高速铁路下承式板桁结合梁的受力分析

为了了解下承式板桁结合梁的受力性能,根据京沪高速铁路上的1座简支下承式板桁结合梁桥,设计制作了1个4节间下承式板桁结合梁模型,并分3个阶段10种荷载工况进行了模型试验,对主桁和纵梁的挠度,横梁的竖向、水平位移,纵、横梁、主桁各杆的应力,混凝土板上的应力、裂缝分布及宽度进行了分析,研究了混凝土板与主桁结点是否直接相连以及制动撑对结构的影响.试验结果表明:主桁的挠度和内力与按平面桁架计算的结果相比相差不大;在桥面系中,最大应力发生在横梁2上,混凝土的受力状态以竖向荷载作用下的弯曲为主;在竖向荷载作用下,制动撑的作用不大,但在水平荷载作用下,制动撑的作用明显;设计时可不考虑各种偏载的影响.     

下承式密布横梁体系钢-混组合桥受力状态研究

对客运专线上1座96m跨度的下承式密布横梁体系钢桁-混凝土组合桥进行空间、平面有限元计算分析,并设计制作了比例尺为1-6的全桥模型,分3个阶段进行模型试验,以考察桥梁的位移和应力状态,分析混凝土板不同结合方式对结构受力的影响。研究结果表明:空间有限元分析结果与试验结果较吻合;下弦杆受到轴向拉力和较大的面内弯矩作用,各节间最大应力出现在节间中点附近;节点横梁最大应力发生在横梁2的下翼缘,节间横梁最大应力发生在位于端节间中部的小横梁上;混凝土板顺桥向整体受拉,并在竖向集中荷载作用下产生弯曲变形;全结合模型大部分节间内的桥面板参与主桁共同作用的程度为55%左右,半结合模型桥面板的参与程度为42%~43%;桥面板与下弦杆结合能够增加桥面板的参与程度,减轻下弦杆荷载,减少节点横梁尤其是靠近桥头横梁的面外弯曲;对桥梁进行初步设计时,主桁杆件的位移与内力可按照1个等效的平面刚架计算,下弦杆的等效刚度由原下弦杆截面和混凝土桥面板截面组合而成,桥面荷载可转化为均布荷载施加。     

下承式拱桥不同桥面方案下稳定性及自振特性对比

稳定性及自振特性分析是大跨下承式拱桥桥面体系设计方案选择的重要指标之一.通过有限元分析软件MIDAS,对纵横梁桥面体系和多横梁桥面体系分别建立全桥有限元模型,对比分析了这两种桥面体系下承式拱桥的自振频率、振型特点以及在不同工况下整体稳定性.研究结果表明:在全桥用钢量一致的情况下,多横梁方案比纵横梁方案的自振频率稍大,而两者的振型特点基本一致,该桥的主要振型有弯曲振动、竖向振动和扭转振动;在成桥运营阶段,两种桥面体系下承式拱桥的整体稳定性均能满足规范要求,且多横梁体系较纵横梁体系桥梁稳定性强.     

基于影响矩阵的系杆拱桥合理成桥吊杆索力确定

通过对系杆拱桥合理吊杆张拉力传统计算方法研究,提出了基于影响矩阵的综合刚性吊杆法和自动调索法来确定系杆拱桥的合理成桥吊杆内力.该方法采用刚性吊杆法,得出吊杆内力与系梁控制节点的竖向位移,从而求出吊杆内力对系梁节点竖向位移的影响矩阵,然后运用自动调索法修正吊杆内力,即得到合理成桥状态下的吊杆内力.     

均布荷载下一次超静定梁的弹塑性全过程分析

对均布荷载加载作用下一次超静定梁的弹塑性变形全过程进行了分析.根据受力变形的特点,均布荷载下一次超静定梁的加载过程可分成4个阶段,分别是弹性阶段,固支端附近塑性变形区扩展阶段,固支端保持为塑性铰而固支端附近塑性变形区卸载阶段,固支端保持为塑性铰而梁中部出现塑性变形区并扩展直至中部某点形成塑性铰阶段.在弹性的第1阶段,弯矩内力、挠度与外荷载是线性比例关系;在第2阶段,弯矩内力、挠度与外荷载是复杂的非线性关系;在第3阶段,弯矩、挠度与外荷载是线性关系但不是比例关系;在第4阶段,弯矩与外荷载的关系与第3阶段相同,但挠度与外荷载是更复杂的非线性关系.给出了弹塑性全过程各阶段任意点的弯矩和挠度计算公式,可供结构设计应用.     

系杆拱桥中吊杆张拉顺序对系梁内力的影响分析

下承式系杆拱桥根据现场施工条件和工期要求的不同,可选取的施工方法较多,文章以某单跨80 m 钢筋混凝土下承式系杆拱桥为例,计算了2种典型施工流程条件下,不同的吊杆张拉顺序对系梁内力的影响,所得结论可供同类桥梁设计、施工时参照比较。     

超载车辆作用对钢桁架梁式悬索桥的影响

针对钢桁架粱式悬索桥工程实例,通过Midas/Civil建立模型计算,运用子空间迭代法得出该桥型的动力特征;再以不同的荷载工况分析主缆和吊索的位移时程曲线及各杆件的内力变化.结果表明:车辆荷载作用下桥跨发生最大位移的部位在1/4跨处;当车辆单侧行驶时,较小荷载引起主缆两侧位移变化不大;随着车辆荷载的增大,未加载侧主缆位移变化明显小于加载侧主缆位移变化;桥梁端部吊杆与桥塔间距大于标准吊杆间距,车辆荷载作用下端部吊杆应力较大;桥梁最不利位置在端部支座位置处以及跨中位置,应重点监测桥梁端部吊杆及钢桁架下弦杆的应力变化,防止由此引起的重大事故发生.     

活载下悬索桥主缆变形特性

分别研究了悬索桥塔顶位移、主缆的弹性伸长及不平衡均布活载作用下的主缆的变形特性.研究了塔顶位移及主缆伸长与主缆垂度变化的关系,垂跨比越小,主缆垂度改变量越大,并给出了相应的解析式.通过能量守恒与主缆中力的平衡关系研究了使主缆产生最大竖向位移的均布荷载加载形式.研究表明,在假定主缆不可伸长的情况下,最不利加载并非为半跨加载,不平衡活载引起的最大挠度仅与恒活载之比及主缆垂度有关,并给出了相应的计算公式.根据实际工程建立有限元模型对上述公式进行了验证,结果与理论值符合良好.     

钢管混凝土系杆拱斜吊杆试设计研究

以钢管混凝土系杆拱桥--郑州黄河公路二桥为背景工程进行斜吊杆试设计.采用有限元分析方法,研究了在不同吊杆布置形式下拱桥结构内力和挠度的变化.分析结果表明,斜吊杆的夹角对桥梁内力影响较大,设计时吊杆夹角的选取是一个重要的问题;采用斜吊杆替代直吊杆,可使拱肋和系梁弯矩减小,桥面挠度减小;在3种斜吊杆布置形式中,以径向吊杆布置的性能最佳.     

下承式系杆拱桥柔性吊杆成桥索力的确定

对下承式系杆拱桥柔性吊杆在成桥状态下的内力进行分析研究,分别以位移、弯曲应变及整体受力状态为控制目标来确定成桥时吊杆内力。同时对这几种方法所确定的吊杆内力进行比较。为今后同类桥梁的推广应用提供设计施工分析等方面的参考。     

受轴向均布载荷的压弯组合梁的计算

本文以受轴向、横向均布载荷且两端为固定饺支的组合梁为例,介绍如何用能量法来求解这类问题;讨论轴向均布载荷对弯矩放大系数的影响,并给出何时应考虑轴向压力对弯矩影响的近似判别式。     

非均匀升温下Timoshenko夹层梁热过屈曲精确数学模型及其数值解

在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上建立Timoshenko夹层梁在热载荷作用下的几何非线性控制方程.采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得两端不可移简支夹层梁在横向非均匀升温作用下的静态热过屈曲和热弯曲变形数值解.绘出梁的变形随温度载荷变化的特征关系曲线,分析和讨论材料和几何参数对梁变形的影响.结果表明:梁在均匀加热下不产生拉-弯耦合变形及弯曲变形.在均匀升温条件下,梁的中点无量纲挠度与升温的关系曲线为热过屈曲平衡路径;当升温为横向非均匀的情况下,中心挠度与平均升温之间的关系曲线表现出热弯曲变形的特点.横向剪切变形随梁的长细比增大而显著减小,随变形程度的增大而增大.     

基于改进三弯矩方程的钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度研究

为简便估算恒载作用下钢-混凝土混合梁变截面连续梁合理钢箱梁长度,基于现有三弯矩方程推导了适用于变截面连续梁的改进三弯矩方程,建立了基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩简化计算方法,并采用MATLAB软件编制了计算程序。构建了不同跨径的变截面钢-混凝土混合连续梁桥标准结构,运用改进三弯矩方程分析了恒载作用下不同跨径钢-混凝土混合连续梁桥关键截面弯矩随钢箱梁段长度变化的规律,建立了主跨跨径150m~300m间钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度预估公式。不同跨径的钢-混凝土混合连续梁的墩顶负弯矩和跨中正弯矩均随钢箱梁段长度的增大而减小;主跨跨径150m、200m、250m、300m的变截面钢-混凝土混合连续梁桥钢箱梁段长度与主跨跨径的比例分别为0.35、0.40、0.40、0.45时,主跨跨中正弯矩减小趋势变缓;研究结果表明：基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩计算结果与有限元计算结果的偏差小于10%,可便捷且准确地计算恒载下变截面连续梁弯矩;预估公式计算得到的钢箱梁段合理长度与实桥使用的钢箱梁段长度之间的误差在12.5%以内,预估公式具有良好适用性。     

随机实测车辆荷载下大跨径斜拉桥钢箱梁的动力响应特征

依据南京长江第三大桥的实测交通流统计数据,结合等效疲劳损伤原理建立随机状态下的车辆荷载谱,基于有限元数值仿真程序进行全桥动力响应分析。通过计算大桥在实测车流作用下主梁不同位置位移和内力的动力响应时程曲线,分析车辆运营时程内主梁截面内力变化及动力放大系数。结果表明：随机车流作用下大桥主梁塔根处弯矩及轴力绝对值最大,跨中处弯矩及轴力变化幅值最大,而在1/4跨位移动力响应最大。跨中、1/4跨和塔根附近截面在时程内的最大应力幅值处,动力放大系数在1.00~1.03之间,动力放大系数比单考虑弯矩或轴力时稳定,且动应力放大系数与国内现行规范的动力放大系数较为吻合。     

纤维增强聚合物布加固木梁的非线性弯曲分析

考虑纤维增强聚合物（fiber reinforced polymer,FRP）布加固层拉伸与压缩时的不同弹性模量以及木梁非线性弯曲的二阶变形和轴向拉伸效应,利用摄动法研究均布横向荷载作用下简支FRP布加固木梁的非线性弯曲问题,得到加固木梁的挠度和弯矩等渐近解析表达式,并给出数值分析.结果表明：FRP加固木梁非线性弯曲的挠度和弯矩小于线性弯曲的挠度和弯矩,并且当无量纲荷载小于5时,FRP加固木梁非线性弯曲和线性弯曲的挠度和弯矩几乎相等,没有明显差别;但随着载荷的增大,二者相差逐渐增大;当无量纲载荷大于20时,非线性弯曲效应十分显著,必须选用FRP加固木梁的非线性弯曲模型进行分析.     

部分充填砼钢箱连续组合梁抗裂性能分析

针对部分充填砼钢箱连续组合梁裂缝控制问题,开展超高性能混凝土(UHPC)翼板-部分充填砼钢箱连续组合梁抗裂性能研究,探讨该组合梁裂缝控制的新途径.通过3根部分充填砼钢箱连续组合梁试验,得到挠度、滑移和裂缝的开展特征.基于ABAQUS软件建立部分充填砼钢箱连续组合梁有限元分析模型,分析UHPC翼板部分充填砼钢箱连续组合梁关键参数对受力性能的影响.结果表明:负弯矩区采用UHPC翼板能显著提高组合梁抗裂性能;当负弯矩区UHPC翼板长为0.3倍跨径、厚度为1/3翼板总厚时,能满足裂缝控制要求且经济合理;与普通混凝土相比,高应变强化UHPC初裂荷载提升2.3倍,可视开裂荷载提升7.6倍.     

均布荷载作用下简支组合梁受力机理分析

为了揭示组合梁在均布荷载作用下的受力机理,考虑弯曲和滑移耦合变形,建立组合梁滑移受力机理模型.首先,以单跨简支组合梁为研究对象,探讨组合梁变形与滑移规律、横截面内力分布及结合部传力机理;然后,分析截面尺度、界面刚度与荷载加载面对组合梁受力机理的影响.结果表明：混凝土板抗剪和抗弯作用在房建组合梁中较明显,在桥梁组合梁中可忽略;随着界面刚度比的增加,简支组合梁的曲率、转角、挠度和滑移均减小;混凝土板和钢梁轴力同步增大,混凝土板剪力增大而钢梁剪力减小,混凝土板、钢梁弯矩减小而轴力力偶增大;结合部界面切向力增大而界面法向力基本不变;相较于按自质量分配荷载,均布荷载由混凝土板承担时界面压力增大,由钢梁承担时则界面受拉,应注意验算界面抗拉拔性能.     

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%.     

风浪流耦合作用下跨海斜拉桥减振措施

为减小施工期间风浪流耦合作用下跨海大跨度桥梁的不利振动，提出了多种结构性减振措施，针对主跨720m三塔斜拉桥最不利施工状态，开展了波浪作用和风浪流耦合作用下桥梁动力响应分析，对比了不同减振措施的减振效果，分析了减振措施相关参数对其减振性能的影响规律。结果表明：针对可引发共振的规则波浪作用，采用“合龙前梁端连接临时钢索”的减振措施可以有效减小主梁端部竖向位移和塔梁交接处的塔柱横向弯矩，减振率分别为61.1%和30.2%；针对风浪流耦合作用，采用“钢箱梁横桥向倾斜设置临时钢索”的减振措施可以有效抑制主梁端部的竖向位移、横向位移和塔梁交接处箱梁横向弯矩，减振率分别为38.9%、15.1%和49.4%，且钢索设置较小的倾斜角度，减振效果更好。研究成果为风浪流耦合作用下跨海大跨度斜拉桥的减振措施设计提供了有益参考。     

大宽跨比T梁桥的改进空间梁格算法

由于目前“G-M法”（比拟正交异性板法）计算主梁内力较复杂繁琐，为了更快速精确的计算大宽跨比，多横隔梁以及主梁较为密集的T梁桥主梁内力效应，提出了基于受压翼板有效宽度的大宽跨比T梁桥改进空间梁格算法。该方法通过有限元软件建立空间梁格模型，基于T形梁受压翼板有效宽度原理，精确考虑横隔梁与主梁顶板协同受力完成荷载横向传递时的横桥向横隔梁翼板有效宽度，对梁格模型中的横隔梁进行横隔梁-桥面板的截面等效换算，保证沿桥横向翼板内的应力分布均匀，模拟实桥横向联系。分别采用“G-M法”和本文方法计算分析桥宽20 m、24 m，跨径20 m、28 m、35 m的4种算例的装配式简支T梁桥主梁跨中弯矩，对比分析发现：1）改进空间梁格法与比拟正交异性板法吻合较好，误差均在±5%左右，精度较高；2）改进空间梁格法相比“G-M法”无需复杂的插值和查表，只需要借助简单的有限元模型，能快速高效的对主梁结构内力进行计算，操作方便，效率高；3）改进空间梁格法对大宽跨比，多横隔梁以及主梁较为密集的T梁桥结构内力计算结果更可视化，更能精确直观的反应受力后的整体结构响应。