钢管桁架斜塔力学性能分析

以某自锚式斜吊杆悬索桥工程为背景,对该桥钢管桁架斜塔的力学性能进行分析。通过运用有限元软件对该桥主塔分别进行静力分析、特征值屈曲分析、几何非线性和材料非线性稳定性计算,得出在不同荷载工况下该桥的受力状态和稳定系数,并对计算结果进行分析。     

波形钢腹板矮塔斜拉桥施工阶段稳定性分析

波形钢腹板矮塔斜拉桥以其新颖的结构形式、优良的受力特性、较好的材料利用效率,修建数量日益增多,因其多采用薄壁钢腹板和刚构薄壁高墩的结构形式,使得对该类桥型施工过程中稳定性问题的研究就显得尤为重要。研究方法:利用ANSYS有限元软件建立朝阳沟波形钢腹板矮塔斜拉桥空间块体+板壳组合单元精细计算模型,计算纯剪切荷载作用下钢腹板的失稳模态;选取施工关键阶段,计算悬臂施工状态的弹性稳定性;考虑材料非线性、几何非线性和混凝土材料的开裂和压碎特性,计算悬臂施工状态非线性稳定性。结果表明:波形钢腹板构造按弹性屈曲强度公式计算最小值为348.3 MPa(合成剪切屈曲),有限元方法计算的剪切屈曲最小值为517.9 MPa,均大于材料剪切屈服强度199 MPa,结构承载力按剪切屈服强度控制;矮塔斜拉桥拉索的弹性支撑作用,增强了波形钢腹板稳定性,施工中主要是主墩的平面内侧倾失稳,不会出现波形钢腹板的失稳情况;考虑材料非线性和几何非线性求得悬臂施工阶段的非线性稳定系数仅为弹性稳定系数的41%～34%,悬臂越长,非线性效应对稳定性的影响越突出;施工荷载对悬臂施工状态的稳定性影响很大,最不利工况下结构的非线性稳定系数为5.13,结构稳定性仍满足规范要求。     

纳界河特大桥桥址岸坡岩体稳定性数值分析

采用有限元法,结合现场工程地质勘察资料,分别对桥北岸坡岩体在天然状态下和桥梁荷载条件下的位移、应力状态进行了数值模拟分析。通过有限元折减系数法对岸坡的整体稳定性等进行了分析,得出了在自然状态下和荷载条件下的稳定性系数、天然状态下两岸谷底及陡坡段坡脚存在主应力集中现象,以及坡面和坡顶局部存在拉应力且对边坡岩体稳定不利的结果。桥梁荷载作用对边坡岩体应力的影响主要集中在基础附近,荷载对坡面岩体应力的影响较大。桥址右岸整体稳定,左岸在桥基荷载作用下桥基下方岩体产生局部塑性区,可能发生破坏,应采取措施加固,以策安全。     

基于ANSYS的组合式薄壁高墩稳定性研究

以某组合式薄壁高墩的连续刚构桥为例,研究了风荷载组合作用下墩身的稳定性,试验结果表明:认为几何非线性对横桥向风荷载作用下的稳定系数有很大影响,不考虑几何非线性时,风荷载系数一直呈增长趋势,无明显转折点;考虑几何非线性后,该曲线变化率可以见到有突然降低点。     

单索面斜拉桥钢—混组合索塔施工抗风性能研究

大榭第二大桥为单索面斜拉桥,为了验证其钢—混组合索塔在施工过程中的抗风安全性,采用有限元数值分析方法,对索塔在下横梁浇筑前、上横梁浇筑前、裸塔阶段等3种施工控制状态,在20年一遇台风作用下的静阵风荷载响应进行了分析,并进一步分析了裸塔状态下施加临时风缆后对抗风性能的改善情况.研究结果表明:索塔施工过程中风荷载作用下产生的最大拉应力出现在裸塔阶段,位于横桥向迎风侧中塔柱根部,与恒载效应组合后,最大拉应力值为5.04 MPa,;最大拉应力产生的裂缝宽度为0.067 mm,小于规范规定的限值(0.15 mm);裸塔状态下施加临时风缆可以显著减小混凝土塔柱的最大拉应力.     

超大跨度混合梁斜拉桥非线性受力分析研究

为研究非线性因素对超大跨度混合梁斜拉桥的影响,结合鄂东长江公路大桥,对该类桥梁在多阶段、多效应耦合影响下的非线性受力特性进行系统、定量的分析。采用RM2006建立鄂东长江公路大桥主桥模型,分析该桥在施工、成桥、运营阶段中不同非线性因素及不同荷载作用下的非线性影响。分析结果表明:超大跨度混合梁斜拉桥在施工和成桥阶段均存在非线性影响;施工阶段结构在风荷载、温度荷载作用下的非线性影响较明显;成桥状态下钢箱梁、桥塔及斜拉索受几何非线性因素影响较明显,边跨混凝土箱梁受非线性效应与温度荷载效应耦合作用的影响较大。     

高墩大跨连续刚构桥最大双悬臂施工阶段抖振分析

笔者提出一种改进的谐波合成法,利用该方法仿真得到桥位处的脉动风时程。基于Miyata T准定常气动力模型,在Ansys中引入自激力的影响,对北山特大桥最大双悬臂施工阶段进行风致抖振时域分析,侧重研究结构线性与结构非线性对高墩大跨连续刚构桥风致抖振动力响应的影响。研究结果表明:考虑几何非线性的影响,结构抖振响应略大于线性情况下的响应;在设计基准风速下高墩大跨连续刚构桥表现出一定的几何非线性行为;将脉动风荷载作用下的结构响应值和静、阵风荷载作用结果比较,得到脉动增大系数。     

大跨度外倾式拱桥稳定及极限承载力分析

为研究外倾式拱桥稳定及极限承载力问题,以九堡大桥为背景,建立有限元分析模型,分别计算了该桥线性屈曲、几何非线性稳定(分别考虑初始缺陷以及材料非线性)、弹塑性稳定状态下的稳定系数,对失稳机理以及车道荷载和静风荷载作用下的极限承载力进行分析,在此基础上讨论了荷载及横撑布置对极限承载力的影响。分析结果表明:几何非线性对于刚度较大的钢拱桥稳定的影响不大,而材料非线性对极限承载力的影响显著,弹性稳定分析会过高地估计钢拱桥的极限承载力;外倾式拱桥的失稳多为面外失稳形式,且副拱拱顶横撑对稳定的影响较小。     

扁平钢箱梁闭口U形加劲板屈曲特性理论分析

在总结中外学者研究成果和国内外设计规范的基础上,提出了一种计算闭口加劲板稳定承载力的分析理论,该理论计入了材料非线性、几何非线性、初始几何缺陷、焊接残余应力等4种不利影响,讨论了加劲板结构的初始几何缺陷以及残余应力分布模式;结合空间有限元重点分析了U形闭口加劲板的屈曲特性。结果表明,U形闭口加劲板的稳定承载力均较高,材料非线性效应和残余应力对稳定承载能力影响较大,而几何非线性效应和初始缺陷大小对稳定承载能力影响不大。对于目前广泛应用的闭口加劲板结构,横隔板间距在3~4 m之间时,其破坏平均应力与屈服强度之比均能达到0.78以上,较高。所得结论可供钢箱梁设计参考。     

常规跨径钢板组合梁桥中欧规范汽车荷载效应对比研究

钢板组合梁可充分发挥钢材和混凝土的材料优势,为给我国桥梁设计人员设计海外钢板组合梁桥提供建议,对《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)及欧洲桥规(Eurocode—Basic of Structural Design、Eurocode 1:Actions on Structures—Part 2:Traffic Loads on Bridges)中常规跨径钢板组合梁汽车荷载效应进行对比。分析了中欧桥梁设计规范中汽车荷载模式、横向多车道折减效应、冲击系数、荷载组合等规定的异同,采用2种规范计算常规跨径钢板组合梁在汽车荷载及基本组合、频遇组合作用下的主梁弯矩。结果表明：欧洲桥规规定4种汽车荷载模式,已考虑冲击系数和横向车道折减,中国桥规规定了车道荷载和车辆荷载2种汽车荷载,计算汽车荷载效应后期需考虑冲击系数和横向车道折减;2种规范极限状态和设计状况规定一致,区别在于作用分项系数和可变作用组合系数取值;多片主梁钢板组合梁的边梁弯矩最大,单独考虑汽车荷载时,欧洲桥规计算的主梁最大弯矩比中国桥规大35%～36%;在考虑荷载组合时,欧洲桥规主梁最大弯矩计算结果在基本组合作用下比中国桥...     

武汉天兴洲公铁两用长江大桥主桥荷载验收试验研究

武汉天兴洲公铁两用长江大桥主桥为(98+196+504+196+98)m双塔三索面钢桁梁斜拉桥,上层6车道公路、下层4线铁路,是目前世界上主跨跨度、设计荷载最大的公铁两用钢桁梁斜拉桥。大桥的荷载验收工作突破常规,采用科研的思路和方法。主要内容有静力试验、动载试验和前期关键技术研究成果的实桥验证,首次从系统动力学的角度出发对车辆、桥梁和轨道的动力特性及动力响应进行了全面、系统的评估。根据相关标准、规范系统总结出一套完善的新型结构公铁两用桥梁荷载验收的标准和方法。第一期试验结果表明:大桥在设计荷载作用下具有足够的强度和刚度,满足设计要求;在试验速度80 km/h下,列车运行的平稳性、安全性和主桥结构的动力性能满足相关规范和设计要求。     

独塔斜拉桁架桥的结构特性研究

斜拉桁架桥在我国不乏成功的先例,但独塔斜拉桁架桥的设计尚不多见,通过某独塔斜拉桁架桥的设计和分析,对独塔斜拉桁架桥的结构形式、力学特性作了探讨,并揭示了一些基本规律。     

空间曲塔大跨斜拉桥抗风性能研究

跨江大桥跨径较大,桥位风速较高,抗风问题至关重要。随着桥梁造型逐渐复杂,规范中一般公式无法适用其抗风计算,因此针对某主跨为238 m的跨江空间曲塔斜拉桥的抗风性能进行了研究。研究内容包括：利用虚拟风洞试验技术获取了主梁的静气动力系数、气动导数以及桥塔分段的模拟风荷载;利用三维颤振稳定性分析方法检验了主梁颤振性能;对主梁的涡激共振进行了数值模拟,得到了不同风攻角下的振幅-风速曲线;分析了结构静风荷载下的位移响应。结果表明,该桥主体结构的抗风性能均满足规范要求。     

斜拉桥主塔施工过程风致抖振时域分析及安全性评定

对杭州湾大桥南通航孔斜拉桥进行桥塔施工架设期间的抗风分析。根据桥塔施工进度确立中塔柱合拢前及桥塔自立状态为抗风控制状态,针对2种施工控制状态建立有限元模型,分别进行了抖振时域分析及施工阶段全过程静力分析,并对桥塔在施工过程中结构和施工人员安全进行了评价。结果表明:施工阶段设计风荷载作用下,2种抗风控制状态桥塔控制截面拉应力都不大,结构不会出现损伤;但塔柱顶部抖振振幅及狄克曼指标都较大。     

斜独塔混合梁斜拉桥风-汽车-桥梁系统耦合振动研究

针对公路汽车三维绕流特性显著的特点,按照准定常理论推导了适用于公路汽车的脉动风荷载表达式。将自然风、公路汽车、桥梁作为一个统一的相互作用系统,采用风-汽车-桥梁系统耦合振动分析模型,以某斜独塔混合梁斜拉桥为工程背景,研究侧风作用下汽车-桥梁耦合振动特性,并讨论了汽车-桥梁振动的影响因素。研究结果表明：由于桥梁和汽车的气动特性差异,桥梁的竖向抖振现象较横向抖振现象突出,而汽车的横向振动现象较竖向振动更明显。     

安庆长江铁路大桥主桥桥面系受力分析

安庆长江铁路大桥主桥为主跨580 m的六跨连续钢桁梁斜拉桥,桥面系采用正交异性钢桥面系。为验证该桥整体桥面系结构受力是否合理以及能否有效参与主桁结构的共同受力,采用有限元分析程序ANSYS分别建立3号桥塔支座附近E17～E23六个节间和中跨跨中E37～E43六个节间的钢桁梁节段模型,对桥面系中纵梁、横梁及横肋、桥面顶板的应力进行分析。分析结果表明:在设计荷载作用下,桥面系中纵梁、横梁、桥面顶板的应力水平均满足规范要求;桥面系受力横向分配比较均匀,结构整体刚度好;同一主桁断面处桥面顶板和纵梁的纵向应力分布较均匀,桥面系结构能有效参与主桁共同受力。     

斜拉桥风致振动在Ansys中的实现

使用Ansys建立了某大跨度斜拉桥有限元模型,并对该斜拉桥进行动力特征分析,得到了该桥固有频率和振型;利用谐波合成法编制Matlab程序,合成了该斜拉桥的三维空间脉动风场,得到了该桥主梁和桥塔各离散点的脉动风速时程;利用各离散点的风速时程转化为有限元模型中各节点抖振力时程,并对该桥进行了抖振时域分析,得到了该桥在风荷载作用下的动力响应结果。     

独塔单索面预应力混凝土斜拉桥静载试验

为了评定某独塔单索面预应力混凝土斜拉桥结构的受力性能与工作状态,以成桥静载试验结果为依据,通过对静载试验相关工况下控制截面的斜拉索索力增量、桥塔塔顶偏位、主梁挠度和截面应力等重要试验数据的详细分析,结合理论计算结果来研究不同静载试验工况下该斜拉桥的索力变化规律、塔顶偏位、结构强度和刚度等特性.分析结果表明,静力荷载作用下该桥索力、塔顶偏位、应力和挠度均能满足规范要求,该桥承载能力满足设计要求.     

非线性粘滞阻尼器对悬索桥地震反应的影响

通过对粘滞阻尼器的力学特性进行分析,提出了在塔、梁连接处设置非线性粘滞阻尼器来控制塔、梁相对位移的减震措施。在对大跨度悬索桥动力特性分析的基础上,结合单自由度系统的震反应,提出了一种分析塔、梁相对位移的简化方法,并给出了非线性粘滞阻尼器参数设计的简便流程。利用非线性时程地震反应分析方法对一座带有非线性粘滞阻尼器的大跨度悬索桥进行了分析和研究,研究结果表明在塔、梁连接处设置非线性粘滞阻尼器可以在不增加塔底内力情况下,显著地减小塔、梁相对位移。     

钢桁架梁悬索桥抖振响应影响因素分析

用等效的单主梁模型分析钢桁架悬索桥的抖振,分析各种因素对钢桁架悬索桥抖振响应的影响。由于桁架桥构件之间气动干扰的复杂性,在风洞试验时得到的气动力系数表征的是断面的气动特征,而非杆件的气动特征。因此,风振的分析需要建立静力刚度和动力特性与桁架梁等效的单梁有限元模型。通过调整等代梁的刚度和集中质量可以实现等效。分析结果表明:在设计基准风速下,大变形和自激力对抖振起抑制作用,有效风攻角使得抖振响应变大,且静风对风攻角的改变起主要作用。自激力影响程度最大,静风和有效风攻角的影响程度其次,大变形的影响最小。