基于梁格法的某斜交变宽连续箱梁桥荷载试验分析

基于梁格理论建立某斜交变宽连续箱梁桥的空间梁格模型,计算分析设计活载及试验荷载作用下结构的静动力响应,基于模型计算结果指导该桥的现场荷载试验,并据现场试验结果评价箱梁结构的工作状态。     

基于初等梁理论的人字形桥梁结构空间梁格分析

根据初等梁理论,采用空间梁格分析法对一例典型人字形薄壁箱梁桥进行结构简化及模拟分析。分析结果表明:当受荷载桥跨的两端为扭转约束、并在集中荷载和竖向均布荷载作用下时,空间梁格分析法所得结果与板壳模型的计算结果比较接近;当受荷载桥跨的两端为单向铰支座、并在偏心竖向荷载作用下时,由于约束扭转和畸变效应对主线和匝道的影响十分显著,空间梁格分析法所得结果与板壳模型计算结果相异较大,主要原因是初等梁理论不能反应宽翼缘薄壁箱梁约束扭转、畸变及剪力滞效应等受力特点。指出:对于宽翼缘薄壁箱梁桥结构在采用空间梁格分析法时,应同时考虑宽翼缘薄壁箱梁受力的特点对初等梁理论分析方法进行完善。     

城市轨道交通高架桥四线简支梁设计分析

以厦门市轨道交通4号线高架桥四线简支梁为研究对象,分析该梁的内力和变形情况,采用Midas Civil 2019分别建立单梁与梁格模型,对比分析二者支座反力、变形、最大弯矩、正截面应力等指标,分析结果表明,梁格模型与单梁模型计算结果较为吻合,并能较准确地反映梁体的实际受力情况。此外,还利用梁格模型完成了预应力横隔梁、桥面板的验算,其结果满足《铁路桥涵混凝土结构设计规范》(TB 10092—2017)相关规定要求。该梁格模型可以同时完成纵梁、横隔梁、桥面板的验算,建议在设计类似结构时重视预应力横隔梁对宽箱梁受力情况的影响。     

基于动态系数的静动力有限元模型修正研究

为弥补传统联合静动力有限元模型修正的不足,充分发挥其联合作用,提出一种基于灵敏度分析计算静动态分项指标权重,综合运用静动力单目标函数动态权重系数的静动力联合修正方法,利用其修正曲线连续梁桥的梁格模型,并与传统方法的修正结果进行对比。研究结果表明,联合静动力的修正方法可减小各目标响应计算值与实测值间的误差至修正前的一半或更多,而本文提出的改进方法有效性更好,修正精度更高,具有较大的工程应用价值。     

商合杭高铁钢-混凝土连续结合梁设计

商合杭高铁跨越茨谷河采用5×50 m钢-混凝土连续结合梁,该型梁应用于时速350 km高速铁路无砟轨道属我国首次。在静力计算方面,主要对活载动力系数、计算模型及内力放大系数、混凝土桥面板及钢梁有效宽度、负弯矩区处理等进行分析;在动力性能方面,通过对车桥耦合动力仿真各项指标进行把控,保证了5×50 m钢-混凝土连续结合梁具有良好的静动力性能,可为类似结构提供参考借鉴。     

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。     

一种新型铁路钢—混组合桁架桥的动力特性分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的新型铁路钢—混凝土组合桁架桥建立了有限元计算模型,分别采用空间梁单元、空间板单元及三维实体单元对混凝土槽形板进行模拟。计算分析了桥梁的自振特性和移动列车荷载作用下的动力响应。结果表明:采用三种不同单元模拟槽形板得到的结构主要振型及相应自振频率的计算结果较为接近,梁单元模型可在保证精度的前提下大大减少计算工作量;移动荷载作用下桥梁的竖向挠度和加速度响应较小,满足我国干线铁路行车要求。     

考虑剪切变形的钢-混组合梁动力特性解析解

考虑混凝土板和钢梁的剪切变形以及两者分界面处的相对滑移的影响，推导了钢-混组合梁包含黏性阻尼的运动微分方程，得到了其自振特性的解析表达式，并讨论了振型的正交性。分析模型中采用更加符合钢-混组合梁运动状态的子梁独立剪切角假设，提高频率的计算精度。对比分析该理论、子梁相同剪切角假设的Timoshenko组合梁理论、Euler-Bernoulli组合梁理论、Ansys数值分析和试验测试结果。结果表明：提出的理论计算模型比其他两种理论计算模型的精度更高；剪切变形对钢-混组合梁动力性能的影响不可忽略，且混凝土板和钢梁的剪切角不可假定为相等的。     

城市交通系统中宽扁梁结构的自由振动分析

为研究城市交通系统中宽扁梁的动力性能,由明德林(Mindlin)板理论退化得到板梁的控制方程,并推导出两端简支和两端固支板梁的自由振动特征方程,然后分别求解其自振频率和模态,并将计算结果与铁木辛科(Timoshenko)梁、Mindlin板的结果进行对比,总结板梁方程的梁宽适用范围并考虑泊松比对宽梁自由振动的影响。分析表明:相较Timoshenko梁方程,板梁方程更贴近Mindlin板的计算结果,尤其是前5阶自振频率,更适于较大泊松比的宽梁结构动力分析。     

大轴重运输条件下小跨度板梁静动力适应性研究

大轴重运输条件下,重载铁路小跨度梁病害损伤频繁出现,致使其承载能力和使用性能逐渐降低,安全与稳定问题日益凸显。为研究常见类型小跨度板梁在大轴重运输条件下的静动力特性,以某重载铁路12.0 m跨度低高度整体式预应力板梁(简称整体梁)和并置式普通钢筋混凝土板梁(简称并置梁)为对象,基于现场试验和数值模拟方法,开展静力性能试验、动力性能试验、承载能力分析和提速、提轴条件下动力适应性分析,探索小跨度低高度板梁在大轴重运输条件下的差异性和适用性。研究结果表明：设计静活载作用下,小跨度并置梁和整体梁均处于弹性工作状态,2种类型板梁荷载-挠度、荷载-应变等关系曲线均呈线性变化,且应变和挠度实测数据均小于理论计算值;相同静力荷载作用下,实测整体梁跨中挠度、应变等关键参数均小于并置梁,整体梁具有更大的刚度和承载能力。正常运营列车和提速、提高轴重列车作用下,整体梁横向和竖向频率分别为27.26 Hz和11.21 Hz,其自振频率较并置梁有大幅提高;同时,相同动力荷载作用下,整体梁跨中横向振幅、横向加速度、竖向振幅、竖向加速度和动力系数较并置梁均有明显降低,整体梁具有更大的横向刚度和整体稳定性,满足35.0...     

斜交薄壁连续钢箱梁桥设计与受力特性研究

以江苏省丹阳路齐梁路某(30+2×35)m跨线斜交钢箱梁为工程背景,通过比对斜交钢箱梁横隔板布置方式以及支座处隔板布置方式,提出斜交连续梁横向隔板的正交布置方式,得出中间墩支承处采用斜向双隔板布置更有利于结构受力与制造的结论。对箱梁的线型控制、截面总体布置、隔板、纵肋型式、纵肋布置方式和板厚等其他细节进行详细设计。分别建立单梁、空间梁格和板单元有限元模型对桥梁进行受力分析。对3种数值模拟方法计算得出的支座反力、挠度和应力等结果进行分析对比。研究结果表明:单梁法计算结果偏于不安全且无法进行横向计算,梁格法和板单元法均能够对模型进行横向计算,但梁格法计算偏安全,而板单元计算更加细致精确。同时,在同种工况下,斜交钢箱梁钝角区应力值大于锐角区应力值。采用板单元对轮压荷载进行局部分析,表明轮压荷载作用下应力、变形较小。验证了箱梁设计方案的安全合理。     

梁-板单元模型在劲性骨架钢筋混凝土拱桥仿真分析中的合理性研究

通过对劲性骨架钢筋混凝土拱桥的仿真方式进行分析和研究,探讨了在该类桥梁中应用最为广泛的梁-板单元模型的合理性。以一座上承式单跨劲性骨架钢筋混凝土拱桥为研究对象,分别建立主拱的梁-板单元模型和梁-实体单元模型,从结构的整体受力、局部受力和施工阶段受力3方面分析梁-板单元模型的优缺点。结果表明:梁-板单元模型建模简单,计算结果精度较好,仿真方式合理;梁-板单元模型在施工阶段分析中存在板的厚度与拱圈混凝土实际分环分段厚度不一致的问题,因此给出了按拱圈的分环面积和分环刚度等效原则共同确定对应板厚度的解决方案。     

轨道动力学层状梁模型与算法中的几个问题

研究目的:轨道结构层状梁模型由于模型简单,被广泛应用于轨道动力学及车辆-轨道耦合系统动力学分析中。简化的轨道结构层状梁模型能否反映半无限空间上实际轨道结构的变形规律和动态特性,运用轨道结构层状梁模型得到的车辆和轨道结构动力响应精度如何,这些问题还未见系统研究。本文通过建立车辆-轨道结构层状梁非线性耦合系统动力学模型,构建运用交叉迭代法分别独立求解车辆和轨道结构动力学方程的显示算法,对比分析轨道结构层状梁模型与轨道结构三维块体单元模型的计算结果,以及轨道结构层状梁模型与轨道结构半无限空间模型计算结果的差异,分析轨道结构层状梁模型在车辆-轨道耦合系统动力学分析中的适应性。同时,还对比分析交叉迭代法与传统的耦合方程算法在求解车辆-轨道耦合系统动力响应时的计算效率、计算精度和算法特点。研究结论:(1)采用层状梁轨道模型模拟轨道结构是可行的,计算结果具有良好的精度,能够满足工程问题的分析要求;(2)交叉迭代法相对于传统的耦合方程算法计算效率更高,精度更好,用时更省,程序设计更容易,不仅适用轮轨线性接触分析,而且适用轮轨非线性接触分析;(3)通过引入松弛因子对轮轨接触力进行修正,可加快交叉迭代算法...     

考虑整体节点刚域影响的钢桁梁桥空间受力计算分析

现代钢桁梁桥中大量采用整体节点技术。在建立全桥有限元计算模型时,其节点刚域的处理关系到计算结果的准确性。以东莞东江大桥为工程背景,采用带刚臂梁单元模拟钢桁梁桥整体节点板的刚度增强作用,建立全桥计算模型进行受力分析。该桥的有限元计算结果与动静载试验结果的对比表明:节点刚域对桥梁结构受力性能的影响不可忽略,不考虑节点刚域的影响时,桥梁中主桁和边主桁的挠度实测值与计算值的误差高达30%;采用刚臂梁单元考虑节点刚域影响后,误差减小约50%,而且上下弦杆以及加劲弦的应力计算结果与实测结果更吻合,模态频率的计算结果与实测结果的误差也不超过5%,计算精度显著提高。     

不同梁单元对车-桥耦合动力响应的影响

研究目的:为研究不同类型梁单元对列车-轨道-简支梁耦合系统动力响应的影响,以12车编组高速列车通过6跨简支梁为例,基于多刚体动力学建立车辆垂向动力学模型,分别采用Euler-Bernoulli梁、Timoshenko梁及Mindlin板单元建立简支梁桥有限元模型,并开展基于三种不同类型梁单元简支梁模型的列车-轨道-桥梁耦合系统动力响应分析。研究结论:(1)在相同参数条件下,三种简支梁模型的自振频率各不相同,其中Euler-Bernoulli梁模型计算得到的简支梁自振频率最高,对应的理论共振车速也最大;(2)运营车速条件下,桥梁加速度响应受梁单元类型的影响显著,基于Euler-Bernoulli梁的简支梁振动加速度最小,基于Timoshenko梁的简支梁振动加速度与基于板单元的箱梁底板中点处的计算结果较为接近,而基于板单元的简支梁由于顶板局部受高频列车荷载激励的影响,因此顶板中点处的加速度最大;三种简支梁模型计算的首、末节车体加速度吻合良好;(3)共振车速条件下,Euler-Bernoulli梁模型和Timoshenko梁模型计算的桥梁加速度和位移吻合较好,但整体上大于板单元模型箱梁腹板及底板的计算结果,且Euler-Bernoulli梁模型和Timoshenko梁模型计算的末节车体加速度在振动形态上与板单元模型计算结果存在较大差异;同时,末节车辆由于受桥梁共振效应的影响显著,其车体加速度明显大于首节车辆;(4)本研究成果可为列车-轨道-桥梁耦合振动研究中桥梁数值模型的选择提供参考。     

梁格法在既有简支铰接空心板梁桥检测与维修加固计算分析中的应用

根据梁格法原理,通过使虚拟横梁在同一铰接缝处的梁端竖向约束相互耦合来模拟纵向铰接缝,提出改进的梁格模型,建立了简支铰接空心板桥空间分析模型并编制程序进行了计算,最后,通过实桥静载试验验证了模型的正确性.该方法可为既有简支铰接板梁桥的检测与维修加固计算分析提供有效手段.     

南昌英雄大桥荷载试验研究

南昌英雄大桥为独柱斜塔空间扭面背索混合梁斜拉桥,跨径组成为(109+188+88)m。该桥梁结构在荷载试验前经过静、动力计算分析,与荷载试验结果进行比较,结合有限元分析,将试验结果与计算结果及规范值进行对比及该桥现状进行评定,表明该桥梁的工作性能满足设计和安全运营要求。     

铁道车辆板梁结构多方案对比分析

为合理处理铁道车辆车体上的板梁组合结构,解决车体结构分析中典型的板梁偏心连接问题,构建了偏心节点的节点位移关系式,利用APDL语言实现了批量约束方程的施加;并根据ANSYS软件中梁单元、板单元、实体单元的基本特征构造了5种板梁组合结构模型,对它们进行了有限元分析及对比.研究结果表明:对于同一典型的板梁结构,用板梁偏心组合建模(单点约束)方案得到的模型与用实体建模方案得到的模型有限元分析结果比较接近,用全板壳建模的两种方案均相对实体单元模型约束稍强,而用板梁偏心组合建模(双点约束)方案得到的模型则约束过强;同时采用板梁组合建模的模型单元数和节点数相对较少,可以节省计算机时,降低计算费用.     

基于改进梁板结合模型的钢桁架桥设计

以蒙华煤运铁路三门峡至荆门段72 m简支下承式钢桁架梁桥为背景,指出传统梁板结合有限元模型采用刚臂方式连接虚梁和桥面系所产生的问题,并对其进行改进,提出改进梁板结合有限元模型。将两种模型在静活载作用下的杆件应力与真实情况进行对比。结果表明:传统梁板结合有限元模型的约束形式使桥面系刚度大于真实情况,造成计算出的杆件应力偏小,而改进后的梁板结合有限元模型没有增大桥面系刚度,计算出的杆件应力也与真实值吻合。     

铁路槽形梁尼尔森体系刚性吊杆拱桥设计研究

研究目的:秦皇岛市旅游铁路上跨和平大街采用56 m双线槽形梁尼尔森体系刚性吊杆拱桥,桥面板横向跨度达到12.7 m,且受建筑高度限制,其厚度只有0.65 m.考虑城市景观要求,拱肋采用1/7坦拱,无法设置横撑.设计中采用空间梁格模型、平面杆系模型、空间实体元模型进行计算,对结构受力进行深入研究分析,以确保结构安全.研究...