焊接残余应力对钢桁斜拉桥整体稳定性的影响

以郑州黄河公路铁路两用桥为背景,建立了桥塔与主桁连接部位的三维有限元模型,考虑材料热物理性能依赖于温度的变化,对桥塔焊趾处典型焊接细节的焊接温度场和焊接残余应力进行数值模拟,分析了焊接残余应力对结构整体稳定性的影响。通过热力学分析模拟焊接过程温度场变化,将冷却温度场作为荷载,通过结构分析计算桥塔与主桁连接处焊接残余应力;经过一定的简化,将焊接残余应力作为初应力施加到结构典型焊接细节上,分析其对钢桁结构稳定承载力的影响。计算结果表明:初应力同时施加于下横梁和中桁架上弦杆时,稳定系数下降13%;故在焊接结构中初应力对稳定性的影响应引起足够重视。     

下承式密布横梁体系钢-混组合桥受力状态研究

对客运专线上1座96m跨度的下承式密布横梁体系钢桁-混凝土组合桥进行空间、平面有限元计算分析,并设计制作了比例尺为1-6的全桥模型,分3个阶段进行模型试验,以考察桥梁的位移和应力状态,分析混凝土板不同结合方式对结构受力的影响。研究结果表明:空间有限元分析结果与试验结果较吻合;下弦杆受到轴向拉力和较大的面内弯矩作用,各节间最大应力出现在节间中点附近;节点横梁最大应力发生在横梁2的下翼缘,节间横梁最大应力发生在位于端节间中部的小横梁上;混凝土板顺桥向整体受拉,并在竖向集中荷载作用下产生弯曲变形;全结合模型大部分节间内的桥面板参与主桁共同作用的程度为55%左右,半结合模型桥面板的参与程度为42%~43%;桥面板与下弦杆结合能够增加桥面板的参与程度,减轻下弦杆荷载,减少节点横梁尤其是靠近桥头横梁的面外弯曲;对桥梁进行初步设计时,主桁杆件的位移与内力可按照1个等效的平面刚架计算,下弦杆的等效刚度由原下弦杆截面和混凝土桥面板截面组合而成,桥面荷载可转化为均布荷载施加。     

高速铁路下承式板桁结合梁的受力分析

为了了解下承式板桁结合梁的受力性能,根据京沪高速铁路上的1座简支下承式板桁结合梁桥,设计制作了1个4节间下承式板桁结合梁模型,并分3个阶段10种荷载工况进行了模型试验,对主桁和纵梁的挠度,横梁的竖向、水平位移,纵、横梁、主桁各杆的应力,混凝土板上的应力、裂缝分布及宽度进行了分析,研究了混凝土板与主桁结点是否直接相连以及制动撑对结构的影响.试验结果表明:主桁的挠度和内力与按平面桁架计算的结果相比相差不大;在桥面系中,最大应力发生在横梁2上,混凝土的受力状态以竖向荷载作用下的弯曲为主;在竖向荷载作用下,制动撑的作用不大,但在水平荷载作用下,制动撑的作用明显;设计时可不考虑各种偏载的影响.     

屋面板温度应力分析

讨论屋面板在温度作用下的温度应力问题，从实际工程中选取一典型屋面板，它与框架梁组成组合结构体系，考虑日照温差作用，采用大型结构有限元分析程序求解屋面板在不同约束条件工况下的温度作用效应，计算结果表明，考虑梁板连接的组合体系的跨中温度应力介于板四边支与四边简支之间，在屋面板设计中应考虑面板的这种弹性支承影响。     

城市钢桁架桥结构设计要点探析

本文介绍城市钢桁架桥上部结构的设计要点,包括结构构造、主桁平面及空间模型的建立与计算结果对比和钢横梁的设计等.本设计选取主桁杆件为焊接工字形截面和H型钢可以满足高强螺栓的设计和施工要求,采用平面和空间分析主桁的结果吻合很好,考虑桥面板与钢横梁作为钢-混凝土组合结构共同工作符合实际结构工作状态.本文可供以后公路、城市钢桁架桥设计参考.     

桁梁结构空间计算的三节点截面桁段有限元法

利用二次多项式位移函数导出一个桁架结构的三节点截面桁段单元,提出了桁梁空间计算的三节点截面桁段有限元法,该方法适当地考虑了主桁弦杆节点刚性,桥面系横梁局部弯曲,斜桥门架及横联横梁局部弯曲的影响,算例表明,计算结果可靠、自由度较少,比较适用于大跨度桁架桥的空间结构计算分析。     

考虑轮迹横向分布的钢箱梁桥面板U肋处受力与疲劳分析

为研究轮迹横向分布对钢桥面板受力与疲劳性能的影响,本研究基于有限元理论建立悬索桥钢桥面板有限元模型,得到不同轮载作用下、不同参数构造的钢桥面板细节的等效应力,并计算其疲劳损伤度;通过数学方法建立车辆轮迹分布模型,确定轮迹在车道不同位置的分布概率,从而提出一种考虑轮迹横向分布的疲劳损伤计算方法。结果表明:U肋与横隔板连接处的应力幅受轮迹横向分布的影响范围较小,约为1.5 m,不必考虑多车效应;U肋与横隔板厚度的增加能改善研究部位的受力性能;U肋腹板处的损伤相对较小,靠近顶板部位、腹板与底板连接部位的损伤较为严重;考虑车辆轮迹分布后的疲劳损伤度下降了74%,因此考虑车辆轮迹的位置可以提高疲劳损伤评估的精确度。     

公路钢桁梁桥组合桥面预制板湿接缝收缩自应力计算分析

混凝土桥面板现浇湿接缝是预制装配式桥梁的常见连接方式和关键受力部位;而湿接缝与预制桥面板通常存在6个月的龄期差,湿接缝混凝土在收缩作用下容易发生开裂.为研究预制混凝土桥面板湿接缝收缩自应力特性,以某公路组合桥面简支钢桁梁桥为研究背景,利用大型有限元软件ABAQUS建立精细组合单元模型,对比研究在不同钢筋搭接形式、混凝土强度和养护条件下,湿接缝混凝土收缩自应力的变化规律.以60 d收缩应力为例,结果表明:现浇湿接缝最大收缩应力发生在预制混凝土板与湿接缝交界面处,纵向接缝的收缩应力比横向接缝大15.7％ ～25.5％;不同养护条件可显著影响收缩应力,养护条件为70％≤RH<99％时湿接缝收缩自应力比40％≤RH<70％时减少36.9％ ～46.1％;混凝土强度越高,湿接缝收缩应力越大,C45混凝土比C40混凝土的收缩应力增大2.5％ ～3.8％,C50混凝土比C40混凝土的收缩应力增大5.3％ ～16.5％;湿接缝不同钢筋搭接形式对收缩应力影响不大:U形钢筋连接湿接缝的收缩应力比直钢筋连接增大0～8.5％;在运营阶段车辆荷载局部作用下,纵向和横向湿接缝以及预制混凝土板最大主应力分别为7.8、6.1、6.7 MPa.     

桁梁结构空间计算的三节点截面

利用二次多项式位移函数导出了一个桁架结构的三节点截面桁段单元,提出了桁梁空间计算的三节点截面桁段有限元法,该方法适当地考虑了主桁弦杆节点刚性,桥面系横梁局部弯曲,斜桥门架及横联横梁局部弯曲的影响.算例表明,计算结果可靠、自由度较少,比较适用于大跨度桁梁桥的空间结构计算分析.     

混凝土板梁桥合理构造数值分析

为研究不同桥面板厚度和铰缝深度对混凝土板梁桥的刚度及受力性能的影响,建立了30组简支板梁ANSYS有限元数值模型,通过施加中载和边载,取有代表性的板厚和铰缝深度进行分析。分析结果表明,随着桥面板厚度的增加,板梁挠度及板梁底横向拉应力逐渐减小,铰缝内的横向拉应力和竖向剪应力逐渐减小;随着铰缝深度的加大,各板梁挠度差逐渐减小,板梁底横向拉应力逐渐增大,铰缝内的横向拉应力和竖向剪应力逐渐减小;并且随着桥面板厚度的增加,铰缝深度对板梁桥的刚度及受力性能的影响效果逐渐降低。最后,建议板梁桥设计采用薄板梁厚桥面板的结构形式,以提高结构的整体刚度和改善受力性能。     

公路组合桥面钢桁梁桥整体式节点计算对比

钢桁梁桥在进行全桥有限元计算时,节点的精确模拟与否直接影响计算结果的准确性.传统空间梁单元模型只能反映结构的整体受力,不能反映局部详细应力分布,然而局部应力分布也是桥梁设计的重要依据.为了对比分析空间梁单元模型与精细组合单元模型节点刚性对全桥整体变形和应力分布的影响,以跨径90 m、桥面宽18m公路简支钢桁梁桥为研究背景,分别采用Midas Civil与ABAQUS有限元软件建立三维梁单元模型与精细组合单元模型.采用不同恒载与车辆荷载工况进行加载,对比分析了梁单元模型与组合单元模型相应杆件的应力分布与相对差值;最后通过实桥原位实验证明了精细组合单元模型计算结果的有效性.研究表明,三维梁单元模型简单易行,可以快速给出钢桁梁桥整体计算结果,而精细组合单元模型能够准确考虑节点刚性对于钢桁梁桥整体变形的影响,并给出关注部位详细应力分布.     

钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁 不同抗剪连接方式的受弯性能

为了合理利用在装配式钢结构建筑中应用广泛的钢筋桁架楼承板,将钢筋桁架的下弦钢筋焊接于U形钢梁的上翼缘作为一种新型的抗剪连接件,设计了4根采用钢筋桁架、角钢、栓钉及其组合抗剪连接方式的简支U形钢-混凝土组合梁,并对其进行了静力试验研究和有限元分析,考察了不同抗剪连接方式对其正截面受弯性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态为整体弯曲破坏和端部滑移破坏;仅采用钢筋桁架作为抗剪连接件的试件不能达到完全抗剪连接,可再配置适量栓钉以提高其组合作用;采用钢筋桁架与栓钉作为组合抗剪连接方式的试件的抗剪连接性能优于采用钢筋桁架与角钢作为组合抗剪连接方式的试件.同时运用ABAQUS对试件进行了有限元分析,有限元分析的受弯承载力值与试验值吻合较好.最后在试验研究和有限元分析的基础上,基于全截面塑性理论,提出了完全抗剪连接的钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁在正弯矩作用下的受弯承载力计算公式.     

钢-弹性体夹层正交异性桥面板受力性能分析

通过三跨聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板空间结构的计算,分析该种夹层桥面板在夹芯层厚度及面板厚度变化时,在不同受力状况和不同截面处各控制点的受力性能.结果表明,夹层桥面板的受力特性在于:在跨中截面中间纵向U形加劲肋上方的夹层板底面纵、横向应力拉压性质与常规受弯构件不同;加劲肋底面纵向应力比截面其它位置大得多,横向应力可忽略;在支点截面中间加劲肋与桥面连接处,聚氨酯芯层纵向应力最大,横向应力可忽略;钢板与聚氨酯结合面的剪切强度大于6 MPa时可满足粘结要求.     

多车激励下波形钢腹板连续梁桥沥青铺装动力学响应

为研究多车激励作用下大跨径桥梁桥面铺装层的动力学响应,建立含有Fiala轮胎的多刚体实车模型以及大跨径桥梁有限元精细模型,考虑桥面随机不平顺激励,构建包含桥面铺装层的车-桥刚柔耦合系统动力学模型。计算准静态条件下桥梁控制截面的挠度,并与现场静载试验进行对比,验证了所建车-桥耦合模型的正确性与计算结果的有效性。研究不同编队多车荷载作用下波形钢腹板连续箱梁桥铺装的动力响应,不同工况对于车辆后轴悬架力和垂向轮胎力的影响,结果表明：多车荷载相比于单个车辆荷载所引起的动力响应更大,更容易引起桥面铺装和桥梁结构的早期损伤;在车辆数量相同、车速相同、前后车距相等的情况下,车辆行驶编队不同时所引起的桥面铺装层最大挠度、最大纵向应力和最大横向剪应力分别增大了19.7%、23.5%和8.0%,且最大纵向拉应力和剪应力均发生在防水混凝土-混凝土梁之间,容易产生早期疲劳开裂;车辆后轴悬架力随着载重增加而增大,垂向轮胎力随着速度和载重增加而增大。     

桥面铺装疲劳性能参数及可靠性

探讨桥面铺装层疲劳开裂机理,并对其疲劳力学性能指标进行分析研究,以钢桥铺装层为例,得出其最大横向拉应力、最大横向剪应力、最大横向拉应变、最大纵向拉应力、最大纵向剪应力、最大纵向拉应变和其表面最大弯沉与铺装层厚度和铺装层材料弹性模量之间关系,建立起桥面铺装结构层的可靠度研究方法,提出桥面铺装可靠度各指标与大修周期的最优分配模型。     

刚性悬索加劲钢桁梁桥特殊节点模型试验设计与有限元分析

刚性悬索加劲钢桁梁桥是一种新型的桥梁结构形式,其刚性悬索与桁梁上弦杆的连接处-特殊节点是其中最关键的部位.结合东莞市东江大桥,应用Midas/Civil有限元软件对其特殊节点S25进行了有限元分析,得到了在最大荷载情况下特殊节点的应力云图,并与之前进行的大比例尺模型试验所测得的整体节点应力分布规律进行比较,从而证明了特殊节点构造设计的合理性,并对特殊节点的性能给出了总的评价.     

上承式钢板梁桥水平横向振动研究

作为桥梁横向抗风设计和抗震设计的重要基础,提出了一种计算上承式钢板梁桥水平横向振动固有频率的计算方法.根据贝努利-欧拉梁振动理论,建立了上承式钢板梁桥水平横向振动的振动方程.考虑桥梁连接系的作用,给出了水平横向弯曲刚度的表达式,从而求出了上承式钢板梁桥水平横向振动的固有频率.算例分析表明该方法简便实用,且有良好的近似性.     

三主桁84＋84m连续钢桁梁桥正交异性整体钢桥面受力分析

南京大胜关长江大桥是京沪高速铁路上一座六跨连续铁路钢桁梁（拱）桥,采用混凝土与钢正交异性板相结合的整体桥面,多横梁体系,钢正交异性板与下弦杆焊连在一起。本文主要研究了该桥边孔84＋84m三主桁连续钢桁梁桥正交异性整体钢桥面板的受力情况。利用空间有限单元法,对桥面系部分构件的受力情况进行了分析。计算结果表明：该桥的整体桥面结构满足高速行车要求;桥面系各构件受力合理。     

部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥车激振动响应分析

为研究部分填充混凝土钢管桁梁桥车激振动响应,以陕西某部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥为工程背景,基于分离迭代法原理,采用APDL语言自编车桥耦合振动系统求解命令流实现其车激振动响应计算;对比分析了不同填充系数、桥面不平度等级、车速等因素对桁梁桥动力响应的影响。结果表明：部分填充混凝土能有效提高钢管组合桁梁桥的竖向动力刚度,降低桁梁桥的动力响应,提高桁梁桥在车辆荷载作用下的抗疲劳性能;随着填充系数增加,主桁跨中下弦杆相对刚度先减小后增大,轴力最大值呈现先减小后增大变化趋势;桥面不平度是部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥车激振动的主要影响因素,桥面不平度等级越低,桁梁桥动力响应增幅越大;部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥动力响应最大值并不随车速增加而单调递增,当车速为60 km/h或120 km/h时,桁梁桥动力响应值最大。部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥填充系数推荐取值范围为0.35 ~ 0.5。     

公铁两用桥双层结合全焊钢桁梁预压试验研究

本文以跨径为80m的某海峡公铁两用桥非通航孔引桥双层结合全焊简支钢桁梁为背景,根据钢桁梁实际拼装工艺,采用MIDAS/Civil有限元软件建立空间模型,对比分析了主桁上弦杆在压缩试验过程中的受力情况。并且建立不同工况下的模型,通过对钢桁梁公路纵梁应力数据的分析,得出了在钢桁梁压缩拼接的过程中,不仅要注意钢桁梁纵向拼接的先后顺序,同时要考虑每节间内横向的拼接顺序,以更好的解决主桁与桥面系共同作用对公路横梁的影响。