脉动风和车辆荷载联合作用下中央扣对悬索桥吊索疲劳损伤的影响

以杭瑞洞庭大桥为研究对象,建立设置中央扣和无中央扣的大跨度悬索桥有限元模型,研究中央扣对悬索桥跨中短吊索疲劳损伤的影响。首先,采用谐波合成法生成大桥桥址处的脉动风场,采用Monte Carlo法模拟随机车流样本,基于ANSYS软件建立风-车-桥耦合振动分析模型,分析桥梁结构在脉动风和车辆荷载单独与联合作用下的动力响应;其次,采用雨流计数法统计跨中短吊索的应力时程,得到吊索的应力幅值、应力均值和循环次数;最后,基于Miner损伤线性累计理论分析中央扣对跨中短吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度的影响。研究结果表明：中央扣对悬索桥竖弯刚度影响较小,但会提高悬索桥的纵飘刚度和反对称扭转刚度,显著减小荷载作用下缆梁相对位移和跨中短吊索的弯曲应力;中央扣不会改变脉动风荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,但会改变车辆荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,并显著降低缆梁相对位移对车速的敏感性;在脉动风和车辆荷载联合作用下,跨中短吊索的等效总应力幅值小于脉动风和车辆荷载单独作用下等效应力幅值的叠加值;在脉动风和车辆荷载联合作用下,中央扣会显著减小跨中短吊索尤其是靠近中央扣位置处吊索的等效总应力幅值和...     

平顶山建设路立交桥力学性能分析

根据刚性索自锚式悬索桥的结构特点,对刚性索自锚式悬索桥力学性能计算的有限元法建模进行探讨,运用有限元程序Midas/civil,建立了平顶山市建设路立交桥——刚性索自锚式悬索桥的空间有限元计算模型,对该桥进行受力分析和变形计算。计算结果表明：桥梁的受力与变形基本关于跨中对称;恒载作用下桥梁以竖向变形为主;主梁全截面处于受压状态,在桥塔附近主梁出现负弯矩,在吊杆位置处弯矩出现尖点,剪力发生突变;主缆与吊杆全部受拉,拉力较为均匀,内力最大值均发生在桥塔边跨侧;各构件受力均在规范规定范围内且有较大安全储备;主缆与吊杆增加的外包结构使其承受拉力外还能够承担部分弯矩,从受力上表现出刚性的特点。     

双缆悬索桥体系的力学特性(Ⅱ)

研究了双主缆悬索桥体系在承受不平衡活载时的力学特性——双缆体系根据荷载在上缆与下缆间的分配情况,可等效为一根虚拟主缆;单跨加载时,加载跨主缆内力增大,非加载跨荷载由下缆向上缆转移,虚拟缆垂度减小,以达到与加载跨主缆的内力平衡.根据加载跨与非加载跨主缆水平力相等的关系,通过求解虚拟缆的垂度,得到了荷载在上缆与下缆间的分配比例,建立了有限元模型进行验证,并与理论值进行了对比.结果表明,双缆体系在承担不平衡活载时,其塔顶位移及跨中挠度远小于传统悬索桥.     

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.     

地锚式独塔单跨空间双缆面悬索桥结构体系分析

为了得到某地锚式独塔单跨空间双缆面悬索桥合理的结构参数,采用有限元软件计算的方法,研究了该地锚式悬索桥在恒载、活载、温度荷载作用下分别采用1/14、1/15、1/16的垂跨比、45o、60o、75o的边跨主缆锚固方式、π型钢梁和钢桁梁两种加劲梁形式对主缆、吊杆受力及主梁的内力、挠度的变化影响。结果表明：随着垂跨比的增大,主缆、边吊杆受力及主梁的内力和挠度、塔底弯矩逐渐减小;随着锚固角度的增大,主缆背索力、主梁弯矩及挠度、塔底弯矩随之减小,主跨主缆力影响较小。适当增加垂跨比及边跨主缆锚固角度,可改善结构的受力与变形。采用钢桁梁截面形式,主缆力及吊杆力较π型钢梁的大,主梁挠度较π型钢梁的小。相关研究结论将会为该类桥梁的设计结构参数的拟定提供参考。     

钻井平台自动猫道支撑体系受力性能有限元分析

为了分析自动猫道支撑结构体系在滑轮移动荷载作用下的受力性能,在合理选取钢材材性和单元类型的基础上,采用ANSYS有限元软件对该结构装置进行了数值模型分析,分别计算了上部结构杆件为刚接和铰接不同连接方式下的力学性能。通过荷载简化计算可得,该结构体系最不利荷载位置为移动荷载作用在距桁架左侧端部4.1775m处。分析结果表明,连接方式为刚接和铰接两种工况的分析结果基本一致,桁架结构在其跨中位置处的竖向位移和轴向应力都比较大,尤其是下弦的跨中杆件应力比都大于0.5;铰接连接方式下的分析结果略大于刚接连接方式的分析结果。     

大跨度斜拉桥在车辆动力加载作用下的振动响应计算与监测

大跨度斜拉桥形式多样,结构轻柔,动力响应明显。为研究车辆动力加载作用对大跨斜拉桥的影响,基于健康监测系统长期监测数据建立车辆-桥梁动力相互作用分析模型,并编写相应计算程序。以福州市青洲大桥为工程背景,对随机车流进行模拟,考虑不同车辆类型及随机车流动态加载作用,建立车辆-桥梁动力平衡微分方程,验证车桥耦合振动模型,计算不同工况下由车辆载重、车距、车速等汽车荷载引起的桥梁振动响应。研究结果表明：车辆载重是影响桥梁位移变化的重要因素;控制行车间距有利于控制桥梁位移;行驶车速的提升和车辆数量的增加会在一定程度上引起主梁振动响应的加剧。研究成果可为大跨度斜拉桥的结构设计以及安全运营提供参考。     

端部不等高的钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

目的研究端部不等高的钢-混凝土组合梁的整体力学特性,为变截面钢-混凝土的研究提供参考.方法制作两组1:15的缩比例的端部不等高的钢-混组合梁并对其进行试验研究;分别对两个试件采用跨中单点加载与两点对称加载两种加载模式,测试参数为极限荷载、挠度、滑移以及截面应变等.结果单点加载的极限承载力和跨中最大位移为669.51 kN和26.45 mm,两点对称加载的极限承载力和跨中最大位移为924.94 kN和15.35 mm.两点对称加载的破坏模式主要为剪切破坏,单点加载的破坏模式为剪切、弯曲与局部承压并存.结论平截面假定适用于端部不等高的钢-混凝土组合梁的截面应力分析.与传统等截面钢-混凝土组合梁相比,端部变高度的钢-混凝土组合梁具有更大的抗弯刚度和抗剪承载能力.     

双向温梯荷载下简支梁桥上CRTS Ⅱ型板受力变形

为研究温度梯度荷载作用下多跨简支梁桥上CRTS Ⅱ型板受力变形问题,基于有限元法建立了多跨简支梁桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路(Continuous Welded Rail,CWR)空间精细化有限元模型,分析了竖向、横向温度梯度荷载作用下轨道、桥梁结构纵向受力与变形特性.研究结果表明:竖向温梯荷载作用下,钢轨在桥梁两端的主端刺位置伸缩力与位移达到最大值;轨道板出现翘曲应力,其上下表面应力差随温度梯度增大而增大,轨道板竖向温度梯度为90℃/m时,上下表面应力差最大值较50℃/m时增加了44％.双向温梯荷载作用下,向阳侧桥梁纵向位移明显高于背阴侧,钢轨伸缩力略高于背阴侧;随着横向温度梯度的增大,阴阳两侧结构纵向位移差、相对位移差和应力差均呈现逐渐增大趋势.在高温差地区需重点关注轨道板因上下表面应力差引起的翘曲变形问题.研究成果可为桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道无缝线路的设计、施工和维护提供理论依据.     

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.     

基于车桥耦合振动的波形钢腹板箱梁体外预应力束疲劳损伤评估

基于ANSYS建立精细化波形钢腹板箱梁桥数值模型,开展体外束疲劳分析。利用MATLAB编制了考虑车辆类型,行车位置、速度、车头距及轴重等因素的随机车流程序。采用雨流计数法计算24小时内随机车流作用下体外束应力等效应力幅以及等效应力循环次数。修正Muller研究结果,提出应力比低于0.035且考虑侧向弯曲磨损作用下的钢绞线S-N公式。利用Miner累积损伤准则并考虑冲击系数的影响,推算波形钢腹板箱梁桥体外预应力束的疲劳损伤度及剩余疲劳使用寿命,同时分析了桥梁跨径对体外束疲劳损伤的影响。研究结果表明,移动荷载对不同位置处体外束应力影响线的大小顺序为：中跨跨中位置＞边跨跨中位置＞中跨1/4跨位置,中跨跨中位置处的体外束应力受到的车辆荷载的影响较大;随机车流对体外束产生的疲劳损伤随跨径增加而减小。     

大口径超深孔桩基轴向静荷载试验研究

针对某桥梁为主跨480 m的双塔组合梁斜拉桥,主桥桥址地质条件复杂,试桩是直径为2.5～2.8 m的变截面钻孔灌注桩,对这种大直径超深钻孔桩基进行轴向静荷载试验.其方法为:采用自平衡法测试方案,荷载箱设置在距桩端最佳位置3.5 m处,试验中在荷载12～56 MN内共设置9个级别;根据试验结果,对桩侧、桩端阻力与桩土相对位移进行拟合分析,同时,对各级荷载下岩层侧摩阻发挥系数c2进行反算,对桩侧各土层试验过程中各类参数进行分析.研究结果表明:荷载为25 MN时对该类桩犁的桩顶位移几乎没有影响,桩身侧摩阻力足以抵抗上部荷载;桩侧各土层实测时间-位移曲线与拟合曲线在加载后期均趋缓,表明桩侧摩阻力基本达到极限.     

施工用钢栈桥动力响应的理论与试验研究

本文以江西永修至武宁高速公路A8标巾口大桥施工钢栈桥为研究背景,建立了车辆-桥梁的动力分析模型,对施工钢栈桥进行设计、验算,并通过动载试验对钢栈桥进行了试验,验算及试验结果均符合规范要求,对深水临时钢便桥的动力响应进行了研究。结果表明：随着桥梁跨度的不断增大,动力响应逐渐增大;随着轴重的不断增大,跨中位移逐渐增大,当汽车荷载为标准轴重的5倍时,桥梁跨中的位移可以达到10mm之多。汽车速度的不断提高,钢栈桥的跨中位移逐渐增大,这主要是由于桥梁上的不平顺引起的,随着速度的不断增大,作用在桥梁上的不平顺荷载逐渐增大而引起的;随着速度的进一步增大,桥梁的动力响应有了突变点,这是由于桥梁的振动频率与汽车速度发生共振而引起的。共振速度过后,桥梁的竖向位移又逐渐变小。     

竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理

为揭示竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理,以主缆变形理论为基础研究了其竖向荷载下的变位特征,并得出了其竖向及纵向位移解析解;在此基础上,分析了竖向荷载作用下传统悬索桥和设有中央扣悬索桥的纵向变位特征及加劲梁纵向位移,揭示了中央扣纵向约束机制,并分别推导了加劲梁在竖向荷载下的纵向位移计算公式;最后,通过算例分析验证所提位移计算公式计算精度. 结果表明：由于主缆的几何非线性特征,竖向位移与纵向位移相互耦合,在非对称竖向荷载作用下,主缆发生非同步纵向位移,而加劲梁主要以类似“摆锤体”发生刚体的纵向位移;跨中处主缆、加劲梁及中央扣因中央扣的存在形成一个“刚域”区,从而导致加劲梁纵向位移减小;所提计算方法与有限元数值解法在不同竖向荷载工况下吻合良好.     

车辆荷载和疲劳荷载作用下钢桥面板有效工作宽度计算分析

目的研究车辆和疲劳荷载作用下钢桥面板有效工作宽度的计算方法.方法选取国内某大桥主跨建立节段钢箱梁有限元模型和单个U肋模型,对车辆荷载纵桥向和横桥向加载形式、计算截面位置及加载位置进行分析.结果当车辆相邻车轮横向间距为1.3、1.8、2 m时,其有效工作宽度未发生重叠,可采用横向单侧车轮加载计算钢桥面板的有效工作宽度.当车辆纵向轴距为1.2 m和1.4 m时,其前后轴的作用效应发生重叠,因此需考虑前后轴共同作用计算钢桥面板有效工作宽度.在靠近中腹板各600 mm左右,中腹板附近U肋下缘应力变化很大,在55.4%左右,超出这个范围U肋下缘应力变化很小,各U肋下缘应力值在5.2%左右变化.相对于顶板厚度为16 mm模型,不同顶板板厚的U肋下缘应力、顶板应力和桥面板变形的有效工作宽度系数变化分别在20%、2%、14%以内.结论提出的钢桥面板顶板有效工作宽度和U肋下缘应力有效工作宽度及变形有效分布宽度计算方法,为钢桥面板第二体系与疲劳的计算提供简便方法.     

索形优化后的双向张弦梁静载试验分析之全跨均布荷载下的上弦钢梁

基于平衡荷载值确定双向张弦实腹梁结构的形状,采用多点分配梁杠杆集中加载与跨中直接吊挂加载相结合的加载方案,设计了一个索形优化后的双向张弦梁整体结构静载试验。全跨均布对称荷载下的试验结果显示:经过索网形状优化之后,在竖向荷载达到平衡荷载值时,弯矩值接近零,结构中的应力分布较均匀且数值较小;随着全跨均布荷载的增加,轴力变化幅度在短跨方向以边榀最大,在长跨方向以跨中榀最大;弯矩的变化幅度均在2个方向的跨中榀的上弦梁跨端到1/4跨区间最显著,梁平面上靠近滑动支座的1/4区域的竖向位移最大。     

汽车冲击荷载对大跨度钢-混凝土组合桁梁桥力学性能的影响

西平铁路线上有三处跨高速方案采用了80m钢-混凝土组合桁梁桥,桁高9m。由于是跨高速桥梁,所以,桥梁就有被车辆撞击的可能性。用有限元模拟不同车速汽车产生的冲击荷载对桥梁撞击的全过程,并得到桥梁被撞后的动态变形及应力变化历程。同时对桥梁损伤程度进行评估。分析结果为该类型桥梁的设计和撞击研究提供参考。     

对“调整连续梁桁架内部应力之研究”一文之讨论(一)

萧振群同志在其“调整连续梁桁架内部应力之研究”一文中证明两跨连续梁最有利的应力调整的绳准是在离端支承x=0.707l处的最大正负弯矩相等。讨论者们通过简易的数学运算,推广解决多种超静定桥梁应力调整绳准点的位置: 对于三跨连续梁桥,边跨的绳准点的位置在距端支承x≈0.775l处,中跨的绳准点在各距支承x≈0.3l处; 对于多跨连续梁桥,中间各跨的绳准点的位置在距支承x≈0.25l处; 对于两铰拱,绳准点的位置在x≈0.3l处,其推力的最有利调整值为:H_o=M_++M_-/2y,式中M_+、M_-、y等为绳准点处的最大正核心弯矩、最大负核心弯矩、相对铰轴连线的座标; 对于无铰拱,绳准点的位置在x≈0.25l处。     

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.     

传统风格建筑钢框架结构抗侧刚度试验研究

为研究传统风格建筑的抗侧力性能,进行了1榀单层两跨传统风格建筑钢框架结构的低周反复荷载试验.通过测试试件在侧向力作用下的位移角变形和承载力退化趋势,研究了传统风格建筑钢框架结构的抗震性能,分析了结构的弹塑性特征、整体框架抗侧刚度退化、结构在同级位移循环加载条件下的刚度退化规律以及加载位移与残余变形的关系.结果表明:传统风格建筑钢框架结构表现出较强的承载力和良好的抗侧能力,在水平荷载作用下,钢框架结构形成多道抗震防线,结构刚度退化表现出由快到慢的规律;结构破坏时位移角达到1/20,未发生承载力陡降的不利情况;传统风格建筑钢框架结构在水平荷载作用下形成梁铰破坏机制,满足规范提出的"强柱弱梁,强节点弱构件"的抗震设防要求.