拱桥汽车设计荷载标准分析

分析了超载车辆对桥梁的影响与现行规范即《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中的汽车荷载标准对公路上运营车辆荷载的适用性,研究了广深高速公路车辆荷载的动态称重系统(WIM)实测数据,利用Monte Carlo方法模拟随机车辆荷载和随机车辆间距,编制了随机车队加载效应计算程序,计算了无铰拱跨中和拱脚截面的弯矩效应,采用极大值分布原理求得荷载效应在设计基准期内的标准值,给出基于WIM实测数据的汽车荷载标准模型,并与现行规范中的设计荷载标准进行对比。计算结果表明:推荐车道荷载作用效应对实测荷载效应包容性和适用性良好,拱桥跨中弯矩误差小于7%,当跨径为25~65、110、120m时,拱脚弯矩误差为5%~11%,其余跨径时的拱脚弯矩误差小于5%;基于广深高速公路实测荷载推定的荷载标准与现行规范中公路-Ⅰ级车道荷载在无铰拱上产生弯矩效应的比值为1.24~2.18,平均比值为1.80,说明广深高速交通量大,车辆超载超限严重,根据实测车辆荷载推断的荷载标准与现行规范荷载标准出现了较大偏差,广深高速桥梁设计荷载标准应在现有规范基础上适当提高。     

桩底约束条件对弧形排桩-连系梁内力影响研究

弧形排桩-连系梁抗滑结构为多次超静定结构,将桩顶弧形连系梁计算模型简化为无铰拱,视抗滑桩与弧形连系梁之间的约束力为冗力,利用桩顶与弧形连系梁之间的变形协调条件,建立了抗滑结构的整体柔度方程;在桩底自由、铰支及固定等3种不同桩底约束条件下,分别求解桩梁之间的约束冗力,比较了3种桩底约束条件下弧形连系梁的内力,及抗滑桩的内力和位移。研究表明:桩底固定时,桩底部弯矩较大;桩底自由时,弯矩明显减小,桩身位移增加;在桩顶连系梁的约束下,减小桩身锚固段长度,能够减小桩身底部弯矩的影响规律。     

拱桥封缝处理及拱脚加固技术在宣大高速公路上的应用

拱桥及病害概况 宣大高速公路K187＋190中桥位于宣化境内K187＋190处,该桥行车方向与水流方向交角90°,上部结构为钢筋混凝土无铰拱,下部结构为浆砌块石空腹桥台,扩大基础。设计荷载汽车-超20,挂-120。主拱圈为等截面悬链线无铰拱,矢跨比为1/5,拱轴系数m=3.142,腹拱拱圈为圆弧拱,矢跨比1/4。     

基于纤维单元的斜跨异型拱桥极限承载力分析

斜跨异型拱桥拱肋同时受到面内和面外索力作用,为双向压弯构件,受力具有明显空间特征.采用梁单元纤维模型材料非线性方法,同时考虑几何非线性,对张家口通泰大桥进行极限承载能力全过程分析.随着荷载的不断增加,吊索逐根达到承载极限;拱肋同时发生面内、面外变形;一侧拱脚附近截面在轴力和面内、面外弯矩的共同作用下,逐步进入塑性;最后吊索全部屈服,主梁受力接近于简支梁,跨中截面形成塑性铰,全桥结构达到承载极限.纤维模型能够准确模拟拱肋双向压弯荷载下截面逐步进入塑性的全过程,适用于复杂受力构件梁单元材料非线性计算.     

竖向荷载下转体桥球铰接触面应力有限元分析

为得到转体系统在竖向荷载作用下球铰接触面应力分布规律以及《公路桥涵施工技术规范》公式计算球铰接触应力的精确度,以延崇高速公路上跨康延铁路Q1K3+702.892处主桥所采用的2X60 m预应力混凝土转体T构桥为算例,利用ABAQUS2019软件建立了转体结构精细化有限元模型,进行了转体结构的静力受力分析,分析转体过程球铰受力状态,得到了球铰接触面应力的分布规律,以及《规范》公式所计算的球铰接触面应力值较小的结论。     

抛物线双肋拱在非保向力作用下的横向稳定性

针对抛物线肋拱桥在非保向力作用下的横向稳定性，建立了参数化的实用计算方法，分析了不同结构参数对双肋拱横向稳定性的影响．分析表明，在非保向力作用下，下承式拱桥横向稳定临界荷载显著提高，而上承式拱桥横向稳定临界荷载明显降低；横系梁刚度、矢跨比和桥面系横向刚度对拱横向稳定临界荷载有明显影响．     

钢管混凝土拱桥拱铰斜腹杆合理夹角分析

钢管混凝土拱桥钢管拱通常采用缆索吊装悬臂拼装法施工,为便于调整拱肋安装线形,多在拱脚处设置临时拱铰.将拱铰结构分别简化为理想桁架和刚架结构,根据力系平衡原理推导出理想桁架的斜腹杆轴向力一致表达式,将欧拉临界荷载与轴向力之比定义为腹杆的稳定系数,建立起稳定系数与腹杆夹角的关系,得到了腹杆最大稳定系数对应的夹角值;运用力法原理,推导了三角刚架端弯矩和轴向力计算表达式,通过算例验证了计算公式的正确性,在此基础上进一步研究了拱铰刚架内力与斜腹杆夹角的变化规律.结合JTG/T-D65-06-2015《公路钢管混凝土拱桥设计规范》对主、支管夹角不宜小于30°的构造要求,得到拱铰斜腹杆夹角在60°～100°间较为合理结论,验证了国内部分已建钢管混凝土拱桥拱铰构造设计的合理性.     

大跨简支系杆拱桥非线性稳定性

宁杭高速公路南河大桥为主桥130m跨径简支下承式钢管混凝土系杆拱桥。在考虑了拱桥非线性稳定性影响因素基础上,利用有限元ANSYS结构分析程序,建立了拱桥结构稳定性分析空间有限元模型,给出了该桥常见的失稳屈曲模态,研究了大跨简支系杆拱桥的非线性稳定性求解策略,并对南河大桥简支钢管混凝土系杆拱桥进行了非线性稳定性计算。结果表明,钢管混凝土拱脚处的拱肋首先形成塑性铰,破坏时的极限荷载达到正常使用荷载的3．50倍,满足稳定性要求。     

集中荷载作用下部分预应力混凝土箱形截面约束梁抗剪强度试验研究

本文应用变角桁架模型和软化斜压力场理论,对所做的12片部分预应力混凝土箱形截面约束梁在弯矩-剪力作用下的抗剪强度进行了分析。着重研究了抗剪强度随剪跨比、预应力值和配箍率变化的规律。并引入了随剪跨比变化的系数K以反映集中荷载作用下的竖向压应力Δσ,对抗剪强度的影响。理论分析和试验结果进行了比较,符合程度较好。     

岩溶地区水库库底封堵新型坝体应力分析

为适应岩溶地区地形地貌条件,提出水库库底拱结构封堵的新型坝体形式,有必要对对新型坝体结构形式进行优化设计。采用三维有限元分析方法,研究了拱顶角度、拱端厚度及封拱温度等不同因素条件下的拱体在正常蓄水位、淤沙荷载和温度应力作用下的应力变形。结果表明:拱体拉应力区域主要分布于长轴两端,适当增加拱端厚度有利于减小拉应力;通过适当增大拱顶角度可以改善拱体的受力情况,且随角度增加,拱体最大拉应力和压应力先减小后增大,在53.27°～60°范围内可取得最优拱顶角;拱结构拉应力随着封拱温度的增加而增加,建议按照9℃设计封拱施工。     

重复荷载下高铁24m箱梁模型试验研究

对高速铁路中广泛应用的预应力混凝土简支箱梁进行了多级重复荷载下的模型试验．试验的主要测试结果包括2种加载方式下梁的裂缝宽度和裂缝分布展开情况,荷载-挠度曲线和弯矩-转角曲线,混凝土和普通钢筋的应变分布等．研究结果表明：混凝土首先在跨中底板出现裂缝,然后慢慢向腹板扩展．在纯弯段,裂缝间距分布比较均匀．在施加荷载超过开裂荷载不多的情况下卸载,裂缝在预应力筋的作用下能够闭合．箱梁的最终破坏现象是混凝土顶板的压溃爆裂,跨中极限位移为跨径的1/55．重复加载下的荷载位移曲线的包络线有3个拐点,分别对应于混凝土开裂,钢筋屈服,预应力筋屈服;而重复荷载下的弯矩转角曲线在整个过程中有一个拐点,对应于预应力筋的屈服．     

某低重心独塔斜拉桥抗震性能研究

某黄河独塔斜拉桥初步设计方案有半漂浮结构体系和固定铰支承结构体系。对其两种不同结构体系进行了抗震性能分析,通过对两种不同结构体系地震荷载作用下主塔控制截面内力响应对比可知,该桥为典型低重心独塔斜拉桥,该桥固定铰支承结构体系主塔控制截面的弯矩响应明显低于半漂浮结构体系主塔相应截面的弯矩响应。为进一步提高该桥的抗震性能,分别对不同塔梁之间纵向特殊连接装置对抗震性能的影响进行了优化对比分析,得到了一些有意义的结论。     

空间梁格模型与平面单梁模型计算简支梁桥内力比较分析

以某装配式先张法预应力空心板简支梁桥为工程实例,采用MIDAS Civil软件分别建立空间梁格模型及平面单梁模型,对空心板简支梁桥的内力进行计算,将其计算结果进行对比分析。分析表明:对于正交型简支梁桥,在恒载+预应力+汽车荷载作用下,单梁模型比空间梁格模型跨中弯矩计算结果偏大11.9%;在恒载作用下,梁格模型刚度比单梁模型大7%。因此,单梁模型内力要比空间梁格模型偏大;但是从实际工程角度出发,是偏于安全的,适用于在高速公路、煤矿道路和林区道路等承受高荷载或结构安全等级高的新建桥梁设计。通过现场静荷载试验测试截面挠度、应变对比得出空间梁格模型内力计算方法较为精确,能够很好地反映横向分布关系和结构受力特性,适用于结构较复杂桥梁设计。     

简支下承式钢管混凝土系杆拱桥稳定性参数研究

针对简支下承式系杆拱桥拱肋较高而导致的结构稳定性问题，以简支下承式钢管混凝土系杆拱桥为例，结合midas Civil有限元软件建立三维空间模型，研究拱肋之间的横撑连接形式、拱肋矢跨比、拱肋刚度、拱肋倾角以及吊杆布置形式等参数对结构空间稳定性方面的影响规律。结果表明，拱肋横撑连接形式、拱肋矢跨比、拱肋刚度以及拱肋倾角均对结构的空间稳定性影响很大，而吊杆布置形式对结构空间稳定性影响很小，变化幅度仅为8.8%,因此在拱桥设计过程中需要对这些参数的取值进行对比分析，避免导致结构失稳出现安全事故。     

弹性地基梁单元的等效结点荷载

推导了Ｗｉｎｋｌｅｒ弹性地基梁单元的固端弯矩和等效结点荷载的计算表达式。考虑的荷载条件有三种：跨内集中弯矩，跨内集中横向荷载和部分分布的均布荷载。为了分析地基相对刚度对等效结点荷载的影响，对不同地基相对刚度条件下的固端力和等跨普通梁单元进行了对比，表明弹性地基梁的固端力总是小于普通梁单元，但在地基相对较软弱时，弹性地基梁和普通梁的固端力差别很小。     

无粘结预应力活性粉末混凝土梁疲劳性能试验研究

通过对1根普通钢筋的RPC梁及3根具有相同配筋的无粘结预应力RPC梁进行等幅疲劳加载试验,对比研究了2种梁在相同疲劳荷载作用下的承担压力区边缘应变﹑受拉区普通钢筋应变﹑试验梁跨中变位随疲劳荷载反复次数的变化态势。对比试验结果发现:在上限值为0.3Mu下限值为0.05Mu的等幅疲劳荷载作用下,两类型梁的疲劳寿命都在200万次以上。伴随着反复外力实施次数的增加受压区边缘应变﹑普通钢筋拉应变﹑跨中挠度都随加载次数的增加而不断增大,其中无粘结预应力RPC梁的变化速率比普通钢筋RPC梁的变化速率快,表明了无粘结活性粉末混凝土梁的强度和刚度退化相对较快。     

淘金河大型预应力拉杆拱渡槽变形及抗震分析

渡槽采用上承式预应力拉杆拱结构,其特点为肋拱和预应力混凝土拉杆组合形成自平衡受力体系,在拱内为一次超静定结构,在拱外为简支梁式结构,不产生拱脚推力;不产生一般拱式渡槽的连拱效应,节省加强墩;整体性好、纵向刚度大;槽墩轻巧、施工方便、安全可靠,工程造价低。对预应力拉杆拱渡槽进行仿真计算,用反应谱分析法分析地震作用效应,确定渡槽结构的变形规律和结构地震响应特点,研究结论对大型预应力拉杆拱渡槽的理论研究和设计施工具有一定的参考价值。     

超静定无粘结预应力砼应力增量计算的能量法

以结构系统势能驻值原理为基础,提出了无粘结预应力砼超静定结构预应力钢筋应力增量计算的能量法,给出了无粘结预应力砼连续梁在均布荷载作用下无粘结预应力筋应力增量的求解过程,与目前已有方法进行了比较,验证了按能量法求解的实用性。     

空腹式拱桥腹拱力学性能研究

针对空腹式拱桥腹拱病害突出问题,根据加固前后的性能需求将空腹式拱桥的腹拱简化为三铰拱和两铰拱,从拱桥结构体系的受力性能方面,对三铰拱和两铰拱在自重、温度和重车作用下的受力性能进行对比分析,并结合分析结果,对空鼓式拱桥的设计与加固提出合理的建议。计算结果表明:两铰拱的力学性能和适用性要优于三铰拱。因此,建议在实际工程中尽量使用两铰拱,尽量避免使用三铰拱。     

预应力损失对多跨连续刚构桥结构性能的影响分析

针对多跨预应力连续刚构桥存在预应力损失的现象,采用Midas／Civil软件对依托工程桥梁结构的不同工况进行建模分析,并分别进行各工况下结构弯矩值和跨中挠度的对比分析。分析结果表明：由于实际成桥状态预应力损失值大于原计算值,桥梁结构合龙段控制节点弯矩值和挠度均大幅度上升,这都对桥梁结构受力产生非常不利的影响并直接导致桥梁后期使用中出现诸多病害。