其施工及使用阶段最不利荷载工况,进行结构形式比选,优化结构设计.     

不同墩高桥墩结构的地震反应分析

以一典型桥墩结构为例,采用有限元程序sap2000建立桥墩结构空间有限元计算模型,采用动态时程分析法对不同墩高桥墩结构进行地震反应分析,着重讨论不同地震动输入下不同高度桥墩的底部内力以及墩顶变形的地震反应变化规律,分析结果为同类桥梁结构的抗震设计提供理论依据。     

变截面高桥墩的稳定性计算

文中根据砼桥梁变截面高桥墩沿高度方向的刚度变化规律，建立了相应的分析计算模型，导出了在该计算模型下结构临界荷载的计算公式，为结构设计时进行尺寸优化提供了一种便捷的途径；将解析法与ANSYS软件所得计算结果进行了对比分析，证明了所得解析公式的正确性；通过对白水冲特大桥左幅11“过渡墩进行稳定性分析和墩身参数分析，得到了桥墩坡度与稳定系数的对应关系。     

三滩黄河大桥双薄壁桥墩的设计参数优化

根据双薄壁桥墩连续剐构桥特点及三滩黄河大桥实际情况,确定了山不同工况组成的计算方案,文中通过大量有限元分析,研究了双薄壁墩各设计参数与桥墩剐度的改变对结构的应力、位移、稳定性等方面的影响,同时根据优化分析结果,建立了主跨跨径、墩高、双肢间距及壁厚之间的函数关系。     

大跨连续刚构桥高墩有效计算长度研究

为研究大跨连续刚构桥的双肢薄壁高墩有效计算长度,以某三跨预应力混凝土连续刚构桥为工程背景,利用ANSYS建立其初始空间三维有限元模型,通过结构整体稳定分析得到构件临界荷载,再由欧拉公式反推桥墩有效计算长度。根据全桥失稳模态分析结果提出了双肢墩有效计算长度简化模型,据此对悬臂施工大跨度连续刚构桥的高墩有效计算长度进行了系统性研究。结果表明,施工和成桥阶段的高墩横桥向有效计算长度系数均可取值2.0;高墩纵桥向有效长度系数可根据本文提出的建议值查表插值取用。     

超高墩刚构桥悬臂施工控制分析

龙潭河特大桥为主跨106m＋3×200m＋106m的预应力混凝土连续刚构桥,最高桥墩178m。利用有限元方法建立其仿真计算模型,模拟桥梁的悬臂施工过程,计算得到箱梁悬臂施工计算预拱值、各施工阶段的应力值及结构一阶失稳特征值。分析悬臂施工过程桥梁结构变形、应力及稳定性的变化特点,为同类桥梁设计及施工控制提供参考。     

累次撞击对钢筋和钢骨混凝土桥墩撞击动力性能的影响分析

基于有限元动力分析软件LS-DYNA,通过对比有限元计算结果与试验结果验证模拟的合理性,建立了钢筋和钢骨混凝土桥墩模型的有限元撞击分析模型。在此基础上,对钢筋和钢骨混凝土桥墩模型进行了单次撞击模拟,对比分析了累次撞击对桥墩模型撞击动力性能的影响。结果表明,相同撞击速度下,累次撞击荷载下的撞击力比单次撞击小,两者偏差随撞击速度提高而增大;钢骨混凝土桥墩模型在单次和累次撞击荷载下的峰值撞击力之差,相比钢筋混凝土墩显著减小,说明钢骨混凝土桥墩抵抗多次撞击的能力较强。     

预应力节段拼装式铁路桥墩抗震性能研究

为了解高地震烈度区预应力节段拼装式铁路桥墩的抗震性能,依托和若铁路桥梁工程,采用Abaqus软件建立3个不同墩高(8,12,15 m)典型节段拼装式桥墩的数值模型,分析在静力推覆荷载和循环往复荷载下的力学性能,提出在不同地震作用下界面性能的设防目标,采用动力时程分析验证在地震作用下的安全性和可恢复性,建立桥墩的简化计算模型对界面开裂临界状态的计算公式进行了推导。结果表明:桥墩-承台界面为整个结构的最薄弱界面,界面分离荷载远高于正常使用荷载,在正常使用状态下界面不会出现开裂;双柱墩具有框架效应,桥墩的横桥向抗力远高于顺桥向抗力,顺桥向性能是该桥墩抗震设计的控制因素;在E1地震作用下,桥墩-承台界面不会分离,在E2地震作用下,桥墩-承台界面会轻微分离,但钢绞线仍然保持弹性,震后桥墩-承台界面可以闭合,桥墩可恢复正常使用功能;推导公式计算的桥墩界面开裂荷载与有限元模型值吻合良好,可推广至其它结构形式的预制装配式桥墩。     

轻轨列车通过高架桥引起地面振动有限元分析

采用移动荷载列过桥原理,建立车辆一桥梁动力分析模型,并计算移动荷载列下桥墩支座的反力时程。通过建立三种人工边界条件下桥墩一土体的三维动力分析模型,利用ANSYS求解弹性状态下地面的动力响应。分别比较了三种人工边界和相邻桥墩对计算结果的影响,结果表明地面衰减规律与实测一致。     

连续刚构桥高墩设计及墩梁结合部应力分析

连续刚构桥的桥墩高度和刚度是控制桥梁孔跨布置和结构设计的关键因素。以墩高195 m的赫章特大桥为例,对双薄壁墩、独柱墩2种桥墩形式进行对比分析,得出桥墩采用独柱墩形式的结论。运用大型通用有限元程序ANSYS建立其墩梁结合部局部三维有限元模型,从正应力和主应力角度分析该部位的应力分布特征。分析结果可为同类高墩桥梁设计和施工提供参考。     

连续梁桥桥墩顺桥向计算长度系数研究

为准确研究连续梁桥桥墩的屈曲失稳问题,本文取三联连续梁桥中的l联,用位移法建立了连续梁桥桥墩失稳通用平衡方程组以求得计算长度系数.该平衡方程组中,不仅考虑了线位移刚度和转角刚度的耦合影响,而且考虑了支座刚度、邻联抗推刚度和全桥地基刚度对计算长度系数的影响;不仅考虑了单墩在轴向力作用下刚度的影响,而且考虑了其余墩在轴向力作用下的整体屈曲反应.同时推导了邻联对桥墩的抗推刚度,给出了地基刚度的计算方法.并通过与有限元分析对比,验证了理论推导解析解的正确性.最后,给出了各因素作用下计算长度系数的对比结果.     

节段拼装桥墩撞击试验研究与数值分析

为研究采用节段拼装桥墩与整体现浇桥墩在抗撞击性能方面的差异，探究撞击作用下节段拼装桥墩的撞击响应和破坏模式。采用缩比模型，通过水平撞击试验获得节段拼装桥墩和整体现浇桥墩的动力时程响应曲线，观测不同构造形式桥墩在不同撞击速度下的破坏模式，并对比分析桥墩在撞击荷载作用下的撞击力、位移等动力时程响应；采用非线性有限元模型，对桥墩撞击响应和破坏过程进行仿真模拟，并通过与试验结果进行对比，验证其有限元结果的可靠性；通过参数分析探明了撞击高度、预应力值对拼装式桥墩动力响应的影响规律。研究结果表明：在撞击荷载作用下，整体现浇桥墩主要发生了由受拉弯曲破坏转变为墩底斜向剪切破坏的弯剪破坏，节段拼装桥墩主要发生受撞节段剪切滑移和加载区混凝土压溃；与整体现浇桥墩相比，在撞击作用下节段拼装桥墩撞击力峰值降低21.25%，撞击持续时间相应增加147.62%，同时节段拼装桥墩展现出更强的变形能力和能量耗散能力，但未能展现出良好的自复位能力，增加混凝土局部损伤；有限元模拟与试验结果吻合良好，验证了有限元模型的正确性；基于节段拼装桥墩有限元模型，分析得到撞击高度和预应力值对桥墩撞击力的影响较小，但撞击高度对桥墩变形影响较大，预应力值对桥墩整体刚度也有较大影响；因此，在节段拼装式桥墩抗撞设计时应综合考虑撞击高度和预应力值对桥墩的影响，从而保证结构的可靠安全。     

采用设缝双肢墩的多塔斜拉桥温度效应分析

对于塔梁墩固结的多塔斜拉桥刚构体系,为了适应其主梁因温度引起的纵向变形,并减小桥梁结构温度应力,提出新型设缝双肢墩桥墩形式。建立采用整体墩和设缝双肢墩的两种斜拉桥有限元计算模型,分析比较温度作用下,主梁、索塔的位移及主梁与塔墩应力,结果表明在不同的温度荷载组合下,设缝双肢墩多塔斜拉桥主梁和桥墩的位移及应力状况均优于整体墩斜拉桥。分析结果可给设缝双肢墩斜拉桥设计提供参考。     

梁桥桥墩纵桥向计算长度系数研究

采用静力法建立墩底固结墩顶具有弹性约束的桥墩弯矩平衡微分方程,引入边界条件,得到在竖向临界荷载下桥墩的稳定方程为关于桥墩计算长度系数μ、墩顶纵向约束刚度与桥墩抗推刚度比m、墩顶扭转约束刚度与桥墩线刚度比n的超越方程。编制计算程序求得不同刚度比下桥墩计算长度系数的数值解,制成可供设计使用的计算表格并拟合了简化计算公式。计算结果表明:梁桥设置支座时,桥墩的计算长度系数为1.4～1.9;采用固结墩可以显著降低桥墩的计算长度系数,其最小值接近于1.0。