板桁组合结构主桁节点板应力集中系数研究

为给板桁组合结构节点板的设计提供参考,以沪通长江大桥为背景,针对板桁组合结构的传力特点,采用ANSYS建立节点区域梁段的板壳模型,计算轴力、弯矩单项荷载作用下节点板区域的应力分布特征和应力集中系数。分析弦杆腹板高度、腹杆翼缘宽度、弦杆与腹杆间圆弧半径、腹杆间圆弧半径4个参数对应力集中系数的影响,并拟合出应力集中系数的计算公式。结果表明:单项荷载作用下的应力最大值均出现在所加载的杆件与相邻杆件间的节点板圆弧过渡起始位置;不同杆件在轴力、弯矩作用下的节点板区域应力集中系数不同;下弦杆在轴力、弯矩作用下的节点板区域应力集中系数均较大;下弦杆在轴力作用下的节点板区域应力集中系数与现有公式计算值吻合较好,其他情况下节点板区域的应力集中系数均较现有公式计算值大,需引起重视。     

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。     

重庆曾家岩大桥多杆件特殊节点模型试验设计

为研究重庆曾家岩大桥加劲弦与上弦杆连接处特殊节点的静力性能,开展多杆件节点缩尺模型试验设计。为了确定板桁结合悬索加劲钢桁梁桥特殊节点节段模型合理的边界模拟和加载方式,将全桥多尺度有限元模型中得出的特殊节点各杆端截面的内力,采用几何约束和力边界在主桁平面内进行模拟,使得节段模型能较为准确地模拟特殊节点关键部位的应力分布规律。根据试验条件选定1∶2.5为试验模型的缩尺比例,进而确定静载试验荷载及加载方案;根据试件的荷载及反力,对大吨位反力台座进行了设计;并根据缩尺比例,对杆件间的连接、杆端局部加强部位、加劲弦嵌固端以及铰支座进行设计计算,最终确定了特殊节点缩尺模型的结构构造。在此基础之上进行了模型静载试验,顺利加载至设计荷载的1.4倍,结构整体处于弹性阶段,试验结果验证了本试验设计安全可靠,可为后续类似多杆件节点的静力性能试验研究与设计提供参考。     

钢桁架桥钢节点有限元分析

为分析在荷载作用下桥梁各节点应力分布,以CATIA桥梁模型为基础,导入MIDAS、ABAQUS进行总体和局部应力计算分析。结果表明,由于桥梁设计过程中中部节点板厚及尺寸加大,导致应力集中更容易出现在偏离中心的变截面节点中;在恒载以及恒载加活载作用下,桥梁下部各节点应力均小于钢材屈服应力,满足规范要求;无论是恒载还是恒载加活载作用下,下部节点处应力集中都出现在斜腹杆与节点板相连处,2号斜腹杆可能成为最先发生疲劳破坏的杆件。     

美国I-35W大桥连续垮塌过程研究

为研究美国I-35W大桥连续垮塌原因,基于我国钢结构设计规范,采用理论推导与有限元仿真结合的方法,对节点板和整体结构失效过程进行分析。首先根据实桥在运营和维修过程中的受载情况,对4种典型工况下,全桥模型中U10节点板抗拉、抗剪及局部稳定性进行分析,得到其破坏的原因和失效的过程;最后分析了U10节点板失效后全桥结构连续垮塌过程。结果表明:集中作用于U10节点板处的维修荷载是其破坏的直接外因;节点板抗剪强度不足是其失效内因。全桥连续垮塌过程为:U10节点板剪切破坏后节点连接杆件受力急剧变化,原设计受拉竖杆变为压杆,杆件失稳破坏,整个节点失去刚度,桥梁结构体系改变,无法继续按原设计承载,结构垮塌。     

大跨度网状吊杆拱桥拱-梁节点局部应力分析

为明确大跨度网状吊杆拱桥拱-梁节点处的板件传力特点,以主跨420 m网状吊杆钢箱梁拱桥——济南齐鲁黄河大桥为背景,建立全桥板壳-杆系混合有限元模型,分析不同荷载工况下拱-梁节点板件的受力特性,以及拱肋轴力在拱-梁节点的传力机理.结果 表明:该桥拱-梁节点各板件受力主要由恒载控制,活载响应约占总荷载响应的10％;系梁横桥...     

矩形钢管混凝土桁架节点极限承载力研究

采用退化壳单元和三维实体单元分别模拟钢管和混凝土,考虑材料非线性、钢管与混凝土的接触非线性,对矩形钢管混凝土桁架节点的极限承载能力进行了研究。采用该方法对Y型节点、X型节点、T型节点以及K型节点进行非线性有限元分析得到的极限荷载值与试验破坏荷载值较为吻合。为矩形钢管混凝土节点极限承载力的分析提供了一个合适的方法,同时为矩形钢管混凝土桁梁桥节点的设计方法提供了理论依据。     

系杆拱桥吊杆节点足尺模型承载性能试验研究

为研究系杆拱桥吊杆节点锚固区锚头强度是否满足受力要求,以南昌生米大桥为研究背景,制作拱顶吊杆节点锚固区的足尺模型,测试在设计荷载作用下吊杆节点承载力,并建立空间有限元模型,对比分析有限元理论值与试验实测值.研究结果表明:双层钢套筒整体强度满足要求,但加劲板与钢垫板接触位置局部抗压强度超过允许值,应对加劲板予以补强.模型试件的制作精度影响内钢管与外钢套筒分担荷载比例,在今后的类似试验过程中应予以重视.     

钢管腹杆-混凝土K形组合节点试验及仿真分析

为研究钢桁腹-混凝土组合梁中钢管腹杆与混凝土弦杆K形组合节点的传剪机理,开展K形节点区抗剪试验及节点区键销钢筋、连接螺栓的直剪试验,得到K形节点区的破坏形态,并通过试验提出的钢筋及螺栓直剪的多折线荷载~位移本构模型,进行K形节点区的精细化三维非线性仿真分析。研究结果表明,K形节点区的竖向剪力来自于相邻节间弦杆的轴力差,键销钢筋及连接螺栓的直剪破坏是节点区受剪失效的主要原因,其抗剪承载力主要由键销钢筋及连接螺栓提供;所建立的K形节点区非线性仿真模型能够较好地反映节点区的破坏形态,极限承载力及荷载~位移曲线与试验结果吻合良好。     

大跨径双层悬索桥钢桁梁整体焊接节点疲劳分析与试验

为了给大跨径钢桁梁悬索桥抗疲劳设计提供依据,针对杨泗港长江大桥钢桁梁采用的整体焊接节点,开展了多轴疲劳荷载作用下整体焊接节点的有限元疲劳分析和试验研究。首先通过建立全桥有限元模型,基于英国BS 5400规范和Miner准则,获得了在标准疲劳车作用下全桥最不利整体节点及其各杆件200万次等效疲劳轴力幅;其次建立最不利整体节点空间精细化模型,通过对各轴向杆件施加200万次等效疲劳轴力幅,进行了多轴荷载下整体节点的疲劳性能分析;最后基于相似理论,设计了1∶6的整体焊接节点缩尺模型,进行多轴荷载下的疲劳试验研究。结果表明:位于距主塔297m距离的F34节点为疲劳最不利下弦杆整体节点;F34节点最大Von-Mises应力在78.8~130.6 MPa,小于设计规范的疲劳强度;200万次的模型疲劳加载试验过程中,未发现任何疲劳裂纹产生,各测点的应力值与理论值误差小于7.8%;杨泗港长江大桥钢桁梁整体焊接节点疲劳性能满足设计要求,研究成果对大跨径双层悬索桥抗疲劳设计具有直接的指导作用。     

空间圆管桁架混凝土组合梁受力性能试验研究

空间圆管桁架混凝土组合结构是一种新型组合结构,为了解其受力特点、破坏机理、变形能力、管桁架杆件的内力分布规律及界面相对滑移等,设计制作了2根弦杆未填充混凝土的不同混凝土翼板厚度的空间圆管桁架混凝土组合梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行受力性能试验研究。研究表明,在对称荷载作用下,组合梁的破坏形式为弯曲破坏,同时伴随有受拉腹杆节点焊缝的强度破坏;空间圆管桁架组合梁具有良好的承载能力和变形能力,相同荷载下,混凝土板厚的组合梁的承载能力高于板薄的组合梁;组合梁破坏时,其跨中挠度约为跨径的1/200;不考虑界面相对滑移的情况下,截面应变满足平截面假定;加载前期,支点截面界面相对滑移量大于 L/8截面,而加载后期,L/8截面界面相对滑移量大于支点截面;腹杆为非轴心受拉或受压杆件,且跨中位置腹杆的轴力较小,梁端位置腹杆的轴力较大。     

碳纤维布加固预应力混凝土空心板桥极限承载力全过程分析

对采用碳纤维布加固后的装配式预应力混凝土空心板桥进行极限承载力分析.采用MIDAS/FEA有限元软件建立计算模型,考虑材料的非线性,计算空心板在4种工况下的极限承载力.计算结果表明:采用碳纤维布加固空心板桥,改善了空心板的受力性能,提高了空心板的屈服荷载和极限荷载;空心板的屈服荷载和极限荷载随碳纤维布用量的增加呈非线性增大.力Ⅱ固后的空心板挠度明显减小,空心板变形得到有效的控制.     

蝴蝶拱桥的有限元分析及模型试验研究

蝴蝶拱桥是一种新型空间组合拱桥,设计巧妙独特,外型美观.为全面分析其力学行为,建立了空间杆系和板壳有限元分析模型,给出了该桥控制截面在几个主要荷载工况下的变形和应变值;为验证计算理论的合理与准确性,确保该桥的安全与可靠性,进行了1/10模型试验,并将理论计算值与实侧值进行了比较,为该桥的设计与施工提出了有意义的建议.     

板桁组合结构钢-混结合段的受力性能

为研究某公路、铁路两用斜拉桥公路桥面钢-混结合段的受力性能,对其进行了非线性有限元分析。同时依据相似性原则设计了钢-混结合段的大比例试验模型,测试了荷载作用下试验模型的控制断面和主要构件的应变和位移。理论分析与试验测试结果表明:钢-混结合段中钢结构、混凝土结构及栓钉的应力水平较低,具有较强的安全储备;钢与混凝土之间相对滑移量较小,钢结构荷载比较顺畅地传递到混凝土结构,钢-混结合段的工作性能良好,构造设计合理。本文的研究结果可供板桁组合结构钢-混结合段的设计参考。     

连续钢桁梁施工阶段整体节点局部应力分析

郑州黄河公铁两用桥主桥为国内首次采用无竖杆的三主桁斜边桁的空间桁架形式,其节点构造及受力复杂。主桥第2联连续钢桁梁采用悬臂拼装施工,为了解这种新型节点板在悬臂拼装施工最不利阶段时的局部受力情况,确保桥梁建造安全,建立第2联受力最大、有代表性的典型节点E80局部应力计算的精细有限元模型,进行节点板区域局部应力分析,得到节点板的应力分布情况。计算结果表明:在最大悬臂最不利工况下,与节点板相连接的各杆件主要承受压应力,应力水平低,分布比较均匀;节点板整体应力水平比较低,在节点板局部区域及下弦杆底板的某些区域应力值较大,出现应力集中,但应力值小于钢材的屈服强度,结构处于安全状态。     

大跨钢桁加劲梁悬索桥耳板节点试验研究

贵州坝陵河大桥为主跨1 088 m的钢桁加劲梁悬索桥.利用ANSYS建立钢桁梁耳板节点的空间模型,进行弹塑性分析.通过对耳板节点进行足尺模型静力试验,得到静力荷载作用下钢桁梁耳板节点上各测点应力.结合有限元分析和模型试验结果,分析钢桁加劲悬索桥耳板节点的应力分布及传力机理,对耳板节点的承载能力做出评价.     

重庆东水门长江大桥静力试验分析

针对钢桁梁斜拉桥荷载试验方案设计复杂,可参考文献较少的现状,以重庆东水门长江大桥竣工荷载试验为依托,对大跨度钢桁架梁公轨两用斜拉桥的静力试验进行研究,介绍了该类桥梁的荷载试验实施方法,采用梁单元、桁架单元、板单元建立有限元模型并进行数值分析。结果表明,有限元模型计算值与静力试验实测值基本吻合,表明该模型建立方法合理,该桥受力性能满足设计活载的正常使用要求。     

部分内填混凝土钢桁梁焊接整体节点力学性能分析

在部分内填混凝土钢桁梁焊接T形整体节点静力试验的基础上,采用有限元软件ABAQUS对试件节点在腹杆竖向荷载下的力学性能进行数值模拟,并通过试验结果验证有限元模型的正确性。在此基础上选取不同的混凝土内填方案进行参数分析,系统研究混凝土填充长度对钢桁梁整体节点弹性刚度、极限承载力以及破坏模态的影响规律。结果表明:仅在核芯区内填充混凝土对节点力学性能改善很不明显,还需将混凝土填充范围扩大至核芯区两侧的弦杆内,但当混凝土填充超过一定长度后,节点的刚度和承载力提高将非常有限,极限破坏模态也不再变化。     

蝴蝶拱桥的有限元分析及模型试验研究

蝴蝶拱桥是一种新型空间组合拱桥，设计巧妙独特，外型美观。为全面分析其力学行为，建立了空间杆系和板壳有限元分析模型。给出了该桥控制截面在几个主要荷载工况下的变形和应变值；为验证计算理论的合理与准确性，确保该桥的安全与可靠性，进行了1／10模型试验，并将理论计算值与实侧值进行了比较，为该桥的设计与施工提出了有意义的建议。     

改进型简支装配式小箱梁设计及整体模型横向活载效应分析

以上海市大芦线为工程背景,介绍了改进型简支装配式小箱梁的构造特点,建立实体有限元模型,分析研究组合式小箱梁各片梁在不同偏载工况下的内力横向分布,量化对比横隔板对平衡弯矩横向不均匀分配的影响,得出了对于跨径22 m桥宽较窄的情况下,设置跨中横隔板对横向整体受力影响较小的结论。通过实体计算分析小箱梁整体模型在活载作用下的横向弯矩效应,得出了桥面板横向受弯以局部荷载效应为主,整体效应为次;集中荷载作用下的局部荷载效应明显,尤其是沿计算跨度方向的局部效应更为突出的结论。比较杆系模型与实体模型计算桥面板横向弯矩的误差,得出杆系模型结果偏于安全的结论。