钢管混凝土拱空间极限承载力高精度分析

采用考虑材料非线性的钢管混凝土拱空间极限承载力计算方法对1个X型双肋拱与1个平行双肋拱进行了空间极限承载力计算.在该方法中,对钢管混凝土拱结构采用纤维单元模型,该模型假定钢管与混凝土完全粘接,钢管对核心混凝土的套箍作用体现在以一维形式表达的核心混凝土的应力-应变关系曲线之中,针对材料非线性分析中单元内各点刚度参差不齐的特点,采用单元内设小元的方法(相当于子结构),编制了非线性有限元程序,在该程序中,计算模型完全是基于小元层次进行的,比如单元刚度矩阵由小元刚度矩阵凝聚而成,单元节点的残余力由小元节点的残余力构成,故只需改变单元内小元个数这1个参数就可实现对结构的重新划分且极大地降低了非线性方程组的阶数,非常方便且实用.在程序计算结果得到模型试验结果验证的基础上,还对不同的横撑根数对结构空间极限承载力的影响进行了分析.     

中承式钢管混凝土拱桥空间弹塑性稳定性分析

基于U.L列式单元增量平衡方程,采用单元节点截面内力塑性系数法建立钢管混凝土空间梁单元弹塑性刚度矩阵,并编制了钢管混凝土拱桥空间稳定分析方法及设计程序,采用初始内力法考虑阶段间体系转换及弹性内力的传递,计算分析了益阳资江三桥主孔钢管拱桥施工阶段及成桥使用阶段空间稳定性,探讨了材料非线性以及桥面以上拱肋之间加设横向风撑对其稳定安全系数的影响。     

单拱面预应力混凝土系杆拱桥空间稳定极限承载力分析

基于U．L．列式单元增量平衡方程，采用单元节点截面内力塑性系数法建立钢筋混凝土空间梁单元弹塑性刚度矩阵，并编制了单拱面预应力混凝土系杆拱桥空间稳定极限承载力计算程序。理论分析结果与两个模型试验结果良好接近，验证了分析方法的正确性。初步探讨了单拱面预应力混凝土系拱桥弹性稳定安全系数及拱肋宽跨比取值。     

PBL加劲肋对钢管混凝土拱肋受压节点受力性能的影响分析

由于钢管与混凝土之间的黏结力非常有限,极易在节点处产生钢管与混凝土界面滑移即脱黏,严重降低拱肋的承载能力。在钢管混凝土拱肋内置PBL加劲肋可提高节点处钢管与混凝土界面黏结力,增强钢管混凝土协同工作能力。该文以某钢管混凝土拱桥为例,对拱肋节点进行了非线性分析,探讨了PBL加劲肋对节点破坏形式、极限承载力、钢管的应力分布等力学性能的影响。结果表明:内置PBL加劲肋可增强钢管与混凝土界面黏结力,便于使拱上立柱产生的水平力由钢管和混凝土共同承担,有效提高了节点承载力。内置PBL加劲肋是对钢管混凝土拱肋节点的一种有效改进形式。     

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。     

单拱面预应力混凝土系杆拱桥弹塑性稳定分析

基于U.L.列式单元增量平衡方程，提出了一种建立钢筋混凝土窨染单元弹塑性刚度矩阵的新方法一单元节点截面内力塑性系数法，并编制了单拱面预应力混凝土系杆拱桥空间稳定极限承载力的计算程序。理论分析结果与两上模型试验结果良好，验证了分析方法的正确性。文中初步探讨了单拱面预应力混凝土系杆拱桥弹塑性稳定安全系数及拱肋宽跨比取值。     

大跨桁式钢管混凝土拱桥空间非线性有限元分析

采用共旋坐标法导出钢管混凝土杆单元在大位移、大应变条件下的空间几何、材料非线性耦合的单元切线刚度矩阵;提出了在n 1维荷载-位移空间Rn 1中求解非线性有限元方程组的位移增量法迭代格式,该格式保留了迭代刚度矩阵的部分带状性能;在此基础上编制相应的有限元程序NSTSAP(几何非线性)和NSTSAP2(双重非线性)。通过与湖南茅草街大桥拱顶节段试验模型进行对比分析发现:该方法能较好地反映桁式拱肋钢管混凝土拱桥空间受力的非线性性能。     

初应力对钢管混凝土拱肋节段极限承载力影响的有限元分析

该文采用考虑材料非线性的钢管混凝土拱极限承载力计算方法,自编程序对钢管混凝土拱肋节段进行了极限承载力计算,在计算时按不考虑和考虑初应力分别进行了分析,通过两者计算结果的比较,得出了一些有意义的结论,可为相关人员进行类似问题分析时提供参考。     

钢管初应力对钢管混凝土单圆管拱极限承载力影响的研究

钢管混凝土这种组合材料以其自身的优势,推动了钢管混凝土拱桥的大发展;对于大跨度拱桥而言,由此带来不可避免的初应力问题.利用数值分析的方法,建立了实体-梁单元法,选择了核心混凝土与钢管的本构关系,推导了弹塑性切线刚度矩阵,在此基础上利用Visual Fortran语言编写了极限承载力的计算程序,通过引入初应力系数的概念,探讨了不同初应力系数对极限承载力的影响,给出了单拱肋拱桥初应力的限值,对研究钢管初应力对钢管混凝土拱桥极限承载力影响具有一定的指导意义.     

空间梁单元显式切线刚度矩阵推导

在开展桥梁、房屋、网壳、网架等杆系结构几何非线性分析或极限承载力计算时,需要空间梁单元的切线刚度矩阵。基于非线性问题的一般平衡方程和空间梁单元的非线性几何方程,推导应力应变一般线弹性关系下的空间梁单元显式切线刚度矩阵,该刚度矩阵中包含了由初应力和初应变产生的初应力刚度矩阵,为空间有限元程序的编制奠定了基础。     

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。     

装配式组合梁桥开孔钢板连接件抗剪性能

为建立适用于装配式钢-混组合梁桥的间断式开孔钢板连接件的极限承载力和初始刚度的设计计算方法,共设计3组8个间断式开孔钢板连接件与1个传统开孔钢板连接件推出试件,分别研究端部承压面、开孔孔径、贯穿筋直径与混凝土强度对间断式开孔钢板连接件的极限承载力及初始刚度的影响;利用非线性有限元模型对间断式开孔钢板连接件的受力机理、破坏过程和承载能力进行仿真模拟,并通过与试验结果进行对比分析验证仿真结果的可靠性;以试验中的变量设置为基础,增加参数取值范围,建立并分析162个非线性实体有限元模型,通过对分析结果进行多变量回归分析,提出适用于间断式开孔钢板连接件的初始刚度及极限承载力的计算表达式。结果表明：间断式开孔钢板连接件的荷载-滑移曲线分为弹性段、塑性段及下降持力段3个阶段,前2个阶段荷载主要由孔中混凝土隼、贯穿筋及端部承压混凝土共同平衡,下降持力段荷载则主要由上侧贯穿筋承担;试件极限承载力及初始刚度约为同尺寸传统开孔钢板连接件的2倍,并随开孔孔径、贯穿筋直径与混凝土强度的增加而提高;所建立的初始刚度与极限承载力计算公式与试验值吻合较好,研究结果对间断式开孔钢板连接件在装配式钢-混组合梁桥中的应用具有参考价值。     

考虑结构损伤的CFST拱桥极限承载力分析

为研究大跨度钢管混凝土拱桥在结构受到损伤情况下的极限承载力,以某特大桥为例,假定该桥在营运阶段主拱圈拱脚根部截面受到损伤,借助通用有限元程序ANSYS建立相应的空间有限元模型,研究过程中引入考虑套箍效应的钢管内混凝土本构关系,对该类桥型的拱脚关键部位损伤前后,在3种不同工况下极限承载力进行了对比分析,得出了相应的极限荷载系数、破坏模式以及荷载-位移曲线之间的关系。结果表明：在该类结构极限承载力分析过程中,非线性效应十分明显;关键部位的轻微损伤对该类结构的极限承载力有较为明显的影响,但不影响结构破坏的模式;在结构的极限承载力分析中,必须考虑几何与材料的双重非线性特性的影响。     

章江大桥稳定分析

以章江大桥为例,分别采用3种钢管拱肋刚度的计算方法,建立了有限元模型,采用有限元分析程序ANSYS对成桥运营阶段第1类稳定和第2类极值点稳定进行了分析。分析表明,考虑几何非线性、材料非线性和初始缺陷的非线性稳定的失稳荷载比线性屈曲计算值要小很多;采用试验数据法模拟钢管拱肋刚度的计算结果无论是稳定系数还是非线性稳定系数都较为安全。对该类桥梁的设计具有一定参考意义。     

钢筋混凝土拱的承载能力研究

从材料的非线性特性出发,同时考虑截面M和N的相互耦合作用,用非线性有限元分析了拱结构从加载到破坏的全过程,求出拱结构的极限承载力。通过实例分析,验证了本文理论和所编制程序的正确性。     

隧道钢管钢架与传统格栅钢架受力特性对比试验研究

针对传统格栅钢架和自主设计的4肢钢管钢架支护结构，利用Abaqus通用有限元软件，综合考虑钢管厚度、构件质量、材料成本等因素，系统开展2种隧道支护结构在单独受荷和共同受荷条件下的极限承载力、抗弯刚度、弯曲挠度、破坏形态等力学特性及演化规律的对比试验研究。研究结果表明： 1)钢管钢架和格栅钢架在刚度、承载力、变形破坏形态等方面存在一定差异，在用钢量相同的情况下，钢管钢架具有更高的强度和抗弯刚度，结构变形和受力亦更加合理； 2)钢管钢架自身承载力受钢管壁厚参数影响较为显著，壁厚取值过小会明显降低其承载力，但当壁厚达到一定数值时，继续增加壁厚对提高构件整体强度和抗弯刚度有限，同时会相应增加构件质量和材料成本； 3)在单独受荷条件下，格栅钢架的承载力为445 kN·m，较钢管钢架构件PG-2低393%，此时钢管钢架质量较格栅钢架略低，但每延米单价要高； 4)格栅钢架混凝土构件的极限荷载为174.6 kN·m，较钢管钢架混凝土构件C+PG-2、C+PG-6的极限荷载分别低2.7 %、30.6 %； 5)钢管钢架对于早期变形速度较大的围岩具有较好的适用性。     

拱索体系加固的刚架拱桥荷载横向分布

针对传统的钢筋混凝土刚架拱桥采用拱索体系加固的要点和措施,提出了计算拱索体系荷载横向分布的弹性支承连续梁法。该方法假定荷载作用在由各拱片或索组成的空间桥梁结构中,通过计算荷载作用在截面处各拱片或索的刚度,根据桥梁的横向联结刚度,建立一弹性支承连续横梁来计算荷载在各拱片的横向分配,从而把空间问题转化为平面问题来处理。空间有限元分析结果和实桥试验结果对比表明:用拱索体系加固刚架拱桥,能有效地提高该桥的极限承载能力;该方法是一种简单、实用、偏于安全的设计计算方法。