钢管混凝土哑铃形截面拱桥应用与分析

为对钢管混凝土哑铃形截面拱桥的工程应用与研究提供参考,文中根据收集到的大量已建钢管混凝土哑铃形截面拱桥基础资料,介绍了哑铃形截面拱桥的发展概况、桥跨结构类型、拱肋截面受力特点和各类哑铃形拱桥常用施工方法,并对其结构与构造的主要参数,如拱轴线形、矢跨比、宽跨比、拱肋跨高比、拱肋截面高宽比、拱肋材料特性、横撑和吊杆布置等进行统计分析,提出了钢管混凝土哑铃形截面拱桥主要设计参数的取值范围。分析表明:大多数哑铃形拱桥的矢跨比f/L在0.2~0.25范围;矢跨比为0.2的桥梁最多,约占桥例总数50%;拱肋跨高比L/h主要分布在30~50范围,跨高比一般随跨径增大而增大;拱肋截面高宽比h/d与跨径关系很小,不同跨径区间哑铃形拱桥的高宽比都集中2.5左右,其中高宽比在2~3范围的桥梁占总数90%以上。     

中承式钢管混凝土拱桥自振特性分析

在结构动力特性计算的理论基础上,建立某三孔不等跨径中承式钢管混凝土拱桥的空间有限元模型,分析计算其自振特性并参考其它文献的计算结果总结出大跨度钢管混凝土拱桥自振特性的一般性规律。分析了主要结构参数拱肋刚度及矢跨比的改变对钢管混凝土拱桥自振频率的影响,比较计算结果表明拱肋刚度及矢跨比的改变均对钢管混凝土拱桥自振频率产生影响。     

特大跨径钢管混凝土拱桥拱肋吊装期间非线性影响分析

特大跨径钢管混凝土拱桥拱肋在吊装过程通常中有铰结和固结两种边界条件,为了分析非线性对特大跨径钢管混凝土拱桥拱肋吊装期间线形影响,对拱肋吊装不同阶段的受力特性进行了研究;推导了在不同结构体系下拱肋线形计算公式。研究发现:拱肋在固结状态时,非线性因素对拱肋线形影响较小;在拱脚铰结状态时,非线性因素对拱肋线形影响较大。产生这种现象的原因是由于几何非线性影响,导致扣索作用在拱肋上力的角度不同;而拱肋处于不同结构体系时,对这种变化敏感度差异较大。最后通过对波司登大桥的计算与工程实践,对这种现象以及产生原因进行了验证。     

上承式钢管混凝土拱桥桁式拱肋混凝土灌注阶段应力分析

利用大型有限元软件Midas/Civil建立了上承式钢管混凝土拱桥的桁式主拱在混凝土灌注各阶段的空间有限元模型,通过赋予空间梁单元不同的截面特性,并定义不同工况下的截面特性调整系数,实现空钢管截面向钢管混凝土组合截面的转化,从而模拟混凝土的灌注过程。利用有限元模型分析了拱肋在混凝土灌注阶段的应力变化,并且统计分析了拱肋在混凝土灌注阶段的应力变化规律,为同类工程的施工监控与工程设计提供参考。     

钢管混凝土拱计算合龙温度试验研究

对钢管混凝土拱肋成型过程混凝土水化热作用下的结构温度场和温度效应进行了连续的试验观测。试验采用单圆管截面的钢管混凝土拱肋进行测试,完成了从空钢管合龙至形成钢管混凝土拱肋的过程。在试验实测数据的基础上论述了钢管混凝土拱肋成型过程中的结构温度场和温度效应变化规律,并讨论了钢管混凝土拱桥计算合龙温度的确定方法。试验及分析结果表明,水化热对拱肋成型后钢管的残余温度应力影响很小,而对混凝土的残余温度应力有较大影响;在确定钢管混凝土拱的计算合龙温度时,可以将管内混凝土浇注后7 d的大气平均温度作为拱肋成型时的结构温度,取水化热结束后的结构残余温度内力作为对应的截面温度内力进行计算。     

钢管混凝土拱桥初应力度调查与分析

在收集已建钢管混凝土拱桥资料的基础上,探讨初应力取值问题,分析此类型桥梁的初应力度范围. 同时,研究钢管混凝土拱桥的初应力度与跨径、截面形式、矢跨比、钢材类型、混凝土延米重等的相关关系. 调查表明,跨径和截面形式是影响钢管混凝土拱桥初应力度的主要因素,跨径增加、初应力增大,且以桁式拱桥的初应力最大、单圆管截面的最小. 不过,相同跨径下单圆管截面的初应力最大、桁式截面的最小. 最后,给出以跨径和截面形式为参数的初应力度简便计算方法,为钢管混凝土拱桥初应力问题的研究提供参考.     

脱空后钢管混凝土拱桥的受力性能分析

针对钢管混凝土拱肋普遍存在的核心混凝土脱空问题,以一座哑铃型钢管混凝土拱桥为研究背景,利用Midas Civil施工联合截面功能,建立全桥的有限元模型,分析了拱肋脱空比、截面脱空率、含钢率等因素对拱桥的受力性能的影响.结果表明:脱空比和脱空率对拱肋的应力和挠度影响较小,含钢率对脱空后的拱桥的影响较大,施工中应严格控制核心混凝土的密实度,防止脱空现象的发生.     

钢管混凝土拱桥温度应力数值分析

以钢管混凝土拱桥的温度应力为分析对象,编制了钢管混凝土构件截面热传导差分计算程序．在此基础上,编制求解钢管混凝土拱肋温度应力的有限元程序,定性分析了钢管混凝土拱桥的温度特性．     

钢管混凝土拱桥温度效应研究

总结分析当前钢管混凝土拱桥温度效应的研究意义及主要研究成果,对于钢管混凝土拱桥温度效应进一步的研究,建议应注意基准温度的简单定量、复杂条件下的拱肋截面温度场、各种截面形式的拱肋温度和体系非线性温差等几个方面的问题.     

大跨度钢管混凝土拱桥钢管初应力的释放转移

为了提高大跨度钢管混凝土拱桥主拱受力性能,提出了钢管初应力释放转移的新思路:在混凝土灌注前对钢管采取脱粘措施,混凝土灌注完成达到强度后,将钢管"切断",使钢管初应力转移至核心混凝土,然后将钢管重连,使钢管与混凝土共同承担后续荷载。采用有限元方法按以上思路对1座单圆管钢管混凝土拱桥和1座桁架式钢管混凝土拱桥进行了桥例分析。研究结果表明,如果不计钢管与混凝土之间的摩擦,钢管"切断"后,钢管初应力能够有效地释放转移至核心混凝土;钢管初应力释放转移后,与原设计相比,在成桥状态下拱肋钢管应力大幅降低,对于本桁架式桥例最大应力降低幅度为14.5%;管内混凝土应力大幅提升,但并未超过考虑套箍效应后的混凝土抗压强度。证明该方法能够显著提高大跨度钢管混凝土拱桥拱肋截面的组合效率,改善主拱的受力性能。     

钢管混凝土哑铃形拱肋设计刚度取值问题研究

各国规范中对钢管混凝土构件刚度的定义存在着差异,因此钢管混凝土截面设计刚度取值的不同将对钢管混凝土哑铃形拱内力、变形和稳定等的计算结果产生影响.本文以一座钢管混凝土哑铃形拱桥的实测资料为基础,通过对目前钢管混凝土截面刚度计算方法的比较分析,对钢管混凝土哑铃形拱桥拱肋设计刚度取值提出了一些建议,可供工程实践参考.     

钢管混凝土拱桥四管与六管拱肋之比较

为了能更好的选取大跨度钢管混凝土拱桥拱肋的钢管数目及布置形式,根据国内已建成的钢管混凝土拱桥,构造了两座400m跨度,宽27．5m,拱轴线形一致的钢管混凝土桁式拱桥（一座为四管拱肋,另一座为六管拱肋）,运用ANSYS软件建立了两个全桥模型,分析了它们的静力和动力特性,并讨论了拱肋刚度、含钢率和力学性能三者之间的关系．通过比较发现,六管优于四管．在满足结构要求和强度要求的前提下,对拱肋的刚度选取主要从静力方面考虑,用钢量相当时,采用含钢率大的拱肋形式．     

哑铃形钢管混凝土拱桥设计参数取值分析

为了对哑铃形钢管混凝土拱桥的工程应用与研究提供参考,本文收集了大量国内已建的哑铃形钢管混凝土拱桥为基本资料,并通过对其设计参数,如跨高比L/H、矢跨比f/L、拱轴系数m、拱肋含钢率ρ%等随跨径变化的规律进行分析与总结,提出了哑铃形钢管混凝土拱桥设计参数的取值范围,为此类桥梁的发展奠定了理论基础。     

斜拱肋倾角变化对斜靠式拱桥地震响应的影响

以某钢管混凝土斜靠式拱桥为例,建立了空间杆系有限元计算模型,研究了斜靠式拱桥斜拱肋倾角变化对拱桥基频、地震内力和位移响应的影响. 研究结果表明: 随着斜拱肋倾角的增大,斜靠式拱桥的侧向刚度显著提高、主拱肋和斜拱肋在横桥向地震作用下的轴力和面内弯矩均有不同程度的减小;而在纵桥向地震作用下,斜拱肋倾角变化对主拱肋的轴力和面内弯矩影响较小.     

中承式钢管混凝土拱桥设计探讨

中承式钢管混凝土拱桥由于其飞燕式的优美造型,在宽阔河谷地区可以利用拱肋的布置减小主跨跨径,优化桥梁跨径布置,且达到轻盈的景观效果,得到了广泛的应用.该文以某中承式钢管混凝土拱桥为例,介绍了该桥的桥型方案以及上下部结构的构造细节,并对其进行整体有限元的建模计算分析.通过计算表明,该桥设计合理,受力状态良好,可供同类工程借鉴参考.     

大跨度钢管混凝土窄拱桥稳定性可靠度分析

铜瓦门大桥是一座主跨238 m、桥面宽10 m、宽跨比1/23.8的中承式钢管混凝土提篮拱桥.该桥设计采用了只由两根钢管混凝土弦杆和钢管腹杆组成的平面桁架拱肋.稳定安全性成为该桥结构设计的控制因素.首先根据钢管混凝土拱桥主要理论,在充分考虑材料性能、结构几何参数和计算模式的不定性基础上,建立了拱肋5个典型截面稳定性失效模式下的功能函数,获得了拱肋局部稳定性的可靠指标,各可靠指标均满足公路桥梁结构构件安全等级为一级的延性破坏目标可靠指标要求.然后采用与结构可靠度几何法相结合的响应面样本选取的新方法,进行了整体稳定性的可靠度研究,计算结果为平面桁架式拱肋的应用提供了理论基础,并进一步证明平面桁架式拱肋为大跨度钢管混凝土窄拱桥提供了一个有效的竞争方案.     

新型哑铃形钢管混凝土拱肋极限承载力计算方法

新型哑铃形钢管混凝土构件能有效地解决传统哑铃形钢管混凝土构件在施工过程中出现的爆管问题,这一截面形式已逐渐应用于实际的拱桥之中,然而对实际的新型哑铃形拱肋极限承载力的验算尚未见报道.基于某一新型哑铃形拱桥的设计数据,利用3种不同的验算方法对该新型哑铃形拱肋进行极限承载力验算比较,最终提出了适用于新型哑铃形截面钢管混凝土...     

脱粘圆形钢管混凝土拱肋的极限荷载试验研究

为了研究钢管混凝土拱桥脱粘后的承载能力情况,将一根圆截面钢管混凝土拱肋成型后置于实验室发生自然脱粘,对自然脱粘后的拱肋进行了四分点处单点非对称加载至破坏的模型试验,采用数值方法和《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB 50923-2013)等现行规范的方法分别分析了模型拱肋无脱粘时的极限荷载。试验获得了加载过程脱粘钢管混凝土拱肋模型的应力、变形曲线及面内极限荷载。结果显示:钢管混凝土模型拱肋在自然脱粘情况下,荷载—挠度曲线及荷载—应变曲线仍表现出较大的延性,脱粘后其极限荷载实测值相比无脱粘时的有限元理论计算值略低10%,较按现行几本规范方法的计算值均高40%左右。分析表明,自然脱粘后的钢管混凝土拱肋在外荷载作用变形后仍受到约束,具有良好的弹塑性力学性能及承载能力。研究成果可为钢管混凝土拱桥的进一步研究提供试验数据,并为同类桥梁的发展提供参考。     

钢管混凝土拱桥弹塑性分析

建立分块分段的纤维模型,对具有哑铃型截面拱肋的拱桥进行弹塑性分析.建立U.L.列式三维虚功增量方程,采用荷载和位移加载控制,结合Newton-Raphson增量迭代法,求解杆系结构大位移问题.计算单圆管截面钢管混凝土拱肋弹塑性状态下的荷载-挠度全过程分析曲线,计算结果和文献[7]结果吻合较好,验证了模型的正确性.在工程分析中,有效地计算了深圳FR桥的哑铃型截面钢管混凝土拱肋的承载力系数.     

钢管混凝土拱桥温度问题研究综述

对钢管混凝土拱桥温度问题的研究现状进行了综述.从钢管混凝土拱肋截面温度场分析、核心混凝土水化热计算模型、钢管混凝土拱桥温度应力的计算、温度变化与脱粘关系等方面,分析了现有研究已解决和尚未解决的问题.指出今后的研究应开展温度场的实桥测试分析,综合考虑桥梁所在区域、桥梁结构形式和拱肋截面形式等因素,提出温度场的简化计算方法,同时要研究温度变化与脱粘的关系.