多维激励下大跨上承式铁路钢桁拱桥空间地震响应

以某490 m上承式铁路钢桁拱桥为背景,采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型,进行1维、2维和3维一致地震动激励下的地震响应分析。结果表明:对于由多片拱肋组成的钢桁拱桥,任何单方向地震动激励在拱肋弦杆内都将引起较大的轴力,横向和竖向地震动激励在拱顶区域弦杆内引起的轴力为纵向地震动激励下相应轴力的1.4～3.6倍,拱顶处下弦杆引起的面内弯矩为纵向地震动激励下相应弯矩的4.2～5.5倍;对拱肋下弦杆,拱脚为抗震薄弱部位,对拱肋上弦杆,拱脚、拱顶及立柱与上弦杆相交部位均可成为潜在的抗震薄弱部位;在多维地震动激励下,拱肋上弦杆最大轴力呈非对称简谐函数分布,而下弦杆最大轴力发生在拱脚,并向跨中方向急剧衰减;建议对复杂钢桁拱桥应同时进行2维和3维地震动激励分析,以确定最不利响应;多维激励下拱肋下弦杆正应力主要由轴力引起,但拱肋上弦杆正应力则由轴力、面内和面外弯矩共同引起。     

桩-土-结构相互作用对大跨度连续钢桁拱桥的地震响应影响分析

以武广客运专线工程中的东平水道特大桥（99＋242＋99）m为研究对象，分析了软弱土层、中软土层、中硬土层、岩石地基土层与群桩相互作用下大跨度连续钢桁拱桥的动力特性以及地震响应，研究表明在各种地震时程激励下，不同地基土对大跨度连续钢桁拱桥的拱肋及下弦杆的内力和位移影响较大。     

行波效应对大跨钢桁拱桥地震易损性的影响

以某主跨长为490 m的大跨有推力上承式钢桁拱桥为研究对象,分别采用一致激励与行波激励2种激励模式,基于能力需求比模型与增量动力分析,建立拱上立柱及拱肋弦杆典型构件易损性曲线及概率差值曲线,分析行波效应对该桥地震易损性的影响。结果表明:2种激励模式下,拱顶区域与拱上立柱相交处的上弦杆、拱顶短立柱均为易损构件;与一致激励相比,行波激励下拱肋上弦杆易损构件总数量由10个增至22个,即内、外侧上弦杆数量分别由8和2个增至13和9个;行波激励下拱肋1/4和3/4附近区域的上弦杆也变为易损构件;行波效应对拱顶区域上弦杆易损构件的中等损伤超越概率影响显著,一致激励下的分析会明显低估响应结果;拱桥在峰值加速度0.5g的罕遇地震行波激励下,中等损伤超越概率仅为3%,拱肋弦杆基本保持在弹性或处于轻微损伤状态。     

大跨度上承式钢桁拱桥的地震响应分析

对研究大跨度上承式钢桁拱桥在地震激励作用下的响应特性进行了研究。采用时程分析法计算了上承式钢桁拱桥在纵向、纵 竖、三维激励作用下的内力响应,分析了纵向、竖向、横向激励作用下上承式钢桁拱桥的响应特性,讨论了行波效应对钢桁拱肋地震响应的影响,对桥面系支座布置方式的影响进行了对比分析。结果表明:拱脚是上承式钢桁拱桥在地震作用下的危险截面,行波效应显著增大了拱肋内力,桥面支座的布置方式是影响拱肋内力响应的重要因素。     

钢筋混凝土拱桥悬臂现浇施工控制分析

在采用悬臂现浇法施工拱桥时 ,利用塔架斜拉索法将斜拉索扣住拱圈节段 ,用设在已浇筑完的拱段上的悬臂挂篮逐段悬臂浇筑拱圈混凝土 ,施工中控制主拱圈施工阶段的内力与变形非常重要。文章以土地潭特大预制拱桥为例 ,分析采用塔架斜拉索法悬臂现浇施工时拱圈的内力与变形控制     

高速铁路南京大胜关长江大桥地震响应分析

采用大型通用有限元软件ANSYS,建立南京大胜关长江大桥主跨的连续钢桁架拱桥的有限元模型,运用反应谱分析法对全桥结构进行地震响应分析.选用经过加速度幅值调整的El-Centro地震波作为输入地震波,进行大跨度连续钢桁架拱桥一致激励下以及4种不同波速地震行波作用下的全桥结构内力和位移时程响应分析.分析结果表明:南京大胜关桥的整体结构较柔,采用反应谱法计算地震波作用下的桥梁地震响应和采用时程分析法得到的一致激励和多点激励下的桥梁地震响应差别较大,多点激励下的横桥向和竖向地震位移响应是一致激励地震时程计算得到的位移响应的2～3倍;在地震波波速为500或1 000 m·s-1时,桥梁结构关键位置杆件的弯矩达到最大.因此,在进行大跨度拱桥的地震响应动态时程分析时,应该考虑多点激励,以反映桥梁结构在真实地震作用下的实际受力状态和变形性能.     

一致激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析

基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论,利用ANSYS建立空间有限元模型,采用动力时程分析法分析一座大跨度连续钢桁架柔性拱桥在一致激励不同地震工况作用下的空间地震响应。研究结果表明:一致激励作用下,拱肋轴力、主桁弯矩峰值均出现在拱脚和边墩附近,拱肋横向位移峰值出现在每跨拱顶截面,纵向位移峰值沿桥长变化平缓;横向激励对横向位移影响大,对纵向位移影响小,纵向激励对纵向位移影响较大,对横向位移影响较小,竖向激励对水平位移影响较小;地震波组合输入对结构内力影响较单向输入大。建议在大跨度连续钢桁架柔性拱桥抗震设计中充分考虑地震空间特性,提高桥梁横向刚度,优化拱脚、边墩附近结构设计。     

劲性骨架混凝土拱桥主拱圈箱形截面分环和浇筑方式

针对劲性骨架混凝土拱桥主拱圈常用的箱型截面，总结归纳主拱圈混凝土主要分环和浇筑方式及其影响因素，提出分环和浇筑的基本原则，并采用有限元法模拟分析分环浇筑方式对单箱三室截面劲性骨架混凝土拱桥内力与变形的影响。结果表明：箱形截面能较好地满足劲性骨架拱桥主拱圈受力和构造的要求，是大跨度桥梁的理想截面形式；主拱圈混凝土分环和浇筑方式主要由劲性骨架结构承载能力、施工操作性、结构整体性和经济性4个因素决定；进行分环和浇筑应遵循的基本原则包括减少分环数量，对称分环和浇筑，尽快完全包裹劲性骨架弦管，尽快形成完整箱室以及将截面复杂部分划分至易于施工混凝土环内等；跨径416 m劲性骨架拱桥的三室箱形截面主拱圈采用合理的分环和浇筑方式，可以分别降低5.9%的劲性骨架钢管应力和16.8%的管内混凝土应力，减少7.8%的拱顶下挠位移。     

川藏铁路大跨度钢桁拱桥近断层地震响应与减隔震措施

以川藏铁路近断层地震区某大跨度上承式钢桁拱桥设计方案为工程背景,采用反应谱法和时程分析法进行拱桥地震响应分析,并根据计算结果提出合理的减隔震措施建议。研究结果表明:拱桥结构首阶振型为拱梁横向对称弯曲,且反应谱法和时程分析法中横桥向响应均大于顺桥向响应,说明拱桥的横向为抗震的不利方向;由于近断层三向地震波的影响,桥梁结构弹性时程分析法的结构响应多大于相应地震水准下反应谱法的结构响应;未设置减隔震措施时,桥梁应力、内力及变形普遍不满足本桥的抗震设防要求;设置"摩擦摆支座+纵向阻尼器"减隔震措施后,桥梁自振周期有所增加,桥梁应力、内力及变形均明显减小,可满足川藏铁路桥梁更高设防目标的要求。     

大跨度钢桁拱桥关键节点受力特性及优化研究

横琴二桥是国内跨度最大、桥面最宽的公路钢桁架拱桥,孔跨布置为:100+400+100=600 m。桥下拱肋与下弦杆交汇处的节点(E9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E9节点和2个最不利的主力组合工况,完成局部精细有限元分析。研究结果表明:2个工况下E9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改善措施,建议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。     

砂卵石地层盾构多次下穿连拱桥稳定性分析

研究目的:砂卵石地层具有显著的弱胶结、高灵敏度、受扰动后自稳能力差等特点,在类似于这样的砂卵石地层进行盾构小净距多次下穿连拱砖桥的相关工程案例和研究较少。本文以成都地铁5、6号线隧道多次盾构下穿连拱桥为工程背景,运用三维有限元法分析砂卵石地层盾构隧道近接施工对连拱桥结构位移和内力的影响,并与地层注浆加固工况进行计算结果对比分析,从而为砂卵石地层盾构隧道修建技术提供理论指导。研究结论:(1)未经加固连拱桥在盾构多次近距离下穿下产生了较大的竖向、横向位移,最大位移值分别为3.92 mm和0.52 mm;桥墩的不均匀沉降及盾构隧道施工会引起拱桥结构的轴力、剪力和弯矩发生变化,拱桥内力最大值均出现在拱脚处;(2)对连拱桥基底及隧道周围地层进行注浆加固后,能够显著减小连拱桥的整体位移,桥体最大竖向、横向位移分别为2.96 mm和0.39 mm,比无加固工况减小了24.5%和25.0%,同时隧道多次下穿连拱桥对拱圈内力的影响也得到了控制,桥体拱圈轴力和剪力变化较小,弯矩值显著减小,降低了13.1%;(3)该注浆加固方法能够确保盾构隧道修建时连拱桥结构的运营安全,研究成果可为砂卵石地层盾构隧道修建技术提供理论指导。     

郑万高铁梅溪河大桥拱圈外包混凝土浇筑方法探讨

为了探讨大跨度劲性骨架混凝土拱桥拱圈外包混凝土的合理浇筑方法,针对目前常采用的平衡浇筑与连续浇筑两类方法,以主跨为340 m的郑万高铁梅溪河大桥为研究背景,首先,依托劲性钢骨架的扣索系统,提出采用敏感性分析确定拉索合理位置及索力张拉大小的新方法;其次,采用Midas Civil软件建立主拱圈梁-板组合分析模型,并对分段平衡浇筑和连续浇筑法的结果进行探讨;最后,进一步分析不同工作面数量对于拱桥结构应力、挠度和稳定性的影响。研究结果表明:利用敏感性分析结果,平衡加载法和连续浇筑法均能够有效控制主拱圈截面应力和变形大小;当纵向工作面数量相同时,平衡浇筑法更有利于拱桥施工阶段的稳定性。研究成果可为大跨度混凝土拱桥的修建提供技术支撑。     

新成昆铁路跨隧道内溶洞桥梁结构设计

新成昆铁路老鼻山隧道掌子面施工揭示溶洞,存在洞顶掉块、溶洞水倒灌等风险,需采用合适的跨越方案。采用调查分析方法对溶洞类型进行判定,提出“拱桥+护桥”结构跨越溶洞方案,并进行了结构设计。为了支撑该拱桥与护桥结构的工程设计,采用有限元方法,建立桥梁结构的三维空间仿真分析模型,针对施工阶段和成桥阶段,从变形、受力等角度系统分析了拱桥主拱圈的静力性能,并讨论受力最不利截面的强度和裂缝情况。研究表明,溶洞内水源补给主要为基岩裂隙水,溶洞整体稳定;在施工阶段,主拱圈最大压应力和最大拉应力分别为5.94 MPa和2.74 MPa,出现在主拱圈拱脚的下缘和上缘位置;在成桥阶段,跨中拱顶和拱脚是不同荷载组合下的最不利截面,混凝土和钢筋的最大正应力分别为11.88 MPa和189.07 MPa,裂缝最大宽度为0.19 mm,应力和裂缝均满足相关规范要求。     

大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律研究

拱桥在我国高速铁路中应用日益广泛，而不同形式大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律仍有待探明。以112 m提篮拱桥、140 m钢箱系杆拱桥、(24+160+24)m系杆拱桥及(52+382+52)m钢箱拱桥4种不同形式拱桥为例，建立考虑轨道、梁体、吊杆和拱肋的拱桥-轨道系统精细化仿真模型，深入分析钢轨伸缩调节器对纵向力的影响，揭示复杂温度、竖向活载、列车制动及地震作用下大跨度拱桥与轨道相互作用规律，探讨加载历史对拱桥-轨道系统受力特性的影响。研究结果表明，在温度荷载、竖向活载、列车制动和纵向地震作用下，钢轨应力极值均出现在梁端附近，在梁端设置钢轨伸缩调节器能有效降低钢轨应力；与挠曲力、制动力相比，梁体温度变化引起的伸缩力为主要控制性荷载，吊杆和拱肋的温度变化对拱桥上钢轨纵向力影响较小；地震作用下梁端附近钢轨应力极值达到635.5 MPa;检算墩顶水平力时，应采用考虑加载历史影响的分析方法，计算结果更安全。     

钢管混凝土拱桥的地震响应计算

以某钢管混凝土拱桥为工程背景,利用改进的鱼骨式桥道系模型建立该拱桥的有限元模型,以EI-Centm地震波为地震作用输入,使用Wilson-θ法来求解拱桥在地震作用下的随机振动问题.文中给出了拱顶的位移时程以及拱肋各处的内力峰值,计算表明拱肋在地震作用下最不利位置在拱脚处.     

全焊接钢桁架桥次应力分析

研究目的:针对全焊接钢桁架桥中次应力对桥梁结构设计的影响,以某公路钢桁架桥为例,运用有限元软件ANSYS对结构进行计算,建立该桥理想铰接模型和节点刚性模型,计算由节点刚性所引起的结构次应力。研究结论:通过对两种模型应力的计算分析,得出了桁架次应力的大小及分布特征,结果表明:次应力对下弦杆、上弦杆、斜腹杆影响力依次增大;支座所在节间,下弦杆产生较大次应力,需加强支座处各杆设计。由于节点的近乎刚性,在实际桁架的杆件中不可避免的存在次应力,因此在实际的结构设计中,应该通过有限元的计算来确定次应力对结构的不利影响,不宜轻易改变上下弦杆截面。     

行波效应对大跨度上承式钢桁拱桥地震响应的影响

为研究行波效应对大跨度上承式钢桁拱桥地震响应的影响,以场地安全评估报告的人工波作为输入地震波,对目前世界上跨度最大的上承式铁路钢桁拱桥——跨度为490 m的怒江特大桥进行了一致地震激励和非一致地震激励时程分析。结果表明:行波效应对大跨度上承式钢桁拱桥地震响应影响很大,但行波地震响应与波速间不存在单调变化关系,为保证设计安全性,应根据工程场地情况选取多种剪切波速计算行波效应对结构的影响。     

600 m钢管混凝土劲性骨架拱桥主拱圈混凝土浇筑方案研究

主拱圈混凝土浇筑是建造600 m跨径钢管混凝土劲性骨架铁路拱桥的关键环节，为此提出某600 m跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥的主拱圈混凝土浇筑方案，具体为：采用四工作面法，主拱圈截面分为6环，并设1组斜拉扣索辅助调载，适当调整1环混凝土在各工作面上的浇筑顺序和节段长度。采用有限元法对施工全过程进行模拟分析，验证该方案可行性。结果表明：在主拱圈拱脚和控制性截面应力过程线峰值处分别设置工作面，且首先在第二工作面上浇筑一定长度的混凝土节段，再同时浇筑第一、第二工作面混凝土节段，可有效降低浇筑过程中结构的瞬时应力；通过在主拱圈拱脚附近设置斜拉扣索并适时调整索力作为辅助调载措施，可达到调整拱脚截面应力和保持拱轴线合理下挠的目的；通过合理设置工作面和辅助措施，适当确定混凝土浇筑顺序和节段长度，可保证主拱圈外包混凝土浇筑期间结构应力和变形控制在容许范围内。     

大跨度刚构拱桥抗震性能研究

研究目的:宜万铁路宜昌长江大桥为新型刚梁柔拱组合桥梁结构体系,主跨跨度达275 m.通过对该桥在地震作用下的动力响应分析,了解该类桥型的动力特征和抗震性能,找出有关部位存在的抗震薄弱环节,设计时予以重视和借鉴.研究结论:通过对新型刚梁柔拱组合桥梁结构抗震性能的研究与分析,得出如下结论:连续刚构柔性拱桥与传统梁桥类似,抗震性能较好,但刚构拱桥的墩梁结合区和主墩墩底存在抗震的薄弱环节,设计时应予以重视;主拱的地震内力响应较小,但位移响应较大,在地震高烈度区设计该类桥梁时,应研究采用必要的限位措施.     

基于概率密度演化理论的尼尔森体系拱桥吊杆应力冲击系数研究

基于概率密度演化理论研究列车动力荷载作用下尼尔森体系拱桥吊杆的应力冲击系数问题.提出基于概率密度演化理论和列车—轨道—桥梁耦合动力学的吊杆随机动应力分析方法.利用数论选点法得到代表性轨道不平顺随机激励样本,基于等效Hertz线性轮轨接触关系建立的列车—轨道—桥梁耦合系统动力学模型.以济青高铁线路某尼尔森体系提篮式拱桥为研究对象,基于概率密度演化方法分析车速和轨道不平顺等级对吊杆动应力均值、标准差和概率密度结果等随机振动特征的影响规律.研究结果表明:尼尔森体系拱桥吊杆动应力标准差和应力冲击系数受轨道随机不平顺激励影响显著,并随着轨道不平顺程度的减小而减小;列车处于桥梁跨中时,概率密度分布范围最宽,峰值最小;吊杆动应力均值受车速影响较小,各车速条件下的动应力标准差和应力冲击系数分布规律不一致;边吊杆处动应力均值最小,动应力标准差和应力冲击系数最大,铁路运营期应保证线路的高平顺性要求.