双线铁路连续刚构桥宽箱梁空间应力分析

利用大型结构有限元分析程序ANSYS对一座三跨预应力混凝土连续刚构桥进行空间分析,其主梁为单箱单室变截面扁平宽箱梁.对比分析在不同荷载工况下箱梁截面的受力特性,结果表明:箱梁横、纵向应力沿截面出现显著的不均匀性,表现了很明显的正剪力滞效应,这种不均匀性在跨中截面尤其突出;预应力空间效应及箱梁剪力滞、畸变等因素使箱梁顶、底板局部出现了较大的应力.增设箱梁横隔板可以增大这种结构的横向抗弯刚度,改善其受力性能.所得的分析结果可为同类桥梁的设计和施工提供参考.     

箱梁畸变翘曲应力分析

分析了箱梁畸变的翘曲正应力分布特点,依据箱梁壁内力平衡条件,推导了3种截面型式的箱梁在畸变荷载作用下的畸变翘曲系数,并分析计算畸变角微分方程中的箱梁畸变翘曲刚度。     

新型波形钢腹板组合箱梁桥横隔板间距研究

为有效控制新型波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合箱梁畸变和翘曲效应,利用有限元模型分析横隔板形式和数量对偏心荷载作用下新型组合梁截面畸变性能的影响,并基于参数研究腹板厚高比和截面厚宽比与横隔板间距的关系.结果 表明:横隔板可有效增强新型波形钢腹板组合箱梁抗畸变性能,但对控制截面扭转变形作用较差;腹板厚高比和截面厚宽比对...     

宽体混凝土斜拉桥主梁新构造研究

本项目以五河口斜拉桥的设计实践为背景,详细研究了宽体混凝土斜拉桥主梁的受力特性,率先提出了带钢筋混凝土纵向加筋肋(疏肋)板的宽体混凝土斜拉桥主梁新构造。通过有限元仿真分析和理论分析研究了带纵向混凝土加筋肋的宽体混凝土斜拉桥主梁的受力机理和分析计算方法。研究结果表明:带钢筋混凝土纵向加筋肋的宽体混凝土斜拉桥主梁能够很好地解决混凝土斜拉桥主梁过宽导致传统双边箱梁、π型梁中间板过宽、配筋量大和刚度不足等问题,且能够有效降低主梁剪力滞后效应程度、提高截面利用率和提高桥面刚度,能够很好地适应宽体混凝土斜拉桥主梁的受力要求,是一种经济、合理、安全、耐用的新型主梁截面形式。     

钢-混凝土双面组合连续箱梁负弯矩区有限元分析

钢-混凝土双面组合箱梁是由两个H型钢作钢骨架,并与上下两块混凝土板组合形成的箱形截面,可用于连续梁的负弯矩区。推导得到了负弯矩区截面弹性刚度和塑性极限弯矩的计算公式。建立集中力作用下双面组合连续箱梁负弯矩区的Ansys分析模型,得到了组合梁的荷载挠度曲线、截面应力和应变变化曲线以及钢与混凝土交界面的纵向滑移分布。与双主梁组合梁和普通组合箱梁的受力性能做比较,显示了双面组合箱梁承载能力和变形能力的优越性。     

混凝土超方对悬浇箱梁桥的影响研究

为探讨箱梁混凝土超方对悬臂浇注混凝土梁桥力学行为的影响,推导了由箱梁顶底板超厚引起的截面积增量数学表达式及考虑截面特性变化后的容重修正计算公式,分析了不同混凝土超方量对悬浇箱梁桥最大悬臂状态下的主梁变形及截面应力影响。结果表明：悬浇箱梁桥混凝土超方主要发生在主梁顶板与底板;混凝土超方将改变箱梁截面的抗弯刚度,根据面积的变化来计算容重的变化对结构的影响更加精确;超方对主梁截面的应力与变形均有着不同程度的影响。     

宽幅流线型箱梁涡振性能及制振措施研究

为了抑制宽幅流线型箱梁涡激振动,以青山长江大桥（大跨度宽幅流线型钢箱梁斜拉桥）为背景,通过1:50节段模型风洞试验,在低阻尼条件下研究了主梁的涡振性能以及不同气动措施包括风嘴、检修车轨道、导流板、抑振板和检修道栏杆对涡振性能的影响.结果表明:采用外形较锐的风嘴可改善主梁的气动性能;通过改变检修车轨道位置、轨道支架高度及在其两侧设置导流板对抑制涡振效果不明显;在防撞栏杆后按隔五封一方式布置抑振板,可以使竖向涡振振幅降低45%;高透风率的圆形截面检修道栏杆可显著改善主梁的涡振性能,使涡振振幅降低63%,并且该措施不会影响桥梁美观性、便于工程应用.通过1:27大比例尺节段模型风洞试验,对高透风率圆形截面检修道栏杆的抑振措施进行了验证,结果表明该措施可有效抑制宽幅流线型箱梁涡振.      

波形钢腹板组合曲线箱梁横隔板间距研究

波形钢腹板组合曲线箱梁腹板具有手风琴效应,纵向弹性模量很小,相比混凝土腹板箱梁,容易发生畸变变形,因此需要设置一定数量的横隔板减小截面畸变的影响。文章采用有限元Ansys模拟分析曲线箱梁高宽比、曲率半径对横隔板间距的影响,按截面翘曲正应力与弯曲正应力之比≤10%的原则,拟合出横隔板合理间距计算公式,对实际工程应用具有一定的参考价值。     

单箱三室波形钢腹板悬臂梁抗扭性能分析

以某单箱三室波形钢腹板组合箱梁连续梁桥为例,采用空间实体仿真分析软件建立有限元模型,研究不同荷载工况下单箱三室波形钢腹板组合梁桥最大悬臂阶段各截面的扭转与畸变特性。研究结果表明:截面顶底板翘曲应力与弯曲应力的比值由锚固端向悬臂端逐渐增大,且同一截面底板翘曲应力稍大于顶板,边腹板附加剪应力明显大于中腹板。根据研究结果,提出以最大悬臂节段底板及边腹板为控制部位进行设计计算。     

箱梁设计中对剪力滞的考虑

通过箱梁板壳模型的精确分析，探讨了梁式桥梁箱梁设计过程中其剪力滞效应对主梁法向应力的影响，相应提出了设计中可近似按联邦德国ＤＩＮ－１０７３规范中对梁缘有效宽度予以考虑，同时提出剪力滞对主梁竖向位移无明显影响，故不应按梁缘有效宽度再予折减。     

竖向地震作用对上承式拱桥的影响

以一座跨径131 m的实际钢筋混凝土箱板拱桥为基础,建立了全桥计算模型,沿顺桥向、横桥向单向和多向输入地震反应谱,采用反应谱法计算了该桥的地震反应。通过改变反应谱输入方式和该桥的矢跨比、拱轴系数,计算了不同矢跨比、不同拱轴系数下主拱圈地震内力,比较分析了在竖向地震作用影响下,主拱圈地震内力的差别。研究结果表明,对于大跨度上承式箱板拱桥,竖向地震作用对拱圈的地震内力是有放大影响的,不考虑竖向地震作用的影响是不合理的。     

地震作用下大跨自锚式悬索桥动力响应分析

以雾凇大桥为研究对象,基于通用有限元软件MIDAS/CIVIL,分别通过反应谱法和时程分析法计算了自锚式悬索桥的地震反应规律.分析结果表明：纵向地震作用下主梁梁端位移较大,应采用纵向限位装置或减震装置;横向地震作用与纵向地震作用不存在耦合现象,但是塔底弯矩及剪力动力响应均较大,为控制设计截面;竖向地震作用与纵向地震作用存在耦合现象,主梁及主缆应考虑纵向与竖向地震的共同作用;通过拟合规范反应谱得到的人工波进行时程分析得到的结果整体上大于反应谱计算得到的结果,对构件进行详细抗震设计时应以时程分析为主.     

竖向地震作用对上承式拱桥的影响

以一座跨径131 m的实际钢筋混凝土箱板拱桥为基础,建立了全桥计算模型,沿顺桥向、横桥向单向和多向输入地震反应谱,采用反应谱法计算了该桥的地震反应。通过改变反应谱输入方式和该桥的矢跨比、拱轴系数,计算了不同矢跨比、不同拱轴系数下主拱圈地震内力,比较分析了在竖向地震作用影响下,主拱圈地震内力的差别。研究结果表明,对于大跨度上承式箱板拱桥,竖向地震作用对拱圈的地震内力是有放大影响的,不考虑竖向地震作用的影响是不合理的。     

大跨度预应力混凝土桥梁动力特性及抗震性能研究

针对实桥模型进行有限元模拟,运用反应谱法在模型中输入动力特性值运行分析,得出桥梁基本自振频率为6.214Hz,基本周期为1.011s,以及结构的部分自振频率及振型,并在水平和竖向地震作用下,进行了桥梁墩身部分的抗震计算,为桥梁在抗震安全性方面的分析提供参考依据。     

四方台斜拉桥在组合地震作用下的反应谱响应分析

结合某斜拉桥的工程实例,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间BEAM4、LINK8单元建立了斜拉桥三维动力计算模型,进行了模态分析;并在此基础上,采取欧洲规范,进行了该斜拉桥在纵、横和竖向三向组合地震作用下的反应谱分析,并给出了主梁和塔的内力、位移地震响应.     

基于相位差谱的非平稳地震波合成及应用

为了模拟地震动的非平稳性和多维性并克服传统三角级数法在合成地震波中选择包络函数具有任意性和不能表征频率非平稳性的缺点,提出了基于相位差谱法的多维多点非平稳人工地震波合成. 首先,基于随机场理论模拟地震动的行波效应、相干效应、场地效应和多维性;其次,确定能表征地震动的强度非平稳和频率非平稳性的相位差谱;最后,将合成的非平稳地震波和当量反应谱应用到实际桥梁抗震分析中进行分析对比. 研究结果表明:相位差谱法合成多维多点非平稳地震动不需要包络函数控制地震波的波形,排除人工选择强度包络函数的任意性,且考虑了地震动的空间相关性和多维性,优于传统的三角级数法;本文方法与传统反应谱法计算结果基本一致,采用反应谱法计算的两处墩底的剪力值和弯矩值分别相差在10%和17%以内,本文方法分别在9%和12%以内.      

水平成层场地动力特性研究

为了探究地震波作用下水平成层场地的动力响应特征,设计并开展了水平成层场地的大型振动台模型试验,并基于希尔伯特-黄变换对水平成层场地在时域和频域的响应进行了研究.研究结果表明:地震波在水平成层场地内自下而上传播过程中被放大,场地表层碎石土层对地震波的放大效应强于下覆软岩层和硬岩层,碎石土层加速度放大系数达到5.94;地震波从硬岩层传入软岩层时,高频成分（27~40 Hz）被吸收,低频成分（0~22 Hz）被放大,地震波从软岩层传入碎石土层时,7~27 Hz频段进一步被放大,同时,碎石土层内的地震波表现出双卓越周期特性;反应谱峰值随着输入地震波幅值的增大而增大;软岩地层在反应谱周期T0.3 s部分表现出衰减效应,在周期T0.3 s 部分,自下而上3个地层的反应谱表现出放大效应;碎石土层/软岩层分界面对地震波能量具有一定的聚集和放大作用;软岩层/硬岩层分界面对地震波的能量仅仅表现为聚集作用;在碎石土层内,地震波的能量被放大,Hilbert能量谱由单峰发展为三峰,峰值在时间轴上向坐标轴正方向发散,在频率轴上由低频向高频移动.      

上承式拱桥横向结构减震分析

以两座跨度不同上承式钢筋混凝土拱桥为例,利用ANSYS有限元分析功能,首先对它们进行了动力特性分析,并对结果进行了对比,得出了相应的结论;然后在原桥模型上加设横向阻尼支撑,采用三条地震记录,运用动态时程分析法进行了地震响应分析,结果表明横向阻尼支撑能显著减小拱平面外的地震反应。     

SDOF弹塑性体系地震响应的参数影响

从国外十几次主要地震事件中选取了320条强震记录,按照《铁路工程抗震规范》罕遇地震下6度、7度、8度和9度设防标准进行调幅,并利用弹塑性动力分析程序,采用Takeda双线性刚度退化模型,考虑了不同震级、场地类型、基阶周期的影响,进而对SDOF弹塑性体系的地震响应进行了参数影响研究,为建立与《铁路工程抗震设计规范》相符的弹塑性反应谱提供合理的依据,进而为桥梁结构基于性能的抗震设计提供重要的参考和依据．     

连续刚构桥地震反应分析

根据功能要求、使用情况等确定抗震设防标准及设防目标,对拟建连续刚构桥建立全桥整体分析模型,选定不同概率水准的参数,采用纵向+竖向、横向+竖向的方式作为地震动输入,以寻求结构在纵、横向地震作用时各桥墩的内力分布规律,综合分析评价桥梁抗震性能.反应谱法计算结果表明:该桥具有足够的抗震能力,可以满足预期的设计性能.建议应更深入开展基于性能的抗震理论研究,并逐步将该方法应用于桥梁抗震设计.