梁肋斜交空间曲面吊索异形拱桥设计关键技术

拱肋与桥面斜交形成造型独特的异形斜跨拱桥,可用于城市景观桥梁.以某桥为实例,阐述了梁肋斜交空间曲面吊索异形拱桥设计的关键技术.该桥主跨190 m,主梁钢箱梁全宽达33.34 m,与钢箱拱肋斜交,吊索呈空间曲面分布,体系受力复杂,施工涉及多次体系转换,工序复杂.建立了空间有限元计算模型,对桥梁施工全过程、桥梁整体稳定性和...     

钢筋混凝土系杆拱桥稳定性影响参数

以某钢筋混凝土系杆桥为对象,基于拱桥稳定性分析理论,采用非线性有限元分析方法,研究了布载方式、矢跨比、加劲梁抗弯刚度、拱肋刚度、吊杆刚度和横撑数量等参数对拱面内和面外失稳的影响.结果表明:不对称布载方式会降低拱桥的稳定性,全桥均布满载的稳定系数要比全桥均布半载的高;当矢跨比为1/4.5～1/6.5时,其面内与面外的失稳特征值随着矢跨比的减小而减小,但减小幅度最大不超过2%;加劲梁的面内抗弯刚度对面内失稳的影响大于对面外失稳的影响;增加拱肋抗弯刚度能有效提高面内及面外稳定系数;当吊杆刚度增加或横撑数量增加时,面内失稳特征值增加不大,而面外失稳特征值呈线性递增趋势.     

斜靠式拱肋系极限承载能力研究

以斜靠式拱桥拱肋系为研究对象,采用弧长法,对拱肋系的侧倾失稳全过程进行了跟踪分析,获得了失稳极值点,揭示了稳定拱肋刚度,主拱肋和稳定拱肋拱顶间横撑抗弯刚度,矢跨比,主拱边界条件对极限承载力的影响规律.研究表明:斜靠式拱肋系的极限承载能力随着横撑切向抗弯刚度的增大而增大,而稳定拱肋侧向抗弯刚度和抗扭刚度对极限承载能力的影响较小;主拱边界条件和矢跨比对斜靠式拱肋系的极限荷载有明显的影响.     

蝴蝶型拱桥稳定性参数分析

建立实桥有限元模型,研究蝴蝶拱桥稳定性能,对不同荷载作用、矢跨比、主拱倾角、拱肋连杆位置及构件刚度等参数进行分析.分析结果表明:选择合理主拱矢跨比与外倾角可使蝴蝶拱获得更优稳定性;跨中处肋间连杆对稳定性影响大;构件刚度对结构稳定的影响度依次为主拱肋、肋间连杆及副拱肋.     

混凝土棱柱面网壳的弹性稳定分析

混凝土棱柱面网壳是由曲面切割成一系列平面后,再将每块平面网格化成密肋平板并在脊线处汇交形成的一种新型混凝土网壳结构,为探讨其稳定性能,并了解结构失稳模态和失稳荷载,以及矢跨比、屋面板厚度和密肋梁、脊线梁、主拱及边梁刚度等因素对结构临界荷载的影响,本文采用有限元法进行结构弹性稳定的参数化分析。计算结果表明:结构的低阶失稳模态与柱面拱壳具有较大的整体相似性,模态最大位移主要出现在密肋平板上,设置主拱和脊线有利于提高结构刚度,弹性失稳临界荷载远大于结构的使用荷载;增大矢跨比能有效提高结构的整体刚度,建议结构的矢跨比不宜低于1/6;屋面板厚度可取网格短边尺寸的1/30;增加密肋梁的截面高度有利于提高结构的弹性稳定承载力,密肋梁截面高度可按结构跨度的1/100～1/80确定;主拱是屋盖的主要受力结构,其截面高度可按屋盖跨度的1/70～1/50确定;脊线梁和边梁刚度的改变几乎不会对结构的临界荷载产生影响。     

拱肋内倾角对钢管混凝土拱桥静动力学的影响

利用有限元程序,对不同拱肋内倾角的钢管混凝土拱桥在恒载作用下的静力、稳定性以及结构的自振特性进行了计算,分析了结构位移、内力、稳定安全系数和自振频率值与拱肋内倾角的关系.结果表明:拱肋内倾角增大,有效地提高了拱桥结构的面外稳定性和横向刚度,拱肋控制截面的弯矩和拱脚的水平推力也均有大幅度的减小,当拱肋内倾角为8°时,拱脚处弯矩和水平推力均达到最小值;但拱肋内倾角在3°以下、8°以上时,对拱肋横向刚度的影响较小;结构面内稳定、面内刚度、扭转刚度及拱肋控制截面的竖向位移受拱肋内倾角的影响较小.综合静、动力学分析结果来看,拱肋内倾角以8°为宜.     

斜放网格棱柱面密肋折板网壳的动力特性分析

为了解斜放网格混凝土拟柱面密肋折板网壳动力特性,采用有限元法计算39个算例,对比了周边支承和拱脚支承屋盖的自振频率与振型,通过有限元参数化分析考虑结构的矢跨比、支座约束、斜向密肋梁刚度、脊线梁刚度、主拱梁刚度、边梁刚度、屋面板厚度对结构自振频率影响。分析表明:与下部结构协同工作时,周边支承对屋盖整体刚度提升较大;矢跨比对屋盖振动基频的影响较小,较大矢跨比会减弱端隔面外刚度,建议矢跨比取1/6$1/4;支座约束对屋盖整体刚度的提升很大;提高斜向肋刚度有利于提高屋盖整体刚度,建议斜向肋截面高度取屋盖跨度的1/60$1/45;脊线梁截面刚度在屋盖的整体刚度中贡献较小,建议脊线的截面高度按构造确定;主拱刚度对屋盖整体刚度贡献较大,建议主拱截面高度取屋盖跨度的1/51$1/40;边梁刚度在整体结构中贡献不大,可取边梁跨度的1/20$1/15为边梁的截面高度;屋面板作为结构刚度储备在满足使用标准的情况下不应取值过大。     

混凝土人字形折板式网壳结构的弹性稳定分析

弹性稳定是结构非线性分析时考虑缺陷影响的基础。对混凝土人字形折板式网壳结构基于对称性作简化分析,导得结构弹性失稳临界荷载计算的超越方程并给出临界荷载-肋梁刚度比曲线。采用有限元方法计算结构的失稳荷载,给出了低阶失稳模态;并考虑边梁、脊线和肋刚度及矢跨比的影响计算弹性失稳临界荷载,上述刚度改变通过调整构件截面高度实现。结果表明:结构的低阶弹性失稳模态关于脊线对称,其中一阶模态为半波反对称变形;矢跨比是影响弹性失稳临界荷载的重要因素,建议矢跨比不低于1/6;增大边梁的截面高度并不能有效提高其抗扭刚度,因此不能显著影响弹性失稳临界荷载;脊线刚度对弹性失稳临界荷载的影响较小;肋刚度的增加可以大幅度提高结构弹性失稳临界荷载。     

预张拱桥

为了提高拱桥的刚度、稳定性、动力性能,提出了一种新的拱桥——预张拱桥,其结构原理是在1/4、1/2和3/4拱肋处设置刚性竖联连接拱肋与主梁,分别用预张索将跨中刚性竖联底部与1/4、3/4截面刚性竖联顶部连接,并施加预张力。从而预张拱桥的整体性、刚度和稳定性得到大幅提高,同时预张索的水平分力减小了部分拱脚推力。有限元分析表明,在不增加材料用量的前提下,通过减少横撑和吊杆材料用量来设置刚性竖联和预张索,预张拱桥的刚度、稳定性、动力性能等多项力学指标均优于传统柔性吊杆拱桥,拱肋最大压应力略有增加。新的结构体系对拱桥实现刚度提升、突破稳定性瓶颈提供了新的有效途径,并具有一定的美学价值和较好的工程应用前景,是一种具有竞争力的新桥型。     

钢管混凝土哑铃形截面提篮型标准拱桥的构建与分析

在统计数据的基础上,构建钢管混凝土哑铃形截面提篮型标准拱桥,提出主要构造参数的合理取值范围,并进行极限稳定承载力分析. 分析结果表明,对于此标准拱桥的面外稳定性而言,存在一个较优拱肋倾角9°,其系梁刚度与拱肋刚度比值应接近1.0,宽跨比取值建议为0.095. 吊杆非保向力效应在拱肋倾角大于6°后逐渐增大,在系梁与拱肋刚度比大于1.0时趋于稳定,总体而言对结构的横向稳定性约有1.15倍的提升.     

钢筋混凝土刚架拱桥荷载横向分布系数数值分析研究

为研究横向联系强弱对钢筋混凝土刚架拱桥整体受力性能的影响,利用空间有限元分析软件建立整体模型,分析了4种不同跨度的刚架拱桥,研究横向刚度对刚架拱桥荷载横向分布系数的影响规律,并与传统弹性支承连续梁法的计算值进行对比。结果表明,按弹性支承连续梁法计算的荷载横向分布系数普遍偏小;横向刚度直接关系到荷载横向分布的大小,传统的设计理论与桥梁结构实际的受力存在严重差距,在设计时应予以注意。     

新光大桥的动力特性和地震行波效应研究

新光大桥位于广州新光快速路主干线,是世界上第一座三跨连续钢桁拱与钢筋混凝土V型刚构结合的钢-混凝土组合体系桥梁,主桥跨度为177 428 177 m,在目前同类型桥梁中,主桥长度位居世界第一.该桥结构新颖,造型独特.文章主要针对新光大桥的动力特性和地震行波效应进行了详细研究.在两水准、两阶段抗震设防思想下给出了主要控制构件在考虑行波效应情况下的内力,并与纵桥向地震一致激励作用下的内力进行了比较;同时给出了在不同剪切波速下,主拱顶截面的位移时程曲线.研究表明行波效应以及地面剪切波速度对大跨度连续刚架钢桁拱桥的地震响应有着较大的影响.     

装配式混凝土简支斜梁桥基频实用计算公式

以一座典型装配式混凝土简支梁桥为工程背景,采用数值分析方法开展斜交角、跨径、桥面宽度和横向扭转刚度对斜梁桥基频的影响分析.结果表明:随着斜交角增长,桥梁前三阶竖向振型对应频率增大;随斜梁桥跨径增大,结构整体竖向刚度降低,基频明显减小,减小速率趋缓;受斜梁桥弯扭耦合力学特征影响,基频随截面抗扭刚度增加显著提高.依据各关键参数对斜梁桥基频的影响分析结果,在现行规范桥梁基频估算公式的基础上,提出考虑截面抗扭刚度和斜交角的混凝土简支斜梁桥基频估算改进公式.通过多座实桥试验数据验证改进公式的精度和适用性.     

高烈度地震区高墩大跨连续刚构桥的设计关键技术及创新

随着云南高速铁路建设的快速发展,跨越高山大河的高墩大跨桥梁逐渐增多,为解决高烈度地震区高墩大跨连续刚构桥设计存在的问题,本文以丽香铁路万拉木双线大桥为背景,详细介绍了桥梁方案的选择、主梁的设计和墩梁结合部构造。针对桥墩受到的巨大地震力,结合连续刚构桥的受力特点,对刚构墩的塑性铰区域进行了优化设计,不但可以有效抵抗地震作用,而且能够达到震后及时发现和修复损伤的目的,为震后救灾保障人民的生命和财产安全提供有力保障。 最后,通过高烈度地震区高墩大跨连续刚构桥的设计,总结了一些关键技术,为以后类似桥梁的设计提供参考。     

大跨度中承式拱桥静风稳定性分析

在大跨度中承式拱桥中,主拱为受压构件,静风荷载不仅会引起结构的动力特性改变,还将导致结构强度破坏和失稳。尤其当桥梁跨度较大、横撑又较少时,其静风稳定规律与斜拉桥、悬索桥等桥梁有较大的区别。文中以重庆菜园坝长江大桥为例,通过节段模型试验,获取了静风荷载在重庆菜园坝长江大桥上作用的全过程位移响应,分析了静风作用下结构的屈服失稳机制。分析表明,静风的初始攻角、材料的强度、静力三分力系数等因素对大跨度中承式拱桥的静风稳定性均有较大的影响。     

钢管混凝土斜靠式拱桥静力性能及参数分析

为研究斜靠式钢管混凝土拱桥的结构受力特点以及稳定特征,以一座拟建的大跨径斜靠式拱桥为例,分析了其主要结构参数(矢跨比、吊杆间距、斜拱倾角、横撑数量及位置)对结构静力性能的影响.经过结构参数对比计算分析发现:当矢跨比由1/5变化至1/6时,内力值将出现较大幅度增加;吊杆间距的增大和横撑数量的减少对斜拱受力不利;倾角的减小...     

桥梁工程全寿命周期碳排放流计算与分析

为了探寻不同类型桥梁全寿命周期碳排放的差异,基于全寿命周期理论将桥梁工程寿命周期划分为物化、运营维护以及拆除报废3个阶段。选取6种不同类型的桥梁,对其碳排放数据进行归一化处理,得到各阶段的碳排放流。进而借鉴现金流量理论构建了静态及动态的桥梁碳排放流模型,并通过此模型对上述桥型的碳排放流进行了分析。研究结果表明：静态碳排放总流从大到小依次为刚构桥(684.016)、斜拉桥(598.778)、悬索桥(461.288)、连续梁桥(264.728)、拱桥(218.508)、简支梁桥(45.009)。动态碳排放总流从大到小依次为刚构桥(12 446.639)、悬索桥(10 180.505)、斜拉桥(8 963.715)、连续梁桥(4 853.203)、拱桥(4 529.216)、简支梁桥(883.095)。本项研究提出的桥梁碳排放流模型,充分考虑了碳排放的时间价值,可更好地指导桥梁选型,助力桥梁工程的低碳、环保、可持续发展。     

斜交板拱空间受力特性参数敏感性分析

为研究不同结构参数下斜交板拱的受力特性,建立不同斜交角度、矢跨比的空间斜交板拱有限元模型,对其结构响应进行对比分析.结果表明:随着斜交角度的增大,拱脚反力极不均匀,板拱的扭转和翘曲效应越来越明显;矢跨比变化时,斜度对斜板拱的受力特性影响规律相同,但结构空间受力特性的强度明显不同.     

钢-砼组合连续梁-V腿连续刚构桥施工阶段受力性能研究

钢-砼组合连续梁-V腿连续刚构桥是主梁为钢-砼组合结构、由V形墩连续刚构桥和连续梁组合形成的新型桥梁结构体系。它既有组合连续梁的结构特点与受力特征,又有V腿刚构桥的结构特点与受力特征。但是这种新桥梁结构体系的研究还相对减少。钢-混组合连续梁桥-V腿连续刚构桥的受力性能与施工过程密切有关。本文围绕国内首座钢-混组合连续梁-V腿连续刚构桥,以弹性理论为基础,结合结构特点和施工工艺,建立了考虑施工过程的全桥有限元分析模型,对分析研究了大桥各个主要施工阶段主梁的受力性能,并模拟与分析了该桥的顶推施工过程,分析了施工工艺对全桥纵向桥面板以及钢梁受力的影响。     

多点激励下大跨度连续刚架拱组合桥的空间地震响应分析

新光大桥位于广州新光快速路主干线,是世界上第一座三跨连续钢桁拱与钢筋混凝土V型刚构结合的钢-混凝土组合体系桥梁,主桥跨度为177 m 428 m 177 m,在目前同类型桥梁中,主桥长度位居世界第一. 该桥结构新颖、造型独特. 本文以广州新光大桥为例,详细分析了大跨度连续刚架-拱组合结构桥梁在纵桥向和横桥向地震一致激励和多点激励作用下的地震响应. 研究表明多点激励对主拱肋上、下弦杆以及V型刚架斜腿地震内力响应均有较大影响,而对边拱肋轴力影响很小,并且纵桥向多点激励要比横桥向多点激励对结构的影响要明显.