高速铁路连续梁柔性拱桥拱梁结合部受力分析

研究目的:连续梁拱组合体系桥拱肋与主梁固结,依靠主梁内配置的预应力束来平衡拱的水平推力,拱脚是拱梁组合桥的关键部位,其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要;拱脚为钢管混凝土拱肋向混凝土主梁的过渡段,局部构造非常复杂,为了给拱脚节点处的构造设计提供理论依据和合理方案,有必要在桥梁整体分析的基础上,建立拱梁结合部精细化有限元计算模型,精确分析其受力状态和传力机理。研究结论:(1)拱梁结合部主梁和拱脚混凝土、拱肋钢管和拱肋内灌注混凝土等构件应力均在规范给定的限值内,结构安全可靠;(2)拱梁结合部应力集中区域主要分布在0号和1号节段连接截面,该处拱脚和主梁均存在较大的主压应力;拱脚与主梁间宜采用圆弧过渡等平滑连接构造,以减小应力集中,使混凝土受力更为均匀;(3)应确保拱肋与主梁、拱肋与拱脚混凝土之间共同作用良好,并保证拱梁结合部位受力的整体性;(4)本研究结果可供大跨度连续梁拱桥的设计和施工参考。     

京杭运河特大桥连续梁拱组合体系拱脚应力分析

结合连续梁拱组合体系拱桥的拱脚,阐述了采用大型通用工程软件进行拱脚分析的方法,并对3种工况（拱脚最大轴力、拱脚最大弯矩和拱脚最小弯矩）进行分析。通过对拱脚局部模型的分析,掌握拱脚的局部应力分布特征,发现了拱脚应力较大点,并提出拱肋钢管埋入拱脚较深、拱脚下设加劲钢板、拱脚外设包裹混凝土,以及设置预应力钢束等措施,来达到抵抗拱脚拉应力,改善拱脚的受力状态的目的。     

风荷载作用下系杆拱桥施工阶段拱脚应力分析及研究

钢管混凝土系杆拱桥在施工过程中,其稳定体系尚未形成,在横向风荷载作用下几何非线性明显,拱肋极易产生较大侧向位移和扭曲,对拱脚受力不利。本文以商合杭高速铁路140 m钢管混凝土系杆拱桥为研究背景,采用Midas Civil和Midas Fea建立了整体与局部有限元模型,研究了在静风荷载作用下,系杆拱桥施工阶段拱脚的应力分布规律。研究表明:施工过程中,在风荷载作用下拱脚处均出现了主拉应力大于混凝土容许抗拉强度区域,区域主要分布在拱座与系梁交界处;通过设置缆风绳可以有效降低几何非线性影响,减少了拱肋横向挠度,保证拱脚受力安全。     

大跨度系杆拱桥主拱钢-混凝土结合段受力状态分析

以鹰潭市余信贵大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,利用有限元软件分别建立大桥整体数值模型与钢-混凝土结合段局部实体数值模型,计算分析主拱钢-混凝土结合段在设计荷载作用下的受力状态与承载能力。分析结果表明:在持久状况荷载组合下,主拱肋钢-混凝土结合段模型变形连续,最大变形量为0.030 m,主拱肋钢-混凝土结合段结构刚度及变形满足要求;钢-混凝土结合段混凝土最大拉应力为1.63 MPa,钢结构部分Von-Mises等效应力最大值为236 MPa,均小于容许应力,满足结构设计要求;为避免应力集中,须对钢-混凝土结合段的坡口进行细化设计,或调整主跨系杆的张拉力。     

钢管混凝土系杆拱桥拱肋及吊杆施工监控

以在建郑州—万州铁路河南段一座128 m钢管混凝土系杆拱桥为工程实例,介绍了施工中拱肋及吊杆的监控要点。选取拱肋线形、拱肋应力、吊杆索力作为主要的监控对象,通过有限元分析,选取了拱脚、1/4拱、拱顶作为拱肋线形、应力的监控截面。根据工程实际情况,选择合适的仪器(HF-5B型桥梁光电挠度仪)进行数据采集,提高了测量精度。同时,结合虚功原理运用MIDAS/Civil建立了考虑现场实际的全桥仿真模型,获得了经实测数据验证的吊杆张拉影响矩阵,用于指导吊杆张拉,并将各施工阶段的实测值与有限元计算值进行对比,指导现场施工。结果表明,各施工阶段的拱肋线形、应力及调整后的吊杆索力均在合理范围之内,满足设计要求。     

高速铁路槽形连续梁拱桥拱脚局部应力分析与验证

为了解高速铁路槽形连续梁拱桥拱梁固结段的真实应力状态及验证局部分析中边界条件表达的准确性,以济青高速铁路(66.5+142+66.5) m双线有砟轨道预应力混凝土连续槽形梁拱桥为工程背景,利用FEA有限元软件建立细化的空间实体有限元模型,分析中支点横截面空间效应,并对局部模型的边界条件模拟的正确性进行验证。分析表明:中支点截面应力呈现明显的空间不规律现象,恒载比活载剪力滞效应更为明显,局部位置如拱肋与主梁连接部位、主梁下缘支座处、横隔板进人孔倒角处应力集中,应适当加强配筋,其余部位应力均满足要求,通过验证局部模型的内力分布,确保实体模型应力结果的准确性,保证结构安全。     

钢管混凝土梁拱组合桥拱脚局部应力分析

钢管混凝土梁拱组合桥拱脚受力复杂。为准确掌握拱脚的应力分布,采用有限元软件Midas/Civil,对110 m钢管混凝土梁拱组合桥建立全桥模型,提取界面单元内力,再通过Midas/Fea建立拱脚实体模型,对拱脚进行细部分析。同时,对拱脚工字钢、钢箱两种锚固方式的应力状态进行计算分析及对比。结果表明:该类桥拱脚受力合理,钢板及混凝土应力均在容许范围内,满足设计要求。工字钢锚固方式较钢箱锚固方式更利于减小拱脚空间应力,改善拱脚受力状态。其计算方法和结果可为类似桥型的计算分析提供参考。     

400m级铁路CFST拱桥合理拱肋内倾角研究

《钢管混凝土拱桥技术规范》中拱肋内倾角的建议取值对特大跨径钢管混凝土(CFST)拱桥不再完全适用.以一座400 m级铁路CFST拱桥为例,研究其拱肋内倾角的合理取值范围.采用Midas/Civil2015建立空间有限元模型,分析计算不同拱肋内倾角取值下结构的自振特性、线弹性稳定安全系数以及静力荷载和强震作用下结构的内力、位移响应以及控制截面应力.研究结果表明:当拱肋内倾角控制在3.5°～4°时,结构第4和8阶自振频率获得大幅提升,可以改善拱肋横向抗弯和抗扭转性能,同时前2阶稳定安全系数也达到较优状态,还避免了横向最不利荷载作用下拱肋横向位移的大幅增长,并且在考虑罕遇地震作用情况时,位移、轴力峰值以及降低拱肋混凝土拉应力方面均达到较优状态.综合各项指标,建议此类400 m级铁路CFST拱桥拱肋内倾角取值范围宜为3.5°～4°.     

昌景黄高铁(90+200+90) m连续刚构拱桥设计

结合昌景黄高铁(90+200+90)m连续刚构拱桥施工图设计，对主梁、拱肋、吊杆、桥墩等主要构件的设计过程进行分析研究。采用有限元软件MIDAS/Civil建立计算模型，对3种梁高及4种底板厚方案进行比选，从满足主力工况最小强度安全系数及主梁受压区高度不超限等方面考虑，确定主梁中支点处梁高11.5 m,底板厚1.5 m;对3种拱肋截面尺寸方案进行比选，从满足拱肋强度、稳定性要求及经济性等方面考虑，拱肋截面高采用3.3 m较为合理；结合本桥纵、横、竖三向预应力布置工作，总结大跨度预应力混凝土连续刚构拱桥的预应力钢束布置特点；拱脚附近拱肋混凝土局部拉应力超限，通过局部布置纵向钢筋进行解决。计算结果表明，主梁、拱肋、吊杆、桥墩等构件的强度、应力、变形及稳定性等各项指标均满足相关规范要求。     

大跨度钢管混凝土拱桥拱肋分段缆索吊装模拟结构分析

拱肋吊装是大跨度钢管混凝土拱桥施工的关键工序。应用有限元结构计算理论与计算机技术 ,对钢管混凝土拱桥拱肋吊装过程进行模拟分析 ,得出各节段吊装时的预抬高程和扣索索力。     

钢管混凝土单圆管拱空间受力双重非线性有限元分析

提出钢管混凝土拱(单圆管)空间受力的双重非线性有限元分析方法并编制了有限元程序。有限元建模时采用空间梁单元。材料非线性中正应力-正应变关系采用纤维单元模型,剪应力-剪应变关系采用统一理论的标准曲线。应用该方法对钢管混凝土单肋模型拱和双肋模型拱进行了分析,并对非线性性能和横向力作用进行了分析。分析结果表明,本文提出的方法能较好地反映钢管混凝土拱空间受力全过程的非线性性能。在空间荷载作用下,钢管混凝土拱的几何非线性影响要大于材料非线性的影响;单肋拱的空间受力的特征要明显大于双肋拱。     

辅助吊杆加固三拱肋钢管混凝土系杆拱施工监控研究

受损三拱肋中承式钢管混凝土系杆拱桥在加固过程中采用辅助吊杆内力和桥面变形双控制原则,对辅助吊杆增设过程进行施工监控。根据实测值修正有限元计算模型,确保结构在各种工况下以及成桥后,内力和变形均处于合理状态,满足规范要求。研究结果表明:完成全部辅助吊杆张拉后,桥面各测点实测累计变形控制在允许范围内,最大未超过6 mm;吊杆内力实测值和理论计算值较吻合,差值绝大多数在-10~30 k N,加固完成后吊杆内力和桥面线形均达到了设计目标。     

200km/h单线铁路80m跨简支系杆拱桥受力分析

以200 km/h单线铁路80 m跨简支系杆拱桥为研究对象,介绍其主梁、拱肋和吊杆等构件的设计参数。建立空间整体有限元模型,分析该简支系杆拱桥的支座反力、吊杆拉力分配以及主梁竖向位移等整体受力性能,并采用Ansys建立拱脚实体有限元模型,将整体模型计算内力结果施加至局部模型边界上,计算分析拱脚应力分布规律。最后分析了横撑以及材料、几何非线性对结构稳定性的影响。计算结果表明,结构整体受力、局部应力及结构稳定性均满足规范要求。     

大跨度组合拱支撑结构应力分析的有限元模拟

研究目的:钢拱形结构由于具有造型美观和造价节省等优点,在具有大跨度结构的现代公共建筑中有着广泛的应用。重庆西站正立面的建筑造型所采用钢拱结构是构造两个截面为四边形的弧形拱,为分析重力作用下该结构局部的位移和应力分布,本文在ANSYS中建立组合拱的一个三维几何模型,然后对组合拱二维几何模型结构通过有限元方法进行离散并做应力分析。研究结论:(1)通过设定边界条件和施加集中力后,组合拱结构开始发生缓慢的变形,并明显看出偏移从中间向两端传递,其中第二层拱的两侧拱脚处位移偏移最大,垂直方向第一层拱的中间垂直位移最大,位移偏移依次由内而外降低;(2)经过差分方程的数值计算和分析,该拱结构在水平力作用平面内有较大刚度,可以有效传递水平力;垂直方向能够有效的吸收部分剪力,其中第二层拱的两侧拱脚处有明显的应力集中现象;(3)该研究成果可应用于钢拱形结构的施工实践和理论研究。     

钢管混凝土提篮拱桥施工阶段有限元分析

广深港铁路线广深段沙湾水道特大桥为钢管混凝土提篮拱桥,提篮拱桥上部结构可划分为15个施工阶段,对该桥的15个施工阶段,分别采用桥梁博士软件和Midas软件建立二维平面模型和三维空间模型,进行有限元对比分析,得到各阶段拱肋钢管和拱肋混凝土压应力以及拱肋钢管竖向位移,对该桥梁工程的施工控制起到了很好的指导作用,也为今后同类工程的施工和设计提供了参考和借鉴。     

高速铁路提篮拱桥拱脚应力分析

泸宁线提篮拱桥是我国设计研究的第一座高速铁路大跨度预应力混凝土系杆拱桥。该桥拱脚的端横梁与相邻的拱座、拱筋、箱梁、支座承台的连接构造复杂。本文介绍应用SuperSAP软件的8结点等参单元，对拱脚进行空间分析，从而获得有关截面的最大与最小应力。     

基于Hewlett方法的桩网复合地基土拱效应优化算法

桩网复合地基填土性质与土拱效应发挥程度直接相关,而传统土拱模型并不能有效反映填土黏聚力对桩土应力计算结果的影响。在Hewlett极限状态空间土拱效应分析基础上,采用填土综合内摩擦角指标完成空间土拱拱顶及拱脚位置处单元土体应力极限状态分析,考虑桩间土应力非均匀分布与被动土压力发挥程度的影响,得到桩网复合地基桩体荷载分担比解析表达式。研究结果表明:填土黏聚力显著提高路基填土土拱效应,复合地基设计应考虑填土黏聚力的有利影响;桩间土应力并非均匀分布,通过非均匀分布系数折减后,可有效提高弹性工作状态的桩体荷载分担计算结果;考虑被动土压力发挥程度的计算结果并不合理,应分别由桩顶和拱脚土体应力极限状态确定对应的桩体荷载分担比,取较小值为最终桩体荷载分担比结果。     

1-80m混凝土系杆拱有限元分析研究

研究目的:贵广铁路黄沙河桥采用1-80 m预应力混凝土系杆拱桥,系国内最大跨度的预应力混凝土系杆拱桥(混凝土拱肋),其箱宽较宽,采用单向多室结构。有效宽度、边中腹板厚度比例等均没有规范依据可查,横向环框简化计算模型没有相关的依据。本文利用midas FEA软件对80m系杆拱桥进行实体计算分析,确保结构安全,并对结构尺寸、钢束布置等进行一些探讨。研究结论:梁部的混凝土应力处于合理的水平,结构安全可靠;拱脚位置梁体正应力横向分布不均匀,远离拱脚的梁体截面正应力分布较为均匀;多腹板以及密横隔板形成的纵横向隔板体系增强了梁部结构整体性,箱梁横向位移差最大值仅仅为0.51 mm;设置拱脚竖向预应力能够有效减少拱脚与梁体交界面混凝土的主拉应力,增强交接面的抗剪能力,是必须的。     

梁拱组合拱桥拱脚局部应力分析和试验研究

某外倾式梁拱组合拱桥的拱、梁连接处原设计采用高强螺栓连接,由于某些原因在施工过程中变更为焊接连接。由于该拱脚连接部分受力复杂,且焊缝连接对结构受力以及运营维护提出了更高要求。为了解拱梁连接处应力分布,并为后期桥梁的运营维护提供理论依据,采用有限元建立该桥拱脚连接处的精细化有限元,并以实际施工过程中的监测结果进行验证,研究结果表明：采用板壳单元的精细化有限元拱脚模型能有效模拟拱脚局部应力分布特征,研究分析结果将为后期运营维护提供重要的参考。     

客运专线32m双线整孔简支箱梁张拉应力试验研究

为得到力筋放张后客运专线32 m双线整孔简支箱梁的真实应力状态,现场进行了张拉应力测试,主要测试跨中截面应力分布、1/4断面顶板的剪力滞效应及端块锚下横向应力。由于初等梁弯曲理论具有一定的局限性,故借助ANSYS软件计算张拉应力的精确值,并将二者的计算结果与实测值进行分析比较,对梁体设计的安全性与可靠性进行评价,为32 m简支箱梁的预应力优化设计积累技术资料。