大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应分析

为研究大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应,以宜万铁路宜昌长江大桥为背景,在总结该类结构体系特点的基础上,采用桥梁博士分析软件建立全桥平面有限元模型,对全桥桥面施加竖向均布荷载(二期恒载),分析拱梁内力、竖向荷载及跨中截面弯矩的分配;将该桥与孔跨组成及截面尺寸完全相同的连续刚构桥在恒、活载作用下的结构内力进行对比,分析组合结构的拱梁组合效应。分析结果表明:在竖向均布荷载作用下,连续刚构柔性拱组合结构跨中范围吊杆轴力增加较大;结构跨中截面总弯矩绝大部分已转化为拱肋压力与主梁拉力;与连续刚构相比,活载作用下,连续刚构柔性拱组合结构的主梁弯矩显著减小,结构刚度提高较大,柔性拱作用明显。     

钢筋混凝土圆形桥墩的延性分析

构件的延性可由截面的弹塑性弯矩-曲率关系曲线来反映。弯矩-曲率曲线上的点与截面应变之间存在一一对应关系。对曲线上的应变变化过程进行分析,给出曲线初始应变计算的解析式。考虑轴力由拉到压的全部范围,对轴力、弯矩、曲率、应变和曲率延性系数进行参数分析。按照轴力水平的不同,弯矩-曲率关系曲线的表现可分为3种类型,即拉力、小纵向压力和大纵向压力。在拉力和小纵向压力作用下,延性较好。在大纵向压力作用下,延性显著变差。     

基于行波效应的钢管混凝土拱桥地震反应分析

基于多点激励的运动方程,在考虑行波效应的前提下,应用有限元软件ABAQUS,对某下承式钢管混凝土拱桥(倾斜拱肋、倾斜吊杆)建立全桥模型,进行自振特性及地震反应分析。由2~4阶振型表明,桥面梁系刚度大于拱肋刚度;由6阶以后振型表明,桥面外刚度大于面内刚度,在低频区主要是面内振动为主。由地震反应分析结果表明:行波效应使钢管混凝土拱桥结构内力有不同程度的增大,拱脚轴力比弯矩增幅更大,增幅与加速度峰值无正比关系,当超过临界波速后拱脚弯矩增幅开始反弹。临界波速与结构动力特性、地震波频谱特征等因素有关。另外,行波效应对拱桥控制截面位移影响比较复杂。     

基于结构振动的中承式拱桥吊杆损伤识别

吊杆是中、下承式拱桥的主要受力构件,其结构损伤影响桥梁的安全,因此,吊杆的损伤识别是结构健康监测的重要工作之一。本文以一座柔性桥面系中承式拱桥为对象建立了三维空间有限元模型并以锈蚀、断丝等引起的吊杆截面缺损作为损伤指标,通过数值模拟研究了结构振动特性与吊杆损伤之间的相关性。研究结果表明,模态曲率对结构损伤较为敏感,损伤识别的效果较好并在此基础上提出了综合运用结构自振频率变化、桥面结构模态曲率变化以及吊杆内力变化进行柔性桥面系中承式拱桥吊杆损伤识别的实用算法。     

系杆拱桥的稳定性分析

刚性梁柔性拱组合式桥梁是常用的下承式或中承式系杆拱桥。为保证拱的空间稳定性,常采用多肋式,即两榀或多榀设横系梁或桁架组合;大跨径有把拱平面倾侧形成提篮式。采用独榀拱布置时会遇到裸拱的空间稳定性问题,考虑到拱梁间吊杆的存在,依托系梁的强大抗弯刚度,为拱提供了抵抗失稳的能力。根据小挠度稳定性理论推导出拱在面外失稳时吊杆产生的扶正力,从而计算拱的临界压力。根据公路桥规相关规定提出可供实用的计算长度,验算拱的正截面抗压承载力,并以实例说明相关的计算。     

考虑非保向效应的单榀拱肋系杆拱桥稳定性分析

系杆拱桥面外失稳时吊杆力的非保向效应是影响结构稳定性的重要因素,对于单榀拱肋尤为重要。考虑单榀拱肋拱脚加强钳固措施,拱肋面外侧向变形应考虑边界条件的改变。在对面外临界荷载的影响已作出研究的基础上考虑变截面的影响,同时研究非保向力的影响,引进侧向变形系数k,从而确定临界力。     

求解合理拱轴线的加权能量方法

通过构造一种基于拱轴线变形能的多参数拱轴线优化方法,以处理控制参数较少的函数曲线难以使拱轴线与压力线重合的问题。该方法以加权能量函数作为优化目标,运用样条曲线逼近主拱圈压力线,并建立主拱圈位移影响矩阵来计算主拱圈的位移调整量。加权能量方法将各个单元的弯曲变形能总和作为优化目标,通过给予每个位置的单元弯曲变形能不同的加权系数来达到调整拱轴线上各点的弯矩分布的目的。算例分析说明求解的拱轴线坐标是合理的,应用平均加权和高斯加权方法可有效减少主拱圈弯矩。     

钢-混凝土组合梁斜拉桥梁结构的稳定性分析

采用有限元法建立钢-混凝土组合桥梁的结构模型,分析了不同典型施工阶段下桥梁主梁和腹板结构的受力特征,获得了桥梁整体失稳状态。并以桥梁局部失稳状态分析斜拉桥结构的稳定性特征,获得影响斜拉桥稳定性的各影响因素关系。研究结果表明:全桥一阶整体失稳态下的总体稳定系数为7. 7,大于一般计算稳定系数4. 0;桥梁施工状态下,主梁最大应力出现在成桥阶段1 000 d后,桥面板承受最大压应力出现在中跨合拢阶段,均满足规范。对于桥梁主梁腹板,在设计荷载组合作用下,主梁腹板加劲肋局部位置易发生屈曲变形。当轴力/弯矩小于0. 5时,首先在梁段产生横梁侧倾失稳,随着轴力/弯矩比值的增加,由横梁侧倾斜转化为主梁腹板或加劲肋的失稳。     

结构损伤对系杆拱桥结构性能的影响研究

为了研究系杆拱桥在关键构件损伤后的安全性能和内力重分布规律,以某钢管混凝土系杆拱桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,设置吊杆损伤、吊杆失效和拱肋损伤不同工况,对比分析该桥在损伤状态和完好状态下的结构性能,分析损伤状态对其动力特性、稳定性、结构位移和内力的影响。结果表明:吊杆损伤、失效和拱肋损伤会使桥梁整体刚度降低、自振频率减小,但对振型基本没有影响;吊杆损伤、失效和拱肋损伤会导致桥梁稳定性降低,但降低幅度较小,对失稳形式没有影响;吊杆损伤会引起桥面竖向位移和吊杆应力增加,但对拱肋弯矩影响不大;吊杆失效会对其相邻部位产生显著影响,使结构发生显著的内力重分布;拱肋损伤对桥面竖向位移和吊杆应力影响很小,对拱肋弯矩影响较大。     

空洞在围岩水平侧压力系数不同时对二次衬砌结构的影响

本文建立了山岭隧道衬砌背后空洞影响数值计算模型,并对水平侧压力系数不同时空洞对二次衬砌结构变形和内力的影响进行分析,研究结果表明：水平侧压力系数不同时,隧道衬砌结构的变形差异较大;水平侧压力系数不同时,弯矩的变化比轴力的变化更为明显,但水平侧压力系数的增加会导致轴力和弯矩都迅速增加;拱腰衬砌对拱顶空洞的产生是非常敏感的,尤其是当侧压力系数较大时,拱腰处的弯矩甚至会发生符号的改变;仰拱部位的衬砌结构在空洞产生后,随着侧压力系数的增加仰拱部位衬砌结构所受到的弯矩减小,但随着侧压力系数的增大,仰拱所受到的轴力大大增加,有可能产生压溃破坏。     

现浇层刚度对梁拱组合桥结构性能及荷载试验评定的影响

为研究铺装现浇层刚度对梁拱组合桥结构性能及荷载试验评定影响,采用Midas Civil建立某梁拱组合体系桥,对比分析不同铺装现浇层刚度贡献下梁拱组合桥的内力、变形、动力特性以及荷载试验校验系数。计算结果表明:考虑现浇层刚度使得主梁的惯性矩提升显著,改变了主拱与主梁刚度比,进而影响梁拱组合体系桥梁的整体受力特性。考虑现浇层刚度贡献后,主拱的轴力和挠度均有一定减小;主梁的弯矩有小幅增加,主梁的挠度值有所减少。随着现浇层刚度贡献率的增加,各吊杆的轴力也随之线性增加。随着现浇层刚度贡献率的提高,主梁刚度随之增大,使得以主梁振动为主的振型频率变化较大,其他以主拱振动为主的振型频率变化较小。忽略现浇层刚度使得各工况下的校验系数均有不同程度的降低,高估了实际桥梁的结构性能,影响梁拱组合体系桥荷载试验评定结果。     

斜拉拱桥的构造特点及静力分析

该文比较了斜拉拱桥与斜拉桥、拱桥的异同,分析了斜拉拱桥的构造特点,并以80 m和320 m跨径的两座斜拉拱桥为例,探讨了斜拉索倾角变化对斜拉拱桥静力性能的影响,得出了主拱内力以及稳定系数在斜拉索倾角改变时的分布规律。由此可以找到一个最佳的斜拉索倾角值使主拱弯矩分布均匀、峰值最小;索与拱共同承担荷载,轴力分布合理;桥梁结构具有良好的稳定性。     

组合式系杆拱桥面内外稳定性分析

继上一篇《怎样设计组合式系杆拱桥》[1]论文续述,面内稳定性中、下承式系杆拱对不同计算模型,考虑失稳的组合模态以及拱梁共同作用的简化,计算临界水平力.面外稳定性考虑了桥面在上、下拱肋间采取不同联结系形式条件下,组合拱的计算,以及斜吊杆与吊杆力非保向效应对稳定性的影响,并考虑拱梁的共同作用,来计算临界水平力.     

两种新月形拱——梁组合体系桥梁受力性能比较

某跨江桥梁初设方案选为新月拱-悬臂梁组合体系桥梁方案,由于建设条件的限制,在保证结构外形变化较小的情况下,改为新月拱-连续梁组合体系桥梁方案.该文对新月拱-悬臂梁组合体系桥梁方案和新月拱-连续梁组合体系桥梁方案的受力性能进行比较分析,研究结果表明:在恒载、活载和收缩徐变荷载工况作用下,两种结构体系新月拱结构的轴力相差较小,在拱脚外弯矩有较大的差别,其余部位的弯矩相差较小.     

柔性吊杆拱桥拱座安全性病害特征及影响分析

以柔性吊杆拱桥混凝土拱座为研究对象,结合理论预测以及现场检测与反馈分析,重点探讨了柔性吊杆拱桥拱座的安全性病害特征,并着重研究此类病害对拱座结构安全的影响。结果表明:拱座位移、开裂是拱座结构的主要退化风险。拱座位移主要表现为水平向外位移和竖向向下位移,一般导致拱圈刚度和承载力下降,相对而言,水平位移比竖向位移影响更明显;拱座开裂主要表现为弯剪效应产生的顶面横向裂缝、弯剪和轴力效应共同产生的拱圈出口处放射型裂缝以及轴力效应产生的拱座侧面竖向、斜向裂缝,一般而言,由弯剪效应产生的拱座裂缝危害更严重,因此,拱座顶面横向裂缝和拱圈附近的放射型裂缝对拱座安全性影响更大,在拱桥检测中应加以重视。     

下承式高低拱-梁组合结构桥梁设计及受力性能分析

宜春市上高县青阳大桥为左右两侧采用不同矢高加强拱的下承式三跨连续梁拱组合景观桥。该文以此桥为背景,采用空间梁格法对高、低拱及主梁的受力性能进行了研究,并与常规等矢高拱梁组合结构进行对比分析,最后介绍了主拱拱轴线形的设计优化和结构整体稳定性能。研究结论表明:对于该高低拱-梁组合结构,低拱超载,高拱卸载,超卸载比例随着高、低拱间的矢高差异增大而加剧。对于箱梁,靠近低拱的箱室明显承担了更多的轴力。在箱梁预应力钢束的布置时应充分考虑这一特点。而主拱及各纵梁弯矩基本未有变化。主拱拱轴线采用二次抛物线和直线相结合的方式可以大大降低拱脚的弯矩。同时,空间稳定性计算表明,该结构形式具有较高的整体稳定安全性。     

既有RC拱肋不利车载效应随刚度损伤的变化

为合理评估既有RC拱桥的承载能力,对损伤后拱肋最不利车载效应的变化问题进行了研究.采用机动法分析了拱肋区段刚度损伤后各典型截面弯矩和轴压力影响线的变化情况.在此基础上,按照现行公路桥涵设计通用规范中的车道荷载布置方式,并结合正交试验设计方法,研究了具有不同拱轴系数、矢跨比和跨度参数的无铰拱肋各典型截面的不利弯矩和轴压力值随损伤程度的变化规律.结果表明在无铰拱肋中各截面不利轴压力值随损伤程度的变化不大,而不利弯矩值则有较大变化;当损伤程度相同时,拱顶截面不利负弯矩对应的变化系数值最大,而拱脚截面不利正、负弯矩对应的变化系数值相当,且数值也较大.     

中承式钢管混凝土拱桥新增吊杆法加固技术研究

吊杆是中承式钢管混凝土拱桥重要的组成部分和受力构件,其可靠程度直接影响结构的使用性和安全性。由于在运营过程中长期受到自然条件和人为因素的影响,拱桥吊杆出现了不同程度的损伤,使其加固工作备受关注。针对更换吊杆法普遍存在的破坏结构局部受力的问题,介绍了一种主动加固吊杆的方法——新增吊杆法。并以玉带桥吊杆加固为工程背景,介绍了新增吊杆的布置及构造,对全桥进行三维数值仿真分析,比较了吊杆加固前后拱肋内力、吊杆内力和拱桥稳定性的变化情况,并通过施工过程控制对新增吊杆内力和桥面线形进行监控。结果表明:新增吊杆法可大幅减小既有吊杆的应力水平,但对拱肋受力和拱桥稳定性影响不大;加固过程中新增吊杆拉力实测值与计算值符合较好,桥面高程变化最大未超过6mm,是一种安全、可行的吊杆加固方法。     

内外拱肋连接顺序对斜靠式拱桥施m的影响

以平顶山市城东河路湛河桥主桥———斜靠式钢筋混凝土拱桥为研究对象,在先张拉内吊杆后张拉外吊杆的基础上,考虑先连接内外拱肋和先张拉内吊杆后连接内外拱肋两种施工顺序,采用有限元程序Midas/Civil建立两种施工顺序有限元计算模型,分析改变内外拱肋的连接时间和顺序,对斜靠式拱桥施工过程的内力、应力、位移以及稳定性的影响,计算结果表明,内、外拱肋连接对桥梁结构的内力、位移和稳定性影响比较大,先连接内外拱肋施工优于先张拉内吊杆施工,论文所得结论已为该桥施工监控直接服务,可为同类桥梁建造提供一定的参考。     

基于截面分条法的“人”字形柔性桩结构试验研究

利用桩截面分条计算方法对“人”字形柔性桩结构现场试验的数据进行分析整理,研究了“人”字形柔性桩结构在水平荷载作用下,桩身弯矩和轴力的变化规律、桩截面应力分布及桩身组成材料的荷载分担特征。结果表明:柔性桩结构的桩身弯矩分布具有明显的结构整体承载特征;桩身轴力受周围岩土介质等影响,其分布变化比较复杂;桩身轴力值一般比桩身弯矩值大一个数量级,说明“人”字形柔性桩结构能够充分发挥桩体材料性能;柔性桩截面内力主要由其中钢筋提供,即提高配筋率,可显著提高柔性桩截面内力。