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。     

多跨连续斜桥动力特性分析

为了解多跨连续斜桥振动频率的变化规律和冲击系数的合理取值,建立了等截面多跨斜桥振动频率求解的递推算法和斜桥振动分析的有限元列式,比较了等跨径多跨连续斜桥和不等跨径多跨连续斜桥前5阶频率的变化,分析了两跨连续斜桥的车-桥振动,给出了跨中截面挠度、弯矩的时程曲线,考察了斜度对挠度和弯矩的影响、挠度和弯矩的冲击系数随车速、斜度的变化。算例结果表明,等跨径多跨连续斜梁基频与单跨斜梁一致,单跨斜梁的高阶频率分布在多跨斜梁的高阶频率中,其间夹杂有其它振型频率,随着跨数的增加,夹杂的振型频率也越多;斜度对斜桥动力特性有重要影响;车辆的冲击效应与车速、斜没之间没有单调变化规律;挠度和弯矩的冲击系数不同。     

多塔斜拉桥力学特性及其关键力学参数研究

采用有限元分析理论,应用三维有限元分析软件ANSYS,建立3～6塔主跨跨径为1 400 m的多塔斜拉桥有限元分析模型,分析了典型工况下4种方案的内力和变形,研究了索塔数对多塔斜拉桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨了索塔数对多塔斜拉桥活载挠度、塔顶纵向位移等关键力学参数的影响规律.分析结果表明：索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大47.1%,主梁弯矩最大增大39.9%,边塔塔顶位移增加15%,一阶弹性稳定系数最大下降8.3%,颤振稳定性指数最大增加4.3%;主梁边跨竖向挠度比中间跨大11%左右,且中间跨挠度相近;索塔数对索塔受力影响显著.     

索塔数对多塔悬索桥力学性能的影响

基于ANSYS平台,建立3至6塔主跨跨径为1 400m的多塔悬索桥有限元计算模型,研究索塔数对多塔悬索桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨其对多塔悬索桥活载挠度、塔顶纵向位移及主缆抗滑移性能等关键力学问题的影响特征.结果表明:索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大240%,主梁弯矩最大增大18%,主缆抗滑移系数最大减小11%,中间塔顶位移减小2%,一阶弹性稳定系数最大下降6.8%,颤振稳定性指数最大增加8.5%;主梁边跨竖向挠度比中间跨小40%左右,且中间跨挠度相近;索塔数对中间索塔受力影响显著.     

双塔单跨混合梁自锚式悬索桥缆梁同步施工方案

针对双塔单跨混合梁自锚式悬索桥传统上"先缆后梁"总体架设方法修建临时锚固体系造价高、工期长,且由临时锚固体系转换到永久锚固体系过程中工序复杂及"先梁后缆"总体架设方法工期长、成本高、风险大的弊端和不足,以株洲枫溪大桥为工程背景,提出"缆梁同步"施工方案。分析了不同跨径、垂跨比下锚固处空缆水平力的大小,计算了单墩所能抵抗最大不平衡水平力的量值,确定了该施工方案的可行范围。研究结果表明:(1)锚固处空缆水平力随跨径的增大而增大,随垂跨比的增大而减小。(2)跨径100~300m、垂跨比1/6.0~1/4.0、锚固处空缆水平力在2 900kN以内;跨径100~300m、垂跨比1/8.0~1/6.0以及跨径300~450m、垂跨比1/6.0~1/4.0时,锚固处空缆水平力在6 400kN以内;跨径300~450m、垂跨比1/8.0~1/6.0时,锚固处空缆水平力都在6 400kN以上,最大值超过10 000kN。(3)该不平衡水平力由锚固处以下边墩承受,跨径100~300m、垂跨比1/6.0~1/4.0的该类桥梁可实施该方案。(4)墩顶适量配重,或边墩受拉区配置一定预应力筋,或在设计阶段增大边墩截面或惯性矩,能使该方案在墩高更高、跨径更大而垂跨比更小的该类桥梁中实施。该成果在依托工程中的应用效果良好。     

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。     

等截面连续梁合理边中跨跨径比

在不同跨数和不同边中跨跨径比的情况下,对等截面多跨连续梁结构的受力特性进行了分析.以结构的支反力、控制截面的最大正、负弯矩整体最小为目标,找出结构的最优边中跨跨径比.结果表明:无论是在均布荷载作用下还是在集中荷载作用下,边中跨跨径比接近0.8时,结构所受的支反力和弯矩较小,受力最合理,且结构受力基本不随跨数的改变而有较大变化.     

多塔斜拉-悬吊协作体桥力学性能探讨

采用有限元方法,应用分析软件ANSYS,建立3至6塔主跨跨径为1 400 m的多塔斜拉-悬吊协作桥(简称多塔协作桥)有限元计算模型,研究了索塔数对多塔协作桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨了其对多塔协作桥活载挠度、塔顶纵向位移及主缆抗滑移性能等关键力学问题的影响特征.分析结果表明:索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大50%,主梁弯矩最大增大33%,主缆抗滑移系数最大减小36%,中间塔顶位移减小2%,一阶弹性稳定系数最大下降8.3%,颤振稳定性指数最大增加9.2%;主梁边跨竖向挠度比中间跨小36%左右,且中间跨挠度相近;索塔数对索塔受力影响显著.     

独塔部分地锚式PC斜拉桥经济及设计参数研究

为得到独塔部分地锚式PC斜拉桥的合理设计参数范围,通过对拉索、主塔、锚碇、主梁的材料用量和造价进行计算,建立了全桥总造价及单位桥长造价公式,据此开展了独塔部分地锚式PC斜拉桥合理背索自锚比例、锚碇主跨长度比、边主跨比及塔跨比的研究,并与其他斜拉桥型进行了对比。结果表明:考虑全桥跨越能力时,背索自锚比例宜取0.336~0.487范围内的大值,边主跨比宜取0.487~0.544范围内的小值,考虑单跨跨越能力时反之;当主跨跨度较小时,可取适当小于依据上原则的取值,当主跨跨度较大时反之;塔跨比宜取0.372左右,对应的主跨边索倾角为20.4°左右,跨径较小时取较大值,跨径较大时取较小值,与其他斜拉桥型无明显区别。独塔部分地锚式PC斜拉桥仅在边跨自锚段空间受地形条件限制时经济性能优于独塔常规斜拉桥,在常规地形并无优势。     

连续梁桥冲击系数与频率的对应关系

为明确在计算连续梁桥主梁不同荷载效应(位移、正负弯矩和剪力)的冲击系数时,采用哪一阶频率计算更加合理,以分联长度为r×30 m(跨数r=3,4,5,6)的预应力混凝土连续梁桥为研究对象,运用理论分析与有限元数值模拟相结合的手段,研究了位移冲击系数、正负弯矩冲击系数和剪力冲击系数与前3阶频率的对应关系。首先运用动力学和曲率模态理论得到了位移冲击系数、正负弯矩冲击系数和剪力冲击系数与各阶振型的关系式;接着运用梁格法分别建立r×30 m预应力混凝土连续梁桥的MIDAS Civil有限元数值模型,然后利用傅里叶级数分别对有限元分析中得到的前3阶竖弯振型进行拟合,最后将拟合得到的振型函数代入不同效应的冲击系数与各阶振型的关系式,从而分别得到前3阶竖弯模态对不同效应冲击系数的贡献百分比,并与已有研究成果进行对比,对该理论分析正确性进行了验证。研究结果表明:位移冲击系数、正弯矩冲击系数和剪力冲击系数根据第1阶竖弯频率来计算更加合理,在前3阶竖弯模态中,第1阶模态贡献了跨中最大动位移的84.4%～99.5%、跨中截面最大正动弯矩的77.2%～98.7%、支座截面最大动剪力的84.1%～99.1%;负弯矩冲击系数则根据第2阶竖弯频率来计算更加合理,在前3阶竖弯模态中,第2阶模态贡献了支座截面最大负动弯矩的70.0%～98.2%。     

小半径曲线双主梁钢板组合梁桥剪力滞效应研究

以某高速公路匝道桥采用的小半径曲线双主梁钢板组合梁桥作为研究对象,分析了在恒载+车道外偏载情况下,曲率半径和计算跨径对于双主梁钢板梁剪力滞效应的影响。结果表明：支点截面剪力滞效应随着曲率半径的增大而增大,而跨中截面则相反;支点截面的剪力滞效应随计算跨径的增大而减小;在跨中截面,外侧钢主梁剪力滞效应随计算跨径的增大而增大,中间跨剪力滞效应随计算跨径的增大而减小,但规律性并不显著。在纵桥向,除支点截面外,其他截面外侧钢主梁对应顶板的剪力滞系数沿纵向逐渐增大,但在同一截面上剪力滞系数随着计算跨径的增大而减小。总体来说,对于多跨连续的小半径曲线双主梁钢板组合梁桥,中间跨的剪力滞效应比边跨要大。     

对小沟特大桥施工方法及技术方案的探讨

小沟特大桥桥全长左幅为826．76m，右幅为851．626m，双向分离式双幅桥，全桥位于半径R=1500m的圆曲线和缓和曲线内。其中主桥上部的箱梁以中心线为基准跨径组成分别55m＋5＊100m＋55m，为七跨变截面P．C连续钢构桥，由单箱室箱形断面组成，箱梁根部梁高5．3m高跨比为1／18．9，跨中梁，高2．0m，高跨比为1／50。底梁高度从1#块到11#块按二次抛物线变化，箱梁顶板宽12．0m，底板宽6．0m，采用双向预应力体系。     

装配式混凝土空心板铰缝横向弯矩计算

针对传统铰接板法将铰缝构造视为一个无横向抗弯刚度的铰时,无法求解铰缝的横向弯矩值,且现行规范中也无关于铰缝横向弯矩的计算方法问题,将装配式混凝土空心板结构比拟成正交异性板,利用正交异性板挠曲面微分方程,推导出对边简支矩形板横向弯矩的解析解公式,并利用MATLAB编制了相应的计算程序。以跨径10、13、16、20 m的预应力混凝土空心板为例,通过对不同跨径L和桥宽B的参数分析,探讨了空心板铰缝弯矩的分布规律。由于按照理论推导的铰缝横向弯矩求解复杂,因此根据参数分析结果,提出了铰缝横向抗弯的双折线设计计算方法。该方法在计算出跨中截面弯矩设计值的基础上,可根据建议设计曲线得到其他截面铰缝横向弯矩最大值。研究结果表明:在车辆荷载作用下,铰缝最大横向弯矩分为正弯矩和负弯矩,理论计算的方法证明,铰缝横向正弯矩效应与负弯矩效应相差不大;随着荷载从中心位置向一侧横向变化时,铰缝产生横向负弯矩且最大值出现在桥宽中心位置,同一跨径不同桥宽空心板跨中截面的横向弯矩值与其他各截面横向弯矩的比值基本一致;横向弯矩沿纵向分布的曲线与传统铰接板假设的正弦半波相差较大。提出的方法可为铰缝的抗弯设计提供理论参考。     

整体式桥台曲线箱梁桥的概念设计

提出了整体式桥台曲线箱梁桥结构体系的概念，并针对该桥型概念设计中关于设计原则、总体布置与构造、关键构件设计等若干核心问题进行总结和分析，提出了相关建议:合理边中跨比取0.45?1 .0，高跨比取1 / 1 7?1 /20;台高H宜控制在H/I= 1 . 5?2（I为桥台的纵桥向厚度）；采用钢筋混凝土矩形桩时，桩基长细比宜控制在40?80，而当采用圆形桩时，桩径≤1 .0 m等。研究结果有助于整体式桥台曲线箱梁桥的设计与应用。     

大跨径连续刚构桥高墩设计与稳定性

以高墩大跨连续刚构桥为研究对象，收集大量已建桥梁主墩的设计类型、截面参数和系梁的设置；利用有限单元法，对典型桥梁主墩在不同的设计参数下的内力和稳定性进行计算分析；将其结果进行比较，归纳出高墩大跨径刚构桥主墩类型（独墩或双肢墩）、主墩截面设计参数顺桥向宽度b的确定、在主梁悬臂施工中产生的不平衡弯矩所需双薄壁墩的间距H和系梁个数与结构稳定性的规律。结果表明：主墩长细比是稳定性的敏感参数；大跨径时，主墩设置为双肢空心薄壁墩，双肢间距大多在8m以上；高墩可设置1～2道横系梁，增加更多横系梁对桥梁稳定性无益，要综合内力分析来确定系梁个数。     

钢管混凝土哑铃形截面拱桥应用与分析

为对钢管混凝土哑铃形截面拱桥的工程应用与研究提供参考,文中根据收集到的大量已建钢管混凝土哑铃形截面拱桥基础资料,介绍了哑铃形截面拱桥的发展概况、桥跨结构类型、拱肋截面受力特点和各类哑铃形拱桥常用施工方法,并对其结构与构造的主要参数,如拱轴线形、矢跨比、宽跨比、拱肋跨高比、拱肋截面高宽比、拱肋材料特性、横撑和吊杆布置等进行统计分析,提出了钢管混凝土哑铃形截面拱桥主要设计参数的取值范围。分析表明:大多数哑铃形拱桥的矢跨比f/L在0.2~0.25范围;矢跨比为0.2的桥梁最多,约占桥例总数50%;拱肋跨高比L/h主要分布在30~50范围,跨高比一般随跨径增大而增大;拱肋截面高宽比h/d与跨径关系很小,不同跨径区间哑铃形拱桥的高宽比都集中2.5左右,其中高宽比在2~3范围的桥梁占总数90%以上。     

部分预应力砼连续梁的弯矩－曲率分析法

推导普遍适用的部分预应力砼梁截面的弯矩－轴力－曲率的关系．基于砼、预应力筋的和非预应力筋的应力－应变关系的非线性和超静定结构的次弯矩，计算不同配筋的边跨梁和中跨梁．计算结果表明，配筋指标在０．１～０．２５范围内，梁具有良好的延性和承载能力；提高有效预应力和相应减小预应力筋面积，能提高梁的延性．     

部分预应力砼连续梁的弯矩—曲率分析法

推导普通适用的部分预应力砼梁截面的弯矩－轴力－曲率的关系。基于砼、预应力筋和非预应力筋的应力－应变关系的非线性和超静定结构的次弯矩，计算不同配筋的边跨梁和中跨梁。计算结果表明，配筋指标在０．１～０．２５范围内，梁具有良好的延性和承载能力；提高有效预应力和相应减小预应力筋面积，能提高梁的延性。     

均布荷载作用下门式刚架的平面内稳定性能

应用ANSYS有限元程序，在均布荷载作用下，对不同高跨比、梁柱截面的门式刚架进行弹性几何非线性分析，根据荷载位移曲线得出弹性屈曲荷载。分析表明。当刚架高跨比大于等于1：3时，刚架失稳模式为侧移失稳。可忽略梁中主弯矩和梁轴力对刚架稳定性的影响；当刚架高跨比小于1：3时，刚架的失稳模式同刚架高跨比、梁柱线刚度比均有关系。刚架的失稳模式常为对称失稳，此时，梁中主弯矩和梁轴力对刚架稳定性的影响不可忽略。     

先简支后连续混凝土梁负弯矩区UHPC “T形”湿接缝试验研究

为了提高普通混凝土连续梁负弯矩区湿接缝的抗裂性能,简化施工工艺,提出了混凝土梁桥负弯矩区UHPC新型湿接缝方案.以某跨径为30 m的普通混凝土连续梁桥为背景,根据法国UHPC结构设计规程和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362-2018)对该桥进行正常使用极限状态下的配筋设计,并参照配筋设计结果对UHPC新型湿接缝构造进行1∶2缩尺模型试验研究.试验结果表明:取消负弯矩区预应力束、取消焊接的负弯矩区UHPC新型湿接缝方案的抗裂性能和承载能力均满足工程要求,且试验值与数值模拟值拟合良好;UHPC的引入能有效限制普通混凝土的裂缝宽度,显著提高普通混凝土截面的刚度,改善混凝土连续梁跨中区的内力及竖向挠度的重分布现象.与不考虑负弯矩预应力束的传统湿接缝构造相比,UHPC新型接缝构造能降低混凝土连续梁内力及跨中竖向挠度的重分布系数至其30％～50％.参数分析表明:对于负弯矩区采用UHPC新型湿接缝构造的混凝土连续梁桥,UHPC沿纵桥向的长度宜取0.27倍计算跨径,负弯矩区纵向受拉主筋直径可统一为20 mm,UHPC层的厚度取60 mm即可.