覆土波形钢板拱桥工作性能数值分析

为了探究覆土波形钢板拱桥的受力特征,利用有限元软件及其MPC算法并结合国外设计规范对一座实际钢波纹板拱桥进行了施工阶段和成桥使用阶段受力性能分析,同时对影响拱桥受力的不利工况及参数进行分析探讨。分析结果表明,随施工阶段填土变化,尤其在填土至拱顶附近时,结构受力及变形有较大的变化;实际应以有限元计算结果指导该结构的设计与施工;该结构力学性能优异,特别是对不良地质和温降的适应能力要远强于普通混凝土拱桥。     

波纹钢板拱桥应用与设计施工技术研究

通过刚度等效的原则将波纹钢板简化为平钢板,利用大型通用有限元程序ANSYS对波纹钢管拱桥在其两侧及顶部土体回填的各个阶段进行了计算和分析。研究结果表明,波纹钢管拱桥在施工过程中,两侧交错回填土体高差不宜过大,应尽量对称回填、尽早压实,以避免拱体发生不均匀挤压现象;拱顶位移和应力的最大值发生在土体回填即将覆盖拱顶的施工阶段,因此,施工过程中应密切关注和监测覆土即将盖过拱顶时结构的位移和应力。     

覆土波纹钢板桥涵的结构分析与设计

简要分析了目前各国相关设计规范中针对覆土波纹钢板桥涵的设计方法及其力学原理,针对国道G207内蒙古桑宝公路段K199+480小桥结构,分别应用各国规范进行了设计,并对设计结果进行了比较和分析.可以看出:各国现行相关规范在设计方法上均采用相对成熟的环向压力理论,并对施工过程的稳定验算给出了具体规定;根据实桥设计结果,各国规范对该埋置结构的设计结果十分接近,相对于压应力、屈曲应力、连接强度的验算,施工过程要求的板厚较大.建议中国相关规范的制定中对结构计算采用相对成熟的环向压力理论,在施工过程的检算中借鉴加拿大公路桥梁设计规范的方法,加强对施工阶段的检算.     

大跨度钢拱桥顶推过程中的局部受力性能分析

为了明确大跨度提篮式钢拱肋与分离式钢箱系梁形成的钢拱桥整体顶推过程中的结构局部受力性能,以主跨213 m钢拱桥为例,采用大型通用有限元软件对钢系梁节段进行了三维数值模拟,计算分析钢拱桥整体顶推施工过程中钢系梁的局部受力情况和板件的局部稳定性能。计算结果表明：在整体顶推施工过程中结构受力性能良好,钢系梁腹板和横隔板的最大Mises应力分别为252 MPa和243 MPa,结构的局部稳定系数在6.14以上。     

不同截面选型对波纹钢箱涵受力性能影响分析

波纹钢箱形结构相较于圆形、拱形和管拱形波纹钢结构截面利用率更高,更适用于路基高度受限的情况。目前对波纹钢箱涵加强措施的研究较多,但缺乏对波纹钢截面形式选择的研究。该文使用有限元分析软件Abaqus对波纹钢箱涵侧墙倾斜角度分别为0°、5°、10°、15°和20°共5种工况建立有限元模型,对结构应力和变形结果进行分析。结果表明：增大波纹钢箱涵侧墙的倾斜角度可以有效减小结构的竖向变形和结构的最大应力;但为充分发挥波纹钢箱涵截面利用率高的优势,推荐选用倾斜角度5°～10°的波纹钢箱涵形式。     

大跨度钢拱桥顶推过程中的局部受力性能计算

为了明确大跨度提篮式钢拱肋与分离式钢箱系梁形成的钢拱桥整体顶推过程中的结构局部受力性能,以主跨213m钢拱桥为例,采用大型通用有限元软件对钢系梁节段进行了三维数值模拟,计算分析钢拱桥整体顶推施工过程中钢系梁的局部受力情况和板件的局部稳定性能。计算结果表明在整体顶推施工过程中结构受力性能良好,钢系梁腹板和横隔板的最大Mises应力分别为252MPa和243MPa,结构的局部稳定系数在6.14以上。     

无背索斜拉拱桥受力性能研究

无背索斜拉拱桥是组合体系拱桥的一种新形式,其兼具传统斜拉桥与拱桥的特征,以其独特的构造形式为桥梁景观带来新颖的美感。然而,其结构受力的复杂形式成为许多设计者考虑的因素。因此,对这种复杂结构进行受力性能研究,研究其受力特点尤为重要。该文以大连翔凤河无背索斜拉拱桥为主要的研究背景,借助有限元计算软件Midas/Civil建立了空间有限元模型,分析了无背索斜拉拱桥的受力特点,得到结构在不同施工阶段下的斜拉索索力及吊杆索力,总结了索力的变化趋势,并分析了结构在多种设计组合下主梁、拱肋内力的变化趋势。     

隧道波纹钢板套衬接头抗弯性能有限元分析

为进一步探讨隧道波纹钢套衬结构纵向连接接头的安全性和适用性问题,对不同型号拼装式波纹钢板纵向接头抗弯力学性能进行研究,选取200 mm×55 mm、300 mm×110 mm和400 mm×150 mm3种型号波纹钢板试件进行接头抗弯数值模拟。共设计12种工况,对比不同规格螺栓的应力分布规律、变形破坏形式及不同螺栓预紧力条件下的法兰板极限承载力及变形破坏特征,就螺栓应力、跨中挠度、极限承载力、法兰板接缝张开量及塑性破坏等方面进行深入分析。研究结果表明： 1）螺栓主要受拉弯变形,内侧螺栓较外侧螺栓受力更大,率先达到屈服状态; 2）接头薄弱点主要在于法兰板,其更容易发生变形破坏; 3）螺栓预紧力对波纹钢板的极限承载力、跨中挠度及接缝张开量均有一定的影响; 4）大波形波纹钢板极限抗弯承载能力约为深波形和中波形的1.36倍和1.67倍。     

圆弧形大跨径波纹钢板桥涵的静力分析

以平面应变理论为基础,对一跨径为12 m的圆弧形波纹钢板桥涵建立三维有限元模型,施加土体自重和汽车荷载进行静力分析,得出了等效应力分布规律。并与国外两种计算方法进行对比分析计算结果的差异,同时说明了差异出现的原因。结果表明:结构在恒载和活载的共同作用下变形很小,满足中国的规范要求;最大等效应力位于拱肩处,最小等效应力位于拱脚处;ANSYS法计算的极限压应力与CHBDC法计算出的极限压应力非常接近,且均小于国外两种方法计算出的抗压强度。     

波纹钢腹板组合箱梁的抗剪受力性能

以某跨径为40 m的波纹钢腹板预应力组合梁桥为原型,根据相似理论设计制作了缩尺模型试验梁。通过测试模型梁在静力荷载作用下的挠度和应变,研究了该桥型的抗剪受力性能。采用有限元方法研究了波纹钢腹板的整体尺寸、波纹板厚度、波折角度、波纹板高度和平板宽度等对波纹钢腹板构件非线性剪切屈曲性能的影响。另外,对Hamilton所做的波纹钢腹板剪切屈曲试验结果进行了回归分析,给出了波纹钢腹板局部屈曲强度的半经验半理论计算公式。结果表明:混凝土顶板和底板承担了大部分弯矩,波纹钢腹板主要承担剪力,且剪力沿波纹板高度方向均匀分布。     

地震作用下多孔钢波纹板拱桥力学分析

为给多孔钢波纹板拱桥的抗震设计提供参考,结合泗洪至许昌高速公路上一座3孔跨径4m的钢波纹板拱桥工程实例,利用大型通用有限元软件ANSYS建立该桥的三维空间有限元实体模型,采用动态时程分析法,对桥梁在人工合成地震波、El Centro波、Taft波3种地震波作用下结构的位移和应力进行分析。结果表明:在同一地震时程激励下,虽然各拱圈空间位置不同,但位移和应力响应的时程曲线走向一致;同一拱圈中,拱弧线拱顶位移比四等分点处位移约小24.9%,应力约小75.2%;不同拱弧线横桥向中部位移比外侧位移约大7.3%,应力约大17.6%;同一位置处边跨拱圈比中跨拱圈位移约大2.5%,应力约大20%。该拱桥结构具有良好的整体抗震性能。     

脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥受力性能的影响

采用平面应变理论推导了轴向压力、温度荷载、收缩应变作用下钢管和核心混凝土界面拉应力的计算公式;提出了钢管混凝土拱桥完全脱黏的计算模型,分析了脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥内力、刚度和面内极限承载力的影响;提出了采用内法兰构造在有限点限制钢管与核心混凝土相对滑移的脱黏对策,并以茅草街大桥实测数据对内法兰构造的有效性进行了验证。结果表明:脱黏使桁架式钢管混凝土拱桥钢管内力增大,结构刚度降低,面内极限承载力下降;在有限点设置内法兰构造使得脱黏之后桁架式钢管混凝土拱桥的受力性能与黏结良好时比较接近。     

低拱型波形钢板桥梁有限元分析

为了探索有限元分析模型的合理性,为波形钢板结构分析和内力计算提供可靠依据,以实际工程为依托,论述将三维实体模型简化为平面模型时板体刚度和荷载折减系数对模型的影响,并考虑土体参数及结构参数,采用平面应变模型在ANSYS有限元分析软件上建立有限元分析模型,用以分析结构受力状态.利用土体弹塑性模型、结构线弹性模型和考虑土体与结构间接触问题的综合分析方法对低拱型波形钢板桥梁的应力应变状态进行探索,并将分析结果与CHBDC(加拿大桥梁设计规范)设计方法进行对比,总结结果不同的原因和简化模型的合理性.最终确定采用平面应变模型对波形钢板结构进行简化分析.     

斜拉拱组合桥与普通拱桥受力性能对比

分析了斜拉拱组合桥的结构受力特征以及与普通拱桥的差别.以我国正在建设的主跨为400 m的斜拉拱组合桥梁--湘江四大桥为例,利用大型有限元分析软件ANSYS,建立了斜拉拱组合桥的三维空间有限元模型,对桥梁振动频率及振型进行了分析,通过与普通拱桥的分析和对比,重点研究了斜拉索对钢管拱组合桥的静、动力特征的影响,对比分析了两种拱桥型式,相同位置影响线的差异.最后总结了斜拉拱组合桥的静、动力特征,得到了一些有益的结论,为这一新颖桥型的方案选取和设计提供参考.     

钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为

为研究钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为,以某钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,采用有限元方法对其全过程非线性受力行为进行深入分析。首先,建立钢管混凝土拱桥整体模型,对其整体受力行为进行分析,提取系杆拱桥关键节点在设计荷载工况下的最不利内力情况;然后以力边界条件形式施加给节点三维精细有限元模型,对拱脚节点和拱肋吊装节点在设计荷载工况下进行应力分析,探讨2种节点在设计荷载工况下的受力行为;最后,考虑材料非线性行为,采用弧长法对2类节点极限承载力进行分析,探讨其承载非线性行为及安全储备。研究结果表明:这2种节点构造形式在设计荷载工况下均安全可靠,且具有较大的安全储备;拱脚节点区拱肋钢管与系梁上翼缘板相交处存在明显的应力集中现象,该处构造复杂,焊缝多,设计时应重点关注;吊装节点区下弦钢管径向刚度小,采用环向加劲肋加强后,对钢管刚度及承载力均有显著改善。     

波形钢腹板混凝土拱桥新桥型构思

介绍了波形钢腹板在桥梁结构中的应用发展概况和国外大跨度混凝土拱桥最新的研究进展,提出了波形钢腹板混凝土拱桥新型桥梁结构,并以重庆万州长江大桥为原型进行了试设计,对试设计初步成果进行了介绍。分析结果表明,这种新桥型在减轻拱圈自重、方便施工、缩短工期等方面具有相当的优越性,为混凝土拱桥向大跨径发展提供了一个新的思路。     

钢管混凝土拱桥施工稳定性及缆风影响分析

通过对钢管混凝土拱桥材料非线性分析方法的比较和总结,结合工程实例,采用纤维单元模型着重探讨了材料非线性对拱桥施工稳定性的影响。并对缆风在施工过程中对拱肋稳定性的有利效应、缆风设置等问题作了定量分析。结果表明,稳定安全系数不能拘泥于传统的定义和取值,应结合失稳形态并以实际荷载作用下结构的效应来计算;材料非线性对大跨度钢管混凝土拱桥稳定性的影响更为显著,有时达50％以上;缆风能显著提高拱肋稳定性,其合理布置方式应在拱腰和拱顶位置附近。缆风初张力对提高拱肋稳定性效果不明显。     

钢管混凝土拱桥施工及营运阶段非线性应力分析

为进一步研究几何非线性、材料非线性及其组合对钢管混凝土拱桥受力特性的影响,以及钢管混凝土拱桥从转体施工到合龙,直至运营阶段的受力特性,使用有限元软件MSC.NASTRAN建立其全桥空间有限元模型,并在建模过程中力求减少假设、逼近真实工程结构状态,对该桥在施工过程及营运阶段的力学行为进行研究。考虑多种荷载组合,与施工过程相对应地分阶段地对结构进行加载,分别考虑线弹性、几何非线性、材料非线性以及双重非线性的影响对模型进行分析计算。对比相同非线性组合状态下不同阶段的受力特性以及相同阶段不同非线性组合的受力特性,得出一些有益结论,包括各阶段结构的受力薄弱位置所在,各阶段各非线性因素的影响的重要性等。     

曾家沟大桥主拱圈施工阶段挠度计算和分析

拱桥施工中,确保拱轴线的线形非常重要。当采用钢拱架砌筑混凝土预制块拱圈时,钢拱架的下挠直接影响着拱桥的拱轴线形。利用有限元软件Midas进行数值分析,分别考虑了砌筑拱圈刚度和不考虑砌筑拱圈刚度2种情况下的挠度变化,然后与施工中实测情况进行对比。分析结果表明,在设计中考虑拱圈刚度与否,相同工况下拱架的下挠值变化很大,实测挠度值表明施工中拱圈的实际刚度比计算中的理想化刚度要小,故在施工时可以通过提高砌筑拱圈的实际刚度来控制主拱圈挠度,从而保证拱轴线线形。     

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。