钢梁承载潜力的自适应分析

自适应分析研究超出弹性极限的重复载荷作用下结构的弹塑性行为。与其他塑性理论相比,自适应理论的分析结果更逼近结构塑性破坏的实质。以日本某桥为例,以增量分析法为基础编制有限元程序,采用Timoshenko弹塑性分层梁单元模拟连续实腹钢梁桥结构,进行其在重复载荷作用下自适应行为分析。结果表明:随活载系数的增加,结构依次经历全弹性承载、自适应和塑性增量破坏3个阶段;按自适应理论分析,该梁能够承受的最大活载是设计活载的2.804倍;可见,对于按容许应力法设计的旧有钢桥,自适应分析能极大地挖掘其承载潜力。     

Q500qE高性能钢工型梁极限承载力研究

为评估Q500qE高性能钢梁的塑性水平和安全储备,设计Q500qE高性能钢和Q345qD普通低合金钢全尺寸试验工型梁,通过模型试验和有限元分析方法进行极限承载力研究.结果表明:Q500qE高性能钢梁有较好的塑性,不会因为屈强比大而发生脆性破坏;Q500qE与Q345qD工型梁的荷载一位移曲线以及塑性发展过程类似,均没有出现明显的屈服平台;两者不同塑性发展阶段作用荷载与材料的名义屈服倚载的比值基本相等,说明Q500qE高性能钢梁有与Q345qD钢梁基本相同的安全储备.试验梁加载过程各关键作用荷载对应的挠度有限元计算结果与试验值基本一致,误差较小,表明本文有限元分析中选用的多线性随动强化模型模拟高性能钢的本构关系是合理的.     

下穿胶济铁路施工连续便梁整体受力分析方法

连续便梁是一种新型临时可应急使用的梁跨结构,常用于下穿铁路施工时维持列车的正常运行。以大型通用软件ANSYS为平台,通过二次开发,建立了"车-线路-连续便梁"的三维空间有限元模型,采用移动荷载加载方式来模拟列车经过连续便梁的整个过程,并在每一时步进行迭代求解和分析,进而对连续便梁在列车荷载作用下的受力进行分析。该方法可以一次性、快速得到连续便梁各构件在列车经过时的支反力、挠度值和应力值,从而可以方便地对连续便梁的使用安全性进行评估。     

钢-混凝土简支组合梁塑性阶段有效宽度分析

钢-混凝土组合梁在竖向荷载作用下,翼级板中存在剪力滞后现象,设计中普遍采用翼缘有效宽度的概念。针对有端横梁的单向简支组合梁板体系,采用非线性有限元方法,分析了全过程中翼缘有效宽度的变化,并对塑性极限阶段有效宽度的主要影响因素,包括宽跨比、荷载类型、剪力连接程度、钢梁和混凝土强度等进行参数分析,提出计算塑性极限阶段有效宽度的简化公式。     

钢筋混凝土梁单元截面刚度求解方法

在考虑材料非线性的有限元分析中,根据荷载进行相应的钢筋混凝土梁单元截面刚度的求解.通过对Cranston方法求解截面刚度的原理和步骤的分析,指出由于混凝土和钢筋的应力-应变关系曲线均为分段曲线,应用Cranston方法进行单元截面参考轴应变和曲率迭代计算时可能会出现不收敛的情况,依据函数的单调性和连续函数的介值定理,提出在该情况下可采用加速搜索区间法和二分法相结合进行钢筋混凝土梁单元刚度求解.基于该方法编写考虑材料非线性的平面杆系有限元程序,并用算例进行验证,表明其具有良好的收敛效果.     

高速铁路钢桁结合梁桥结构噪声预测研究

为了解高速铁路钢桥结构噪声辐射特性,基于车-线-桥空间耦合振动理论和统计能量分析原理,提出高速铁路钢桥结构噪声预测模型,对其辐射噪声空间分布规律和结构各部分声贡献量进行分析。该预测模型采用空间板梁混合有限元模型进行车-线-桥空间耦合振动分析,得到桥面板的振动速度时程,经FFT变换后得到频域内的结果,作为后续统计能量模型的输入。通过求解统计能量平衡方程,得到系统振动能量分布和传递结果,根据振动声辐射理论,求得桥梁结构噪声。对64m钢桁结合梁的分析结果表明:钢桥结构噪声波阵面为略显纺锤形的柱面波;纵、横梁和主桁为主要声源;纵、横梁和主桁的噪声峰值频段分别为1 000 Hz和630 Hz;随着至线路中心线的距离增加,近主桁辐射结构噪声衰减最快;近场噪声衰减速度比远场快。     

桥梁结构极限承载力分析的截面内力塑性系数法

基于U.L列式单元增量平衡方程，提出了一种建立钢筋混凝土梁单元弹塑性刚度矩阵的新方法-单元节点截面内力塑性系数法，并编制了相应的计算程序。用该方法计算了两个大型单拱面预应力混凝土系杆拱桥模型。结果表明，理论计算结构极限承载力与试验结果良好接近。     

郑州黄河公铁两用桥连续钢桁结合梁施工设计

郑州黄河公铁两用桥首次采用斜桁结构,无纵横梁、无平联混凝土板结合桥面及多横梁、无纵梁正交异性整体钢桥面。其主桥分两联布置,第一联为六塔连续钢桁结合梁斜拉桥,第二联为连续钢桁结合梁桥,钢桁结合梁是桥梁关键技术。介绍第二联连续钢桁结合梁主桁、公路与铁路桥面系结构,分析其施工设计特点和技术优势。利用有限元程序对钢桁结合梁结构进行空间静力分析,提出架设钢梁、安装公路混凝土桥面板、浇筑结合部位微膨胀混凝土,最后形成结合梁体系的施工方案。     

考虑钢-混凝土滑移效应的下承式钢桁结合梁受力特性研究

对下承式64 m双线钢桁结合梁,考虑钢梁与混凝土板之间的滑移,采用空间梁、板壳单元建立有限元计算模型,钢梁与混凝土板间的连接根据剪力钉刚度,采用弹性连接模拟,通过二期恒载、混凝土桥面板收缩徐变工况的计算分析,研究下承式钢桁结合梁受力特性。计算结果表明,下承式钢桁结合梁中由于混凝土板与主桁下弦杆共同作用承受纵向拉力,钢梁与混凝土板之间的滑移对桥梁结构内力影响较大,设计计算时不适合采用钢梁与混凝土板刚接或换算截面法,建议根据剪力钉刚度钢梁与混凝土板之间采用弹性连接模拟,不同荷载工况可按结构受力对剪力钉刚度进行适当调整。     

基于纤维梁模型的钢筋混凝土箱梁非线性分析

为了准确模拟钢筋混凝土箱梁的非线性受力性能,采用精细化的三维纤维梁单元模型,基于有限元软件ABAQUS的Standard求解模块,用FORTRAN语言编制了钢筋和混凝土纤维梁单元材料用户子程序,详细介绍了建模过程。以钢筋混凝土简支箱梁为算例,对其进行全过程非线性仿真分析,并与试验结果进行对比,研究配筋率及加载方式对箱梁全过程受力性能的影响。计算结果表明:有限元分析得到的跨中荷载-挠度曲线反映了钢筋混凝土箱梁的受力全过程及破坏形态,且与试验结果吻合良好,验证了本文建模方法的可靠性;配筋率对箱梁的极限承载力影响很大,选择合适的纵筋和箍筋配筋率极为重要;不同加载方式下箱梁的受力性能是有差别的。提出了箱梁全过程受力特性的弯矩-挠度简化计算模型,并与试验结果对比,验证了本文简化计算方法的正确性,为既有桥梁的安全性和可靠度评估提供了简化方法。     

三塔超大跨公铁两用斜拉桥活载加载标准研究

为探究公路铁路活载对三塔超大跨公铁两用斜拉桥结构的影响,以某公铁长江大桥为研究背景,建立有限元全桥模型。利用影响线确定活载最不利加载位置,分析铁路活载和公路活载对主梁、主塔、斜拉索的影响。研究结果表明:随着铁路和公路活载加载长度的改变,桥梁结构响应在主梁竖向位移、主梁压应力、主塔顺桥向位移、主塔顺桥向弯矩、斜拉索索力增幅等方面表现出一定的规律性,铁路活载引起的桥梁结构响应是公路活载的3.2~4.2倍;对于主梁和主塔,当铁路活载加载长度分别增加5.4%、22.2%、18.2%,结构响应对应增大35.90%~36.90%,8.27%~13.07%,4.40%~8.38%;对于斜拉索,活载作用下索力最大增幅位于跨中附近;按照偏安全的到发线长度加载比按照列车可能最大长度加载,在桥梁设计上更具有安全冗余度。研究成果可为超大跨度铁路桥、公铁两用桥的设计提供参考。     

独塔单索面斜拉桥空间应力状态分析

现代斜拉桥多采用密索体系,属高次超静定结构,且箱 形的主梁结构空间效应明显,单纯地由平面分析很难反应桥梁 的实际受力状况。以一独塔单索面斜拉桥为背景,采用新型空 间单元———实体退化单元,考虑三向预应力效应,对其成桥状 态下的纵、横、竖向的正应力状况进行了分析。分析结果表明, 该桥在恒载下,主梁顺桥向正应力沿横向分布相当不均匀,翼 板上的顺桥向正应力明显小于主梁中间部分的正应力;塔梁相 交处主梁的横桥向拉应力偏大。空间分析结果为完善设计提 供了依据,确保了桥梁在设计上的安全。     

青山长江大桥主航道桥结构动力特性分析

研究目的:青山长江大桥主航道桥是目前世界最大跨径全漂浮体系斜拉桥,桥塔为目前世界最高的A形桥塔,主梁为目前长江上最宽的钢箱梁,其动力特性是结构受力特性的关键,与常规斜拉桥相比具有独特之处。本文采用ANSYS建立空间有限元计算模型,对青山长江大桥主航道桥成桥状态、施工阶段最大单悬臂状态结构动力特性进行分析,从而为进一步进行结构抗震、抗风性能分析研究奠定基础。研究结论:(1)在成桥状态时,结构前3阶振型分别为纵飘、对称侧弯、对称竖弯,对应周期分别为14.22 s、6.25 s、4.78 s;在最大单悬臂状态时,结构前3阶振型分别为侧弯、竖弯、竖弯,对应周期分别为8.4 s、4.44 s、2.93 s,两种状态均属于长周期结构;(2)成桥状态和最大单悬臂状态时,结构侧向刚度均偏弱,对横向风致振动响应敏感;(3)结构采用A形桥塔、超宽主梁、空间双索面提高了结构的扭转频率和抗扭刚度,增强了结构的抗扭稳定性,边跨设置辅助墩提高了结构频率和刚度;(4)在成桥状态时,结构的高阶振型中出现了振型的耦合现象;在最大单悬臂状态时,结构的低阶振型中即出现了振型的耦合现象;(5)本研究成果可为大跨度全漂浮体系斜拉桥结构抗震、抗风设计提供依据。     

时速400km高速铁路预应力混凝土简支梁竖向基频下限探讨

以24～40 m典型跨度简支梁为研究对象,通过有限元计算分析,确定不同跨度桥梁及不同列车荷载的简支梁容许动力系数.基于移动荷载列-桥梁动力仿真模型,探究列车移动荷载列形式、列车时速、简支梁跨度、竖向基频对梁体动力响应的影响规律.结合梁体振动加速度、容许动力系数和规范要求,确定时速400 km高速铁路预应力混凝土简支梁桥...     

TPZ/48钢箱梁式架桥机施工状态下屈曲稳定性研究

采用有限元软件ANSYS建立某大跨度钢箱梁式架桥机在浇筑施工状态下弹塑性有限元模型。基于非线性屈曲理论,采用位移控制的弧长法加载跟踪结构平衡路径,对含初始几何缺陷的架桥机结构进行非线性屈曲分析。通过对失稳特征点的荷载—位移曲线分析,确定该型架桥机施工状态下的极限承载力、局部稳定和整体稳定的安全系数。架桥机的极限承载力为3 755t,大于设计施工荷载1 600t,整体稳定安全系数为2.35,但局部稳定安全系数仅为1.32;失稳位置发生在支座以及跨中的底板、横隔板、腹板等处。由非线性屈曲分析结果与特征值屈曲分析结果的对比分析得到:对于复杂结构,由于结构内局部发生屈曲后荷载会发生转移,其结构并未失去整体承载能力,因此由非线性屈曲分析得到的临界载荷可能大于由特征值屈曲分析得到的临界载荷。     

侧向撞击作用下U形梁抗倾覆稳定性与失效模式

在对国内外相关规范关于桥梁抗倾覆稳定性计算方法与脱轨荷载调查分析的基础上,计算了U形梁在保持抗倾覆稳定性下的最大侧向碰撞荷载,对比了欧洲规范EN 1991-1-7:2006和TB 10002-2017《铁路桥涵设计规范》中U形梁的抗倾覆稳定性计算式。基于有限元分析方法对腹板侧向承载力进行仿真分析,明确了U形梁在侧向撞击作用下的失效模式。研究结果表明:2种规范计算得到的最大侧向碰撞荷载有所差异,但均大于3.5 MN;列车脱轨情况下的脱轨荷载模式和作用位置对U形梁抗倾覆稳定性的影响显著;U形梁跨中区域加载侧的底板和腹板在侧向位移加载模式下发生了大面积塑性损伤,腹板还发生了明显的侧向变形;U形梁在侧向撞击作用下的失效模式表现为腹板侧向承载力达到极限而发生破坏,通过拟静力分析确定U形梁腹板侧向极限承载力为1.5 MN,结构整体不会倾覆失稳。在设计和使用阶段应对U形梁腹板的损伤和承载力评估予以重点关注。     

高速铁路钢桥的低温脆性断裂评估

基于断裂力学理论,提出采用损伤容限法的高速铁路钢桥低温脆性断裂评估方法。采用Euoro-code3确定正交异性板钢桥面的有效宽度和等效疲劳应力幅,应用断裂力学的Paris公式计算疲劳裂纹扩展速率,按照同时考虑脆性断裂和塑性屈服断裂影响的R6破坏模式确定设计应力强度因子,根据裂纹的长度、冲击功和转变温度确定含裂纹钢板在不同温度下的断裂韧性,并考虑板厚对冲击功的影响,桥梁结构中焊接残余应力、列车速度、钢板弯曲成型等因素对钢桥低温脆性断裂的影响。该方法适用于无试验条件确定含裂纹钢板低温断裂韧性情况下的低温脆性断裂评估,也可用于钢桥的疲劳强度降低程度、使用寿命内检查次数和焊缝修补次数的确定。应用此方法对欧洲某高铁钢桥的钢横梁下翼缘进行-40℃条件下的低温脆性断裂评估结果表明,当列车速度大于150km.h-1且钢横梁、钢吊杆等局部构件活载应力在70MPa以上时,等效降温已经达到-5℃以上,此时必须考虑列车速度对其脆性断裂的影响,而对应变速率小于0.002 5s-1的构件可以不考虑列车速度对脆性断裂的影响。     

某大跨度钢桥纵向约束体系锚固结构设计与优化

大跨度钢桥常采用弹性索体系作为大桥的纵向约束,其锚固结构的局部应力较大、传力路径复杂,设计中需要针对其进行专门的计算分析,以保证锚固结构的可靠性。对某大跨度异型拱桥的弹性索锚固结构建立有限元模型,计算分析了钢锚箱结构在最大索力作用下各板件的应力分布。计算结果表明,钢锚箱在最大索力作用下各板件的各项应力值均满足规范要求,结构处于弹性工作状态。同时,针对钢锚箱各板件的布置情况进行优化计算分析,得到合理的锚箱加劲板布置形式。     

高速铁路钢管混凝土系杆拱桥吊杆纠偏分析

以高速铁路上某钢管混凝土系杆拱桥为实例,分析该桥吊杆偏位的原因及其影响,并对其成桥及运营各时期监测索力的差别进行判别,采用有限元软件Midas/Civil建立该下承式钢管混凝土系杆拱桥的空间有限元计算模型,根据索力监测数据结果通过迭代计算得出相应时期的拱桥状态,分析该拱桥在吊杆纠偏工况下的桥梁结构安全及其变形对列车运营安全的影响,并为后续的纠偏施工给出具体的操作建议,所得结果可用于指导该桥的吊杆纠偏施工,并可为同类桥梁的施工积累更多的可供借鉴的理论和实践经验。     

多线预应力混凝土斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形

为探讨大跨度斜拉桥上无缝线路纵向受力与变形规律,以一座多线预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元法建立了"塔-索-梁-轨"空间耦合有限元模型,分析了温度荷载、列车荷载以及制动荷载对桥上无缝线路纵向受力与变形的影响。结果表明:当桥塔温度变化时,钢轨伸缩力、钢轨纵向位移和桥梁的纵向位移均无明显变化,钢轨伸缩力最大幅值出现在连续梁两部,并在简支梁梁缝处出现峰值;在列车荷载作用下,各条线路的钢轨挠曲力和钢轨纵向位移随着距加载线路距离的增大而逐渐减小,钢轨挠曲力最大幅值出现在连续梁端部;在制动荷载作用下,钢轨制动力最大幅值出现在连续梁端部,并在加载的起点与终点出现峰值突变,加载的起点或终点与连续梁端部重合时为最不利位置。研究结果可为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论参考。