S型曲线钢箱梁桥空间受力特性研究

为分析S型曲线钢箱梁桥的空间受力特性和纵横向剪力滞效应,基于Midas考虑翘曲变形的七自由度梁单元和ANSYS的Shell181壳单元,对一座四跨S型曲线连续钢箱梁桥进行全桥空间精细化仿真建模,研究其在不同荷载作用之下的结构位移、截面应力、支座反力及自振特性,并找出结构的最不利情况及其应力分布规律。经2种有限元单元的结果对比,可知采用板壳单元模型较之梁单元模型对该类桥梁弯扭耦合效应的模拟更为准确,其各项分析结果更偏安全,实际设计中对该类结构应尽可能采用板壳单元进行建模检算。为进一步研究其剪力滞效应,基于ANSYS计算结果研究了该桥各关键截面顶板的剪力滞效应,得出其剪力滞系数的纵横向变化规律,可为今后类似桥梁的设计提供参考。     

市域铁路曲线梁桥空间有限元分析

为了研究市域铁路上的曲线简支梁桥的空间力学性能,本文以35m跨度简支梁为例,基于Midas Fea有限元软件,建立了曲线半径700m预制梁的空间有限元实体模型,分析研究其空间力学性能。结果表明,曲线梁外侧支座易出现超载甚至破坏的现象,需根据空间模型合理确定支座吨位;梁端在顶板和梗胁处出现较大主拉应力,需适当加强梗胁处配筋;各截面抗扭计算均满足规范要求。该研究可为同类工程结构计算和设计提供参考。     

青岛地铁13号线连续U梁设计研究

以青岛地铁人民路节点桥连续U梁设计为依托,对现有常规连续U梁截面进行优化。利用BSAS程序,对2种不同截面的连续U梁通过平面杆系模型进行计算对比,得出2种截面下全桥的变形和受力分析。在Midas中建立有限元实体模型,对优化截面连续U梁计算结果进行复核对比,对今后轨道交通中连续U梁结构设计提供参考,并对结构的优化设计提出建议。     

铁路小半径曲线连续梁桥设计研究

武汉到咸宁的城际铁路中采用了大量的小曲线半径连续梁桥,最小半径达320 m,为目前我国曲线半径最小的铁路连续梁桥。本文采用ASCB和BSAS建立平面模型以及采用Midas2006建立空间有限元模型,对跨径组合为(24.65+24.65)m预应力混凝土连续箱梁分别进行施工阶段及运营阶段分析,计算恒载、活载、预应力、收缩徐变、体系温度、局部温差、支座不均匀沉降等荷载,得出支反力及内力、应力、强度、变形等,并进行了分析比较。由于"弯-扭"耦合作用、剪力滞效应及畸变挠曲效应、预应力损失等,使得曲线梁腹板内侧和外侧受力不同、支座的内侧和外侧受力也不同,因此不能单一采用以直代曲或者平面代替空间的计算结果,尤其是当曲线半径较小的情况下,尽量采用多种计算手段相互校核。并且通过采用箱形截面设计、加横隔板、降低曲线上车辆通过速度等可降低曲线效应对梁的影响。     

铁路混凝土槽形梁弯扭耦合效应分析与设计优化

以西宁—大通铁路50 m单线混凝土槽形梁为实例,介绍铁路混凝土槽形梁的结构特点,分析直线混凝土槽形梁在曲线荷载作用下的弯扭耦合效应,阐述采用空间板壳模型进行结构分析的准确性和铁路混凝土槽形梁结构设计中普遍存在的问题。结果表明:对于铁路直线混凝土槽形梁曲线加载情况,平面杆系模型存在缺陷,空间板壳模型的分析结果较为全面,可以精确计算槽形梁弯扭耦合放大效应。对于梁板结合部位应力集中问题,可以通过分析空间实体模型得到全桥范围内该部位最大应力,从而采取相应措施优化构造或配筋率来降低局部应力。     

预应力混凝土曲线梁桥支座病害成因分析

近年来采用空间杆系模拟曲线梁结构受力时假定梁单元形心与剪切中心重合,无法计算约束扭转效应及翘曲和畸变,结构计算结果与实际受力存在偏差,因此,应采用实体有限元进一步模拟结构真实受力。本文在对预应力混凝土曲线连续箱梁常见支座病害分析的基础上,采用实体有限元建立结构计算模型对主梁施工阶段支座反力的变化进行分析,并与杆系计算结果比较。研究结果表明:曲线梁桥扭转效应和平面内变位是其支座病害出现的直接原因,宜在设计中通过合理设置主梁支座及限位来消除其对结构的不利影响;相对来说,采用实体有限元比采用杆系有限元计算曲线梁结构受力更趋合理。     

钢管混凝土梁拱组合桥拱脚局部应力分析

钢管混凝土梁拱组合桥拱脚受力复杂。为准确掌握拱脚的应力分布,采用有限元软件Midas/Civil,对110 m钢管混凝土梁拱组合桥建立全桥模型,提取界面单元内力,再通过Midas/Fea建立拱脚实体模型,对拱脚进行细部分析。同时,对拱脚工字钢、钢箱两种锚固方式的应力状态进行计算分析及对比。结果表明:该类桥拱脚受力合理,钢板及混凝土应力均在容许范围内,满足设计要求。工字钢锚固方式较钢箱锚固方式更利于减小拱脚空间应力,改善拱脚受力状态。其计算方法和结果可为类似桥型的计算分析提供参考。     

城市轨道交通高架桥四线简支梁设计分析

以厦门市轨道交通4号线高架桥四线简支梁为研究对象,分析该梁的内力和变形情况,采用Midas Civil 2019分别建立单梁与梁格模型,对比分析二者支座反力、变形、最大弯矩、正截面应力等指标,分析结果表明,梁格模型与单梁模型计算结果较为吻合,并能较准确地反映梁体的实际受力情况。此外,还利用梁格模型完成了预应力横隔梁、桥面板的验算,其结果满足《铁路桥涵混凝土结构设计规范》(TB 10092—2017)相关规定要求。该梁格模型可以同时完成纵梁、横隔梁、桥面板的验算,建议在设计类似结构时重视预应力横隔梁对宽箱梁受力情况的影响。     

城市轨道交通连续U梁截面受力分析与优化设计

轨道交通高架线是城市快速轨道交通线路的首选形式。U形断面的桥梁结构外形美观、结构经济、施工方便,是近年来快速发展的一种新结构形式。以青岛地铁人民路节点桥连续U梁设计为依托,对现有连续U梁截面进行优化。利用BSAS程序,通过建立平面杆系模型对2种不同截面的连续U梁进行计算对比,得出2种截面下全桥的变形和受力。在Midas中建立有限元实体模型,对优化截面连续U梁计算结果进行复核对比,发现通过优化连续U梁中支点截面特性,变相增加腹板高度,可以有效改善全桥纵向正应力及竖向变形,使全桥结构受力更科学合理,同时大大减少了预应力钢束数量,节约了成本。     

青岛市红岛—胶南城际轨道交通先张U梁设计

为了解决U梁在海洋性气候特点下的耐久性问题和分析U梁空间受力特点,青岛市红岛-胶南城际轨道交通(青岛R3线)在总结以往U梁设计经验的基础上,在国内首次自主设计并采用先张法U梁。采用BSAS软件和Midas/civil软件分别建立平面杆系模型和空间三维实体单元模型进行分析对比,发现U梁截面应力不均匀,且实体单元应力安全储备值小于平面杆系模型计算结果,并通过分析截面横向应力的不均匀性,找出横向薄弱点,确定横向配筋。通过对比分析,确保桥梁结构安全,对类似工程U梁设计具有一定的参考借鉴意义。     

公铁两用钢桁梁斜拉桥索梁锚固点位置影响研究

本文以公安长江公铁两用特大桥为工程背景,针对索梁锚固点位置(即索梁锚固点与主梁截面形心的相对距离)对大跨度钢桁梁斜拉桥受力特性的影响展开研究。利用Midas有限元软件,在成桥工况下和活载工况下,建立一系列不同索梁锚固位置的简化梁模型,通过对比不同情形下各主塔支反力、主梁弯矩、主塔塔底弯矩、斜拉索索力和跨中位移的计算结果,得出索梁锚固点位置与斜拉桥内力变化规律,为今后同类型桥梁的设计提供理论参考。     

钢轨长实体模型在不同频段的振动及传递特性分析

钢轨的振动与噪声问题以及一些钢轨病害是轨道交通中比较重视的问题,认清钢轨在不同频率下的真实振动特性是解决这些问题的关键。本文应用长实体模型研究钢轨在不同频率下的垂、横向振动与传递特性,对比其与钢轨梁模型在钢轨振动特性研究中的差别,给出能够准确表明钢轨振动传递特性的导纳及振型。研究表明:钢轨在小于钢轨共振频率时的振型类似于静弯变形,大于钢轨共振频率时钢轨振动呈现多波振型。随着垂、横向振动频率进一步增加,钢轨截面产生变形。高频时长实体模型能够真实地反映钢轨的实际振动特性,钢轨Euler梁和Timoshenko梁模型适用截面未发生变形前的垂向振动分析,梁模型无法反映钢轨于轨头处横向激励引起的扭转变形,计算结果与实体模型有差别。     

高速铁路接触网关键零部件力学特性分析

采用三维建模软件和Ansys软件建立了接触网棘轮、腕臂和吊弦的三维实体模型及有限元模型,通过有限元计算完成了棘轮及腕臂的静力分析,得到棘轮的最大应力点以及腕臂在不同工况下的最大应力点;通过进行吊弦的疲劳实验获取了吊弦寿命的S-N曲线。研究结果为高速铁路接触网关键零部件的优化设计和故障检测提供了依据。     

铁路矮塔斜拉桥主梁现浇中贝雷梁支架承载力分析

以津保铁路矮塔斜拉桥为工程背景,采用大型有限元软件 Midas/Civil对主梁现浇中贝雷梁支架建立了空间有限元模型,通过计算和分析对其稳定性进行了深入研究。结果表明,支撑系统承载力均满足要求,同时通过实际施工情况对支撑体系进行了优化分析,优化后的结构形式能在保证工程质量的前提下,缩短工期,减少施工成本。研究结果可为类似的桥梁施工及设计提供参考。     

分离模型预应力混凝土梁数值模拟

运用ANSYS进行空间曲线布筋的变截面预应力混凝土梁在静力荷载作用下的有限元全过程分析,并将计算结果与试验结果相对比。结果表明,数值模拟的荷载挠度曲线与试验结果吻合较好,此外计算的混凝土梁顶应变以及中和轴位置变化也较好地符合了预应力混凝土梁静载过程中的变化,说明该模型能较真实地反映静载下预应力混凝土梁的力学性能,为模拟实际工程中的预应力混凝土梁受力变化提供了可靠有效的方法。     

曲线异形双层人行钢桁梁力学性能研究

为了研究曲线异形双层人行钢桁梁力学性能,依托国内首座双层人行钢桁梁,以有限元法为基础,借助结构分析软件Midas civil建立异形钢桁梁数值模型,计算双层人行桥各荷载组合作用下结构各部件应力和结构纵、横向挠度,并结合异形双层钢桁梁特点,计算结构稳定系数及支反力,同时研究人字叉对结构稳定及支反力的影响。研究结果表明:最不利荷载组合作用下,结构最大拉、压应力均发生在斜腹杆位置,由最不利荷载工况引起的结构最大纵向挠度为L/1 340,结构挠度及各部件应力满足规范要求,上层满布人群荷载时结构稳定性系数最小,设置人字叉时,结构稳定系数变化较小,主要削弱边支点支反力峰值,起平衡结构支反力的作用。     

基于纤维梁模型的钢筋混凝土箱梁非线性分析

为了准确模拟钢筋混凝土箱梁的非线性受力性能,采用精细化的三维纤维梁单元模型,基于有限元软件ABAQUS的Standard求解模块,用FORTRAN语言编制了钢筋和混凝土纤维梁单元材料用户子程序,详细介绍了建模过程。以钢筋混凝土简支箱梁为算例,对其进行全过程非线性仿真分析,并与试验结果进行对比,研究配筋率及加载方式对箱梁全过程受力性能的影响。计算结果表明:有限元分析得到的跨中荷载-挠度曲线反映了钢筋混凝土箱梁的受力全过程及破坏形态,且与试验结果吻合良好,验证了本文建模方法的可靠性;配筋率对箱梁的极限承载力影响很大,选择合适的纵筋和箍筋配筋率极为重要;不同加载方式下箱梁的受力性能是有差别的。提出了箱梁全过程受力特性的弯矩-挠度简化计算模型,并与试验结果对比,验证了本文简化计算方法的正确性,为既有桥梁的安全性和可靠度评估提供了简化方法。     

铁路预应力混凝土连续槽形梁研究

槽形梁目前在我国铁路建设中应用较少,已建成的最大跨度只有40 m,在特殊条件下采用槽形梁能较大程度地降低有效建筑高度,具有较好的经济性。槽形梁空间受力特征明显,需要借助大型有限元程序进行梁板模型及实体模型分析,计算工作量大。铜九铁路跨越318国道大桥采用(40+64+40)m单线预应力混凝土连续槽形梁结构,该桥已建成通车并进行了通车试验,通过对连续槽形梁的三维有限元整体空间分析,系统揭示了在竖向荷载作用下连续槽形梁的空间作用特性,为更大跨度的铁路连续槽形梁的建造提供借鉴。     

高速铁路连续梁空心桥墩地震分析

对于高速铁路常规跨度连续梁桥桥墩的地震力,目前设计者多采用抗震规范中单墩地震力计算公式计算,这与全桥模型的实际情况显然不符。为此,利用Midas/Civil软件建立了三种跨度连续梁的全桥空间动力模型,并通过改变基础的形式以及基础的边界条件来改变桥墩的整体刚度,分别将全桥模型计算的地震力结果与规范法的单墩模型计算的结果进行了比较,得出了两者比值(全桥模型数值/单墩模型数值)。当桥墩刚度越强时这个比值越小,桥墩刚度越弱时这个比值越大的结论。并给出了这个比值与刚度之间的关系曲线。最后提出了对于实体桥墩及考虑活动支座摩擦影响的展望。     

地铁列车制动仿真软件的开发

为实现地铁列车的制动过程仿真,分析了地铁列车制动系统仿真所需的车辆及制动系统的简化模型,开发了仿真软件。车辆子模型采用模块化建模方法,将车辆拆分成轮对、弹簧阻尼、构架、车体等部件进行建模。制动系统子模型基于实验数据构建,通过对试验曲线进行插值计算等方式得到仿真所需要的制动相关曲线,该软件可以执行实时仿真,仿真结果准确可信。