埋置式波纹钢-混凝土受力特性及地震动响应研究

埋置式波纹钢-混凝土结构多用于公路明挖隧道和棚洞，但目前对该类结构的研究较少。以某绕城高速公路为例，针对在高填方填土荷载及地震动力荷载作用下，研究明挖隧道中使用波纹钢-混凝土结构作为顶棚的安全性及其地震动力响应规律。研究表明：1)在填土及地震动力荷载作用下，波纹钢-混凝土结构具有良好的整体受力性能，其挠度与应力均满足静力荷载下的安全要求；2)在选用的卧龙波作用下，波纹钢-混凝土结构在左侧拱肩处位移响应最大，在左侧拱肩至拱顶处应力与加速度响应最大；3)结构不同波峰、波谷、波中截面的地震动力响应差异不大。     

高填方波纹钢涵洞受力特性及地震动力响应研究

为研究高填方波纹钢涵洞在静力条件下的受力性能及其地震动力响应规律，以保泸高速公路芒宽连接线高填方大跨波纹钢涵洞工程为依托，开展了数值模拟计算。研究了不同填方高度下波纹钢涵洞的受力情况及地震作用下波纹钢涵洞不同部位的动力响应。结果表明:①波纹钢涵洞管顶及管底的竖向位移最大，左、右管侧横向位移最大。②波纹钢涵洞最大主应力主要出现在波纹钢波峰位置。最小主应力则主要集中出现在波纹钢波谷位置。③在地震作用下，波纹钢涵波峰断面Mises应力值远大于波谷断面，左右管腰附近破坏风险最大，波谷断面管顶处加速度有明显放大。     

高填方路基大孔径钢波纹管涵洞有限元分析

通过钢波纹管涵洞管周不同断面的应变值的有限元计算结果与现场实测结果进行对比,采用有限元模型,对不同填土高度在公路-Ⅰ级荷载作用下的钢波纹管涵洞受力变形进行分析。结果表明:管顶0°～管周45°的压应变逐渐增大,而管周150°～180°逐渐减小,管周45°～120°波动变化;波峰和波侧都在管周120°出现最大应变值,而波谷在管周90°出现最大应变值;管周90°、120°应作为重点位置观测。     

公路钢波纹板拱桥受力特征分析

依托试验工程,对不同跨径钢波纹板拱桥进行荷载测试,得出不同工况下钢波纹板拱桥不同角度(位置)的应力变化规律,通过研究得到以下结论:荷载作用下不同跨径钢波纹板拱桥应力以拱顶(90°)为中心对称分布;钢波纹板拱桥与周围土体共同受力,由于纵向和轴向波纹的存在,使得力沿着板壁向下传递,致使拱脚位置(0°和180°)受力最大,但最大应力值小于钢波纹板材料的最大允许应力值,结构安全稳定;不同跨径钢波纹板拱桥在相同荷载作用下,随着钢波纹板拱桥跨径的增大(6 m→8 m→10 m),拱脚(0°和180°)的应力逐渐增大,拱顶附近(90°)的应力由相对稳定到波动变化,且跨径越大波动幅度越大。     

螺旋波纹钢管涵洞现场应变测试有限元分析

对直径为1.5m的小孔径螺旋波纹钢管涵洞进行现场测试,用有限元软件对管周和轴向测试数据进行分析,并将分析结果与现场涵洞的实际变形情况进行对比。结果表明:螺旋波纹管波谷、波峰的切向应变差值与所处位置基本无关;车辆在路面行驶时,螺旋波纹管波峰、波谷出现的都是拉应变。该研究为国内螺旋波纹钢圆管涵洞的使用和分析提供了依据。     

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。     

正弦波形波纹腹板工字型钢板梁的抗剪强度

为研究正弦波形波纹腹板工字型钢板梁的抗剪性能,采用ABAQUS非线性有限元程序,借助于线弹性特征值屈曲分析以及弹塑性剪切屈曲分析(考虑腹板初始缺陷的影响),将典型正弦波形波纹腹板钢板梁的抗剪强度与梯形波纹腹板钢板梁做了对比,并分析了影响正弦波形波纹腹板钢板梁抗剪强度的关键因素.数值分析结果表明,在波长与波幅不变的情形下,正弦波形的抗剪承载力低于梯形形式,在设计中应予以注意;若通过减小波长保证材料用量不变,正弦波形的抗剪承载力与梯形形式相同;正弦波形波纹钢腹板钢板梁的剪切屈曲临界应力随着腹板厚度的增加或波长的减小而显著增大,而腹板高度与波幅均没有显著影响正弦波形波纹钢腹板的剪切屈曲临界应力对初始缺陷的敏感程度.     

正交异性钢桥面板典型细节的疲劳损伤分析

为研究正交异性钢桥面板典型疲劳细节在单轮荷载作用下的应力及疲劳损伤度,以福州长门特大桥为背景,采用ABAQUS有限元软件建立钢桥面板节段模型和3处易开裂部位(横隔板-U肋焊缝、横隔板处和横隔板间的顶板-U肋焊缝)的子分析模型,分析车轮荷载作用位置变化时疲劳细节的应力时程;并采用雨流计数法分析各细节处的应力幅,对疲劳细节进行疲劳损伤度分析。结果表明:单轮荷载顺桥向位于相邻横隔板间时,对横隔板处的顶板-U肋焊缝应力产生较大影响;荷载横向分布接近±750mm时,疲劳细节的应力时程曲线较为平缓,荷载对其应力的影响较小;疲劳损伤最大的是横隔板处的顶板-U肋焊缝焊根部位,该部位易产生疲劳破坏。建议在该部位增设钢角撑或钢板等,以降低该位置的应力幅和疲劳损伤度,提高结构的耐久性。     

波纹钢板在隧道明洞结构中的应用研究

为研究波纹钢拱圈式隧道明洞结构的力学性能,为该类型隧道明洞结构的应用提供理论依据,以某隧道窗孔式明洞为工程背景,采用有限元数值模拟方法进行受力分析。首先,分析明洞结构中基础底座、混凝土拱圈和波纹钢拱圈的应力分布特点;其次,从弯矩、轴力和位移3个方面研究波纹钢板的厚度对该明洞结构受力的影响;最后,从弯矩、轴力和位移3个方面研究钢拱圈不同矢跨比对该明洞结构受力的影响。研究结果表明： 1）基础底座的内外墙根部截面应力较大,为结构受力最不利位置,混凝土拱圈和波纹钢拱圈在拱脚和拱顶附近位置处受力较大; 2）随着波纹钢板厚度的增加,内外墙底部截面的弯矩均有所减小;外墙底部截面的轴力有所减小,而内墙底部截面的轴力有所增加;钢拱圈的横向和竖向位移均有所减小; 3）随着钢拱圈矢跨比的减小,内外墙底部截面的弯矩不断增加,且内墙底部截面弯矩增加更为明显;内外墙底部截面的轴力不断减小; 钢拱圈的横向位移不断减小,竖向位移出现先减小后增加的趋势。     

波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁塑性铰长度研究

为研究波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁的塑性铰长度问题,采用有限元数值计算与既有试验数据相结合的方法,确定这类箱梁在地震等破坏荷载下的内力重分布及塑性变形能力。基于OpenSees平台建立了波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁的非线性有限元数值计算模型,利用2个不同学者的试验数据,从破坏荷载、跨中挠度、体外预应力筋应力增量、混凝土压应变等方面验证了数值计算模型,并对比分析了计入剪切变形和不计入剪切变形对箱梁挠度的影响;在此基础上,对影响波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁塑性铰长度的参数进行了研究。最后,通过比较已有公式的塑性铰长度计算值与数值模拟值,提出了适合波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁的塑性铰长度计算式。结果表明:实际计算中可以不计入剪切变形对波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁挠度的影响;剪跨比和有效预应力对波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁的塑性铰长度有显著影响,而受拉钢筋面积和混凝土强度对该类箱梁塑性铰长度的影响相对较小。     

波纹钢拼装式连拱明洞结构受力数值分析

为了验证波纹钢拼装式连拱明洞结构的可行性,以高山寨隧道为工程背景,采用ABAQUS开展了波纹钢-混凝土结构明洞受力的数值分析。结果表明,明洞结构左右洞均是拱顶靠近中墙侧沉降值最大,右洞拱顶偏左处竖向沉降值最大,靠近边坡侧水平位移最大;明洞波纹钢结构在靠近中墙处和两侧拱脚的弯矩值最大,在两侧拱肩处波纹钢应力值最大;混凝土结构在两侧拱腰处应力最大;明洞结构受力状态处于安全范围内。     

金属波纹管涵力学性能数值模拟

基于青藏铁路波纹管涵试验工程,建立金属波纹管涵的等效受力模型,运用有限元方法对其进行数值模拟,研究铁路路基荷载及列车活载共同作用下金属波纹管涵的应力、应变及变形特点.研究发现,波纹管涵不论是竖向、轴向还是环向的拉压应变均是通过波纹沿环向在波峰与波谷之间相互传递,另外拉压应变在竖向、轴向和环向也是交替出现,相互转换.结果表明,波纹管涵身的波纹具有明显的传递应变的性能.波纹管涵的这一特点不但能有效抵抗由于竖向荷载造成的侧向变形,还能有效地把竖向荷载造成的竖向变形及侧向变形通过波纹传递到轴向,充分表现了它适应变形的优良性能.     

双塔双索面斜拉桥结构荷载效应分析

以西南地区某大桥结构荷载效应分析为例,研究了双塔双索面斜拉桥结构在恒载、活载、温度荷载作用下,边跨1/2、中跨1/4、中跨1/2、中跨3/4截面处的位移、应力以及索力等参数的力学响应。研究结果表明:1)在恒载作用下,中跨1/2处挠度最大,主梁监测截面和索塔根部均处于受压状态,跨中截面附近出现最大压应力,达10.1MPa;2)在活载作用下,中跨1/2处竖向位移达最大值,而主塔监测截面应力位于-4~0.7MPa区间内;3)在温度荷载作用下,主梁监测截面在升温与降温两种情况下的竖向位移大小相等,挠度方向相反,应力基本呈对称分布,索力负值最大处为13#拉索处。     

装配式波纹钢板综合管廊连接节点抗震性能分析

为探究波纹钢板综合管廊在低周循环往复荷载作用下的滞回性能，以某波纹钢板综合管廊实际工程为依托，采用数值模拟与试验相结合的方法，研究管廊在横向、纵向、竖向共6种荷载工况下的抗震性能，以及法兰连接、法兰厚度、管廊壁厚（波纹钢板厚度）、螺栓位置等参数对结构滞回性能的影响。研究结果表明： 1）在低周循环往复荷载作用下，波纹钢板综合管廊塑性变形能力强，抗震性能良好；但管片拼装节点处是其薄弱位置，易发生脱开现象。 2）法兰对结构力学性能及滞回性能的影响显著，但法兰厚度改变对其影响较小。 3）环向法兰上螺栓的位置对结构纵向滞回性能影响较大，对其他方向滞回性能则几乎无影响。 4）波纹钢板厚度是影响结构抗震性能的关键因素。     

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。     

矩形波纹钢地下综合管廊结构受力特征分析

针对矩形波纹钢地下综合管廊结构,采用大型有限元软件建立三维精细化数值模型,详细地探究了超载、地质条件与埋深三种关键因素对矩形波纹钢地下综合管廊结构受力变形特征的影响规律,系统地揭示了矩形波纹钢地下综合管廊结构最不利受力位置。研究结果表明超载条件下矩形波纹钢地下综合管廊结构应力峰值比无超载条件下应力峰值增加了45.2%,地质条件对结构变形和受力影响较大,结构应力、横向扩张变形和结构沉降量均随埋深的增大而增大。     

波形钢腹板箱梁桥异步施工节段足尺模型试验研究

为了研究波形钢腹板箱梁桥异步施工过程中结构的受力性能,验证各关键部位的安全性,以奉化江大桥主桥为背景,针对该桥异步施工过程中的受力最不利工况——主梁16号节段的底板浇筑工况设计制作足尺模型(长7.2m、宽2.3m),采用两点加载方式进行静载试验,研究施工荷载作用下梁体挠度、波形钢腹板侧向变形、波形钢腹板及钢翼缘板的应力分布。结果表明:施工荷载作用下,混凝土顶、底板均未出现裂缝,波形钢腹板剪应力远小于其抗剪强度设计值,波形钢腹板自承重异步施工可满足结构受力要求,具有足够的安全储备;波形钢腹板作为自承重结构在竖向荷载作用下产生的竖向挠度及侧向变形较大;波形钢腹板上翼缘板挂篮作用点处为结构受力关键部位,施工时应对其进行局部加强。     

曲线钢-混凝土组合箱梁数值分析

为准确分析曲线钢-混凝土组合箱梁的基本力学行为,使用通用有限元软件ANSYS建立精确的三维有限元模型,其中界面滑移产生的相互作用力被等效为弹簧弹力,分析得到了曲线钢-混凝土组合箱梁在简支边界条件和跨中集中荷载下的挠度、滑移和应力特性。以某单箱单室组合梁算例为基础,利用该方法分析其力学特性,结果表明:挠度和顶底板形心应力均在跨中达到最大值,曲梁内侧的滑移变形小于外侧,且在支座处达到最大值。     

洞口仰坡下波纹钢连拱明洞受力特性数值分析

针对波纹钢结构在方向上存在的性能缺陷,基于隧道洞口段仰坡荷载条件复杂工况,探究波纹钢混凝土结构的受力及变形情况。以连拱明洞隧道为例,采用有限元软件建模分析洞口仰坡处波纹钢混凝土结构的力学性能及混凝土、波纹钢拱圈的应力分布特点和位移特点,总结在不同仰坡坡角条件下,代表性拱顶单元轴力、弯矩与位移的变化规律。结果表明:1)洞口仰坡带来的应力与隧道中段应力区别在拱顶附近最大,拱脚处变化不大; 2)随着仰坡坡角的减小,截面弯矩有明显增加,截面轴力有明显减小; 3)随着仰坡坡角的减小,X方向(水平向)位移负向变化,Y方向(竖直向)位移负向变化,Z方向(隧道纵向)位移正向变化。     

无背索曲塔曲梁斜拉桥施工稳定性分析

以某一无背索曲塔曲梁斜拉桥为分析对象,针对桥梁结构特征,采用结构整体静力有限元分析桥梁极限状态及施工关键节点的整体与局部结构静力性能和动力特性,获得桥梁稳定性特征。研究结果表明:极限承载力作用下,桥塔混凝土、桥塔钢板、钢箱梁、边跨混凝土梁应力范围均满足施工标准;恒载作用下,索塔混凝土最大竖向压应力出现在内索塔与墩底连接处,在内塔底部出现最小压应力,主梁最大竖向变形出现在梁顶端位置;活载和风荷载作用下,外索塔在顺桥向荷载下产生最大变形,内塔底部产生局部最大拉应力;连接索塔削弱薄塔处顺桥向和横桥向最大拉应力均较大,因此,在设计施工中需要对该削弱薄塔区进行局部加强,避免出现结构失稳性破坏。