城市轨道交通大跨度小半径曲线梁桥设计

轨道交通大跨度小半径曲线梁桥具有受力复杂、车辆荷载大、设计难度高等特点。曲线梁桥由于轴向变形与平面内弯曲耦合,竖向挠曲与扭转耦合,以及弯曲、扭转与截面畸变耦合等因素,易发生梁体水平径向位移过大、梁体翘曲、墩梁固结处开裂、支座脱空等工程问题。依托大连轻轨某小半径大跨度预应力混凝土曲线梁桥工程,通过对曲线桥梁受力情况的分析,考虑变形耦合效应,确定了截面、钢筋及预应力钢束设置等关键技术参数,并针对曲线梁存在的"外梁超载,内梁卸载"问题,对支承形式及偏心等关键参数进行了讨论。研究表明,采用单箱单室截面、合理设置钢筋、预应力约束、支座等措施能有效解决此类工程问题。     

弯扭耦合下曲线混凝土箱梁截面应力状态的受力机理分析

曲线箱形梁兼具弯梁桥与箱形梁两者的特点,由于曲率的影响,竖向荷载作用下曲线箱梁弯矩与扭矩互相耦合同时存在。根据国内外既有研究成果,对曲线箱形梁空间受力特点及影响因素进行了总结。以60m单跨单箱形截面曲线混凝土简支梁为例,利用有限元软件TDV建立空间板单元模型,分析自重作用下,不同曲线半径下主梁截面正应力及剪应力分布,根据弯曲变形与应变的关系,比较曲线梁桥与直线梁桥正应力横向分布规律,提出用应力增大系数来表征曲线内外侧弧长不同引起的应力变化。研究结果表明,除了受剪力滞后效应影响,曲线箱梁桥截面正应力分布还与内外侧弧长不等引起的应力增大系数有关。     

有轨电车特小半径曲线受力和变形特性

根据有轨电车轨道结构特点,采用有限元软件建立钢轨-道床三维空间耦合力学模型,研究曲线半径、曲线长度对无缝线路受力和变形特性的影响。研究结果表明:由于无缝线路和下部基础均为连续结构,在最大温度荷载作用下,曲线段支承层带动无缝线路向外臌曲变形,且在相同圆心角条件下,曲线半径越大,支承层变形量越大,无缝线路受到直线段挤压越显著,从而形成折角;反之,半径较小对无缝线路受力和变形更有利,但此时会限制有轨电车允许通过速度,延长通过时间,影响交通,应综合考虑。常用荷载作用时,钢轨受力和变形仅随圆心角的增加而逐步减小,与轨温、作用点、半径无关,建议选用较大圆心角,以降低横向力对无缝线路受力和变形的影响。     

平面曲线梁桥温度变形与支承体系布置探讨

平面曲线梁桥的病害多为支承体系布置不合理而引起 ,文章介绍平面曲线梁桥温度变形的特点和支承体系布置的原则 ,并结合实桥的监测结果 ,探讨平面曲线梁桥温度变形和支承体系布置 ,以供曲线梁桥设计人员借鉴。     

梁格理论在某斜交连续梁结构分析中的应用

研究目的:针对T型宽实体连续板梁桥受力复杂的结构特点以及用常规的结构分析方式难以对结构的受力行为进行较好把握的问题。研究方法:应用梁格理论对某斜交T型宽实体连续板梁桥进行结构计算简化,利用刚度等效的原则对原结构进行结构模拟以及运用有限元的分析方法对结构进行离散,同时利用通用有限元程序软件SAP2000对简化的粱格模型进行结构模拟分析。研究结果:为求解分析宽、斜受力复杂的连续梁、与此结构类似的箱梁以及实体板梁提供了一种实用简便的分析计算方法。研究结论:通过具体的工程实例计算,并与板壳模型计算结果进行比较,证明了该理论在工程应用中具有较好的使用价值。     

基于力法的斜支承连续箱梁挠曲扭转内力分析

为研究斜支承连续箱梁的内力分布规律和斜交角变化对内力分布的影响,分别给出均布扭矩荷载和集中扭矩荷载作用下,简支箱梁约束扭转控制微分方程初参数解的简化结果.以简支箱梁为基本结构,斜支点的约束反力为多余未知力,建立多跨斜支承连续箱梁的力法方程.选取斜支承两跨连续箱梁为算例,用本文方法和ANSYS软件计算其在竖向均布荷载作用下的各项内力,并分析斜交角变化对各项内力的影响.研究结果表明:按本文方法计算的弯矩和扭矩与ANSYS计算值吻合良好;在竖向对称均布荷载作用下,弯矩和扭矩沿梁轴对称分布,双力矩反对称分布,各项内力随斜交角的变化具有单调性;在竖向偏心均布荷载作用下,各项内力均不再对称分布,其随斜交角的变化规律也更加复杂.     

支承形式对波形钢腹板预应力混凝土曲线箱梁剪力滞效应的影响

为研究不同支承形式对波形钢腹板预应力混凝土曲线箱梁剪力滞效应的影响,采用ANSYS软件建立单跨波形钢腹板曲线箱梁的有限元模型,在跨中集中荷载和全桥分布荷载作用下,分析不同支座布置形式下的剪力滞效应。研究结果表明:单跨波形钢腹板曲线箱梁在集中荷载下,4种支承的最大剪力滞系数均出现在跨中截面,从大到小依次为静定中心支承、静定偏心支承、超静定中心支承、超静定偏心支承。在分布荷载下,4种支承对应的跨中控制截面的剪力滞系数均在1.161左右,差异较小。     

“月牙形”独塔曲线斜拉桥成桥计算及结构优化研究

为研究独塔单索面单侧拉吊曲线斜拉桥结构受力性能,以一种新型而特殊的"月牙形"独塔曲线斜拉人行桥为工程背景,采用有限元法分析计算其合理成桥状态。针对主梁局部存在截面转角相对较大的问题,提出3种解决方案:合理布置水平斜撑的"被动"方案、设置拉压杆预应力的"主动"方案和联合方案。研究结果表明:将主塔塔顶横向位移作为主要设计目标,按斜拉索对主塔的施力方向对斜拉索分组,辅以刚性支承连续梁法、影响矩阵法对该桥进行成桥索力计算较为快速和合理;通过合理布置桁架结构和引入预应力,可在满足规范要求、减轻结构整体重量的同时减小局部截面转角较大的问题,提高结构受力性能。研究结果可为同类型斜拉桥的设计提供参考。     

北京北站站台大跨度张弦桁架雨棚设计研究

针对北京北站站台大跨度张弦桁架雨棚结构设计中抗风、抗震、温度作用以及支承柱稳定等难点问题,采用有限元法进行各种荷载组合工况下雨棚结构的受力分析。结果表明:张弦桁架构件的设计主要受活载参与组合工况控制,而支承柱及其基础的设计则受地震作用参与组合工况控制;风荷载的作用使拉索索力减小,当拉索完全松弛后,张弦桁架的受力性能会发生质的下降,通过优化张弦桁架的矢高和垂距、桁架断面高度以及拉索截面积等参数,可提高雨棚结构的抗风性能;支承柱的刚度会直接影响雨棚结构的失稳模式和稳定承载能力,设计时应保证支承柱不先于上部的张弦桁架发生失稳。研制的2种新式铸钢节点有效地解决了拉索节点受力大、构造复杂等设计难点。     

基于精细化有限元的钢桁梁桥节点高强螺栓连接受力性能

本文针对常泰大桥北接线大跨径钢桁梁桥节点连接方式,采用精细化有限元方法建立高强螺栓连接试件分析模型,探究在单向拉伸作用下螺栓和钢板的受力性能。根据相关文献试验结果,利用荷载-位移曲线分析高强螺栓连接试件轴向拉伸静摩擦阶段、滑移阶段和承压阶段三个阶段受力特征,并验证有限元模型的准确性;采用有限元仿真方法,研究钢材等级、摩擦系数、预拉力和螺栓缺失对高强螺栓连接试件抗剪承载力影响;基于强度包络法,给出螺栓连接强度的计算方法。     

斜交角对带翼墙框架式地道桥受力性能影响

为解决实际工程中铁路与公路道口斜交问题,采用厚板理论,对洞口带翼墙斜交框架式地道桥进行受力性能分析,通过依次上调15％设计参数,研究在恒荷载和移动荷载作用下斜交角变化对地道桥内力、应力、位移等力学参数的影响.研究发现,顶板纵向弯矩随斜交角增加而增大,平均增幅为8.89％.顶板横向弯矩、竖向位移、上部最大主应力,翼墙与立...     

悬臂浇注斜交连续箱梁桥的线形监控

针对施工过程中,由于测量误差、施工误差、设计参数误差以及模型的失真,桥梁施工的实际线形与施工理想线形之间总是存在偏差,以及斜交箱梁由于处于弯剪扭复杂的空间受力状态,无论是理论计算还是现场线形监控,相对于正交箱梁都复杂得多等问题,以某三跨斜交连续箱梁桥为工程背景,提出该类型桥梁线形监控的目的、技术和方法,以及线形监控关键点立模标高的影响因素和计算公式,介绍了计算斜交桥梁的计算方法,并讨论了斜交桥梁悬臂施工时箱梁挠度的变化规律,以及斜交、温度场对线形的影响与需要注意的问题。研究结果表明,所提出的技术和方法,可为同类型桥梁的施工监控提供参考。     

下穿铁路斜交框架地道桥主要设计参数分析

为了研究设计参数对铁路斜交框架地道桥受力特性的影响,依托某实际工程,建立数值模型进行分析。以原结构为基础,分别改变框架地道桥的宽跨比、斜交角、高跨比、腋角尺寸并分别建立有限元模型计算分析,研究设计参数增长15%时受力特性的变化规律。并设计正交试验以找出参数的影响程度及优化方案。研究结果表明:设计参数变化时,结构受力的变化规律相似,但受力特性的影响程度不同;宽跨比、高跨比、腋角尺寸的增加可使顶板主拉应力减小;宽跨比、腋角尺寸的增加可使顶板竖向位移减小;在4个设计参数中高跨比对顶板主拉应力的影响最大;提出的优化方案与原结构相比,可使顶板在单列车荷载下最大主拉应力降低35.4%、在双列车荷载下最大主拉应力降低45.7%。     

变高度连续曲线箱梁的剪力滞效应

应用能量变分原理,推导弯曲、扭转、剪力滞耦合的曲线箱梁弹性控制微分方程及其边界条件,得到微分方程的闭合解。利用所得的弹性控制微分方程的齐次解作为位移模式,应用刚度法和功能原理推导单元刚度矩阵及荷载列阵,建立一种考虑弯曲、扭转、剪力滞的曲线箱梁有限段模型。编制计算程序,对变高度连续曲线箱梁进行计算,探讨在不同荷载下的宽跨比和梁高比两个参数对剪力滞的影响,得到变高度连续曲线箱梁剪力滞效应的一些规律。进行剪力滞模型试验研究,并对模型桥进行有限段法和有限元法的数值计算,计算值与试验结果吻合较好,验证本文方法的正确性。本文所得公式是对连续曲线箱梁剪力滞效应理论的补充,分析所得结果为连续曲线箱梁的工程设计提供参考。     

多跨连续曲线梁桥静力分析的有限段法

利用能量变分原理,推导出平面曲线籀梁的基本微分方程、边界条件;采用微分方程的齐次解作为位移模式,推导出平面曲线箱梁有限段法分析的单元刚度矩阵、荷栽矩阵;编制了计算分析程序,计算结果与其他方法分析值吻合较好：探讨了抗弯刚度与抗扭刚度之比对连续曲线箱梁位移、内力的影响,为连续曲线箱梁的设计计算与施工提供了参考。     

铁路小半径曲线连续梁桥设计研究

武汉到咸宁的城际铁路中采用了大量的小曲线半径连续梁桥,最小半径达320 m,为目前我国曲线半径最小的铁路连续梁桥。本文采用ASCB和BSAS建立平面模型以及采用Midas2006建立空间有限元模型,对跨径组合为(24.65+24.65)m预应力混凝土连续箱梁分别进行施工阶段及运营阶段分析,计算恒载、活载、预应力、收缩徐变、体系温度、局部温差、支座不均匀沉降等荷载,得出支反力及内力、应力、强度、变形等,并进行了分析比较。由于"弯-扭"耦合作用、剪力滞效应及畸变挠曲效应、预应力损失等,使得曲线梁腹板内侧和外侧受力不同、支座的内侧和外侧受力也不同,因此不能单一采用以直代曲或者平面代替空间的计算结果,尤其是当曲线半径较小的情况下,尽量采用多种计算手段相互校核。并且通过采用箱形截面设计、加横隔板、降低曲线上车辆通过速度等可降低曲线效应对梁的影响。     

钢-混凝土曲线组合梁弯扭性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)和横隔板数目为参数,对6片钢-混凝土简支曲线组合梁进行了试验研究,得到了曲线组合梁跨中集中荷载作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低,横隔板数目对其受弯性能影响不大,但端横隔板对受扭性能影响较大;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向滑移随跨径比的增大而增大,横隔板数目对其影响较小。     

旅游轨道交通桥梁设计特点分析——以张家界市旅游轨道交通为例

旅游轨道交通是一种新型的交通方式,受地形及增加景区收益属性要求,以往选线及桥梁设置理念已不能满足要求。针对桥梁与旅游轨道的适宜性分析,总结旅游轨道交通桥梁设置的特点。运用力学公式、有限元软件对大纵坡、小半径空间复合曲线梁体及落石防护等进行计算,以及对景观设计发展进行探讨,得出结论:七星山地形适宜采用山底轮轨、登山段齿轨、山顶悬挂式空轨的多制式组合系统;梁端部加牛腿的构造可有效简化外界受力,适应大纵坡下梁体设置;小半径空间复合曲线梁的计算复杂,空间多自由度力学问题研究不足,需要进一步研究;大纵坡,小半径条件下宜多采用连续刚构桥式;旅游轨道桥梁应重视外观概念设计,以增强景区适应性,我国桥梁亟需提高景观概念设计及研究水平;高桥段落落石防护宜采用桥梁和防护结构一体化结构;桥梁装配式施工的核心问题是构造尺寸标准化设计,需进一步加强研究。     

波形钢腹板曲线箱梁桥静力特性

建立了考虑不同力学因素的有限元模型,对不同曲率半径的波形钢腹板曲线箱梁桥的静力特性进行计算,分析了结构主要部位在活载作用下的内力、变形和应力分布随其曲率半径的变化规律。研究结果表明:波形钢腹板使得曲线箱梁桥抵抗翘曲的能力减弱;波形钢腹板箱梁截面正应力横向分布不均匀,钢腹板和混凝土板相交处正应力发生突变;钢腹板剪应力沿腹板高度分布不均匀。     

用桩加固浅基础的力学模型研究

对用桩加固既有铁路桥梁中浅基础常用计算方法进行比较,认为此类结构应考虑承台结构的变形,并提出了合乎实际情况的力学模型。实例计算与比较分析结果表明,由于用桩加固浅基础时其承台结构的特殊性,竖向荷载对桩身弯矩有较大影响。此外,给出了考虑承台变形和竖向荷载的影响时,浅基础用桩加固的力学模型计算公式。