南京长江大桥桥面体系改造方法与力学行为分析

在铁路列车正常通行的前提下,基于已有病害提出了基于正交异性钢桥面板的南京长江大桥上层公路桥面体系改造方法.利用有限元数值模型,模拟南京长江大桥改造施工全过程,并基于静载试验数据进行模型验证.首先,分析原桥面系全拆除这一最不利施工状态下的静、动力特性.然后,对比改造前混凝土桥面板与改造后正交异性钢桥面系在恒载以及列车荷载作用下的受力行为,包括主桁架变形、关键构件轴力以及支座反力.最后,分析改造后正交异性钢桥面系的空间受力特征.结果表明,更换原公路混凝土桥面板,采用正交异性钢桥面板整体替换,从根本上改造了南京长江大桥的桥面体系,且无需中断铁路列车的正常营运,不仅消除了原桥面既有病害,还能减轻自重、改善关键构件受力,提高了桥面系整体性、构件连接性、结构稳定性以及整体刚度,充分发挥了正交异性钢桥面系轻质高强的特点.     

连续梁与悬索组合桥梁钢混结合段受力分析

连续梁与悬索组合桥梁结构体系是由边跨混凝土外伸梁和跨中悬索部分通过钢-混结合段组合而成的一种新型组合协作体系桥梁,钢-混结合段处于2种体系的交界处,受力复杂。为研究此类组合协作体系钢-混结合段的力学特性和传力过程,文章以某连续梁与悬索组合桥梁方案设计为背景,进行钢-混结合段有限元建模,分析该组合桥梁结合段在最不利荷载组合工况下的受力性能以及轴力作用下的传力过程,并对钢-混结合段传力过程和刚度匹配的主要影响因素进行了参数分析。结果表明:在最大正弯矩工况作用下,钢-混结合段各构件应力水平较低,结合段设计有一定的安全储备;承压板为结合段主要传力构件,当承压板厚度越大,钢格室板厚度越小时,承压板传力比例越大;设置变高度T肋和混凝土过渡段可以起到很好的应力过渡作用,但T肋高度变化值和混凝土过渡段长度可以适当减小。     

正交异性钢桥面系的多目标正交设计

文章将正交异性钢桥面板和铺装层作为桥面系整体进行多目标正交设计,以桥面板刚度、铺装层表面最大拉应变和桥面系自重为设计目标,应用功效函数法将多目标设计化为单目标设计,通过正交分析法找到最佳结构参数组合,以提高桥面板刚度、改善铺装层的受力和减轻桥面系的重量。文中选择的设计变量范围覆盖了目前常用的桥面系结构参数值,设计结果具有一定的应用参考价值。     

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。     

T形肋正交异性组合桥面板力学性能

为了检验所提出的T形肋正交异性组合桥面板在局部车轮荷载作用下的受力特性及这种桥面板在桥梁第二体系中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了4个不同桥面板试件,其中包括一个混凝土桥面板,一个正交异性钢桥面板,两个不同尺寸的T形肋正交异性组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形等.试验结果表明T形肋正交异性组合桥面板在车轮荷载作用下其局部应力水平显著低于正交异性钢桥面板,相同宽度的T形肋正交异性组合桥面板其极限抗弯承载力分别是混凝土桥面板和钢桥面板的2.30倍和1.57倍以上,表明T形肋正交异性组合桥面板具有较强的抗疲劳性能.     

钢混桥塔结合段内剪力连接件的弹性刚度计算

对于单一开孔板连接件或剪力钉连接件力学特性的研究,各国学者已进行了大量数值分析与试验的探索,得出了单一开孔板连接件或剪力钉连接件的力学行为。但实际混合桥塔的钢-混结合段内部是由大量开孔板连接件和剪力钉连接件形成的群钉组合连接件构成的。当前对于钢-混结构内组合连接件的研究比较匮乏,还没有明确的数值模型及理论推导用于组合连接件传力规律的研究。且组合连接件本身的设计参数对抗压性能的影响也还需要进一步的明确。因此,以顺德大桥的桥塔钢混结合段内的一种组合剪力连接件为实例,研究此抗剪连接件在弹性加载阶段,其内部的开孔板连接件和剪力钉连接件分别对该单层组合剪力连接件抗压刚度的贡献;建立弹簧模型,推出此单层组合剪力连接件弹性刚度的计算公式;利用ABAQUS有限元软件对单层组合剪力连接件进行加载仿真模拟分析,在弹性加载阶段其荷载-位移曲线呈极强的线性关系,拟合后与所推导公式的弹性刚度计算结果进行比对。结果表明：单孔开孔板连接件抗压刚度解析解与数值解的误差为4.87%,单根剪力钉连接件的抗压刚度解析解与数值解的误差为0.903%,单层组合剪力连接件的抗压刚度解析解与数值解的误差为11.54%,所推导弹性刚...     

下承式钢桁结合梁桥面系的对比分析研究

钢桁梁-混凝土板组合梁桥是混凝土桥面板与钢桁架结合共同受力的一种新型组合结构。现对80m双线下承式钢桁结合梁-混凝土桥面板两种结合形式的有限元计算结果对比分析,研究桥面系和下弦杆的受力差异,通过对比分析得知,全结合桥面系结构较为合理。     

组合桥面板车轮荷载作用下局部受力试验研究

通过静力试验考察不同桥面板在车轮荷载作用下的局部受力性能,测试了桥面板不同部位的结构应变和变形。试验结果表明:在车轮荷载作用下,组合桥面板焊缝附近的应力水平远远低于正交异性钢桥面板,可以大大减小桥面板发生疲劳破坏的可能性,提高混凝土的性能可以降低该部位的应力水平,但不太明显,该种组合桥面板用钢量较普通正交异性钢桥面板大大减     

润扬大桥南汊悬索桥桥面铺装在竖向荷载静力作用下的力学分析

介绍了一种整体局部模型的分析方法对钢桥面铺装进行力学研究,即分别建立整桥、局部梁段、正交异性板桥面铺装的三维有限元模型,通过边界条件的设置,将整桥力学分析的结果移植到正交异性板桥面铺装模型中.研究结果表明,考虑悬索桥桥型特点计算的铺装层最大纵向拉应力比以往局部模型的计算结果大12.6%左右,这是由于悬索桥主梁和桥面铺装活载挠度大于一般连续梁桥的结构特点所致.桥面铺装力学分析方法能较为准确地反映桥面铺装在整桥力学环境下的受力特点.     

组合式网格板柱结构的初探

目前国内用得较多的钢—混凝土组合结构是单向受力体系 ,内力分布不均匀 ,未能充分发挥钢和混凝土的力学特性。现讨论一种新型空间结构—组合式网格板柱结构 ,它使单向受力变为双向受力 ,从而形成三维受力体系。     

矮塔斜拉桥上部结构构件刚度敏感性研究

以某在建矮塔斜拉桥斜拉索索力、主梁和桥塔内力、结构位移和结构基频等为评价指标,对矮塔斜拉桥索塔、主梁及斜拉索三者的刚度敏感性进行对比分析,并计算了3个主要构件的敏感性因子,提出三者刚度设计的次序安排,为同类矮塔斜拉桥的设计过程提供理论参考和设计参数.     

软土地基上桩基础使用m法计算的验证

通过横向锤击桩基桥墩时桥墩振动波形的分析 ,或通过列车驶离桥梁后桥墩余振的分析 ,可以获得桥墩的自振频率 .结合工程实际 ,分析了桩基桥墩的实测结果 ,并与m法计算结果进行比较 ,发现m法计算结果与实际情况符合得较好 ,且在软土地基上 ,系数m的取值对计算结果影响不大     

自锚式悬索桥主要构件刚度对结构的影响分析

分别分析了自锚式悬索桥的主塔刚度、主缆刚度、吊索刚度和加劲梁刚度对桥梁的主缆、吊索、加劲梁、桥塔和桥墩内力、结构位移、结构动力特性的影响,讨论了设计中各构件尺寸确定的顺序.得出的有益结论可为该类桥的设计提供技术参数方面的参考.     

悬索桥主塔纵向稳定的实用计算

根据悬索桥主塔从裸塔、主缆施工、主梁吊装到成桥不同阶段的受力特点，将悬索桥主缆对主塔的约束作用简化为不同等效约束刚度的弹簧，利用静力法推导了带有弹簧约束的主塔模型稳定临界力计算公式，并给出中、边跨主缆约束刚度的计算公式及主缆对塔约束刚度的计算方法。针对不同阶段的主缆约束刚度，该计算公式能在裸塔及主缆约束刚度无穷大时与悬臂压杆、一端铰支一端固定压杆的稳定计算公式相吻合，表明该计算公式较准确地反映了悬索桥施工、成桥各阶段主缆对主塔的约束作用和计算公式的正确性。算例表明该方法简便易行。     

中塔刚度对三塔缆索承重桥动力特性影响研究

为研究三塔缆索承重桥中塔刚度的合理取值,本文以马鞍山长江公路大桥和武汉二七长江大桥为例,探究中塔纵桥向弯曲刚度、横桥向弯曲刚度和扭转刚度与三塔悬索桥和三塔斜拉桥的动力特性的关系。研究表明:三塔缆索承重桥某些振型的频率受中塔刚度变化影响较大,并表现为振型频率随刚度放大而迅速增大,然后增大的趋势逐渐放缓,直到趋于稳定值。例如,三塔悬索桥中塔纵桥向弯曲刚度放大5倍时一阶反对称竖弯频率增大37.2%,而100倍时增大为38.0%。     

提高拱梁固结拱桥刚度的有效方法

拱梁固结拱桥通过主梁作为刚性系杆来平衡拱的推力,但也带来结构刚度下降的不利影响,这使该类拱桥在高速铁路上的应用受到了一定的限制,为了解决这个问题,提出一种新的拱桥加以解决.其做法是,首先在每条拱肋和主梁之间增加10根刚性斜杆与拱肋及主梁节段形成11个三角形结构,尽可能通过三角形角点对拱肋均匀约束,提高拱肋的线刚度;其次,保证有三角形角点落在原结构拱肋位移包络图的最大位移处及主梁跨中位置处,使主梁或拱肋的薄弱点得到加强,线刚度亦得到提高.研究表明,新型拱桥在材料增加很少甚至相同的条件下,其整体刚度均能大幅度提高.还对疲劳和温度响应作了深入的研究,通过有限元分析表明,该结构对疲劳和温度也有很好的适应性.新型拱桥良好的刚度特性对高速铁路桥特别适用.     

旧桥结构内力及变形的非线性影响

采用材料非线性理论,从刚度退化的角度考虑了结构损伤的累积效应,分析了既有钢筋混祆凝土刚架拱桥结构内力及变形,并依托实体工程进行了结构损伤诊断的数值模拟和非线性分析计算.结果表明,考虑结构损伤的累积效应和材料的非线性性质,结构的内力重分布显著,开裂单元范围加大,适用性能和耐久性能降低,这与实桥检测结果吻合.因此,对钢筋混凝土旧桥进行静力评价或拟定加固方案时,应当考虑结构内力及变形的非线性影响.     

用高阶曲线有限条法分析混凝土曲线梁桥

针对工程中提出的曲线梁桥的新课题，为了有效地进行全桥分析，获取设计所需的纵向、横向内力，文章采用高阶有限条法（ＨｉｇｈｏｒｄｅｒＦｉｎｉｔｅＳｔｒｉｐＭｅｔｈｏｄ）分析等截面曲线梁桥。其形函数用Ｈｅｒｍｉｔ函数法构造，形式简洁、运用能量原理从基于薄板的几何矩阵和基于线弹性的内力矩阵导出了单元刚度矩阵，采用ＦＯＲＴＲＡＮ－７７语言完成了编程工作．经过算例比较．说明了高阶曲线有限条法的简洁性和高精度性。     

梁墩刚度分布对连续梁桥横桥向规则性的影响

以4跨连续梁桥为例,研究了梁、墩横向刚度比,桥墩横向刚度分布情况与连续梁桥横桥向规则性的关系.利用推倒分析方法,将全桥结构简化为单自由度体系,比较在不同地震动输入下,分别由全桥模型和等效单自由度体系计算所得最大位移响应的差异,并以此来判断连续梁桥横桥向规则性的好坏.研究表明:梁、墩横向刚度比对连续梁桥横桥向规则性起控制作用,梁、墩横向刚度比越大,梁桥规则性越好;而桥墩刚度分布情况只有在梁、墩横向刚度比较小时,对规则性影响较大.最后,在大量分析基础上,将梁、墩横向刚度比作为规则连续梁桥划分指标,建议了量化的规则连续梁桥划分标准.     

600 m级四线铁路新型桁架桥力学原理及性能

对铁路桥梁来说,随着跨度的增大会导致桥梁刚度下降及梁端转角超限等问题,限制了超大跨径高速铁路桥梁的发展,为突破此瓶颈,提出了超大跨径新型桁架桥,该结构体系具有良好的力学性能,而且其刚度远超拱桥,特别适用于铁路桥梁。新体系桁架桥在桁架角点处设置刚度很大的斜杆,有效约束主梁线位移,在中部设置双层桁架,在两侧设置三角桁架,从而增强了结构的抗弯能力、刚度及稳定性。此外,该结构体系以钢结构为主,可采用预制拼装的方法,施工方便快捷。阐述了新型桁架桥的结构形式及其力学原理,并利用有限元软件Midas/Civil对650 m新型桁架桥进行分析研究,结果表明：新型桁架桥强度、竖向刚度、梁端转角、稳定性、整体性及动力特性均满足要求,且较传统拱桥具有更好的力学性能。