下承式钢管混凝土系杆拱桥拱脚局部应力分析

拱脚是钢管混凝土拱肋向混凝土的过渡段,局部构造复杂,是拱梁组合桥的关键部位,其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要。运用ANSYS软件建立拱脚三维空间有限元模型,计算分析了拱脚在拱肋张拉吊杆前后两种工况下应力的空间分布。根据分析结果可以得到,拱脚受力以纵向压力为主,应力分布较为均匀;局部出现小范围拉应力,且拉应力值不大。因此,在整个拱桥结构中,拱脚受力合理,满足实际工程需要。     

工序变化对钢管混凝土拱桥应力的影响

为了研究钢管混凝土拱桥拱肋的上下弦管浇注混凝土顺序不同及一次性落架对拱肋应力与位移的影响，运用ANSYS有限元程序及其死活单元性质，将拱肋中的混凝土采用实体单元，钢管采用壳单元的方法，把施工步骤分为23步，模仿拱肋灌注混凝土施工过程，进行三维有限元仿真模拟分析。结果表明：一次性落架比先浇下弦管钢管轴向应力在拱脚处小102％，先浇注下弦管比先浇注上弦管钢管轴向应力在拱脚处小9．8％，施工中应尽量采用一次性落架，如有困难，应尽量采用先浇注下弦管、后浇注上弦管的施工方法，钢管可获得较高的安全储备。     

钢管混凝土拱桥拱肋施工应力分析

利用“APDL语言编程”建立拱桥施工过程中9个工况的实体有限元模型,并利用该模型分析施工过程中拱肋应力的变化规律,结果表明：拱肋下表面应力值均大于上表面应力值;两侧拱脚及L／4与3／V4的应力变化呈对称趋势;张拉系梁钢束N5时,拱脚附近应力达到最大值,L／4、3L／4和拱顶应力最大值出现在桥面系施工结束后。     

下承式哑铃型钢管混凝土系杆拱桥静力性能研究

目的 研究下承式哑铃型钢管混凝土系杆拱桥在施工过程中的应力与变形,为实际工程应用提供理论依据。方法 采用有限元软件Midas/Civil建立钢管混凝土系杆拱桥有限元模型,分析拱桥施工过程中应力、变形的变化规律及结构参数变化对拱肋受力的影响。结果 钢管与混凝土峰值压应力均位于拱脚截面,考虑收缩徐变影响时拱脚上弦管压应力较二期荷载作用下提高61%;与先浇筑上管混凝土相比,先浇筑哑铃型下管混凝土时,组合截面中性轴下移且应力变化幅度较小;拱肋含钢率介于4%～9%时,增大钢管壁厚与直径可使拱脚截面、1/4截面、跨中截面峰值压应力、峰值挠度降低;拱肋内倾角为0°～13°时,拱肋截面峰值挠度随内倾角的增大呈现先减后增趋势,其中内倾角为7°时挠度最小。结论 考虑运营期拱肋混凝土收缩徐变时,哑铃型拱肋处于全截面受压状态;对于采用哑铃型截面的下承式钢管混凝土系杆拱桥,先浇筑拱肋下管混凝土可使系杆拱桥体系受力更加合理;内倾角变化对拱肋峰值挠度有一定影响。     

钢管混凝土拱桥拱脚外包混凝土最小厚度研究

一些钢管混凝土拱桥运营后,拱脚处钢管外包混凝土出现了明显可见过宽的裂缝,影响结构的使用与耐久性,但相关规范未对外包混凝土设计提出要求.本文以某下承式钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,运用Midas/Civil建立全桥模型并提取拱肋截断面最不利内力组合,再运用ANSYS建立拱脚局部模型,分析钢管与外包混凝土界面、拱肋截断面各内力分量对拱肋附近外包混凝土应力的影响,研究拱肋附近外包混凝土应力随外包混凝土厚度增大的变化规律.计算结果表明,拱脚裂缝主要由拱肋轴力引起,钢管受压膨胀挤压外包混凝土使其产生拉力,加大钢管外包混凝土厚度能有效减小拉应力.通过多工况的计算给出了满足抗裂限裂要求的最小外包混凝土厚度.     

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。     

赵家窑双曲拱桥加固改造设计与施工

本文通过公路养护实践经验，以赵家窑桥为例介绍了双曲拱桥加固改造的设计方案与施工工艺。粘贴钢板补强拱肋、增设拱肋间横系梁以增加桥梁整体刚度，对双曲拱桥既有拱波、腹拱及拱脚等应力集中、容易产生裂缝的部位进行覆盖，此方案施工简便、工艺成熟，不破坏原有结构物，加固工期较短，经济合理，提高了结构的耐久性，通过对赵家窑桥的成功提载，为同类桥梁加固改造的设计与施工积累了宝贵经验。     

局部腐蚀对钢管拱肋极限承载能力的影响研究

基于有限元数值分析方法,研究单圆管钢管拱肋在36种腐蚀工况下的极限承载能力,探讨腐蚀部位、面积和深度等对钢管拱肋极限承载能力的影响规律.研究结果表明:(1)当腐蚀面积和腐蚀深度相同时,拱脚腐蚀较其他位置(拱顶、拱顶与拱脚之间的位置、吊杆与拱肋之间的接头位置)对钢管拱肋极限承载能力的影响最大;(2)当腐蚀部位和腐蚀深度相同时,随着腐蚀面积的增大,钢管拱肋的极限承载能力呈下降趋势,下降幅度表现为先快后慢;(3)当腐蚀面积相同,腐蚀部位为拱脚、拱脚-拱顶之间(非吊杆连接处)时,随着腐蚀深度的增大,钢管拱肋的极限承载能力呈直线下降趋势;(4)当腐蚀面积相同,腐蚀部位为吊杆-拱肋连接处、拱顶时,钢管拱肋极限承载能力呈下降趋势,下降幅度先慢后快.     

日圆大桥拱肋安全性分析

对日圆大桥拱肋在施工及运营阶段的安全性进行了分析。首先计算了拱肋的稳定承载力,由分析知该桥拱稳定承载力较大,具有一定抵御各种不利荷载作用的能力;接着预测了因混凝土收缩徐变及不合理的施工方法等因素的影响下,可能引起拱脚在施工及运营阶段出现较大拉应力的现象;计算分析发现在拱肋支架拆除过程中,拱肋会出现短暂的、类似连续梁结构受力状态的现象。针对以上问题提出了一套独特的施工方法,从而消除了上述不利的受力状态,保证了拱肋在施工及运营阶段的安全性。     

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.     

钢-混组合结构蝶形拱桥索力优化

以中承式钢-混组合结构蝶形拱桥为研究背景,对以异型拱为代表的拱桥的索力优化问题进行研究。运用MIDAS/Civil软件建立桥梁结构的有限元模型,通过对比分析不同张拉索力下的拱肋轴力、弯矩、应力以及索力不均匀程度,确定最合理的吊杆张拉力,同时对4种不同的张拉方案从拱肋轴力、拱肋弯矩、主梁应力以及吊杆内力等方面进行对比分析,以确定最优的吊杆张拉顺序,最后以确定的吊杆张拉力和张拉顺序对吊杆进行验算。研究结果表明,该蝶形拱桥的第二次吊杆张拉力选取中索450kN、边索550kN较为合理,最优的张拉方案为先张拉拱顶两侧的两根吊杆,再张拉拱顶吊杆,然后从拱脚向拱顶对称张拉,吊杆的最大应力和应力幅均满足规范要求。     

铭选大桥设计

铭选大桥为三跨拱桥，主孔为净跨９０ｍ的钢管砼中承式肋拱，两边跨为静跨４８ｍ钢筋砼上承式肋拱，不但造型美观，而且解决了恒载不平衡推力问题．根据地形地质条件，选用组合式桥台，钢筋砼空心板，柱基或刚性扩大基础，保证了下部结构与基础的受力和刚度要求，方便了施工，降低了造价     

哈大高速铁路钢箱叠合拱桥拱脚局部应力分析

对我国高速铁路上的第一座大跨钢箱叠合拱桥哈大高速铁路138 m新开河桥进行了拱脚结构局部应力分析.根据圣维南原理,运用ANSYS有限元计算软件,利用壳单元和梁单元建立了精细的系梁-拱肋-吊杆-横梁的空间计算模型,根据结构的实际情况模拟边界及荷载,对桥梁结构在恒载及客运专线活载作用下拱脚位置的应力分布情况进行了分析.计算结果表明:新开河桥拱脚的支座顶板部位和钢箱系梁变截面位置的应力较大,虽然未出现超过材料屈服应力的现象,但是为了保证桥梁使用的安全,在设计和施工中应加以重视.     

湘潭湘江四大桥模型试验的加载方法研究

基于ANSYS软件建立了湘潭湘江四大桥有限元模型,通过有限元理论分析研究了桁架式拱肋组合受力特点,提出了关于桁架拱肋拱桥活载试验的一种活载加载方法.该方法将拱肋实腹段(拱脚)断面与桁架段断面分别按弯矩影响线与应力影响线布置活载.然后分别按传统方法和本文提出的新方法进行模型试验.理论与试验结果表明:新方法更能准确找出危险断面的最不利工况加载位置,这种新的活载布置方法也可为同类钢管混凝土桁架拱桥的试验提供参考.     

双拱形渡槽桥台桩基承载力三维有限元分析

采用ANSYS软件,对山西省北赵引黄提水工程双拱形渡槽、桥台、桩基和地基土体进行三维有限元模拟分析,得出了自重及温升荷载下的结构应力变形规律。针对桥台水平位移引起桩体的弯曲变形,导致桩与土之间作用力分配难以用一般性理论进行计算,将地基-桩体-桥台-拱跨整体建模,进行整体分析,并重点研究了拱端水平推力对桩基及土体应力、位移和变形的影响。     

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。     

基于位移与内应力监测的钢桥拱肋受力变形

以公路桥梁施工监控技术指南为依据,通过实时监测拱肋各施工阶段下的位移与内应力,研究钢桥拱肋的受力变形规律.结果表明:在不同工况下,钢桥拱肋L/4,3L/4处的竖向位移变化区间为0.30～13.50 mm,L/2处竖向位移变化区间为0.25～11.40 mm,位移方向为竖向向下;在各工况下钢桥拱肋两端拱脚内应力变化范围为6.79～26.53 MPa,L/4,3L/4处内应力变化范围为1.60～27.93 MPa,L/2处内应力变化范围为0.21～11.49 MPa,内应力变化为压应力;全跨拱肋对称位置的受力变形变化趋势保持一致,且在工况2时,吊杆张拉后拱肋整体产生最大位移变化与内应力变化,因此该施工阶段应作为受力变形重点监控工况.研究得出了钢桥拱肋在各工况下不同位置的受力变形规律,其研究成果可为钢桥拱肋的施工与监控提供科学的理论支撑与技术指导.     

大跨覆土波纹钢板拱桥结构加强措施研究

由于结构承受回填土压力,随着跨度增加,覆土波纹钢板拱桥的内力增幅较大,有必要对波纹板拱圈采取结构加强措施.基于跨径为16m的圆弧拱桥,采用混凝土复合加强肋方案对拱圈进行加强,分别建立了未加强、拱脚部位加强、沿拱圈环向加强和沿拱圈与横向的双方向加强等4种考虑土结相互作用的三维有限元模型,计算和对比分析了4种情况下结构的受力和变形特点.结果表明,覆土波纹钢板圆弧拱桥应力分布不均匀,对受力最大部位的拱脚采取局部加强措施能够显著改善结构的受力性能;环向加强措施改善了结构受力性能,但结构整体性较差;双向加强措施的改善效果明显,且有利于提高结构的整体性.     

L型拱肋加固拱桥受力机理研究

为了研究L型拱肋加固拱桥的机理,依托实际工程,采用大型有限元程序对L型拱肋加固法进行建模分析,结果表明：L型拱肋加固拱桥既能分担原主拱承受的外荷载,使原主拱最大压应力减小,又能改善原主拱的受力模式,使其实际拱轴线与合理拱轴线吻合更好,更趋近于“轴心受压”; L型拱肋截面设计时,应以L型拱肋与原主拱合理的抗压刚度比控制为主,抗弯刚度比控制为辅;L型拱肋加固拱桥,宜采用满堂支架及兼顾换填桥面铺装的施工方法,以利于L型拱肋恒载轴力的形成,优化其受力状态,避免出现拉应力或混凝土开裂现象。     

L形拱肋加固拱桥受力机理研究

为了研究L形拱肋加固拱桥的机理,依托实际工程,采用大型有限元程序对L形拱肋加固法进行建模分析。结果表明:L形拱肋加固拱桥既能分担原主拱承受的外荷载,使原主拱最大压应力减小;又能改善原主拱的受力模式,使其实际拱轴线与合理拱轴线吻合更好更趋近于"轴心受压"L形拱肋截面设计时,应以L形拱肋与原主拱合理的抗压刚度比控制为主,抗弯刚度比控制为辅。L形拱肋加固拱桥,宜采用满堂支架及兼顾换填桥面铺装的施工方法,以利于L形拱肋恒载轴力的形成,优化其受力状态避免出现拉应力或混凝土开裂现象。