大跨度板桁加劲梁悬索桥自振频率参数敏感性分析

板桁结构已逐渐成为西部地区大跨度桥梁主梁的主要形式之一,其构件尺寸大小对桥梁动力性能的影响研究较少。该文基于精细化有限元模型,以西部山区在建最大跨度悬索桥为工程背景,研究板桁加劲梁构件尺寸参数对结构自振频率的影响。采用Ansys平台建立三维板桁加劲梁悬索桥的全桥精细化有限元模型,计算全桥动力特性。并通过参数分析方法研究板桁加劲梁主要构件尺寸参数的影响,参数包括桥面板厚度、U肋厚度、主桁斜腹杆截面积、下平联斜腹杆截面积、弦杆截面积及下横梁截面积。分析结果表明:桥面板厚度和U肋厚度变化对结构动力特性影响较小,主桁斜腹杆截面积和下横梁截面积变化对动力特性几乎没有影响,下平联斜腹杆截面积变化对1阶正对称扭转频率和1阶反对称扭转频率的影响十分显著,弦杆截面积变化对1阶反对称横弯频率和1阶正对称扭转频率有明显影响。     

大跨重载装配式钢桥主桁销接节点设计

针对销轴尺寸较大时大跨度装配式钢桥主桁销接节点的节点板厚度由销孔孔壁承压应力控制的问题,提出一种在桁架弦杆间设置阴阳接头的大承载力销接节点设计方案。对该销接节点的传力机理和受力特性进行了数值模拟研究,并采用现行规范的计算方法对该节点设计的合理性进行了分析验证。结果表明,在弦杆间设置阴阳互插接头后,弦杆内力由节点板和阴阳互插接头共同承担,节点板销孔孔壁承压应力大幅降低,节点板厚度由销孔孔壁承压应力控制的问题得到有效解决;此类销接节点销孔的孔壁承压面积可近似取半个销孔的圆弧长度进行计算;此类销接节点的销子受力以剪切为主,销子应采用抗剪强度较高的材料制造。     

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。     

钢桁梁整体焊接节点试验与非线性有限元分析

文章以上海闵浦二桥中的典型整体焊接节点为背景,采用1/3模型节点进行了不同荷载工况下受力全过程试验研究和非线性有限元分析,在此基础上对关键设计参数进行了优化。研究显示:在设计荷载工况及超载工况下,节点安全可靠,满足规范要求;节点板上弦杆与腹杆之间、左右腹杆之间的圆弧转角处出现一定的应力集中现象;上、下翼板的应力相比其他板件的要大;模型节点试验值与非线性有限元计算值吻合良好。     

大跨度钢桁拱桥关键节点受力特性及优化研究

钢桁拱桥是以承压为主的结构体系,随着跨径的不断增大,其非线性效应会变得十分突出,因此选取关键节点进行受力状态分析就显得尤为重要。选取国内具有代表性的公路钢桁架拱桥(100 m+400 m+100 m=600 m)关键节点作为研究对象。该桥下拱肋与下弦杆交汇处的节点(B9节点)采用焊接整体节点,节点板将主桁相关杆件和桥面纵、横梁连成一体,各构件内部加劲肋众多,形式、尺寸多样,节点的结构构造和受力状态复杂。在全桥空间有限元分析的基础上,选取具有代表性的B9节点和两个最不利的主力组合工况,完成了局部精细有限元分析。结果表明:两个工况下B9节点各相关杆件绝大部分区域应力水平较低,Mises等效应力小于200 MPa,局部区域应力集中程度较严重,应力水平超出了弹性范围。针对拱内下弦杆变截面处出现的高应力区域的情况提出了改善措施,提出在该位置增设一道环形横隔板,该方案可不影响下弦杆内的柔性系杆通过。增设横隔板后,变截面处的应力集中现象得到明显改善,应力水平在弹性范围以内。     

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。     

公铁两用斜拉桥斜桁平行四边形闭口截面弦杆受力机理研究

在轴向压力和弯矩作用下,平行四边形闭口截面薄壁杆件的受力机理不明确,为确保该种结构的安全可靠性,指导结构设计,以某公铁两用大桥斜主桁的弦杆为原型,建立0°、5°、10°、14.036°、20°、25°6种腹板倾角的杆件有限元模型,计算轴向压力、弯矩作用下杆件横截面的正应力;制作1∶2.4缩尺模型,进行静力试验,测试杆件横截面的正应力,并将实测值与计算值进行对比。结果表明:轴向压力作用下,杆件横截面的正应力分布均匀,腹板倾角对正应力分布的影响非常小;弯矩作用下,随着倾角的增加,杆件横截面的正应力不均匀程度加剧,钝角角点正应力绝对值增加,锐角角点正应力绝对值减小,各角点正应力有限元计算值和理论计算值吻合较好;轴向压力和弯矩单独作用下,随着倾角的增加,杆件的弹性稳定系数降低;杆件横截面的正应力实测值和计算值吻合较好,说明计算值可作为设计依据。     

大跨径板桁结合主梁斜拉桥几何非线性分析

提出一种板桁组合结构有限段单元，建立了考虑桥面板局部变形和桁架杆件次应力影响的大跨径板桁结合主梁斜拉桥几何非线性分析模型。该模型自由度少，计算方便，而考虑的因素更为全面，数值算例证明了模型的有效性，可为大跨径板桁结合主梁斜拉桥局部与整体相关屈曲极限承载力的分析提供参考。     

拱形钢桁梁桥结构分析与构造细节设计

钢桁架结构通常节点密集,设计复杂多样。现结合绍兴市某拱形下承式钢桁梁桥,介绍其总体布置、结构设计,并基于有限元分析理论,采用通用有限元软件ANSYS对该桥的活荷载计算模式、上下弦杆节点、梁端节点、横肋与下弦杆及小纵梁相交节点的构造细节设计进行计算对比分析。研究表明,整体式节点设计中节点板处竖杆腹板采用渐变断开式设计,可满足应力、屈曲稳定的要求;拱梁结合点处的应力集中范围与大小受圆弧半径、支点相对位置的影响,支点靠近拱梁结合点对结构受力有利;支撑桥面板的横肋下翼缘可与小纵梁、下弦杆采用半刚性节点,虽一定程度上会增大翼缘断开范围腹板应力,但整体应力水平较低。     

单索面斜拉桥内力分布特征及荷载传递机理研究

为研究单索面斜拉桥的受力特性,以东水门长江大桥(采用正交异性钢桥面板的单索面斜拉桥)为背景,采用ANSYS软件建立全桥三维有限元模型,计算上、下层桥面沿纵向和横向的轴力、剪力及弯矩分布规律,分析上、下层桥面及腹杆的最大、最小主应力。结果表明:上层桥面沿纵向轴力和剪力在斜拉索及桥塔处取得极值,沿横向轴力变化不大,剪力和弯矩在中纵梁处取得最大值;下层桥面沿纵向轴力在跨中及桥塔处取得极值,沿横向轴力变化不大,剪力和弯矩分别在桥面中部和侧边取得最大值;受斜拉索索力影响,上层桥面锚箱附近易发生应力集中,应力向两侧均匀传递,下层桥面荷载主要通过腹杆内、外侧进行传递,腹杆应力峰值在其两端与节点板连接处。     

钢腹杆-劲性骨架混凝土弦杆组合拱节点受力性能试验

为进一步增大拱桥的跨越能力,结合劲性骨架钢筋混凝土拱桥的结构和施工特点,提出钢腹杆-劲性骨架混凝土(SRC)弦杆组合桁式拱圈结构,利用钢腹杆替代混凝土腹板,省去混凝土腹板的浇筑工作,并减轻拱圈自重以达到增大拱桥跨径的目的。为了解这种组合拱连接节点的受力特点,在钢腹杆-SRC弦杆组合拱桥试设计研究基础上,以弦杆外包混凝土厚度为主要参数,进行了3个组合拱节点及1个对比钢管混凝土节点的试验研究,并探讨了节点的失效机理。结果表明:组合拱节点首先发生弦杆外包混凝土开裂,最终发生钢管混凝土节点破坏;外包混凝土对受拉和受压腹杆的受力影响很小;相比钢管混凝土节点而言,组合拱节点受拉腹杆的接头刚度较大;弦杆外包混凝土的厚度只影响外包混凝土的开裂荷载,外包混凝土越厚,开裂荷载越大,但不影响组合拱节点的极限承载力;结合钢管混凝土劲性骨架混凝土柱的研究成果,建议组合拱节点的混凝土外包系数取0.50左右,其承载力可按照受拉节点发生冲剪失效模式和受压节点发生有效宽度失效模式进行计算,但其计算结果偏于安全。研究成果可为钢腹杆-SRC弦杆组合拱桥的设计提供依据,也可为类似连接节点的设计提供参考。     

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。     

悬索桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系设计优化

杭瑞高速岳阳洞庭湖大桥为(1 480+453.6)m双塔双跨钢桁梁悬索桥,主梁为采用了钢-STC轻型组合桥面的板桁结合型钢桁加劲梁,钢-STC轻型组合桥面支承体系由横向桁架支承及桥面纵、横梁支承组成。采用ANSYS软件建立主梁节段有限元模型,针对组合桥面支承体系,从横向桁架结构形式、桥面纵横梁体系及其结构尺寸等方面进行设计优化。结果表明,带竖腹杆的横向桁架结构形式在桥面刚度、构件应力水平方面均具有较大优势;多横梁体系桥面刚度大,桥面构件应力水平低,适用于钢-STC轻型组合桥面。洞庭湖大桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系采用带竖腹杆的横向桁架,纵横梁支承体系采用在横向桁架竖腹杆位置设置边纵梁、次横梁间距2.8m的多横梁体系,能够很好地兼顾结构刚度、应力水平及钢材用量。     

宿淮京杭运河特大桥管节点的疲劳性能研究

工程中常用的评价管节点疲劳寿命的方法是使用S-N曲线.当管节点承受疲劳荷载作用的时候,可以通过数值方法得到沿着焊缝处的热点应力幅的大小.采用有限元软件ANSYS计算了宿淮铁路京杭运河特大桥的H3横撑T形管节点在轴向力、平面内弯矩以及平面外弯矩作用下的热点应力,根据相关计算方法得出节点处应力集中系数以及支管和弦管应力集中系数的分布,通过计算发现,最大应力集中系数出现在支管,说明在疲劳荷载作用下,支管会先破坏.然后通过S-N曲线,可以预测此节点在破坏前可以承受疲劳载荷的循环次数.     

桁加劲梁悬索桥耳板节点抗疲劳性能研究

针对钢桁加劲梁悬索桥中的耳板节点存在应力集中,疲劳性能不明确的问题,对贵州坝陵河大桥钢桁加劲梁耳板节点进行足尺比例的疲劳模型试验.参考BS5400及AASHYO设计规范中疲劳设计的有关规定.考虑未来交通量的发展,计算得到耳板节点对应于200万次循环加载的内力幅.采用MTS全自动液压伺服疲劳试验机进行加载试验,研究了钢桁加劲梁耳板节点应力分布特点及关键构造细节的抗疲劳性能.研究结果表明,该结构部分区域存在一定程度的应力集中,在设计疲劳荷栽幅作用下,关键构造细节应力幅水平不高,经循环加载疲劳试验结构关键部位未发现疲劳裂纹,耳板节点的抗疲劳性能满足设计要求,并具有一定的安全储备.     

箱拱桥荷载横向分布计算的比拟板法研究

采用三维20节点等参体元分析板拱桥拱圈横向受力行为,采用实际箱拱圈与比拟板圈的纵向抗弯、抗压刚度、横向抗弯、抗扭性能相当的原则,提出箱拱桥荷载横向分布比拟计算方法。研究表明:拱圈截面内力、挠度与荷载分布无对应关系,不能通过挠度横向分布来确定荷载横向分布;按等效原则进行箱板拱荷载横向分布计算是可行的;拱圈弯矩、轴力荷载横向分布需分别计算,一般情况下比按均匀分布确定的系数大2~3倍。     

大跨径混凝土桁式组合拱桥长期变形实测分析

混凝土桁式组合拱桥将悬臂桁架与拱桥相结合,发挥了二者的优势且施工方便,在我国大跨径拱桥中占有独特位置。同时,近年来该桥型桥面变形大并伴随开裂等问题开始出现,为研究大跨径混凝土桁式组合拱桥结构的长期变形机理及开裂原因,以一座主跨138m桁式组合拱桥为背景,对其长期变形和混凝土开裂情况进行实测和规律分析;采用有限元模型,分析收缩、徐变及温度作用引起的挠度变化,讨论了结构在不同荷载作用下的受力特征。实测及分析结果表明,桁式组合拱桥长期线形呈M形,且在年温差作用下双立柱间的桥面发生上拱和下挠的交替变化,混凝土的收缩徐变及年温差作用是影响跨中实腹段长期变形的主要因素;结构在双竖杆处的下弦杆位置、跨中位置以及空实腹段交界位置处承受的荷载作用较大,导致在使用阶段的裂缝不断发展。     

有初应力的钢管混凝土桁式拱结构平面内受力性能试验研究

针对初应力对大跨度钢管混凝土桁式拱桥受力性能的影响问题,进行了有初应力的钢管混凝土桁式拱平面内受力性能试验研究,研究初应力对钢管混凝土桁拱平面内受力性能和破坏模式的影响。试验结果表明:在跨中单点集中力加载的工况下,有初应力钢管混凝土桁拱变形呈现出对称形态,变形大致成"M"形。其中,L/3至2L/3段部分向下变形较显著,跨中向下达到最大位移;左拱脚至L/3段部分和2L/3至右拱脚段部分发生向上变形。钢管混凝土桁拱的腹杆受到较大的力,拱顶处直腹杆最早开始屈曲;在达到极限荷载之前,桁式拱没有出现节点破坏,表现出较好的整体性;达到极限荷载时,桁式拱变形加快;继续加载,斜腹杆被拉裂,上弦管拼接焊缝拉裂,结构变形严重。与无初应力桁式拱相比,初应力的存在会使钢管混凝土桁拱提前进入弹塑性状态;极限承载能力下降,下降7.3%;变形能力下降,达到极限荷载时,最大竖向位移减小12.1%。初应力的存在不会改变桁式拱的破坏模式,但是加剧了破坏现象,有初应力的桁式拱破坏现象更为显著,破坏后继续加载,三分点处两个节间斜腹杆全部拉裂,主弦管拼接焊缝拉裂。     

上莘大桥结构设计与分析

上莘大桥为半穿式连续钢桁架桥,跨径布置为(62+100+62)m。综述了该桥的桥型方案、结构总体设计及设计要点。该桥上部结构由桥面板、桥面系、主桁、联结系和支座5部分组成。桥面板为组合结构,桥面铺装采用树脂沥青组合体系;桥面系由主横梁、次横梁、次纵梁构成;主桁采用无竖杆的华伦式三角形腹杆体系及整体节点。下部结构采用柱式桥墩,肋式桥台,基础为钻孔灌注桩。由于结构受力时桁架节点与杆件的连接介于完全刚接与铰接之间,为使结构更安全合理,设计时节点刚度及杆件跨中应力按铰接模型计算,杆端应力按刚接模型计算,以铰接模型的轴应力+刚接模型的弯曲应力作为设计控制应力。     

悬索桥板桁结合型加劲梁剪力滞计算的简化方法

针对采用板壳有限元方法计算悬索桥板桁结合型加劲梁桥面系剪力滞的建模工作量巨大、效率低下的情况,根据该类结构剪力滞的特性,研究其简化计算方法。该方法采用换算梁法将板桁结合桥面系桁梁换算为连续薄壁梁;建立能够考虑剪切变形影响的单主梁悬索桥有限元模型;以变分法为基础,将考虑了结构几何非线性影响的加载影响区间作为等效简支梁的跨度,将作用于该区间的活载、吊索力和支座反力作为荷载;根据叠加原理进行组合荷载作用下的剪力滞求解。以拟修建的某铁路悬索桥为例,采用ANSYS建立全桥板壳有限元模型与简化方法进行对比分析,结果表明简化方法具有较高的计算精度。