桁式组合拱桥新拱脚局部应力分析

文章以某桁式组合拱桥为例,建立其新拱脚局部三维有限元模型,分析了该部位的应力分布特征,分析结果与桥梁病害调查情况吻合较好,最后对新拱脚局部设计提出了改进措施。     

桁式组合拱桥参数取值以及计算方法研究

为分析预应力桁式组合拱桥病害(大桥新拱脚,拱顶实腹段,空实腹交接处虎口位置和拱上腹杆等存在裂缝)出现的原因,对桁式组合拱桥计算模型、计算参数和计算方法进行了研究,提出了一种针对既有桁式组合拱桥的计算模式,工程实例验算结果表明:该计算方法与现有结构情况吻合良好,较好地反映了结构的受力状态。     

公路网状吊杆拱桥拱脚局部受力研究

为明确公路网状吊杆拱桥拱脚局部空间受力状态,研究其关键受力特性,以G40江淮运河大桥为背景工程,采用通用有限元软件Ansys建立了中拱脚精细化分析模型,对拱脚局部受力状况进行了研究.结果 表明,各工况下局部应力分布趋势略有不同,但总体应力水平相近,拱脚区域最大等效应力约为245 MPa,未超过材料设计强度,拱脚受力满足相关要求.本研究论述了公路网状吊杆拱桥的拱脚受力特性,保障其结构安全耐久,为公路网状吊杆拱桥的推广应用提供了依据与参考.     

800m级钢-UHPC组合桁式拱桥概念设计与可行性研究

提出了一种特大跨径钢-UHPC组合桁式拱桥新体系。新体系拱桥用UHPC箱型拱肋承受巨大的轴力,采用钢腹杆钢横联规避开裂的风险;相比传统混凝土拱桥,新体系拱桥自重大幅度降低;相比钢拱桥,其不存在厚板焊接困难的问题;采用斜拉扣挂分多次悬臂合龙施工法,扣索只需承受单次合龙的主拱自重并多次循环利用,施工临时措施费用大大降低,因而具有良好的经济性。通过对跨径800m的钢-UHPC组合桁式拱桥的试设计,结果表明:主拱分3次合龙时,斜拉扣挂只需承担36%的主拱自重,拱肋最大压应力为64.9 MPa,无拉应力,各施工阶段的稳定性、应力、刚度等均满足要求。平均每平米桥面主拱圈材料用量指标为:钢材380kg,UHPC 0.61m3,自重2.03t。对比研究表明新型钢-UHPC组合桁式拱桥具有显著的技术经济优势,可适用于500~1 000m级跨径的拱桥。     

大跨度钢桁拱桥关键节点受力特性及优化研究

钢桁拱桥是以承压为主的结构体系,随着跨径的不断增大,其非线性效应会变得十分突出,因此选取关键节点进行受力状态分析就显得尤为重要。选取国内具有代表性的公路钢桁架拱桥(100 m+400 m+100 m=600 m)关键节点作为研究对象。该桥下拱肋与下弦杆交汇处的节点(B9节点)采用焊接整体节点,节点板将主桁相关杆件和桥面纵、横梁连成一体,各构件内部加劲肋众多,形式、尺寸多样,节点的结构构造和受力状态复杂。在全桥空间有限元分析的基础上,选取具有代表性的B9节点和两个最不利的主力组合工况,完成了局部精细有限元分析。结果表明:两个工况下B9节点各相关杆件绝大部分区域应力水平较低,Mises等效应力小于200 MPa,局部区域应力集中程度较严重,应力水平超出了弹性范围。针对拱内下弦杆变截面处出现的高应力区域的情况提出了改善措施,提出在该位置增设一道环形横隔板,该方案可不影响下弦杆内的柔性系杆通过。增设横隔板后,变截面处的应力集中现象得到明显改善,应力水平在弹性范围以内。     

大跨度钢管混凝土桁拱桥拱脚外包段受力分析与优化设计

为研究大跨度钢管混凝土拱桥拱脚结构的复杂构造和受力问题,该文以一座主跨为280 m钢管混凝土桁拱桥为背景,采用Midas/FEA建立基于拱脚和桥面板与钢横梁详细组合单元的全桥模型,详细计算了外包混凝土拱脚结构各构件在恒载和最不利车道荷载作用下的应力响应规律,分析了外包混凝土对拱脚各构件的受力影响。进一步对比分析了加大拱脚钢管混凝土构件直径和加厚拱脚外包钢管壁厚两种优化方案对无外包混凝土拱脚各构件的受力影响规律。计算结果表明:①外包混凝土可有效减小拱脚各构件的应力;②对于无外包混凝土拱脚结构,拱脚下弦杆是控制设计的关键;③增加钢管混凝土拱脚上下弦杆的管径和外包钢管壁厚均可有效减小无外包混凝土拱脚下弦杆的应力;④考虑施工效率和成本,实际工程中建议采用增加钢管壁厚的无外包混凝土拱脚设计方案。     

提篮式钢管混凝土系杆拱桥拱脚结点应力分析

拱脚结点是提篮式钢管混凝土系杆拱桥的关键传力部位,以某在建的提篮式钢管混凝土系杆拱桥拱脚结点为对象,考虑全桥施工过程,运用两步分析法分析了拱脚结点的局部应力分布规律及其传力特性。结果表明,拱脚结点以受压为主,但某些局部位置会出现较大拉应力或应力集中现象,设计时可采取一定措施予以改善;对拱脚部位施加竖向预应力可优化其受力特性。     

大跨径混凝土桁式组合拱桥长期变形实测分析

混凝土桁式组合拱桥将悬臂桁架与拱桥相结合,发挥了二者的优势且施工方便,在我国大跨径拱桥中占有独特位置。同时,近年来该桥型桥面变形大并伴随开裂等问题开始出现,为研究大跨径混凝土桁式组合拱桥结构的长期变形机理及开裂原因,以一座主跨138m桁式组合拱桥为背景,对其长期变形和混凝土开裂情况进行实测和规律分析;采用有限元模型,分析收缩、徐变及温度作用引起的挠度变化,讨论了结构在不同荷载作用下的受力特征。实测及分析结果表明,桁式组合拱桥长期线形呈M形,且在年温差作用下双立柱间的桥面发生上拱和下挠的交替变化,混凝土的收缩徐变及年温差作用是影响跨中实腹段长期变形的主要因素;结构在双竖杆处的下弦杆位置、跨中位置以及空实腹段交界位置处承受的荷载作用较大,导致在使用阶段的裂缝不断发展。     

有初应力的钢管混凝土桁式拱结构平面内受力性能试验研究

针对初应力对大跨度钢管混凝土桁式拱桥受力性能的影响问题,进行了有初应力的钢管混凝土桁式拱平面内受力性能试验研究,研究初应力对钢管混凝土桁拱平面内受力性能和破坏模式的影响。试验结果表明:在跨中单点集中力加载的工况下,有初应力钢管混凝土桁拱变形呈现出对称形态,变形大致成"M"形。其中,L/3至2L/3段部分向下变形较显著,跨中向下达到最大位移;左拱脚至L/3段部分和2L/3至右拱脚段部分发生向上变形。钢管混凝土桁拱的腹杆受到较大的力,拱顶处直腹杆最早开始屈曲;在达到极限荷载之前,桁式拱没有出现节点破坏,表现出较好的整体性;达到极限荷载时,桁式拱变形加快;继续加载,斜腹杆被拉裂,上弦管拼接焊缝拉裂,结构变形严重。与无初应力桁式拱相比,初应力的存在会使钢管混凝土桁拱提前进入弹塑性状态;极限承载能力下降,下降7.3%;变形能力下降,达到极限荷载时,最大竖向位移减小12.1%。初应力的存在不会改变桁式拱的破坏模式,但是加剧了破坏现象,有初应力的桁式拱破坏现象更为显著,破坏后继续加载,三分点处两个节间斜腹杆全部拉裂,主弦管拼接焊缝拉裂。     

常泰长江大桥专用航道桥钢梁安装方案设计

常泰长江大桥天星洲和录安洲两座专用航道桥为刚性梁钢桁拱桥,跨度布置均为(168+388+168)m,主梁采用2片主桁双层板桁组合结构,N形桁式,焊接整体节点构造,主拱采用与主梁反向的N形桁.针对该桥施工难点,进行钢梁安装方案设计.主桁杆件采用整体节点散拼,联结系采用单根杆件拼装,每节间的桥面板分为3块安装;边跨钢梁在临...     

800m级变截面钢管混凝土飞燕拱与自锚悬索组合桥研讨

针对800 m级超大跨径钢管混凝土拱桥的需求,提出了单叶双曲面状变截面钢管混凝土飞燕拱与自锚悬索的组合桥.钢管混凝土飞燕式拱桥的推力可与自锚悬索桥的拉力平衡,形成自平衡结构体系,且以拱肋结构受力为主,自锚悬索体系受力为辅,两者协同工作,优势互补;另外,由于采用了单叶双曲面状变截面钢管的四肢空间桁架拱肋结构形式,从而能减...     

大跨度钢桁架拱桥拱梁结合关键节点设计

以某主跨48 m+180 m+48 m钢桁架拱桥为背景,介绍了中墩、边墩处拱梁结合部关键节点的设计关键技术和思路,并建立梁、壳结合的混合有限元分析模型,验证节点设计的合理性.     

拱桥中组合桥面系应力不均匀性研究

拱桥中钢与混凝土组合桥面系结构构造和受力复杂。该文结合一组合桥面系的拱桥,采用有限元方法建立全桥空间有限元模型,其中对组合梁建立板壳模型,计算了不同荷载工况下的组合梁受力,得到了主梁各个部分构件的应力。研究了组合梁中混凝土顶板的应力分布的不均匀性,揭示了组合拱桥中钢与混凝土组合梁的应力分布特点,为同类结构的日后设计计算提供了参考。     

主跨136m空间钢桁拱与预应力混凝土梁组合桥受力性能分析

为研究空间钢桁拱与预应力混凝土梁组合桥的力学性能，以广州市从化大桥为例，采用空间有限元分析软件对影响空间钢桁拱稳定性的主要控制因素以及拱与主梁抗弯刚度变化等对结构内力和位移的影响进行了参数分析。结果表明拱肋刚度对桥梁整体稳定性影响较大，横、斜撑刚度的影响不大；只有中间吊杆时，拱肋的稳定性较差；主梁刚度对桥梁受力影响较大；吊杆初始张拉力大小影响恒载作用下主梁和拱肋的受力状态。     

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...     

双曲拱桥有限元分析中建模方法研究

结合南京长江大桥引桥中双曲拱桥的承载能力检算,提出按刚度等效原则把拱肋与拱波简化为梁格体系的计算模型,采用空间梁单元模拟拱肋与拱波,缩减了双曲拱桥全桥建模和结果分析时的计算工作量。对此计算模型,采用ANSYS软件,选取了桥梁荷载中的几种典型工况做模拟计算,与ANSYS有限元软件建立的另一精细模型的计算结果及相同加载方式下的现场试验实测数值进行了对比,并对三组数据结果做了简要的分析。     

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.     

钢管混凝土拱桥拱肋接缝错台问题研究

选取拱肋截面为单圆管、哑铃形、桁式的钢管混凝土拱桥各一座,建立有限元模型,分析了钢管拱肋接缝错台对成桥状态下受力性能和截面承载力的影响。研究结果表明:接缝错台对拱肋轴力、竖向变形几乎没有影响,而对拱肋截面弯矩影响较小;错台幅值的增大,会造成钢管混凝土截面承载力逐渐降低,承载力的下降幅度与错台值、钢管面积的变化率基本呈线性相关的关系。在目前规范规定的错台限值情况下,截面弯矩最大变化率不超过1.2%;截面承载力下降幅度不超过4%;目前桥梁施工规范中对接缝错台的限定较为合理。     

连续钢桁梁-桁拱组合桥节点的局部受力分析

为探讨桁梁-桁拱组合桥节点设计的合理性,建立上海嘉定蕴藻浜大桥梁、板单元相结合的局部计算模型,分析其关键节点受力和桥面板剪力滞效应。分析结果表明:局部模型是正确的;桁架节点板在支座垫板位置边缘有较大的应力集中,建议用加劲加强或改善构造设计;节点板在下弦杆与系梁倒角处出现较大的应力集中,可适当增大倒角的半径;桥面板边跨侧受压、主跨侧受拉,横向应力分布基本相同,纵向应力在横向呈现类似M形的分布,应力在系梁部分最大、向两边逐渐减小,小纵梁和加劲肋对应力变化影响较小。