湛河提篮式拱桥空间弹性稳定性分析

为了解平顶山市湛河提篮式拱桥的横向稳定性,采用大型有限元程序ANSYS建立该提篮式拱桥的空间有限元计算模型。为了与平行拱肋拱桥的稳定性对比,同时建立了平行拱肋拱桥空间有限元计算模型,对两种桥型进行空间弹性稳定性计算与对比分析。计算结果显示:提篮式拱桥失稳形式以拱肋的面外失稳为主,拱肋无横撑区域是全桥稳定的薄弱部位;与平行拱肋拱桥相比,提篮式拱桥横向稳定性显著提高,第1阶拱肋的横向失稳模态发生了改变。计算结果用于确定湛河提篮式拱桥的设计方案。     

下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性参数敏感性分析

为研究下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性及影响该种桥型结构稳定的参数敏感性,以运城市某省道上一座27+60+27 m下承式悬链线钢管混凝土拱桥为背景,采用Midas/Civil 2012有限元软件对该桥进行建模,在成桥状态及成桥运营状态2种工况下对其进行稳定性分析。结果表明,该种桥型拱肋结构存在"面内失稳"和"面外失稳"2种失稳状态,拱肋面外刚度小于面内刚度,拱肋结构失稳模态首先表现为拱肋面外侧弯失稳。同时选取拱肋间连接形式、拱肋钢管壁厚t、拱肋单侧吊杆布置数量n、拱肋管腔混凝土弹性模量E、拱肋矢跨比f/L、拱肋拱轴系数m等影响结构稳定性的参数进行对比分析,得出影响结构稳定性的敏感参数,可供同类型桥梁在结构稳定性设计时参考借鉴。     

某中小跨径下承式系杆拱桥稳定性影响因素分析

作为以受压为主的结构,系杆拱桥的稳定问题,特别是横向面外稳定问题是系杆拱桥的重要研究方向之一。本文在稳定分析理论的基础上,利用有限元软件MIDAS Civil对某中小跨径下承式系杆拱桥的稳定性进行分析,得到了该桥的稳定特征值和失稳特征,随后在此基础上探讨了拱肋横撑形式、吊杆形式及矢跨比等影响因素对系杆拱桥稳定性的影响。通过分析可知:拱肋横撑形式主要影响拱桥的横向稳定性,四种横撑形式的稳定性关系为:"米"字撑"K"字撑"一"字撑无横撑;吊杆形式对拱桥的纵向稳定性影响更大,且吊杆形式越复杂,拱桥纵向刚度越大,纵向稳定性越好;随着矢跨比的增大,拱桥的特征值呈现先增大后减小的变化趋势,当矢跨比为1/5时达到最大值。     

两管平行单管提篮内倾三肢桁架拱稳定性研究

研究目的:虎跳门特大桥主桥是广珠铁路工程中的一个重大项目,主拱采用两管平行单管提篮内倾三肢桁架拱的新型结构。通过对拱肋内倾角、提篮内倾单管空间位置、不同类型横撑、拱肋截面等稳定性能影响因素研究,为该类型拱桥的优化设计提供技术支持,供今后类似工程参考。研究结论:提篮内倾单管内倾角度的增大有利于提高拱桥的稳定性能;单管空间位置对拱桥稳定性影响很小;拱脚处设置"K"撑对提高结构的稳定性非常必要;"米"撑、"K"撑对横向稳定性能的影响差别不大;增大拱肋截面对提高拱肋的横向稳定性影响很小。     

韩江北桥主桥动力特性研究

以韩江北桥主桥主跨钢管混凝土拱桥初步设计方案为对象,采用ANSYS有限元程序,考虑边跨对主跨的弹性约束作用,建立了该中承式钢管混凝土拱桥主跨的整体动力计算有限元模型,分3种工况（实桥模型;在实桥模型的拱肋间增设横向风撑;将实桥模型的端横梁的顶板、底板和腹板厚度增大1倍）计算了桥梁的振动特性.计算结果表明：实桥模型的拱肋面外刚度较小,在桥梁振动中首先出现拱肋的面外振动,且桥梁前10阶振型中有6阶为拱肋的面外振动;桥梁拱肋面外自振基频明显小于桥梁整体竖向自振基频,说明桥梁拱肋面外刚度与全桥竖向刚度相差较大;桥面系面外刚度相对较弱,桥梁前10阶振型中出现了扭转振动形式.增设横向风撑后,拱肋面外刚度明显增大,对该桥梁动力特性的影响较为明显;增大端横梁截面尺寸对该桥梁动力特性影响不大.计算结果为该桥梁的设计修改提供了参考.     

蝴蝶拱桥稳定性多参数影响研究

以某蝴蝶拱桥为工程背景,建立该桥的空间有限元计算模型,分4个工况计算了该桥的稳定安全系数。通过改变拱肋外倾角度、拱肋刚度、端横梁刚度以及吊杆布置形式计算了不同设计参数下结构在恒载工况以及恒载+活载工况的失稳特征值。结果表明,拱肋的刚度对稳定性起着决定性作用;吊杆的布置形式只改变拱肋的面内刚度,对于面外刚度没有影响。     

大跨径钢管混凝土桁架拱桥稳定性分析

对小三峡大桥主桥即中承式钢管混凝土桁架拱桥的空间稳定性进行了分析。采用Midas/civil有限元程序建立该拱桥的空间有限元计算模型,对其进行了空间稳定性计算与分析。计算结果表明:该拱桥拱肋的横向刚度较小,可以通过优化拱肋截面尺寸与改善横撑结构形式达到提高拱肋横向刚度的目的;桥面系面外刚度略小,需要加强预制小T梁与横梁的连接,同时加大边纵梁的截面尺寸并与横梁固结,以提高桥面系的面外刚度,使桥面系形成强大的梁格体系,共同抵抗外荷载的作用。     

铁路大跨度钢管混凝土拱桥弹性稳定性分析

以银吴(银川—吴忠)铁路银川南特大桥128 m钢管混凝土系杆拱桥为背景,建立空间有限元模型,分析了恒载及恒载+最不利活载2种荷载工况下该桥的稳定安全系数及失稳模态。着重分析了拱肋横撑形式、矢跨比、吊杆非保向力对稳定性的影响。研究结果表明:结构的失稳主要为拱肋面外失稳,满足稳定安全系数大于4～5的要求,且活载对全桥稳定性的影响远小于自重和二期恒载的影响。采用K形横撑时稳定安全系数相较于I形横撑提高了198%,对稳定性提高最为明显,采用米字形横撑稳定性最好,因此,在选择横撑形式时优先考虑米字形横撑和K形横撑。矢跨比从1/7增大至1/3时,稳定安全系数呈先增大后减小的趋势,在1/5～1/4时达到峰值,1/4.5时最大;吊杆非保向力对拱桥稳定性有一定影响,吊杆将拱肋与系梁连接成整体可以提高拱桥整体稳定性。     

大跨度上承式钢管混凝土拱桥整体稳定性研究

以一座500 m跨度的四线铁路桥梁为例,采用双单元法建立了有限元模型,分析对比了第一类稳定和第二类稳定的安全系数、失稳模态,探讨了初始缺陷、混凝土强度、拱肋截面含钢率等因素对上承式钢管混凝土拱桥稳定性的影响。研究结果表明:结构稳定安全系数满足规范要求,第二类稳定安全系数为2.15,与第一类稳定安全系数之比为1/5.8;第一、二类稳定安全系数的计算结果趋势相同,包含横向风的荷载组合比包含纵向风的荷载组合更为不利;混凝土强度和截面含钢率对结构稳定性能影响较大,初始缺陷则影响很小。     

高速铁路钢箱叠拱桥空间稳定性分析

针对新建哈尔滨—大连高速铁路140 m钢箱叠拱桥方案,利用有限元分析程序MIDAS建立空间有限元模型,进行整体稳定性分析,给出了该桥常见的失稳屈曲模态,并且探讨影响大跨度钢拱桥稳定性的因素,这些因素包括:拱肋形式、拱肋刚度、拱肋倾角、横撑样式及布置形式、横撑刚度、系梁刚度、吊杆刚度、吊杆对数(或间距)以及矢跨比。     

斜靠式拱桥拱肋倾角变化对稳定性能的影响

采用有限元软件MIDAS/Civil建立平顶山市城东河路湛河斜靠式拱桥的空间有限元计算模型,分7种设计方案探讨斜靠式拱桥主拱和稳定拱肋的倾角变化对桥梁稳定性能的影响.计算结果表明,斜靠式拱桥的稳定性能较好,各方案的稳定系数均大于7;主拱肋倾角的增大有利于提高斜靠式拱桥低阶稳定性能;稳定拱肋倾角的增大不利于提高斜靠式拱桥稳定性能,在进行斜靠式拱桥设计时稳定拱肋的倾角不宜太大.以8°-1O°为宜.     

中、下承式拱桥自振特性分析

以平行式、提篮式和斜靠式3种中、下承式混凝土拱桥为工程实例,采用有限元程序MIDAS/Civil建立桥梁空间有限元计算模型,对其进行自振特性分析,比较3种不同桥型自振特性的特点,计算结果表明:中、下承式混凝土拱桥的振型主要有拱肋面外横向振动、结构整体竖向振动和扭转振动,高阶振型才出现桥面系的横向振动;3种拱桥都是首先出现拱肋的面外横向振动,低阶振型均以拱肋面外横向振动为主,拱肋的横向自振频率小于竖向自振频率;斜靠式拱桥的振型密集,横向振动基频比平行式和提篮式拱桥的横向振动基频大;3种拱桥的竖向振动都表现为桥梁结构整体竖向振动;3种拱桥的扭转振动都出现较晚.     

双肋斜拉拱桥横向稳定性的实用计算

斜拉拱桥是一种将斜拉桥和拱桥相结合的新型桥梁结构形式,索拱共同受力使得拱的稳定性区别于一般拱桥。本文基于能量原理,在综合考虑桥面刚度、吊杆非保向力、斜拉索非保向力的前提下,推导双肋斜拉拱横向失稳临界荷载的实用计算方法,并通过算例验证实用计算方法的正确性,借助实用方法分析斜拉索参数:斜拉索预张拉力、斜拉索倾角、在拱上布索范围、主塔与拱的距离等对双肋斜拉拱横向失稳临界荷载的影响。     

非对称扣挂施工钢箱提篮拱桥稳定性研究

大跨度钢箱提篮拱桥应通过适宜的施工工艺保障主体结构施工过程及成桥阶段安全性,其中对钢箱肋拱桥施工和成桥阶段的稳定性分析至关重要。本文以某钢箱提篮拱桥为背景,采用有限元方法建立全桥三维空间模型,对采用非对称扣挂施工的钢箱提篮拱桥的稳定性进行研究,分析拱桥在非对称缆索悬臂吊装的最不利状态下初始缺陷和扣索失效对稳定性的影响。结果表明：该桥在非对称扣挂施工阶段和成桥阶段稳定系数均满足规范要求;在施工阶段,拱肋最大悬臂阶段和拆除扣索阶段最容易发生失稳,但单根扣索失效对拱肋最大悬臂状态的稳定性影响不大;在成桥阶段,缺陷比例因子小于L/1 000时,初始缺陷对第一阶稳定系数影响不大。     

地震作用下拱肋-一字撑损伤模式与抗震性能评价

横撑是肋拱桥在地震作用下最易发生损伤的部位之一。为了研究地震作用下拱肋与横撑之间的相互作用及其对两者损伤模式的影响规律,首先基于某原型肋拱桥构建拱肋-一字撑简化分析模型,研究横撑刚度、布设位置和数量对结构动力特性和弹性稳定性的影响,设置总计20组对比分析工况;然后基于静力弹塑性分析,根据塑性铰形成路径和分布特点,识别5类典型的拱-撑损伤模式;最后采用非线性时程分析法,通过定义协同耗能指标?、综合评价指标ξ等,对比分析各类损伤模式的动力响应特征和抗震性能。研究结果表明：静力弹塑性分析和非线性时程分析可以得到相互验证的5类拱-撑损伤模式;当拱-撑结构发生横撑→拱肋→拱脚(BRS)损伤模式时,结构的地震响应规律、抗震性能均明显优于其余4类损伤模式,且横撑、拱肋和拱脚的应变曲线峰值非常接近,三者可协同参与结构整体塑性耗能;所提?和ξ可准确表征各类拱-撑损伤模式的抗震性能,当?的绝对值越接近0或ξ越小时,拱-撑结构的协同耗能机制越好,整体抗震性能更优;当一字撑设计使拱-撑系统满足BRS损伤模式时,结构具有最优的抗震性能。所提出的损伤模式识别方法和量化评价指标可为今后同类拱桥一字型横撑的设计和结构...     

红神铁路格丑沟特大桥拱桥空间稳定性分析

以格丑沟特大桥136m钢管混凝土拱桥为研究对象,采用MIDAS有限元分析程序,建立空间有限元计算模型,得出常见的失稳屈曲模态;分析横撑样式及布置位置对拱桥稳定性的影响,为该桥的设计、施工、监控及维护提供参考。     

重载铁路中承式拱桥拱肋方案设计研究

蒙华铁路龙门黄河大桥采用中承式拱桥方案,拱肋为主要受力结构,承受轴向压力。结合拱跨与拱肋的匹配性和历史统计资料,从拱轴线形及系数、拱肋横倾角、截面构造、横向联接系、结构自重、拱肋刚度和稳定性、施工方法及工期、后期运营养护维修等方面,对钢管混凝土桁式拱肋和劲性骨架拱肋两种拱肋方案进行对比分析,最终选定钢管混凝土桁式拱肋方案。     

高速铁路主跨420 m钢箱拱桥设计方案研究

为满足西安至十堰高速铁路汉江特大桥420 m中承式钢箱拱桥方案的设计要求,对影响大跨钢箱拱受力的矢跨比、拱轴系数、拱肋内倾角、横撑布置数量及位置等关键参数进行比选,提出了适合于本桥的设计参数。通过合理设置拱脚混凝土段长度,显著减小了钢箱拱桥的用钢量,提高了钢箱拱桥方案的竞争力。静动力计算分析表明,大跨钢箱拱桥可满足高速铁路运营需求。     

400m级铁路CFST拱桥合理拱肋内倾角研究

《钢管混凝土拱桥技术规范》中拱肋内倾角的建议取值对特大跨径钢管混凝土(CFST)拱桥不再完全适用.以一座400 m级铁路CFST拱桥为例,研究其拱肋内倾角的合理取值范围.采用Midas/Civil2015建立空间有限元模型,分析计算不同拱肋内倾角取值下结构的自振特性、线弹性稳定安全系数以及静力荷载和强震作用下结构的内力、位移响应以及控制截面应力.研究结果表明:当拱肋内倾角控制在3.5°～4°时,结构第4和8阶自振频率获得大幅提升,可以改善拱肋横向抗弯和抗扭转性能,同时前2阶稳定安全系数也达到较优状态,还避免了横向最不利荷载作用下拱肋横向位移的大幅增长,并且在考虑罕遇地震作用情况时,位移、轴力峰值以及降低拱肋混凝土拉应力方面均达到较优状态.综合各项指标,建议此类400 m级铁路CFST拱桥拱肋内倾角取值范围宜为3.5°～4°.     

大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥极限承载能力研究

研究目的:钢桁梁柔性拱桥具有强大的承载能力及跨越能力,也是大跨度铁路桥梁常用桥型之一,其跨度不断发展。针对铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力问题,本文同时采用MIDAS及ANSYS两种有限元软件建立一座双主跨360 m的大跨径下承式钢桁梁拱桥的有限元模型,通过对比双主跨满载等三个荷载工况的线弹性承载力分析,并考虑结构几何非线性、几何与材料双重非线性的影响,系统分析大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力。研究结论:(1)由线弹性承载力的计算对比分析可知,实际结构在恒载+主跨满载的工况下,结构的受力最不利杆件为拱肋及主桁上弦杆和斜腹杆部分,杆件应力达到屈服时的承载力系数最小为2.06;(2)线弹性极限稳定承载系数介于10.64～12.46,均为拱肋的整体失稳破坏,最不利的荷载工况为恒载+主跨活载,表明桥梁结构的稳定承载力远大于杆件强度承载力;(3)考虑p-Δ效应与整体、局部几何偏位初始缺陷后,计算得到的稳定承载系数依次降低至2.75、2.65,表明几何偏位初始缺陷会显著降低极限稳定承载能力,考虑材料非线性后极限稳定承载力系数进一步降低至2.20;(4)验证了桥梁结构具有良好的稳定承载能力及构件强度承载能力,可为类似桥梁极限承载能力分析提供参考。