连拱活载内力的计算方法

一般多孔拱桥,应按连拱内力影响线布置荷载,计算拱中最大活载内力.本文提出任意多孔连拱内力影响线的计算公式和最大活载内力的计算方法.     

大跨度钢桁架拱桥的空间地震响应分析

基于多自由度空间体系地震响应分析的基本理论,得到大跨度桥梁的空间地震响应分析方法,并运用线弹性有限元理论将其程序化,分析过程包括桥梁有限元建模、地震动的选择、动力时程分析等。以重庆朝天门长江大桥—三跨中承式连续钢桁架拱桥为例,分别研究大跨度钢桁架拱桥在一致激励和行波效应作用下的地震响应。研究结果表明:对于此类型桥梁的拱肋,在一致激励下,纵向位移最大峰值出现在1/4中跨附近,中跨下拱肋左拱脚处的单元内力峰值最大;竖向地震动和行波效应对结构位移和内力的影响较大。     

脱粘圆形钢管混凝土拱肋的极限荷载试验研究

为了研究钢管混凝土拱桥脱粘后的承载能力情况,将一根圆截面钢管混凝土拱肋成型后置于实验室发生自然脱粘,对自然脱粘后的拱肋进行了四分点处单点非对称加载至破坏的模型试验,采用数值方法和《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB 50923-2013)等现行规范的方法分别分析了模型拱肋无脱粘时的极限荷载。试验获得了加载过程脱粘钢管混凝土拱肋模型的应力、变形曲线及面内极限荷载。结果显示:钢管混凝土模型拱肋在自然脱粘情况下,荷载—挠度曲线及荷载—应变曲线仍表现出较大的延性,脱粘后其极限荷载实测值相比无脱粘时的有限元理论计算值略低10%,较按现行几本规范方法的计算值均高40%左右。分析表明,自然脱粘后的钢管混凝土拱肋在外荷载作用变形后仍受到约束,具有良好的弹塑性力学性能及承载能力。研究成果可为钢管混凝土拱桥的进一步研究提供试验数据,并为同类桥梁的发展提供参考。     

上承式拱桥新型加固改造方法及试验验证

早期的上承式拱桥受限于设计荷载等级偏低、维护养护不到位和已运营多年等，其力学性能已不能满足现代交通需求，针对这一问题本文提出了一种新型的加固改造方法，即在拱肋与主梁间增设V杆、桥面上安装桁片，使以拱肋为主要承重构件的受力体系转变为双层桁架整体受力体系。为评估该方法的加固效果，以某50 m上承式拱桥为研究对象，运用有限元手段对比分析加固前后的力学性能。为进一步验证新加固改造法对提高原结构力学性能的有效性，完成10 m试验桥的荷载试验并对比分析结果。两种结果均表明：新型加固改造方法可以大幅提高桥梁承载力与刚度。对实桥进行有限元分析时，加固改造后拱脚和跨中最大压应力分别减小2.9、2.3 MPa,主梁最大上、下挠分别减小35.08%、27.42%;对试验桥进行静载加载时，加固改造后拱肋上缘与下缘最大应力分别减小82.68%、78.14%,拱肋最大上、下挠值分别减小97.47%、90.30%。故该加固改造方法积极有效，可尽早应用于工程实际。     

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.     

某斜腿刚架拱桥静动载试验评估

针对斜腿刚架拱桥结构构造特点,对拱肋重要节点采用刚性连接方式建立了有限元模型,计算分析了设计活载及试验荷载作用下结构的静动载响应．同时,基于理论分析及现场静动载试验结果,分析和评估了该桥的承载能力及使用性能．有限元模型建立方法及静动载试验过程对该类桥梁性能评估具有工程借鉴意义．     

风撑设置对拱桥稳定性影响的分析研究

基于下承式系杆钢管混凝土拱桥,建立有限元空间杆系模型,借助大型的通用软件Ansys,针对系杆拱桥的风撑布置形式、风撑刚度等因素对拱肋的稳定性的影响作了系统的分析.风撑布置形式及风撑断面面积、刚度对拱桥的稳定性能有一定的影响,合理的风撑布置及截面形式对减少潜在危险性和节省材料均有实用意义.     

考虑拱式拱上结构与主拱圈联合作用影响的连拱计算

在多跨连续拱桥的设计中,现有的连拱计算方法都忽略了拱上结构的影响,而是按裸拱连拱进行计算。但对于我国广泛采用的拱式拱上结构的连续拱桥,由一座模型桥试验表明,拱上结构与主拱圈联合作用的影响较为显著,如拱顶截面的活载弯矩可减小15～25%,拱脚截面可减小25～40%。可见在连拱计算中宜考虑拱式拱上结构的影响。本文通过模型桥试验和理论分析相结合的方法,对这种拱式拱上结构多孔连续拱桥的连拱计算,试图提出与实际受力情况基本相符的计算图式,并在此基础上拟出了一个供讨论和试用的实用简化计算图式。     

大跨度拱桥的等效风荷载

基于一些大跨度拱桥的工程实例,采用分段评估方法研究了典型拱肋的静力风荷载,采用惯性荷载法分析了抖振和涡振的等效静力风荷载,并对拱肋和主梁分别进行了总风荷载的综合评估.结果表明:分段评估方法用于计算拱肋的静力风荷载是合理实用的;提出的雷诺数效应修正公式有助于预测包含圆截面构件拱肋的原型拱桥的静力风荷载;采取不同的等效风荷载组合形式分析和评估了大跨度拱桥不同构件的风荷载效应.     

大跨度钢管混凝土窄拱桥稳定性可靠度分析

铜瓦门大桥是一座主跨238 m、桥面宽10 m、宽跨比1/23.8的中承式钢管混凝土提篮拱桥.该桥设计采用了只由两根钢管混凝土弦杆和钢管腹杆组成的平面桁架拱肋.稳定安全性成为该桥结构设计的控制因素.首先根据钢管混凝土拱桥主要理论,在充分考虑材料性能、结构几何参数和计算模式的不定性基础上,建立了拱肋5个典型截面稳定性失效模式下的功能函数,获得了拱肋局部稳定性的可靠指标,各可靠指标均满足公路桥梁结构构件安全等级为一级的延性破坏目标可靠指标要求.然后采用与结构可靠度几何法相结合的响应面样本选取的新方法,进行了整体稳定性的可靠度研究,计算结果为平面桁架式拱肋的应用提供了理论基础,并进一步证明平面桁架式拱肋为大跨度钢管混凝土窄拱桥提供了一个有效的竞争方案.     

脱粘对钢管混凝土拱温度应力及内力影响分析

选取钢管混凝土单圆管拱、哑铃型拱和桁拱3座桥例为工程背景,结合有限元法,分析脱粘对温度应力及内力的影响.研究结果表明:脱粘使得夏季的平均温度降低,冬季的平均温度升高,但总体上脱粘与无脱粘的平均温度相差很小;脱粘使得钢管的温度自应力增大,核心混凝土的温度自应力减小,且超过拱肋自重产生的应力,因此钢管混凝土拱桥温度应力的计算要考虑脱粘的影响.此外,脱粘对钢管混凝土单圆管拱、哑铃形拱的温度内力基本上没有影响,对桁肋拱的温度内力有较大的影响.     

节点刚度对管桁架拱稳定性的影响

为研究节点刚度对管桁架拱稳定性的影响,在节点弹簧单元和壳单元滞回性能一致性得到验证的基础上,采用往复荷载下的变刚度弹簧模型代替壳单元考虑节点的半刚性。弹簧模型的节点刚度方程由节点域壳单元模型在往复荷载加载作用下的骨架曲线确定。以矢跨比为0.29、跨度为50 m的管桁架拱为算例,采用材料与几何非线性有限元法对节点域弹簧模型和普通模型进行稳定性分析。结果表明：“静力失稳模态”为空间管桁架拱的最不利初始缺陷形式;节点刚度对管桁架拱的承载力影响程度与考虑初始缺陷的大小、分布形式和荷载作用范围有关。     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内稳定性能

钢管混凝土抛物线空腹拱是在钢管混凝土桁架拱上取消斜腹杆的拱结构。采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性。其次,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,并基于ABAQUS软件的分析结果,采用考虑矢跨比的轴压稳定系数公式,发现该公式能预测有限元计算结果。再次,对跨中加载和半跨加载分别进行一阶线弹性分析,研究钢管混凝土抛物线空腹拱中压力和弯矩的变化规律,并分析不均匀轴力和不均匀弯矩对压弯设计公式的影响。最后,推导出空腹拱的全截面塑性弯矩公式,根据二分法原理利用Python语言求出全截面塑性弯矩的数值,并根据有限元的计算结果,提出压弯共同作用下钢管混凝土抛物线空腹拱的设计公式,使其能用于指导工程实践。     

脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋动力性能的影响

为了解脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋动力性能的影响,基于完全脱粘假设选择合理连接单元,运用ANSYS软件建立了总溪河大桥桁架式主拱肋脱粘与完全粘结模型,分析了在全跨、双侧拱脚、单侧拱脚和跨中拱肋脱粘的情况下主拱肋的动力特性。计算结果表明,在全跨范围脱粘状态下,前五阶频率有较明显的下降,其中第三阶下降达27.37%;不同位置脱粘对面内弯曲频率的影响大于对面外弯曲频率的影响,但对一阶扭转频率影响不大;不同位置脱粘对各阶频率的影响是,双侧拱脚脱粘的影响大于单侧拱脚脱粘的影响,单侧拱脚脱粘的影响大于跨中拱肋脱粘的影响。     

钢筋混凝土箱拱面内受力全过程试验研究

进行了钢筋混凝土箱拱面内受力全过程试验.应用通用程序ANSYS建立了钢筋混凝土箱拱的非线性有限元模型,对模型拱面内受力全过程的非线性受力性能进行了分析.对结构破坏模式进行了探讨,并采用极限分析简化算法对极限承载力进行了计算.研究表明,在面内两点非对称荷载作用下,钢筋混凝土箱拱的破坏模式与实肋板拱相似,均属于以材料非线性为主的二类稳定问题.进行钢筋混凝土箱拱的极限承载力计算时,不可忽略几何非线性的影响,应用有限元法分析时应考虑双重非线性的影响.钢筋混凝土箱拱的结构破坏模式满足刚塑性假定,其极限承载力也可用极限分析法进行简化计算,其结果偏于安全.     

湘江某引航道系杆拱桥静载试验研究和数值模拟

湘江某引航道系杆拱桥运营时间已达10年以上,拱肋、吊杆及钢绞线等受到不同程度的损伤,为了验证该桥是否满足设计和使用要求,对该桥现场进行了汽车静载试验,并建立了全桥的有限元分析模型,进行了对比分析,试验结果表明:拱肋、桥面及吊杆的变形与空间有限元计算结果比较接近,大部分测点的挠度小于理论计算值,相对残余变形很小,因此可以判断结构处于弹性工作状态;大部分测点的效验系数在0.70～1.00之间;部分效验系数偏大的测点,其挠度绝对值非常小,挠跨比远远小于规范值,因此可以判断该桥梁的整体刚度满足设计要求.     

双曲拱桥加固设计研究

采用Midas软件,计算了20 m跨双曲三铰拱桥在各种荷载工况作用下的内力状况,通过内力计算结果找到了结构破坏的原因.采用粘贴钢板法对该桥进行了加固,介绍了该法加固双曲拱桥的具体操作方法.对加固后的桥梁进行了荷载试验,比较了已加固跨和未加固跨结构的位移情况.试验结果表明加固效果良好.