1 000m级中承式拱桥试设计研究

针对拱桥随着跨径增大稳定性下降、且在移动荷载作用下容易发生剪切、弯曲变形等问题,提出了解决方案。在主梁和拱肋之间加入刚性杆件形成三角网,使三角网与拱肋、主梁形成连续的系列三角形。利用三角形稳定性,提高了主梁和拱肋的线刚度,从而提高结构的整体刚度。桥梁在移动荷载下,三角形必然受非节点荷载作用,降低了稳定性,设置吊杆、立柱以增加弹性约束,减少节点间的弯剪变形。此外,采用整体式节点,简化其构造,并采用预制拼装方法,施工方便快捷。给出了该方案的具体结构形式,阐述了力学原理,并对跨径1 008m中承式拱桥进行试设计。有限元结果表明：该方案拱桥强度、刚度、稳定性及动力特性均满足要求,较传统拱桥具有更好的力学性能及经济性。     

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。     

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.     

上承式V拱桥体系转换及成桥力学性能分析

针对拱桥随着跨径增大而刚度下降,且在移动荷载作用下变形明显的问题,提出上承式V拱桥,在传统上承式拱桥的主梁和拱肋之间加入V形杆件,形成以主拱为下弦杆,V形杆件为腹杆,主梁为上弦杆的桁式结构,以提高结构的整体刚度和减小结构在移动荷载下的变形.以300 m跨径上承式拱桥为例,采用有限元软件研究结构进行体系转换的合理时机及成桥力学性能.结果表明:按顺序施工完拱肋、立柱及主梁后,加入V形杆件完成体系转换再进行二期恒载的施工方案较为合理,且该施工方案的施工阶段的应力及稳定性满足要求;300 m跨径上承式拱桥的强度、刚度、稳定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.     

内倾角对中承式钢箱提篮拱桥抗震性能影响分析

目的为了研究拱肋内倾角对拱桥抗震性能的影响,比较不同内倾角拱桥的位移及内力响应.方法利用有限元分析软件ABAQUS建立拱肋内倾角分别为0°、4°以及7°的中承式钢箱提篮拱桥多尺度模型,沿横桥向和顺桥向输入强震,分析中承式钢拱桥的拱脚截面、拱顶截面、主梁跨中截面和1/4拱跨截面的位移和内力响应.结果在横桥向地震动作用下,结构的位移响应随内倾角的增大而减小.在内力响应方面,随着内倾角的增大,拱桥四个截面轴力均增大,在1/4跨截面至拱顶截面的弯矩和剪力减小.顺桥向地震作用下,随着拱肋向内倾斜,拱桥位移响应、轴力和剪力逐渐减小,弯矩响应变化不明显.结论增大拱肋内倾角可有效提高拱桥的抗震性能.     

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。     

上承式加V拱桥动力特性研究及试验验证

为解决上承式拱桥跨径增大后自振频率快速下降的问题,提出一种新的上承式加V拱桥结构体系.将V形构件设于主梁和拱圈间以增大拱桥的刚度,进而提高结构的自振频率.通过适时的结构体系转换,实现一期恒载由拱圈承担,二期恒载及活载由一个主梁为上弦杆、拱圈为下弦杆、V形构件为腹杆并带多点弹性约束的变高桁架来承担,整个结构同时兼具拱和桁架的优点.为验证上承式加V拱桥动力特性研究和计算的正确性,修建跨径为10 m的试验桥,通过脉动试验测试桥梁首次发生面内竖弯的自振频率;利用有限元软件对其刚度和动力特性进行计算,分析V形构件刚度对结构动力特性以及V形构件数量对结构温度应力的影响,并研究体系转换的必要性.结果表明:结构首次发生面内竖弯的自振频率试验值与计算值相差较小,且振型与有限元分析相吻合.在增加材料很少甚至不增加材料的情况下,结构的自振频率得到明显提高,尤其是面内自振频率.V形构件的刚度存在一个合理的设置范围,V形构件的个数应以能使其与主梁或拱圈所构成的三角形的内角在45°～60°之间为宜.加V形构件后的上承式拱桥结构刚度大幅提高,且在L/4(L为桥梁跨径)处,列车静活载所产生的上挠度几乎为0.经过体系转换后二次成桥的成桥方法可使上承式加V拱桥充分发挥拱受力的优越性.     

拱梁刚度对大跨度铁路梁拱组合桥受力性能的影响

为了解拱梁刚度对大跨度铁路连续梁拱组合桥受力特性的影响,以徐宿淮盐线某(100+200+100)m连续梁拱组合桥为工程背景,分析拱梁刚度对结构内力、变形、动力特性和吊杆疲劳等方面的影响。研究结果表明:拱梁抗弯刚度比主要影响主梁和拱肋中弯矩的分配,对结构轴力影响较小;拱梁刚度比的增大有利于抑制由活载引起的变形;拱梁刚度比的增大导致吊杆应力幅增大,且边吊杆变化最显著。     

斜拱肋倾角变化对斜靠式拱桥地震响应的影响

以某钢管混凝土斜靠式拱桥为例,建立了空间杆系有限元计算模型,研究了斜靠式拱桥斜拱肋倾角变化对拱桥基频、地震内力和位移响应的影响. 研究结果表明: 随着斜拱肋倾角的增大,斜靠式拱桥的侧向刚度显著提高、主拱肋和斜拱肋在横桥向地震作用下的轴力和面内弯矩均有不同程度的减小;而在纵桥向地震作用下,斜拱肋倾角变化对主拱肋的轴力和面内弯矩影响较小.     

菜园坝长江大桥节段模型风洞试验

随着施工技术以厦新材料的运用，拱桥正朝着刚度小、跨度大、重量轻的方向发展，由于拱桥在施工阶段的刚度显著小于成桥状态，因此研究大跨度拱桥的空气动力特性十分必要．通过菜园坝长江大桥的节段模型静力试验和动力试验获得了主梁及主拱的静力三分力系数随攻角的变化规律、主梁的颤振特性以及识别了主梁的8个颤振导数，并对试验获得的结果进行了详细的分析．最后，对该桥的主梁和拱肋的抗风性能进行了评价．其分析评价的结果直接用于指导该桥的设计与施工，也可为同类桥梁提供理论参考．     

连续斜系杆拱滨江大桥设计与稳定性能分析

介绍了滨江大桥主结构首次采用的无风撑三跨连续斜系杆拱(左斜20°)的设计构造,定性分析了该结构的主要受力特点,阐述了稳定分析的类型,采用第1类弹性稳定分析方法,建立空间有限元计算模型,对施工阶段、成桥以及运营状态进行了稳定性能的计算分析;同时对正交和斜交、单跨和连续端横梁刚度的影响进行对比分析.结果表明:在左斜20°时,对于刚性系杆刚性拱结构体系,桥面系刚度较大,结构的失稳主要表现在拱肋的面外失稳;而单跨与连续2种体系以及正交和斜交时的稳定性相差不大,在具有较多较强内横梁情况下,端横梁刚度对拱肋的稳定性影响不明显.     

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。     

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.     

墩间横系梁对连续刚构桥刚度影响分析

归纳了桥梁刚度的衡量指标,挠度、周期、稳定系数和抗推刚度,分析了各指标的适用前提。以一实际连续刚构桥为例,建立了五个不同的计算模型,对不同的横系梁设置方案对刚度的影响做了分析。计算表明,横系梁的设置对主梁静力刚度几乎无影响,对结构一阶周期影响明显;高墩连续刚构的稳定取决于墩的刚度,随着横系梁的增加,稳定系数也逐步提高,同时墩的抗推刚度也增大,这和连续刚构需要较小的抗推刚度矛盾,在设计时应考虑合理的横系梁设置。     

RC刚架拱桥的板桁组合加固及动力特性

钢筋混凝土（RC）刚架拱桥常见的加固方法大多属于局部加强而非整体改造,因此对于改善结构受力性能的作用极其有限,难以满足我国现阶段公路交通荷载日益增大的需求。针对以上问题,文中首先提出了一种新型加固方法——板桁组合加固法,该加固方法在主梁两侧架设钢桁架,通过植筋、焊接、铺设钢筋网和浇筑混凝土等措施使钢桁架与主梁牢固连接,形成板桁组合结构,从而使结构受力从主梁受力体系转变成板桁组合受力体系,实现对结构受力的优化;然后,利用该方法对某刚架拱桥进行加固改造,通过有限元仿真模拟与桥梁动载试验,对该新型加固方法的有效性和实用性进行验证。结果表明：加固后结构自振频率有效提高;竖向刚度和承载力显著增大;结构一阶面内竖弯频率理论值较加固前提高80.5%,公路-I级荷载作用下加固后结构下挠值较加固前减小56.8%,混凝土构件应力水平较加固前减小10.9%～69.8%;该加固方法对结构的动力特性具有改善作用,加固后结构的竖向振动效应小于加固前且实测冲击系数远小于现行规范值,结构动力性能良好。     

空问组合拱桥模型试验测试结果分析

在文献[1]的基础上，对中山一桥模型试验测试结果进行了初步分析．测试结果表明：该桥动力性能较好，无明显的薄弱部位；在恒载及最不利荷载作用下，模型桥梁的挠度、水平位移、应力均在规范允许的范围内．最大水平推力较小，在顺桥向及横桥向均可以实现自平衡，各拱肋刚度是比较匹配的，说明该桥设计构思是科学合理的，总体上是安全的．     

丹东月亮岛大桥稳定性分析

丹东月亮岛大桥是宽跨比为1／22．44的下承式钢管混凝土系杆拱桥，采用单片桁架式X形拱肋，利用桥面板内张拉钢铰线作为拱的系杆，以实际工程为背景，通过空间有限元法对其稳定性进行了研究，结果表明：拱肋的最优内倾角度与横撑的刚度、型式和布置位置等因素有关，最终与拱的整体横向刚度有关；在满足行车净空的要求下K撑应该尽量靠近拱脚位置，其对拱桥的横向稳定性起到比较重要的作用。     

预应力混凝土T梁桥锚下有效预应力检测方法

为确定预应力混凝土T梁桥在施工阶段,结构锚下有效预应力值的大小,基于梁挠曲变形理论,推导结构锚下有效预应力的计算公式,以某40 m预制T梁桥为依托工程,采用实梁检验,验证锚下有效预应力计算公式的正确性.结果表明:锚下有效预应力计算值与实梁测试值误差在10％以内,满足工程需求,研究成果可为混凝土梁桥有效预应力的预测与评估提供参考.     

湛河提篮式拱桥空间静力分析

以平顶山市湛河提篮式拱桥为工程实例,采用Ansys有限元软件建立了该提篮拱桥的空间有限元计算模型,分析了拱肋、系杆梁及吊杆等主要构件的受力与变形性能.计算结果表明:该提篮拱桥各构件的受力与变形基本关于跨中对称;全桥除端部2根吊杆张力较小外,其余吊杆张力分布较均匀,具有较大的安全储备;拱肋、系杆梁总体处于受压状态,在吊杆位置处弯矩发生变化,剪力产生突变;全桥以竖向位移为主,最大竖向位移发生在拱顶,拱肋横向位移偏向桥梁轴线方向,系杆梁竖向位移较小,基本维持在水平状态,该提篮拱桥各方向位移数值均小于规范规定的要求,桥梁线形控制较好.计算结果可为同类桥型设计提供参考.     

高速铁路下承式钢箱系杆拱结合桥的受力分析

为了了解下承式系杆拱结合桥的受力性能,根据武广客运专线某140 m下承式钢箱系杆拱结合桥,设计制作1个比例尺为1-8的全桥试验模型,并对桥梁在全桥均布、半桥均布、全桥偏载、半桥偏载和超载共5种工况进行加载试验和分析.研究结果表明:在均布荷载作用下,半桥加载方式引起的竖向挠度约为全桥加载时的2倍;在偏载作用时,重载侧与轻载侧竖向挠度之比小于它们的荷载之比;在受力上,拱肋、系梁和纵梁的半桥均布加载都比全桥均布加载时更不利;对于横梁,端横梁梁端面内接近固结,其他横梁梁端面内接近铰结,面外弯曲问题则可通过采用箱型横梁和加大端横梁截面尺寸等措施加以缓解;刚性吊杆既受轴拉作用,也受弯曲作用,以端吊杆受力最为不利,设计时需引起注意;混凝土板的受力状态以第一系统引起的轴拉作用与竖向荷载引起的弯曲作用为主,采用3%以上的高配筋率时裂缝宽度能得到有效控制.