异形拱桥稳定性及自振特性参数研究

以某异形拱人行天桥为工程背景,采用通用有限元分析软件MIDAS/Civil建立其空间有限元模型,分析拱肋外倾角度、刚度及其与横撑交点位置等参数对异形拱桥稳定性以及自振特性的影响。研究表明,拱肋外倾角度对稳定系数影响显著,但对全桥的整体刚度影响不大;拱肋刚度在设计初期对稳定影响效果显著,到达一定刚度后其影响较小;横撑与拱肋的交点位于拱顶下0.71m时,稳定系数达到最大,但横撑和拱肋交于拱顶更有利于异形拱桥的自振特性,因此在不影响美观和稳定性的前提下应该尽可能把横撑设置于拱肋的最高点,本研究成果可为同类型拱桥的设计和施工提供一定的参考。     

拱肋面外稳定的实用计算方法

应用初始缺陷准则,建立拱肋面外稳定实用计算模型,将空间稳定问题转化为考虑了吊杆保向力效应的平面稳定问题,并编制出相应计算程序。在安徽怀远三桥三孔60m+84m+60m钢管混凝土拱肋系杆拱桥设计优化中,以此对拱肋面外稳定进行了详细的分析计算,为简化中跨拱肋风撑,取消边跨拱肋风撑提供了可靠依据。桥梁于2000年竣工,结构的安全与稳定得到充分验证。     

某大跨度系杆拱桥的参数分析

以某大跨度系杆拱桥为背景,对系杆拱桥的内倾角、拱轴线和矢跨比进行参数分析.重点讨论了不同拱肋内倾角下拱桥受力、合理拱轴线的选择和不同矢跨比对结构受力的影响,分析结果表明拱肋内倾角对拱肋的面外稳定影响较大;拱肋内倾角度加大,横撑线刚度增强,,可以增大拱肋面外稳定安全系数;1/4L拱肋截面为拱肋控制截面,悬链线方案拱肋截面受力最好;随着矢跨比的降低,拱肋面外稳定安全系数下降.     

超宽、无风撑钢箱拱肋系杆拱桥稳定性分析

市政桥梁一般桥面很宽,跨径相对较小,采用系杆拱桥若设置风撑对景观影响很大,而不设置风撑拱肋面外稳定不容忽视。对系杆拱桥稳定分析理论进行了说明,并结合工程设计案例对拱肋面外稳定进行简化计算及有限元分析,经比较,简化计算足够精确且偏于安全;对钢箱拱肋采用等效压柱法进行面内整体稳定分析。该方法可供类似桥梁设计提供参考和借鉴。     

钢管混凝土拱桥拱肋横撑对动力和稳定性的影响

针对钢管混凝土拱桥拱肋横撑对整体桥梁结构的竖向抗弯刚度和扭转刚度的影响作用,运用通用有限元分析软件ANSYS对某一跨径为400 m的钢管混凝土拱桥建立空间有限元计算模型,分8种工况计算了该桥的动力特性和稳定安全系数,对比分析了横撑的位置、形式及数量等因素对这类型桥梁结构的动力性能和稳定性能的影响。计算结果表明,大跨度钢管混凝土拱桥的拱脚和拱顶必须设置横向联系,拱脚横撑对面内基频的影响不大,对面外基频和结构稳定性影响大,而拱顶横撑对面外基频、面内竖弯基频以及稳定性影响不大,但对扭转基频影响显著,另外,"K"撑对动力和稳定性能的影响比"米"撑显著,建议在不改变横撑数量的情况下优先采用"K"撑。     

斜拉拱桥侧向稳定性分析

以湘潭市湘江四大桥为例,利用ANSYS软件建立了斜拉拱桥的三维空间有限元模型,分析了拱肋刚度、横撑刚度及设置位置和拱肋内倾角等因素对斜拉拱桥侧向稳定的影响,为斜拉拱桥的设计提供参考。     

大跨径钢箱提篮拱桥空间稳定性分析

随着提篮拱桥跨径的增加,其空间稳定性问题愈发突出,为对大跨径提篮拱桥稳定性以及各稳定性影响因素进行分析,可采用线性屈曲和非线性屈曲2种方法。重庆朝阳复建桥为主跨274 m的中承式钢箱提篮拱桥,通过建立空间有限元模型对结构线弹性稳定及几何非线性稳定进行分析表明:考虑几何非线性因素后结构的1阶稳定系数显著减小,几何非线性对结构稳定性影响显著。对影响结构整体稳定性的因素进行计算分析表明:拱肋内倾角变化对稳定性影响较大,提篮拱内倾角增大,结构的1阶稳定系数增加,但过大的内倾角将导致拱肋扭转失稳;随着矢跨比(宽跨比)的增加,结构的1阶稳定系数增大(减小);横撑、吊杆布置形式对结构稳定性影响较小。     

提篮式组合拱桥箱形拱肋的非线性稳定分析

首先阐述了箱形拱肋线性和非线性稳定性分析的计算理论,随后以圭塘河通道建设工程的一座跨度为84m的大跨提篮式组合拱桥箱形拱肋为研究对象,利用Ansys、Ansys workbench与Midas有限元软件分别进行线弹性屈曲分析和非线性仿真分析,计算结果表明,拱肋结构在持续横向荷载作用下第一条拱肋首先屈服,但由于横撑与拱肋结构的组合,使得第二条拱肋能够持续保证拱肋横向受力;拱肋结构的稳定性由横向稳定所决定,而结构在成桥阶段荷载作用下的稳定性,则由拱肋结构的竖向稳定所决定。     

横撑施工程序对劲性骨架钢筋混凝土拱桥结构行为的影响分析

根据广安官盛渠江大桥横撑外包混凝土浇筑过程分析,结果表明按照原浇筑方案会造成拱肋外包混凝土出现过大拉应力,σt=3.0 MPaftk′=2.65 MPa不满足规范要求。该文研究以控制拱肋外包混凝土最大拉应力为目标,对横撑浇筑方案进行优化并得到满足规范要求的浇筑方案。通过对比分析各浇筑方案可知:浇筑靠近拱脚的横撑时,会增大拱脚附近截面的拉应力;浇筑靠近拱顶处的横撑时,会减小拱脚附近截面的拉应力而增大2L/5至3L/5段截面的拉应力。横撑的浇筑顺序只在横撑浇筑过程中影响拱肋拉应力,当所有横撑浇筑完成后拱肋最大拉应力会趋近于某一定值,从而提出了判断准则:若所有横撑外包混凝土浇筑完成后拱肋最大拉应力σtftk′(ftk′为施工阶段混凝土轴心抗拉强度标准值),则可以通过优化横撑浇筑顺序使拱肋拉应力满足规范限值;反之则不能。最后分析了不同位置横撑刚度的变化对结构稳定性的影响。     

大跨度单线铁路连续梁拱空间稳定性分析

由于单线铁路大跨度连续梁拱组合结构横向宽度小,因此,需要重点关注结构的横向刚度和整体稳定性。文中以国内最大跨度的单线铁路连续梁拱——乐清湾铁路楠溪江特大桥主桥70 m+136 m+70 m连续梁拱为例,采用midas软件建立全桥空间有限元模型,分析了结构的空间弹性稳定性,并对全桥横向倾覆稳定性进行了分析。结果表明,该单线铁路大跨度连续梁拱的拱肋面外稳定系数为6.396,面内竖向稳定系数为41.316,满足拱结构稳定系数不小于5的要求;拱肋的面外稳定储备远小于面内稳定储备,面外稳定性是单线连续梁拱的设计控制因素之一,应引起足够重视;在最不利荷载组合作用下,全桥横向倾覆稳定系数为3.95,满足横向倾覆稳定系数不小于1.3的要求。     

两种钢管混凝土实体拱桥力学性能的对比分析

进行钢管混凝土实体(哑铃形和单圆管)拱桥的力学性能的有限元分析和对比,并研究拱肋横撑对两种实体拱桥的动力性能和稳定性能的影响。研究表明,对钢管混凝土实体拱桥进行整体设计时,应主要从静力方面考虑拱肋刚度的选取,哑铃形的静力性能优于单圆管;拱肋横撑的数量和形式主要影响结构整体横向刚度,"K"形横撑对面外动力性能的影响要大得多;从稳定性方面考虑,单圆管优于哑铃形。     

提篮式简支梁拱组合体系桥的稳定性研究

以长沙市圭塘河通道建设工程一座跨度为84 m的大跨提篮式简支梁拱组合体系桥为工程背景,分别采用屈曲分析和非线性仿真分析两种方法对提篮式简支梁拱组合体系桥的稳定性和失稳模态进行计算,结果表明:该类桥失稳主要为拱顶侧向变形,且在计入初始缺陷后结构稳定系数明显下降,非线性因素对于结构稳定性影响显著。随后又进行了倾角、横撑布置与矢跨比等因素对拱桥稳定性影响的探讨,结果表明:非保向力效应、内倾角、矢跨比与拱肋刚度对结构的稳定性有非常显著的影响;其中倾角以10°~20°为宜、矢跨比取1/3~1/4为宜。而关于横撑的分析结果表明取一形撑与米形撑更有利于拱桥的稳定性。     

主跨457 m钢箱拱桥弹性稳定及极限承载力研究

柳州官塘大桥为主跨457m中承式钢箱拱桥,拱肋采用单箱单室钢箱截面,为拱肋内倾角度10°的提篮式拱桥。为了研究大跨径提篮式钢箱拱桥的稳定特性,采用ANSYS有限元分析软件APDL参数化建模,分析钢材强度、拱肋安装初始缺陷、拱肋内倾角度对主拱弹性稳定和极限承载力的影响。研究表明:随着钢材强度的增大,极限荷载系数逐渐增大,且基本呈线性比例关系;弹性屈曲分析不能反映钢材强度的影响;随着拱肋内倾角度的增大,弹性稳定系数和极限荷载系数呈先增大后降低的趋势,拱肋内倾角度在12°~13°,具有最大的弹性稳定和极限承载力。     

横撑及桥面系对钢管混凝土拱桥动力响应的影响分析

横撑和桥面系作为钢管混凝土拱桥的重要组成部分对结构整体动力响应会产生很大的影响。以茅草街大桥为例,建立了中承式钢管混凝土拱桥不同横撑和桥面系布置形式的有限元模型,采用三向地震波同时输入的形式,得到6种工况在相同地震波作用下的不同动力响应,提取出拱肋的弯矩和位移包络图,并对面内弯矩、面外弯矩、竖向位移、横桥向位移进行了比较和分析。结果表明,桥面系对拱肋的响应影响很大;拱肋与桥面系结合处位移、内力均较大,在设计中应予以关注;在保证横向刚度的前提下,横撑需进行优化布置,以使得拱桥动力响应更加合理安全。     

大跨度外倾式拱桥稳定及极限承载力分析

为研究外倾式拱桥稳定及极限承载力问题,以九堡大桥为背景,建立有限元分析模型,分别计算了该桥线性屈曲、几何非线性稳定(分别考虑初始缺陷以及材料非线性)、弹塑性稳定状态下的稳定系数,对失稳机理以及车道荷载和静风荷载作用下的极限承载力进行分析,在此基础上讨论了荷载及横撑布置对极限承载力的影响。分析结果表明:几何非线性对于刚度较大的钢拱桥稳定的影响不大,而材料非线性对极限承载力的影响显著,弹性稳定分析会过高地估计钢拱桥的极限承载力;外倾式拱桥的失稳多为面外失稳形式,且副拱拱顶横撑对稳定的影响较小。     

雁荡山特大桥主桥上部结构设计与计算

雁荡山特大桥为连续钢箱叠合拱桥结构,其主梁由2×90 m连续钢箱梁组成,主拱采用2榀平行钢箱拱肋,设计矢高18.00 m,2孔钢箱主拱间设置钢箱辅助拱,分别在每孔主拱拱肋之间设7道一字横撑和2道X形组合横撑,辅助拱肋设8道一字横撑,并在每孔设13对吊杆.利用ANSYS软件建立全桥空间有限元模型,分析各种荷载下的结构受力和拱脚局部受力,结果表明桥梁的承载力、刚度及局部应力均满足规范要求.     

南浦溪特大桥钢管拱肋悬拼阶段拱脚约束方式研究

南浦溪特大桥主桥为主跨258 m的钢管混凝土桁架上承式拱桥,拱肋为等截面钢管混凝土桁架结构,2道拱肋间距17.0 m,拱肋间布置13道横撑,单片拱肋由4根φ1200 mm×22 mm主钢管、水平向缀板和竖向腹杆组成.拱肋在工厂分段、分部件加工预拼合格后,运至现场拼装成吊装节段,采用缆索吊装斜拉扣挂法进行悬臂拼装.拱肋吊...     

异型钢拱PC连续梁组合桥稳定性分析

为了明确异型拱梁组合桥稳定性,以某异型钢箱拱PC梁组合桥为背景,采用有限元软件建立大桥数值模型,基于该异型拱梁组合桥成桥状态的稳定性分析,考虑结构体系和构造特点,详细研究钢箱拱肋板厚、横撑、梁拱刚度比对大桥稳定性影响。分析表明:该桥为刚梁刚拱体系,成桥状态下一阶失稳模态与多数普通拱桥一致,为拱肋面外失稳;钢箱长拱钢板厚度对结构稳定性影响较小;横撑数量不改变结构失稳模态,但能增强结构稳定性,靠近拱脚的箱形横撑对结构稳定性贡献最大,拱顶以及中间横撑对结构稳定性影响较小;梁拱刚度比对结构失稳模态有较大影响,且梁拱组合桥稳定性能与梁和拱的刚度匹配有关系。     

无横撑下承式系杆拱桥侧倾稳定临界荷载的一般公式

通过对系杆拱桥作用在拱肋上的荷载性质进行了分析,采用能量法推导出无横撑下承式系杆拱桥侧倾稳定临界荷载的一般公式。指出系杆拱桥侧倾稳定存在有2种临界荷载,即自重荷载直接作用的临界荷载和吊杆拉力等效薄膜力的临界荷载,并通过算例对自重荷载直接作用的临界荷载所提出的方法和有限元法进行了比较验证。     

钢管混凝土系杆拱桥稳定性分析

基于线性和非线性稳定理论对某钢管混凝土系杆拱桥进行稳定性分析。由数值模拟分析可知,考虑材料与几何双重非线性时稳定性系数计算结果比仅考虑桥梁的几何非线性时小50％。改变桥梁的横撑形式、矢跨比和内倾角并进行计算分析,结果表明,随着横撑数量的增加,桥梁稳定性系数呈线性增长趋势,且K字、X字横撑的设置对桥梁稳定性系数提高更有利;矢跨比从1／8变化到1／3时,桥梁稳定性系数先增加后减小,且此变化范围内,最安全矢跨比为1／5;拱的内倾角从0°变化到8°时,桥梁稳定系数呈抛物线变化趋势,内倾角为6°时稳定性系数最大。