高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥温度效应分析

以徐州至盐城新建高速铁路项目为依托,研究了高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥温度效应问题.采用有限元模型分析软件Midas Civil建立全桥有限元模型,在整体升温、梯度升温、拱肋纵/横向温差等温度效应工况下,温度效应对桥梁内力及变形的影响进行分析.结果表明:温度效应对弯矩影响较大,拱肋与梁体连接处为内力薄弱点,是最容易发生破坏的部位;对温度效应下桥梁关键部位应力进行分析,整体温度变化对主梁及拱肋应力影响较大,应力最大值均出现在拱脚;温度效应作用下,主梁和拱肋变形只在整体温度变化工况下有明显变化,主要表现在纵向和竖向变形;对温度效应下吊杆内力进行分析,整体升温和梯度升温对吊杆内力影响较大,较大紧绷出现在5号和10号吊杆;通过参数及敏感性分析,研究温度效应对桥梁结构的影响规律,在设计和施工中减少温度效应对结构的影响;通过对大跨度钢管混凝土系杆拱桥在温度效应下的力学特性分析,分析结果为同类型桥梁的温度效应分析提供依据和参考.     

预应力混凝土箱梁桥的温度效应分析

介绍国内外几种典型规范的温度梯度计算模式,并根据箱梁常用截面尺寸范围,推导出相应的温度梯度解析表达式.以广州某预应力混凝土箱梁桥为工程实例,根据现场试验测试数据的分析,对3种折线模式的温度梯度提出相应的曲线型改进模式.根据国内外几种典型规范的温度梯度计算规定和本文提出的相应改进温度模式分别计算实例桥梁结构在各种温度梯度作用下引起的内力分布和变形.对比分析与计算结果表明:提出的温度模式可以简化计算程序,计算所得的截面最大拉应力略大于规范模式的相应结果,这有利于箱梁的裂缝控制;截面的最大拉应力出现在箱梁顶板的底面位置;桥墩边缘截面的温度应力大于跨中截面的温度应力;在现行设计规范的温度梯度作用下,箱梁截面的最大拉应力可能大于混凝土的抗拉强度,设计中应采取裂缝预防措施.     

变截面连续箱梁桥温度场及其效应的有限元分析

为得到地区温度梯度函数,对一座在役连续箱梁桥进行了长期温度观测.基于热传学原理,对该箱梁的温度场进行了有限元分析,.将实测数据和有限元计算结果相结合,利用数理统计方法,对比分析获得了箱梁竖向温差拟合曲线,对拟合温度曲线下的桥梁纵向温度应力进行计算.研究结果表明:有限元计算结果与实测温度符合较好;计算箱梁竖向温差拟合梯度曲线,求得在该温度梯度下的桥梁纵向最大温度拉应力为1.8 MPa.     

预应力混凝土梁桥温度效应分析

温度效应是引起混凝土桥梁裂缝产生的重要因素之一。为研究不同工况下混凝土梁桥的温度效应,通过有限元软件ADINA对梁体在浇筑水化热、日照温差两种工况下的温度场进行模拟,结合某预应力混凝土梁桥实桥跟踪试验温度实测值进行对比分析,并计算出温度应力对结构的影响。结果表明:有限元计算结果与现场实测结果较为一致。混凝土T梁浇筑时,水化热温度先剧烈上升,约7～9 h达到峰值,峰值温度约60℃,然后快速下降趋于平稳,早期水化热应力小于混凝土早期抗拉强度;采用《公路桥涵设计通用规范》中温度梯度计算日照温差应力分布规律与实测值基本一致,腹板处温度应力值比较大,对结构有不利影响。     

大跨度桥梁桥面铺装温度效应仿真分析

针对环境温度变化对桥面铺装层受力的影响,提出了一些计算假定.以某高墩大跨连续刚构桥为研究对象,分析了温度变化对铺装层受力的影响.用整体温度变化来模拟年温差的影响,采用有限元的方法计算出温度变化引起的主梁挠度,拟合成挠度曲线,并由微元体的平衡条件导出了铺装层应力和层间剪应力的计算公式并得出相应的应力值;用局部温度变化来模拟昼夜温差的影响,采用先整体后局部的分析方法计算出铺装层内的应力.计算结果表明:在整体温度变化作用下铺装层的应力因其材料不同而异;在局部温度变化作用下铺装层内的应力受铺装层与主梁间的温差影响较大.     

日照作用下遂德高速不等跨径装配式桥梁的温度效应

山区不等跨径装配式桥梁在日照温差影响下存在较高程度的开裂风险，本文以遂德高速公路在建九岭岗大桥为工程实例，采用Midas civil数值模拟并结合现场温度场监测的方法，研究了在不等跨径桥梁结构中的温度效应问题，并与现行规范进行对比分析.研究结果表明：温度梯度沿主梁竖向变化显著，高温差主要位于顶板；温度梯度作用下主梁顶板下缘的拉应力最大，较大的温度应力易使混凝土产生纵向裂缝；温度梯度效应作用下，相邻不等跨径主梁支座截面应力大于跨中截面应力，截面梁高越高、跨度越大的主梁产生的温度应力越大；相邻不等跨径主梁因温度效应产生的内力和变形不同，活动端纵向位移最大，存在落梁风险.研究结论为山区日照温差影响下的桥梁工程建设提供一定的理论依据，对防治工程病害及提高结构耐久性具有参考价值.     

大跨曲线高墩连续刚构桥自振特性研究

以栗子坪大桥为实例,研究大跨径曲线高墩预应力混凝土连续刚构桥的自振特性。应用Midas有限元软件分别建立直线桥、曲率半径分别为1 500 m、2 000 m和2 500 m的曲线高墩预应力混凝土连续刚构桥的有限元计算模型,计算得到该桥梁结构的自振频率和振型。分析计算结果可以得出结论:曲线桥与直线桥的振型特征大致一样,随着曲率半径的减小,桥梁前几阶振型中各个方向振型的耦合程度变大;大跨径曲线高墩预应力混凝土连续刚构桥的第1阶振型为桥墩纵向振动,桥墩纵向弯曲刚度更弱;桥梁第2阶振型为主梁横向弯曲振动,且前15阶振型中有6阶是主梁和桥墩的横向振动,主梁横向抗弯刚度相对于竖向刚度较小;随着曲率半径的减小,基频逐渐减小,曲率半径较大(如1 500 m以上)时,曲率半径的变化对大曲率半径连续刚构桥周期的影响较小。计算结果对认识大跨径曲线高墩连续刚构桥的振动特点有较大参考价值。     

混凝土桥塔日照温度效应分析

在温度与应力、变形不耦合,混凝土热物理性能不随温度变化的假定条件下,利用天文参数和气象资料推导出混凝土桥塔热交换边界条件;以大型有限元通用软件ANSYS为平台编制相应的热力耦合分析程序,计算出混凝土桥塔在日照温度效应下的温度场和应力场,分析其分布规律;并将计算值与实测值比较.计算结果表明,温度的实测值和计算值差异较小,采用的计算方法能够满足工程实际的需要;太阳辐射强度是影响截面温度分布的最主要因素,桥塔截面上某点的温度分布日时程曲线大致呈S形;截面形状对温度场的分布影响较大,截面突变、畸角部位温度拉应力相对其它部位较大.     

基于气象参数的混凝土箱梁日照温度场仿真分析

针对困扰工程设计的桥梁梯度温度问题,建立了基于气象参数并考虑实际桥址和桥梁走向的混凝土箱梁日照温度场有限元模型.以苏通大桥辅助航道桥为例,使用2008年7月2日至7月7日6天的实测温度和气象数据,验证了该模型的准确性,并分析了大气日温差和日平均风速对混凝土箱梁梯度温度的影响.分析结果表明,日平均风速对混凝土箱梁的最大梯度温度影响较大,大气日温差则对其影响较小.从概率统计学角度计算分析了桥址气象参数50年一遇标准值条件下混凝土箱梁的日照温度场,提出可能出现的最大梯度温度为18.3℃,并将提出的梯度温度模式与各国规范的梯度温度模式进行比较.结果表明,在分析混凝土箱梁日照温度场时有必要考虑气象参数的影响,以获得适合当地桥梁的梯度温度模式.     

薄壁箱梁剪力滞效应数值计算

运用有限元方法,采用板壳单元——Shell 63单元,对薄壁直线箱梁和薄壁曲线箱粱剪力滞效应分别进行了数值计算．将直线箱梁剪力滞效应的数值计算结果与变分法理论计算值及模型试验值进行了对比,三者吻合较好。验证了本研究数值方法的正确性．在有限元理论的基础上,进一步计算了曲线箱梁在静力荷载作用下的挠度、应力、应变及剪力滞系数值,分析了曲率半径等因素对曲线箱梁剪力滞效应的影响．计算结果表明,曲率半径对曲线箱梁的剪力滞效应影响较大．与直线箱梁相比,截面相同位置处的剪力滞系数随曲率半径的减小而增大,增幅远超过5％以上．因此在曲线箱梁的设计中应对曲率半径加以考虑．     

小半径曲线连续箱梁桥恒载应力的空间分布特性分析

为研究混凝土曲线箱梁桥的空间受力特性,以某主梁宽9.75m、桥长5×18.76 m的城市立交匝道桥为工程背景,利用ANSYS有限元软件计算几种标准跨径的桥梁模型,通过对截面应力进行积分运算获取截面不同区域所承担的内力比例,并以内力比值系数、应力差值和应力比值为评价指标讨论了同跨径下曲线箱梁桥与直线箱梁桥在一期恒载作用下各控制截面弯矩、剪力和应力的差异。研究发现:一期恒载作用下,曲线箱梁顶、底板法向正应力分布不均匀,剪力滞系数最大可达1.35;外侧腹板承担剪力值最大可达内侧腹板的2.65倍;圆心角超过8°时,边跨跨中截面剪力比值系数大于1.1,圆心角超过13°时,边跨支点截面剪力比值系数大于1.13;在恒载作用下,曲线箱梁桥中性轴“倾斜”,在边跨跨中截面外侧出现正应力卸载现象,边跨支点截面内侧出现应力卸载现象。现行普遍使用的梁系有限元法计算结果不能真实反应曲线箱梁的空间受力分布,箱梁各腹板受力和顶底板弯曲正应力的分布在工程设计中应引起足够的重视。     

钢筋混凝土连续弯箱梁桥的温度梯度

介绍了国内外6种温度梯度模式，结合某实际工程，对钢筋混凝土连续弯箱梁桥的温度梯度和温度荷栽下的主梁控制断面的位移值进行了连续观测。通过对实测数据的分析，提出了公路大悬臂曲线箱梁桥的温度梯度模式；按照7种温度梯度模式，利用有限元软件ANSYS计算了某匝道桥控制断面的位移值。计算结果表明：按中国公路桥梁规范（1985）提出的T梁温度分布模式来计算箱梁位移偏不安全；中国新的桥梁规范和美国规范类似，计算结果和实测值相比偏大；给出的温度梯度模式计算结果与实测的变形值比较接近；由于公路大悬臂曲线箱梁桥的构造具有特殊性，因此不宜套用铁路桥梁规范或其他温度梯度模式。     

曲线匝道箱梁桥现浇施工中支架布置形式分析

支架现浇施工在桥梁工程中运用广泛,但在曲线匝道箱梁桥支架现浇施工中仍存在施工难点,导致支架安全事故频发。针对曲线匝道箱梁桥固定支架整体就地浇筑施工过程中支架受力不均匀问题,总结了三种曲线箱梁桥支架布置方式,以不同支架布置方式、不同桥宽、不同曲率的MIDAS/Civil曲线匝道箱梁桥有限元模型为对象,通过对比分析不同模型计算所得内外两侧支架反力差数据的方式,比较了不同支架布置形式的优缺性,并研究了三种布架方式中轴线平行式布架方式下支架受力的影响因素,在此基础上探讨如何选取合适的支架布置方案以满足支架系统受力要求与施工便捷性要求。研究发现：轴线平行式布架方式在支架受力方面安全性能较高、施工可行性强。轴线平行式布架方式下内外侧支架反力差受桥宽及分段数量影响。提出了轴线平行式布架方式在不同桥宽下的合理分段范围。     

整桥-温度-重载耦合作用下钢桥面黏结层力学分析

建立了整桥鱼脊骨模型和基于复合材料层合板单元的铺装层体系计算模型.首先分析了整桥应力场及局部梁段的温度场对防水黏结层的作用效应以及最不利工况,然后得到黏结层在重载、整桥应力场及日照温度场耦合作用下的最不利层间剪应力.计算结果表明:整桥应力场作用时,黏结层在受扭梁段受层间横向剪应力为主,而在受弯及受拉梁段受层间纵向剪应力为主;当日照温度场作用时,受层间横向剪应力较大;重载作用下,黏结层层间横向剪应力明显大于纵向剪应力,且与荷载集度呈线性关系.在整桥-温度-重载多场耦合作用下,分析得到黏结层的最不利受力状态,并基于贡献率的概念,分析了整桥应力场、日照温度场及车辆荷载各自对黏结层层间剪应力的贡献情况.车辆荷载作用对黏结层层间横向剪应力的贡献率仅为80.1%,对黏结层层间纵向剪应力贡献率为89.3%.     

混凝土薄壁箱梁剪力滞效应的空间分析

通过对预应力混凝土薄壁箱梁剪力滞效应的理论分析,重点阐述了有限元法理论在剪力滞分析中应用,介绍了规范考虑剪力滞效应的有效分布宽度方法.利用一实际混凝土箱梁桥进行有限元建模计算,对于箱梁在受到不同荷载作用时表现的剪力滞效应进行了分析,指出箱梁在对称荷载作用情况下仍然表现出剪力滞效应.通过箱梁有限元模型计算指出了初等梁理论...     

钢筋混凝土变截面箱梁横向受力有效分布宽度分析

在考虑钢筋混凝土箱梁整体变形的基础上，用空间有限元分析程序对单箱单室箱梁顶板、翼缘板在轮胎局部荷载作用下的横向受力进行了系统的参数分析．通过回归分析，得出箱梁在变截面参数下行车道板的横向弯矩与横向受力有效分布宽度的经验计算公式，并将经验值与有限元值及我国现行桥梁规范值(JTJ 023-85)进行了比较，表明所提公式在常用参数范围内具有足够精度，并用其对变截面箱梁的横向受力分布规律进行了分析．     

温度效应下的板桁结合钢桥局部分析

板桁结合结构钢桥在日照作用下,因桥面板和主桁升温速度不同而存在较大的温差,这种温差的存在对桥面板与桁架连接部位以及横梁与桁架连接的部位造成不利的影响。以重庆市东水门长江大桥为工程实例,运用有限元分析软件Midas FEA对实桥建立三个节段有限元模型,采用板单元,温度荷载加为单元温度,对局部温差作用进行了分析。结果表明:桥面板应力主要影响位置在横梁的两侧0.3 m内,其应力符号相反;温差19℃时,引起板应力最大2.9 MPa,横梁剪应力在22.8 MPa波动;温差30℃时,应力5.35 MPa,剪应力高达32.52 MPa。根据结构钢材考虑的温差,可知本工程设计的结构在目前考虑的温差效应是安全的,在施工拼装的过程中,应严格控制局部温差。     

The study of temperature effects on steel box girder for Taizhou Bridge

Using the temperature gradient which was proposed by continuously measuring on flat steel box girder of Runyang Bridge, temperature effects of flat steel box girder was studied for Taizhou Yangtze River Bridge. With three temperature gradient models (JTG D60-2004 specification, BS5400 specification and the temperature gradient which was proposed in this paper), the control sections stress was calculated by finite element program ANSYS. The calculated result indicates that the temperature gradient that was put forward in JTG D60-2004 specification and BS5400 specification for calculating stress of flat steel box girder was not suitable to apply to flat steel box girder. The temperature gradient on flat steel box girder which was proposed in this paper was reasonable.     

预应力混凝土曲线梁的静力计算

按等代荷载法将空间预应力等效为竖向荷载和径向荷载,利用能量变分原理,推导出曲线梁竖向和径向的基本微分方程、边界条件,并求得相应的闭合解。通过算例比较,结果吻合较好。分析了中心角、曲率变化对曲线梁的内力影响,得到有益的结论。