大跨度钢桁架拱桥的空间地震响应分析

基于多自由度空间体系地震响应分析的基本理论,得到大跨度桥梁的空间地震响应分析方法,并运用线弹性有限元理论将其程序化,分析过程包括桥梁有限元建模、地震动的选择、动力时程分析等。以重庆朝天门长江大桥—三跨中承式连续钢桁架拱桥为例,分别研究大跨度钢桁架拱桥在一致激励和行波效应作用下的地震响应。研究结果表明:对于此类型桥梁的拱肋,在一致激励下,纵向位移最大峰值出现在1/4中跨附近,中跨下拱肋左拱脚处的单元内力峰值最大;竖向地震动和行波效应对结构位移和内力的影响较大。     

基于可靠度指标的小概率失效结构优化

针对实际工程中具有隐式功能函数的小概率失效结构的可靠度计算与优化问题,提出一种适用于小概率结构可靠度计算与结构优化设计的方法。该方法首先采用径向基神经网络构建结构的隐式功能函数;其次,引入自适应随机变量对遗传算法进行改进,遗传算法根据可靠度的几何意义搜索可靠度指标最优解及验算点,以此求解可靠度指标;最后,以引入自适应随机变量的遗传算法为主程序,径向基神经网络构建优化变量与结构可靠度之间的隐式关系供主程序调用,对工程结构进行优化,并以矮寨大桥钢桁架为例进行实例验证。研究结果表明:引入的自适应随机变量明显改善了遗传算法初始种群的质量,加快遗传算法收敛速度;根据可靠度的几何意义,采用引用自适应随机变量的遗传算法搜索钢桁架(小概率失效结构)可靠度的方法与蒙特卡洛法计算结果相对偏差仅为0.33%;引入自适应随机变量的遗传算法收敛速度、计算精度明显提高,证明该方法具有鲁棒性强、计算速度快、适用性强、精度高等优点。通过2个优化模型对钢桁架进行了优化,优化结果表明:设计时应适当增加钢桁架腹杆的面积与截面高度,减小纵横梁的截面面积;在钢桁架可靠度指标一定的前提下,质量较优化前减少14.2%;钢桁架设计质量一定的前提下,可靠度指标由4.821 2提高至5.912 4。     

基于BP神经网络和粒子群算法的钢管混凝土拱桥可靠度分析

文章针对大跨径钢管混凝土拱桥结构可靠度求解困难的问题,将BP神经网络与粒子群算法引入拱桥可靠度分析领域,首先利用BP神经网络对结构极限状态函数进行拟合,将高度非线性的极限状态方程显式化,然后采用粒子群算法全局搜索验算点并求解可靠指标。计算分析结果表明,BP神经网络和粒子群算法弥补了传统可靠度分析方法的不足,提高了计算精度,为大跨径桥梁结构可靠度研究提供了新的思路和手段。     

正常使用极限状态下隐式功能函数结构可靠度计算

提出了一种适用于具有复杂隐式功能函数的钢桁架结构可靠度计算方法.采用神经网络逼近正常使用极限状态下隐式功能函数,基于可靠度指标的几何意义,运用新改进的遗传算法搜索钢桁架可靠度指标最优解及验算点.通过两个算例,分别使用JC法和蒙特卡洛重要抽样法验证了新改进的遗传算法的准确性和有效性.结果表明,新改进的遗传算法与蒙特卡洛法计算的钢桁架可靠度指标相对误差仅为0.23%;且对于小概率失效结构,引入的自适应随机变量能有效改善传统方法中初始种群基因不良的问题.该方法在计算复杂隐式功能函数结构可靠度指标时,具有计算速度快、计算简单、精度高等优点.     

桁架结构可靠性优化设计的微分演化算法

针对不确定性往往成为结构设计和可靠性分析的关键因素,并左右设计决策,在结构优化设计中考虑物理参数、几何尺寸和外荷载的不确定性,将其视为随机变数,提出了一种基于微分演化算法的求解不确定性问题的结构可靠性优化设计方法.以节点坐标和杆件截面面积为设计变量,结构重量极小化为目标函数,建立了基于可靠度约束的桁架形状优化数学模型,并对典型桁架进行形状优化,分析了不同可靠度指标和变异系数对优化结果的影响.结果表明:该分析方法能够充分发挥微分演化算法的优势,可以有效地进行基于可靠度的桁架结构形状优化设计.     

湘潭湘江四大桥模型试验的加载方法研究

基于ANSYS软件建立了湘潭湘江四大桥有限元模型,通过有限元理论分析研究了桁架式拱肋组合受力特点,提出了关于桁架拱肋拱桥活载试验的一种活载加载方法.该方法将拱肋实腹段(拱脚)断面与桁架段断面分别按弯矩影响线与应力影响线布置活载.然后分别按传统方法和本文提出的新方法进行模型试验.理论与试验结果表明:新方法更能准确找出危险断面的最不利工况加载位置,这种新的活载布置方法也可为同类钢管混凝土桁架拱桥的试验提供参考.     

基于改善响应面法钢箱叠合拱桥梁端转角的可靠度分析

基于改善响应面法,结合Matlab与MIDAS CIVIL计算程序,以我国高铁第一座钢箱叠合拱桥哈大高速铁路新开河特大桥为工程背景,计算分析了该桥梁端转角的可靠度.结果表明该桥的转角可靠度符合要求.     

钢管混凝土拱桥可靠度分析

为了研究由于施工产生的误差对结构可靠度的影响,针对铜管混凝土拱桥的特点,采用应力叠加法(也即极限状态设计法)模拟了钢管混凝土拱桥成桥过程,运用响应面法结合FORM计算了结构体系可靠度.分别计算了拱桥拱轴线设计高度及拱轴线下降0.3 m两种荷载工况下的结构体系可靠度.计算结果表明按1/2跨截面影响线布载时桥粱的可靠指标最...     

大跨度钢桁架拱桥基于稳定性分析的风撑研究

对于大跨度钢桁架拱桥,横向风撑的数量、布置位置、样式以及刚度等因素对其稳定性影响明显。文章介绍了钢桁架拱桥的常见风撑结构形式,并设计了8种不同风撑结构形式,然后通过对比分析其稳定性,从而研究风撑布置形式以及风撑刚度变化对大跨度钢桁拱的稳定性影     

老桥加固施工技术

20世纪70年代建造的桁架拱桥、双曲拱桥等桥梁结构现在都有不同程度的损坏,但仍有一定的加固利用价值.文章结合省道S227桁架拱桥加固施工经验,介绍桁架拱桥加固施工方案、牛腿结构植筋等施工技术.     

预应力混凝土组合桁架拱桥主要参数分析

组合桁拱是桁架拱和桁架梁的继承和发展,它结合了桁架拱和桁架梁的优点,组合成一种新的组合桁拱体系,它既有桁架梁的受力特点,又发挥了桁架拱的优势,并利用预应力技术,使组合桁拱的杆件断面设计得既轻又美观,跨越能力更大,在大跨径桥梁结构中占有一席之地,目前最大跨径为３３０ｍ,为此以浙江省千岛湖石门大桥为工程背景,对影响组合桁拱结构受力性能的设计参数进行了分析,结合组合杵拱桥施工方法,提出了组合桁拱的设计参     

大跨度钢桁拱施工阶段空间受力特性分析

根据大跨度钢桁拱的施工特点和施工工艺,对朝天门大桥进行施工阶段静动力分析,探讨了大跨度钢桁架拱桥施工阶段的空间静动力特性,验证了拱上吊机悬臂拼装法施工的可行性.     

钢筋混凝土杆系结构拉压不对称弹塑性本构关系

根据钢筋混凝土桁架拱桥的各杆件均以承受轴力为主、节点处弯矩较小的受力特点,并基于钢筋与混凝土共同工作、协调变形原理,推导出适合钢筋混凝土桁架单元分析的理想弹塑性复合材料拉压不对称本构关系。对某钢筋混凝土桁架连拱桥,应用推导的本构关系,采用空间梁单元建立桁架连拱数值分析模型,结合静载试验对该本构关系进行校核检验。结果表明:各工况下各测点的变位和应变的计算值与相应实测值比较接近,尤其是非线性计算结果与实测结果非常接近;给出的钢筋混凝土杆系拉压不对称弹塑性本构关系有足够的可靠性,可供同类桥梁结构分析应用。     

大跨度桥梁边墩横向减震体系的地震易损性分析

在大跨度桥梁中,边墩的竖向恒载与中墩相比往往较小,导致支座滑动摩擦力较小,因此,摩擦型耗能减震支座无法有效控制地震位移.针对以上问题,提出了滞回型钢阻尼器和滑动支座配合使用的桥梁边墩减震体系.然后,以一座大跨度钢桁架拱桥为例,建立了全桥有限元模型,以支座位移、墩底弯矩以及拱脚立柱的应力为工程需求参数,采用云图法建立概率地震需求模型,分析了该大跨度桥梁的边墩横向地震易损性.结果表明,采用滞回型钢阻尼器和滑动支座的桥梁边墩减震体系可有效降低桥梁上、下部结构各主要控制部位的横向地震易损性.     

列车通过连续钢桁梁桥时的动力响应研究

将列车-连续钢桁梁桥视为一个耦合的整体系统,采用桁段有限单元对连续钢桁梁桥进行离散,每节车辆采用具有21个自由度的二系弹簧车辆空间振动模型,列车与连续钢桁梁桥通过轮轨相互作用关系进行动力耦合,应用弹性系统动力学总势能不变值原理,建立列车-连续钢桁梁桥时变系统的整体振动方程;采用直接积分法计算了列车以不同速度通过2座连续钢桁梁桥时的桥上列车振动响应全过程,分析计算所得结果,可以得出2座桥梁行车安全的结论.     

下承式刚性系杆拱桥拱座结点受力特点分析

拱座开裂是拱桥经常出现的病害之一。以某下承式钢管混凝土刚性系杆拱桥为工程背景,探讨了刚性系杆钢管混凝土拱桥拱座微小转动对于此类拱桥拱座处内力的影响,由分析可知:拱座的微小自由转动会造成拱脚、系杆端头弯矩大的改变,即拱座结点受力对微小自由转动敏感。在现实的桥梁中施工初始安装、运营期间的重车过桥,尤其是过桥头伸缩缝时的冲击作用等均有可能带来拱座设计中未能考虑到的微小的自由转动。拱座受力对此微小转动的敏感性,很可能是下承式钢管混凝土刚性系杆拱桥拱座开裂的重要因素之一。     

拉索预应力折线型立体桁架拱布索方案研究

针对折线型立体桁架拱结构,提出了4种拱平面内的布索方案,研究了4种方案下预应力拱结构的静力及稳定性能,分别从结构位移的减小、索初始预拉力值的高低、水平支反力的降幅、杆件内力分布的均匀性及结构稳定性的提高5个方面与未布索立体桁架拱作了综合对比.结果表明,按照桁架拱在极限荷载作用下的屈曲形态布置撑杆拉索能够最有效地改善拱的...     

大跨度刚架系杆拱桥自振特性的模态分析

采用大型通用有限元程序ANSYS对一座两跨钢管混凝土刚架系杆拱桥建立了空间有限元计算模型,采用模态分析方法对桥跨结构的自振特性进行了分析,计算了桥梁前10阶的自振频率,得出了该桥成桥状态振动形态的基本特征.通过对主要设计参数的对比分析,得出了矢跨比及拱肋刚度对刚架系杆拱桥自振性能的影响规律,可为该类桥梁的设计、研究、健康监测和维护提供参考.     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内稳定性能

钢管混凝土抛物线空腹拱是在钢管混凝土桁架拱上取消斜腹杆的拱结构。本文采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性。其次,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,并基于ABAQUS的分析结果,采用考虑矢跨比的轴压稳定系数公式,发现该公式能预测有限元计算结果。再次,对跨中加载和半跨加载分别进行一阶线弹性分析,研究钢管混凝土抛物线空腹拱中压力和弯矩的变化规律,并分析不均匀轴力和不均匀弯矩对压弯设计公式的影响。最后,推导出空腹拱的全截面塑性弯矩公式,根据二分法原理利用python语言求出全截面塑性弯矩的数值,并根据有限元的计算结果,提出压弯共同作用下钢管混凝土抛物线空腹拱的设计公式,使其能用于指导工程实践。     

基础变形模量不确定条件下拱坝最大有限元等效应力分析

为研究基础变形模量的不确定性对拱坝应力的影响,建立以基础变形模量为设计变量、以坝体应力为目标函数的计算拱坝最大应力的最优化模型;利用均匀试验设计法构造拱坝最大有限元等效应力与基础变形模量之间的二阶多项式响应面。工程实例分析表明,所建立的响应面模型具有较高的精度,当已知基础变形模量变化范围时可以较好地确定拱坝的最大有限元等效应力。