界面状况对哑铃型钢管混凝土拱承载能力的影响

基于有限元数值分析方法研究了哑铃型钢管混凝土(CFST)拱在各种界面状况下的承载能力变化规律,探讨了界面脱粘以及高度脱空率对哑铃型CFST拱承载能力的影响.研究结果表明:1界面脱粘对哑铃型CFST拱的承载能力影响较大,随着界面摩擦系数的降低,承载能力呈降低趋势;2当脱空率较小时,哑铃型CFST拱的极限承载能力下降幅度并不明显,但当脱空率超过20%以后,极限承载能力有一定程度的下降,约为完全粘结时极限承载能力的14%.研究结论可为哑铃型CFST拱的设计和养护提供一定的参考价值.     

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。     

高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥温度效应分析

以徐州至盐城新建高速铁路项目为依托,研究了高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥温度效应问题.采用有限元模型分析软件Midas Civil建立全桥有限元模型,在整体升温、梯度升温、拱肋纵/横向温差等温度效应工况下,温度效应对桥梁内力及变形的影响进行分析.结果表明:温度效应对弯矩影响较大,拱肋与梁体连接处为内力薄弱点,是最容易发生破坏的部位;对温度效应下桥梁关键部位应力进行分析,整体温度变化对主梁及拱肋应力影响较大,应力最大值均出现在拱脚;温度效应作用下,主梁和拱肋变形只在整体温度变化工况下有明显变化,主要表现在纵向和竖向变形;对温度效应下吊杆内力进行分析,整体升温和梯度升温对吊杆内力影响较大,较大紧绷出现在5号和10号吊杆;通过参数及敏感性分析,研究温度效应对桥梁结构的影响规律,在设计和施工中减少温度效应对结构的影响;通过对大跨度钢管混凝土系杆拱桥在温度效应下的力学特性分析,分析结果为同类型桥梁的温度效应分析提供依据和参考.     

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。     

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。     

隧道不同损伤衬砌套拱加固对比试验研究

研制马蹄形隧道套拱加固模型试验加载装置,对衬砌任意位置加载,在损伤衬砌受力同时进行套拱加固,实现了衬砌"二次受力"试验过程。采用破坏性模型试验,研究松动荷载作用下,不同损伤状态衬砌套拱加固构件变形特性、力学响应、加固效果和破坏模式。研究结果表明:衬砌结构刚度随荷载增加逐渐退化,衬砌承受极限承载力时,套拱加固后承载力提高86%;衬砌在剩余承载力13.8%时套拱加固后,极限承载力提高110%。起拱线以上30°位置可作为地层抗力分界线,加固时机越早,最终破坏荷载越高。套拱加固构件呈延性破坏,关键控制截面是拱顶和拱脚;拱顶易发生大偏心压弯破坏,建议增加套拱拱顶内侧纵向配筋,提高抗拉承载力;拱脚出现压剪破坏,应增设套拱拱脚箍筋,以提高抗剪切能力。     

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。     

钢管混凝土斜靠式拱桥静力性能及参数分析

为研究斜靠式钢管混凝土拱桥的结构受力特点以及稳定特征,以一座拟建的大跨径斜靠式拱桥为例,分析了其主要结构参数(矢跨比、吊杆间距、斜拱倾角、横撑数量及位置)对结构静力性能的影响.经过结构参数对比计算分析发现:当矢跨比由1/5变化至1/6时,内力值将出现较大幅度增加;吊杆间距的增大和横撑数量的减少对斜拱受力不利;倾角的减小...     

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.     

环境温度对CFL增强RC梁承载能力的影响

对温度场中碳纤维薄板(CFL)增强钢筋混凝土(RC)梁在不同破坏模式下的承载能力进行理论分析.研究结果表明,环境温度的变化对CFL增强RC梁的承载能力有一定程度的影响:(1)当环境温度升高30K时,CFL厚度分别为0.1、0.2、0.3和0.4mm的增强RC梁的开裂载荷分别提高了5.37%、10.46%、15.9%和20.94%;(2)CFL厚度为0.1mm和0.2mm的增强RC梁的破坏模式为CFL拉断,其极限承载力随环境温度的升高呈下降趋势,但降低幅度小于3.5%;(3)CFL厚度为0.3mm和0.4mm的增强RC梁的破坏模式为混凝土压碎,其极限承载力随环境温度的升高呈上升趋势,但升高幅度小于3.5%.     

钢筋混凝土系杆拱桥稳定性影响参数

以某钢筋混凝土系杆桥为对象,基于拱桥稳定性分析理论,采用非线性有限元分析方法,研究了布载方式、矢跨比、加劲梁抗弯刚度、拱肋刚度、吊杆刚度和横撑数量等参数对拱面内和面外失稳的影响.结果表明:不对称布载方式会降低拱桥的稳定性,全桥均布满载的稳定系数要比全桥均布半载的高;当矢跨比为1/4.5～1/6.5时,其面内与面外的失稳特征值随着矢跨比的减小而减小,但减小幅度最大不超过2%;加劲梁的面内抗弯刚度对面内失稳的影响大于对面外失稳的影响;增加拱肋抗弯刚度能有效提高面内及面外稳定系数;当吊杆刚度增加或横撑数量增加时,面内失稳特征值增加不大,而面外失稳特征值呈线性递增趋势.     

带腐蚀缺陷的架空输油管道抗震完整性分析

针对输油管道腐蚀后承载能力降低的问题,文章以ASME B31G标准为依据,利用断裂力学方法计算了带有腐蚀缺陷管道的剩余强度,并利用有限元软件ADINA建立了不同腐蚀深度、不同腐蚀位置以及不同场地上的输油管道的有限元模型,并进行了地震响应分析。分析结果表明:随着腐蚀深度的增加,管道抗震完整性降低,且当腐蚀深度超过管道壁厚的20%时,必须进行强度修复;管道外部的腐蚀缺陷比内部的对管道抗震完整性影响更显著;带有相同缺陷的管道,在Ⅱ类和Ⅲ类场地上抗震完整性较好,在Ⅰ类场地上抗震完整性最差。     

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.     

白卡纸格栅拱架承载力试验

目的研究格栅拱架的极限承载力及其破坏形态.方法笔者以竞赛用巴西白卡纸为材料,建立缩尺直墙拱结构形式的格栅拱架进行承载力试验.分别从理论计算、有限元模拟和分级静力加载试验三方面研究该形式格栅拱架的承载性能.结果静力加载的试验结果与数值模拟效果较为吻合,破坏位置与破坏形式一致,均发生在拱顶两侧支撑和拱架的横撑部位.分级加载过程中,前三级试件变形和砂土沉降变化较小,第四级加载出现严重破坏,得出承载力为2 700 N.模拟其他尺寸试件进行对比分析可得,改变直径和厚度对试件影响较小,变形量在10%以内.结论栅拱架模型极限承载力和破坏形态可为结构优化与局部加固提供参照.同时格栅拱架承载能力高,且耗材少,结构自重小,有效达到了节约资源的效果.     

拱脚受力分析和破坏机理探讨

利用有限元软件Ansys,建立了钢管混凝土系杆拱桥拱脚部位的三维有限元空间模型,模拟了该部位在两种最不利荷载工况(弯矩最大和轴力最大)下的受力情况.计算结果表明,拱脚节点以受压为主,节点内部应力分布均匀,总体受力合理,满足设计要求.同时,根据材料破坏理论,找出了最有可能产生破坏的位置,并提出了相应的预防措施.     

隧道掌子面前方小型有压溶腔对围岩稳定性影响分析

以重庆双碑隧道工程为研究对象,采用FLAC3D模拟施工中掌子面正前方存在小型带压溶腔的情况,根据计算所得安全临界距离,采用自主发明的一套模拟溶腔内压的试验装置,开展了几何相似比为1∶25的室内模型开挖试验,研究隧道开挖至安全临界距离时,溶腔内压增加至掌子面崩坏过程中,此阶段掌子面周边围岩压力、掌子面位移以及初期支护内力的变化规律.结果表明:随着掌子面前方溶腔内压的增加,掌子面位移先呈近似正比例增加,随后掌子面位移增大速率逐渐增加,最后产生突变破坏;围岩压力随溶腔内压增大呈现出增大趋势,其中拱顶处围岩压力影响较大,拱肩与仰拱处次之,其他位置围岩压力影响不大;钢拱架弯矩分布规律在不同溶腔内压作用下基本相同,在溶腔内压增大过程中,初期支护拱顶以及仰拱处弯矩呈增大趋势,其影响主要集中在拱顶附近及拱底处,其它位置处弯矩影响不大;随溶腔内压增大钢拱架轴力均呈现增大趋势,轴力变化较大位置主要出现在拱顶处,左右拱腰处次之,仰拱以及拱肩处变化幅度较小;受溶腔内压大小的影响,掌子面处位移、初支内力以及偏心距变化速率均越来越快.     

裂缝位置对盾构隧道管片结构破坏形态的影响

为研究裂缝位置对盾构隧道管片结构破坏形态的影响,依托国内某地铁越江盾构隧道工程,采用相似模型试验的方法,考虑既有裂缝位于拱顶、拱腰及拱底的3种裂损工况,分析了管片衬砌结构的变形特性、承载性能及破坏模式.结果表明,裂缝的存在降低了结构的整体刚度,改变了管片衬砌的结构体系,在相同荷载条件下,带裂缝管片衬砌结构的变形量显著增加,临界失稳点的椭圆扁平率明显增大,破损区域内力大幅减小,且极限承载能力均降低2个荷载级别.带裂缝管片衬砌结构破坏模式由结构性破坏转变为裂缝导向性破坏,裂缝位于拱腰时管片衬砌结构较早出现损伤破坏,但损伤破坏发展过程较平缓,而裂缝位于拱顶及拱底时损伤破坏愈趋突发性破坏.     

胶合竹木工字梁受弯性能的试验研究

提出了一种以OSB为腹板骨架,OSB板外用环氧树脂胶黏剂和钉子连接竹集成材而成的胶合竹-木工字梁.以竹-木工字梁的腹板高度、剪跨比及加劲肋为参数,对24根竹-木工字梁的结构性能进行研究.分析了工字梁试验全程的破坏形态和破坏机理,探讨了其极限承载力、延性和抗弯刚度等,并研究影响其结构性能的因素.研究结果表明,竹-木工字梁整体工作性能优良,跨中截面应变沿梁高方向仍基本符合平截面假定,其极限承载力与截面高度、剪跨比和加劲肋有关.当剪跨比小于2.0时,组合梁出现了明显的剪压破坏特征,剪跨比越大,极限承载力呈显著下降趋势.加劲肋能显著提高工字梁的极限承载力,提高幅度为3.4%~38.0%,对极限位移的提高幅度约为1.7%~12.6%.加劲肋增强后的工字梁的初始抗弯刚度亦有大幅提高,提高幅度为10%~30%,腹板越高,增幅越大.     

圆形箍筋约束混凝土力学性能尺寸效应试验

为了考察约束混凝土轴压力学性能的尺寸效应,对10组圆形箍筋约束混凝土短柱进行了单调轴压试验,在试验基础上对比分析了试件几何尺寸对试件破坏特征,承载能力及变形能力的影响。试验结果表明：峰值应力随试件尺寸的增大而下降,且体积配箍率越低,下降趋势越明显;无保护层试件的峰值轴向应变、峰值环向应变以及峰值后变形能力也随试件尺寸的增大呈下降趋势;当体积配箍率较低时,保护层的存在使试件极限承载力有所提高,且大尺寸试件的提高幅度偏大;而当体积配箍率较高时,保护层对试件极限承载力贡献很小。     

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.