钢管混凝土单圆管拱空间受力双重非线性有限元分析

提出钢管混凝土拱(单圆管)空间受力的双重非线性有限元分析方法并编制了有限元程序。有限元建模时采用空间梁单元。材料非线性中正应力-正应变关系采用纤维单元模型,剪应力-剪应变关系采用统一理论的标准曲线。应用该方法对钢管混凝土单肋模型拱和双肋模型拱进行了分析,并对非线性性能和横向力作用进行了分析。分析结果表明,本文提出的方法能较好地反映钢管混凝土拱空间受力全过程的非线性性能。在空间荷载作用下,钢管混凝土拱的几何非线性影响要大于材料非线性的影响;单肋拱的空间受力的特征要明显大于双肋拱。     

岭南高速公路蒲山系杆拱桥拱脚计算及分析

河南省岭南高速公路蒲山系杆拱桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥,介绍该桥的上部构造,着重介绍拱脚的构造尺寸、内部构造;根据系杆拱桥拱脚的受力特点,对拱脚进行应力计算,根据计算分析出拱脚各部位应力情况,为拱脚不同部位的配筋设计提供依据。     

双线系杆拱桥对不同列车荷载的适应性分析

以一座跨度为128 m铁路双线系杆拱桥为例,基于TB 3466—2016《铁路列车荷载图式》,在ZK,ZC,ZKH,ZH(Z=1. 3)列车荷载作用下,分析系杆拱结构受力及变形性能,探讨其适应性及控制因素。研究结果表明:主梁结构在4种列车荷载作用下均满足规范要求,在ZK,ZC列车荷载作用下,主梁结构强度及抗裂安全系数均较大,可采用适当减少预应力配置等形式进行优化调整;在ZH(Z=1. 3)列车荷载作用下,拱肋横向稳定安全系数接近限值,且拱肋与拱脚连接位置8 m范围内强度安全系数超规范限值,钢管厚度需增加,表明该桥型控制因素为拱肋结构受力及拱肋横向稳定性;结构刚度均满足规范限值,挠跨比最小值亦达1/5 000,反映了系杆拱桥刚度大的特点;双线系杆拱仅在ZH(Z=1. 3)列车荷载作用下需局部调整结构尺寸,其余均可满足结构受力及变形要求,表现出良好的适应性。     

高速铁路连续梁柔性拱桥拱梁结合部受力分析

研究目的:连续梁拱组合体系桥拱肋与主梁固结,依靠主梁内配置的预应力束来平衡拱的水平推力,拱脚是拱梁组合桥的关键部位,其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要;拱脚为钢管混凝土拱肋向混凝土主梁的过渡段,局部构造非常复杂,为了给拱脚节点处的构造设计提供理论依据和合理方案,有必要在桥梁整体分析的基础上,建立拱梁结合部精细化有限元计算模型,精确分析其受力状态和传力机理。研究结论:(1)拱梁结合部主梁和拱脚混凝土、拱肋钢管和拱肋内灌注混凝土等构件应力均在规范给定的限值内,结构安全可靠;(2)拱梁结合部应力集中区域主要分布在0号和1号节段连接截面,该处拱脚和主梁均存在较大的主压应力;拱脚与主梁间宜采用圆弧过渡等平滑连接构造,以减小应力集中,使混凝土受力更为均匀;(3)应确保拱肋与主梁、拱肋与拱脚混凝土之间共同作用良好,并保证拱梁结合部位受力的整体性;(4)本研究结果可供大跨度连续梁拱桥的设计和施工参考。     

钢管混凝土柔性系杆拱桥施工中的应力监测

介绍烟台养马岛大桥钢管混凝土柔性系杆拱桥施工中应力监测的方法,并对应力监测结果进行了分析和比较。结果表明,钢管和钢管内混凝土应力一般均处于受压状态,且未超出规范规定的限值;截面不同高度上的测点应力分布并不完全符合偏心受压的特点;两侧拱肋受力较为均匀。     

钢管混凝土梁拱组合桥拱脚局部应力分析

钢管混凝土梁拱组合桥拱脚受力复杂。为准确掌握拱脚的应力分布,采用有限元软件Midas/Civil,对110 m钢管混凝土梁拱组合桥建立全桥模型,提取界面单元内力,再通过Midas/Fea建立拱脚实体模型,对拱脚进行细部分析。同时,对拱脚工字钢、钢箱两种锚固方式的应力状态进行计算分析及对比。结果表明:该类桥拱脚受力合理,钢板及混凝土应力均在容许范围内,满足设计要求。工字钢锚固方式较钢箱锚固方式更利于减小拱脚空间应力,改善拱脚受力状态。其计算方法和结果可为类似桥型的计算分析提供参考。     

钢管混凝土系杆拱桥拱圈落架仿真分析

结合天津南港铁路工程有砟轨道双线96 m钢管混凝土系杆拱桥,利用Midas Civil建立模型,通过对4种拱圈对称落架方案的对比分析,得出在拱圈落架过程中控制截面的变形值和应力值最小的方案,提出了从1/4拱肋附近逐次对称向拱脚与拱顶均衡卸落的落架方案对拱圈变形和受力更为有利,并在施工过程中取得了较好的效果。并且考虑到现场施工场地、环境以及施工技术条件限制等因素的影响,提出了3种拱圈不对称落架施工方案,为施工过程中的监测与施工安全性控制提供理论参考依据。     

1-80m混凝土系杆拱有限元分析研究

研究目的:贵广铁路黄沙河桥采用1-80 m预应力混凝土系杆拱桥,系国内最大跨度的预应力混凝土系杆拱桥(混凝土拱肋),其箱宽较宽,采用单向多室结构。有效宽度、边中腹板厚度比例等均没有规范依据可查,横向环框简化计算模型没有相关的依据。本文利用midas FEA软件对80m系杆拱桥进行实体计算分析,确保结构安全,并对结构尺寸、钢束布置等进行一些探讨。研究结论:梁部的混凝土应力处于合理的水平,结构安全可靠;拱脚位置梁体正应力横向分布不均匀,远离拱脚的梁体截面正应力分布较为均匀;多腹板以及密横隔板形成的纵横向隔板体系增强了梁部结构整体性,箱梁横向位移差最大值仅仅为0.51 mm;设置拱脚竖向预应力能够有效减少拱脚与梁体交界面混凝土的主拉应力,增强交接面的抗剪能力,是必须的。     

200km/h单线铁路80m跨简支系杆拱桥受力分析

以200 km/h单线铁路80 m跨简支系杆拱桥为研究对象,介绍其主梁、拱肋和吊杆等构件的设计参数。建立空间整体有限元模型,分析该简支系杆拱桥的支座反力、吊杆拉力分配以及主梁竖向位移等整体受力性能,并采用Ansys建立拱脚实体有限元模型,将整体模型计算内力结果施加至局部模型边界上,计算分析拱脚应力分布规律。最后分析了横撑以及材料、几何非线性对结构稳定性的影响。计算结果表明,结构整体受力、局部应力及结构稳定性均满足规范要求。     

单线大跨度简支钢箱梁系杆拱设计研究

钢管混凝土拱桥在钢管拱肋混凝土灌注过程中存在爆管的可能性,当邻近既有线施工时须考虑其风险。为研究单线大跨度拱桥拱肋内不灌注混凝土的可行性,以丹佛(丹灶-佛山)西站联络线上一160 m简支钢箱梁系杆拱为研究对象,建立空间有限元模型对大跨度简支钢箱梁系杆拱桥进行静力和动力计算,分析结构的受力情况和变形状态。结果表明,该桥的静力和动力特性均满足规范要求。该桥为邻近既有线的单线铁路桥,可选择拱肋内不灌注混凝土,从而使得施工更加方便。     

钢管混凝土连续梁拱组合桥施工期拱脚应力监测与分析

以一座钢管混凝土连续梁拱组合单线铁路桥为工程背景,采用先整体后局部的两步分析法,首先利用Midas/Civil软件建立全桥有限元模型,计算拱肋安装及后续施工阶段结构的受力状态,得到局部模型的力边界条件;然后利用ANSYS软件建立拱脚结点局部有限元模型,分析施工期间拱脚结点的局部应力分布规律和应力集中程度;最后将拱脚结点应力计算值与实测值进行比较。结果表明,拱肋与梁体间传力顺畅,拱脚混凝土基本处于受压状态;拱脚内侧与箱梁顶板交界处应力集中现象较明显;拱脚上部拱肋周围、拱脚前脚趾处及两拱脚之间箱梁顶板的局部区域出现较大的拉应力,建议在同类桥梁的设计中加强这些部位的构造措施和配筋。拱脚结点应力计算值与实测值比较接近,说明用实体有限元模型计算的局部应力是可靠的,可用于设计验算。     

城市下承式系杆拱桥动力特性与地震响应谱分析

为了研究城市下承式系杆拱桥在地震作用下的响应,通过MIDAS建立某城市下承式钢管混凝土系杆拱桥的有限元模型,计算该桥前150阶频率、周期、振型等动力特性,基于城市桥梁抗震设计规范对该桥进行了地震反应谱分析。计算结果表明:本文所研究的下承式钢管混凝土系杆拱桥的拱肋横向刚度相对系梁较小,低阶模型振型中先出现拱肋的振动,再出现全桥振动;E2地震反应谱作用下的响应较大,最大内力(剪力、弯矩、轴力)所在的控制截面位置均不相同。所得结论可以为城市下承式系杆拱桥抗震设计提供参考。     

简支系杆拱桥施工过程分析

以沈丹客运专线跨度113.3 m简支系杆拱桥为工程实例,采用MIDAS软件对施工过程进行模拟,给出施工过程中有限元模型的建立方法,对该系杆拱桥施工过程中的应力、挠度及稳定性进行验算。结果表明:系杆拱桥在施工过程中结构体系不断变化,整体刚度不断增强;由于钢管混凝土拱肋为组合截面,混凝土收缩徐变对钢管应力和桥梁整体的变形影响较大,应选择合理的收缩徐变计算模式;浇筑管内混凝土时,支架反力最大,是控制支架结构设计的施工阶段。     

400m级铁路CFST拱桥合理拱肋内倾角研究

《钢管混凝土拱桥技术规范》中拱肋内倾角的建议取值对特大跨径钢管混凝土(CFST)拱桥不再完全适用.以一座400 m级铁路CFST拱桥为例,研究其拱肋内倾角的合理取值范围.采用Midas/Civil2015建立空间有限元模型,分析计算不同拱肋内倾角取值下结构的自振特性、线弹性稳定安全系数以及静力荷载和强震作用下结构的内力、位移响应以及控制截面应力.研究结果表明:当拱肋内倾角控制在3.5°～4°时,结构第4和8阶自振频率获得大幅提升,可以改善拱肋横向抗弯和抗扭转性能,同时前2阶稳定安全系数也达到较优状态,还避免了横向最不利荷载作用下拱肋横向位移的大幅增长,并且在考虑罕遇地震作用情况时,位移、轴力峰值以及降低拱肋混凝土拉应力方面均达到较优状态.综合各项指标,建议此类400 m级铁路CFST拱桥拱肋内倾角取值范围宜为3.5°～4°.     

钢管混凝土拱桥拱肋混凝土浇筑过程中的稳定性分析

钢管混凝土拱桥在拱肋混凝土浇筑过程中的稳定问题相对突出。以东莞水道特大桥为工程背景,通过对该桥进行线弹性和几何非线性有限元分析,较精确地求得了该桥各个拱肋混凝土浇筑工况的施工稳定系数。     

1-96m下承式系杆拱桥钢管混凝土拱肋施工技术

结合京沪高铁淮河特大桥过浍河1-96 m下承式系杆拱桥的施工经验,着重介绍了系杆拱桥钢管混凝土拱肋的施工技术及其施工控制要点,可为同类桥梁的施工提供借鉴。     

大跨度系杆拱桥主拱钢-混凝土结合段受力状态分析

以鹰潭市余信贵大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,利用有限元软件分别建立大桥整体数值模型与钢-混凝土结合段局部实体数值模型,计算分析主拱钢-混凝土结合段在设计荷载作用下的受力状态与承载能力。分析结果表明:在持久状况荷载组合下,主拱肋钢-混凝土结合段模型变形连续,最大变形量为0.030 m,主拱肋钢-混凝土结合段结构刚度及变形满足要求;钢-混凝土结合段混凝土最大拉应力为1.63 MPa,钢结构部分Von-Mises等效应力最大值为236 MPa,均小于容许应力,满足结构设计要求;为避免应力集中,须对钢-混凝土结合段的坡口进行细化设计,或调整主跨系杆的张拉力。     

飞燕式钢管混凝土提篮拱桥边拱的主要结构参数研究

以某飞燕式钢管混凝土提篮拱桥为研究对象,简要介绍了同类型桥的受力分析理论,通过简化计算模型分析三跨自平衡系杆拱桥的主要受力特点,突出对拱桥边拱的受力特性研究,采用有限元软件MIDAS/CIVIL建立了全桥模型并采用参数对比研究的方法,分析拱肋内倾角、拱肋线型对边拱受力的影响。     

无横撑钢管混凝土拱桥静动载试验研究

对某无横撑钢管混凝土拱桥实施静力荷载试验和动力荷载试验,测试并分析静载工况下的拱肋和系梁挠度、吊杆拉力、拱肋与系梁的截面应力.试验结果表明,该桥受力合理,具有良好的刚度与强度.在动载试验中,测试其自振特性,进行了跳车试验,并分析了在行车下的冲击作用.     

下承式无风撑钢管混凝土系杆拱桥钢管拱肋分三节吊装架设施工技术

介绍了下承式无风撑钢管混凝土系杆拱桥钢管拱肋分三节吊装架设方案选定,并详细介绍了各部施工具体方法及部分方法改进和效果。