地震断裂带高铁钢管混凝土系杆大跨拱桥抗震时程分析

研究了下承式高铁钢管混凝土系杆拱桥抗震性能.徐州至盐城高速铁路客运专线上的钢管混凝土系杆拱桥徐洪河特大桥,是目前八度地震区最大跨度连续梁-拱桥,运用有限元分析软件Midas/Civil,建立全桥有限元模型,通过模态分析得到结构的固有频率和振型,选取El Centro波并对其调幅,采用Rayleigh阻尼进行计算,对该桥进行基本地震烈度和罕遇地震烈度下的动态时程响应分析,得到不同加速度峰值下的变形、内力.研究结果表明:该拱桥以纵桥向振动为主,纵向刚度较小,桥梁三向抗震性能较为平衡.在地震荷载作用下,拱肋内力最大值普遍发生在拱脚处,拱脚是最容易破坏的连接部位.分析在地震荷载作用下该桥梁变形情况,主梁跨中以竖向变形为主,拱肋以横向变形为主.该拱桥在地震作用下的力学性能良好,能够满足规范关于强度与延性的规定.     

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.     

某下承式钢管混凝土拱桥抗震分析

根据郑州黄河公路二桥的结构特点建立了桥梁空间有限元计算模型,计算了该桥考虑吊杆张力和拱肋初应力影响的动力特性和地震响应,并与不计吊杆张力和拱肋初应力影响的桥梁动力特性和地震响应进行了比较.计算结果表明,初应力对郑州黄河公路二桥的频率有一定的影响,但对各阶频率的影响程度不同,对第2阶频率影响最大,下降8.8%;水平地震作用下,初应力对主拱肋的轴力、剪力和弯矩影响不大;主拱肋的内力和变形都满足设计要求,说明该桥抗震性能良好.     

拱梁刚度对大跨度铁路梁拱组合桥受力性能的影响

为了解拱梁刚度对大跨度铁路连续梁拱组合桥受力特性的影响,以徐宿淮盐线某(100+200+100)m连续梁拱组合桥为工程背景,分析拱梁刚度对结构内力、变形、动力特性和吊杆疲劳等方面的影响。研究结果表明:拱梁抗弯刚度比主要影响主梁和拱肋中弯矩的分配,对结构轴力影响较小;拱梁刚度比的增大有利于抑制由活载引起的变形;拱梁刚度比的增大导致吊杆应力幅增大,且边吊杆变化最显著。     

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。     

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.     

钢管混凝土拱计算合龙温度试验研究

对钢管混凝土拱肋成型过程混凝土水化热作用下的结构温度场和温度效应进行了连续的试验观测。试验采用单圆管截面的钢管混凝土拱肋进行测试,完成了从空钢管合龙至形成钢管混凝土拱肋的过程。在试验实测数据的基础上论述了钢管混凝土拱肋成型过程中的结构温度场和温度效应变化规律,并讨论了钢管混凝土拱桥计算合龙温度的确定方法。试验及分析结果表明,水化热对拱肋成型后钢管的残余温度应力影响很小,而对混凝土的残余温度应力有较大影响;在确定钢管混凝土拱的计算合龙温度时,可以将管内混凝土浇注后7 d的大气平均温度作为拱肋成型时的结构温度,取水化热结束后的结构残余温度内力作为对应的截面温度内力进行计算。     

基于监测数据的铁路系杆拱桥力学性能研究

为了对铁路系杆拱桥在施工过程中的力学性能进行研究,文章以新建合安铁路跨机场特大桥1-112 m系杆拱桥为背景,首先利用有限元方法对该系杆拱桥的施工过程进行模拟,并计算各主要施工阶段中,拱肋和系梁关键截面的应力值以及吊杆索力的张拉值。然后,结合拱桥在实际施工过程中的应力及吊杆索力监测数据,对尼尔森体系系杆拱桥在施工过程中的力学性能进行研究,并对比分析拱桥主要承重构件,包括拱肋、系梁及吊杆,在不同施工阶段的受力状态变化值,为同类型桥梁的安全施工及应力监测提供依据和参考。     

焊接缺陷对超大跨拱桥钢管拱肋力学性能的影响

超大跨拱桥钢管拱肋本身对温度比较敏感,且误差累积效应明显,因此拱肋在焊接施工过程中的焊接缺陷对结构性能产生的不利影响将十分突出,甚至威胁结构安全性。为研究焊接缺陷对超大跨拱桥钢管拱肋整体力学性能影响,采用ANSYS有限元软件分析了拱肋钢管焊接残余变形大小与分布,并引入结构整体分析当中,得到了焊接残余变形对整体结构的影响规律,并从拱肋焊接制造方面提出了减小焊接变形的具体措施。结果表明：钢管-钢管对接焊接沿轴向焊接残余变形最大,为1.26mm;焊接缺陷使拱肋最大节点变形与最大杆件内力分别增大34.6%和22.9%;提出的施工措施对类似500m级拱桥工程减小焊接变形具有一定的指导性作用。     

龙烟铁路跨威乌高速系杆拱施工关键技术

以龙烟铁路跨威乌高速联络线1-80m钢管混凝土简支系杆拱施工为例,分别论述了跨高速公路系梁门洞支架的安装搭设,钢管拱肋支架的布置,钢管拱肋混凝土泵送压注的技术性能指标和设备要求,吊杆的安装及张拉。并应用有限元分析程序MIDAS/CIVIL进行监控计算分析,通过实测结果可以看出主梁、拱肋线形和吊杆力控制较好,满足设计对吊杆力的要求。     

变形监控在系杆拱拱肋安装中的应用

介绍了高速铁路系杆拱桥工程概况,分析了影响拱肋安装精度的因素,为变形监控在系杆拱拱肋安装中的应用提供了依据。     

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.     

钢管混凝土系杆拱桥施工分析与施工控制

为了保障钢管混凝土系杆拱桥施工安全和质量,以南水北调中线工程某钢管混凝土系杆拱桥为例,采用有限元软件MIDAS/Civil建立该桥有限元计算模型,按照施工过程详细分析各施工阶段的变形、吊杆力和应力,对吊杆成桥张拉力进行探讨,并选用自适应控制方法进行现场施工控制.由数值分析和现场监控结果可以得出,大桥在施工过程中结构的变形较小,受力满足设计规范要求;考虑到钢管混凝土系杆拱桥拱肋、系梁的刚度相对较柔,可采用恒载索力作为成桥张拉索力控制值,并以成桥后系梁和拱肋线形作为吊杆索力调整的施工依据;施工控制表明成桥线形和受力满足设计要求,成桥索力与恒载索力基本吻合.     

刚性吊杆拱桥主要受力构件冲击效应差异性

拱梁组合体系桥梁以主梁、吊杆和拱肋构成上部结构,为分析此类桥梁各主要受力构件的冲击效应差异性,对复杂桥梁的结构设计及承载能力评估提供冲击效应分析的方法参考,依托厦门天圆大桥,建立精细三维车桥耦合振动体系的分离迭代法,开展拱梁组合体系主梁、拱肋、刚性吊杆构件的冲击效应数值计算,分析行车速度、路面不平度、不同车辆模型、车辆行驶的车道位置等因素对各主要构件冲击系数的影响,并利用结构实测应变数据计算实测冲击系数,验证数值计算结果的可靠性.研究表明,拱梁组合体系桥梁3种主要受力构件的冲击效应存在显著的差异性,且比按照规范依据桥梁基频计算的冲击系数大;拱桥刚性吊杆尤其是短吊杆冲击效应较大,在桥梁运营及维护中应重视其动力问题引起的结构安全问题.     

桁式钢管混凝土系杆拱桥拱轴线及吊杆索力优化

目前,针对桁式拱系杆拱桥拱轴线形和吊杆索力优化研究相对单一,为得到下承桁式钢管混凝土系杆拱桥的最佳成桥状态,对拱轴线形和吊杆索力进行一体优化。通过基于影响矩阵的最小结构体系应变能原理对吊杆索力进行优化,并利用Matlab中无约束优化算法进行求解;采用桁式拱肋主管偏心距最小法对拱轴线进行优化。经过迭代计算,得到一组满足偏心距阈值的无约束优化吊杆索力和拱轴线形。结果表明：优化后的吊杆索力较优化前更加均匀且均有不同程度的减小,短吊杆索力减小近30%,其抗疲劳性能得到大幅提高;成桥状态下主拱受力良好,上、下弦杆的跨中弯矩小且均匀,轴力值有所降低;优化后主梁端部截面弯矩值有所增大,轴力值基本不变,优化效果不明显;主拱上、下弦杆钢管和混凝土截面分配应力均小于材料承载力,均符合规范要求。     

大跨度连续梁桥与梁拱组合桥梁轨相互作用比较

为了比较大跨度铁路连续梁桥与梁拱组合桥梁轨相互作用特点,以(82.9+172.0+82.9)m连续梁桥与梁拱组合桥为例,分别建立考虑钢轨-主梁-桥墩-基础、钢轨-拱肋-吊杆-主梁-桥墩-基础这2种桥梁梁轨系统一体化有限元模型,系统对比温度、活载、制动力、混凝土收缩徐变等作用下连续梁桥与梁拱组合桥上无缝线路纵向力的分布规律,并对线路纵向阻力、钢轨伸缩调节器设置等参数的影响进行探讨。研究结果表明:采用德国规范与中国无缝线路规范中的纵向阻力模型,连续梁桥钢轨伸缩力最大值与梁拱组合桥的钢轨伸缩力最大值相比分别大2.3%和2.0%;连续梁桥有载侧和无载侧钢轨最不利挠曲应力与梁拱组合桥的无载侧钢轨最不利挠曲应力相比均大67.8%;温度与断轨位置对断轨力影响显著;2类桥梁钢轨应力在同向列车制动与桥梁收缩徐变作用下变化规律与大小基本一致;对下部结构,连续梁桥对梁体升温敏感程度比连续梁拱桥的大,在挠曲工况下,两者墩顶水平力最大差为176.1 k N。     

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。     

确定系杆拱桥成桥吊杆索力及施工张拉力的方法研究

对具有刚性梁刚性拱的系杆拱桥,可通过确定成桥状态的合理吊杆内力及张拉方案使结构处于理想的受力状态。因此,该文首先分别以拱肋和系梁的最小应变能与最小弯曲应变能为目标函数,研究了确定合理吊杆内力的方法;然后以合理吊杆内力为目标函数,研究了确定合理吊杆施工张拉力的方法,即基于影响矩阵的方法。通过算例证明,上述方法计算方便,所得结果满足要求。     

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.     

异形拱桥结构设计及空间受力分析

为研究异型拱桥宽箱梁结构的静力空间效应和动力特性,以南京市中兴路北延跨秦淮新河下承式系杆拱桥为研究对象,基于MIDAS/Civil软件建立该桥上部结构空间梁格模型,分析短暂状态和持久状态结构主梁典型截面的应力分布.采用子空间迭代法探讨成桥状态结构模态.结果表明:短暂状态横隔梁的拉应力较大,持久状况下主桥混凝土梁段压应力较大.主梁截面应力在全过程均为全截面受压,且应力分布凸显了结构的空间效应,初等梁理论不再适用.主桥上部拱肋与主梁相比刚度较小,主梁竖弯初见于第46阶模态.