钢桁拱桥吊杆风致振动研究

以某钢桁拱桥的吊杆的风致振动为工程背景,研究了拱桥常用的吊杆类型,分析了雷诺数Re、斯托劳哈尔数Sr、吊杆结构振动因子λl及吊杆的结构动力特性对钢桁拱桥吊杆振动的影响程度,给出了用吊杆结构振动因子λl和雷诺数Re相结合的判别吊杆是否发生涡激共振的方法,所得的结论与实际桥梁涡激共振现象一致.提出的方法可用于对钢桁拱桥吊杆的风致振动的判别.     

提速客车转向架安全吊座疲劳失效机理与改进方法

分析了提速客车转向架安全吊座孔附近产生的疲劳裂纹特征, 提出共振现象造成的结构振动疲劳是该部位产生裂纹最主要原因的假设; 通过有限元仿真得到安全吊杆的前110阶模态振型, 分析了各阶模态频率; 进行线路实测加速度与动应力试验, 得到等效应力、加速度及其主频, 并与有限元仿真结果进行对比分析; 在掌握了安全吊座失效机理的基础上, 通过结构改进与调整连接方式优化安全吊杆结构及其固定方式; 对新结构进行线路实测试验, 并对其安全性与经济性进行评估。研究结果表明: 受普通客车运行线路条件影响, 安全吊杆振动频率(加速度主频为91.78 Hz, 动应力主频为91.00Hz) 与有限元计算的第4阶模态频率(95.79Hz) 相近而产生共振; 安全吊杆的纵向加速度功率谱密度远大于其横向值与垂向值, 这与列车的运行方向相吻合, 因此, 振动疲劳使得安全吊座孔边产生裂纹; 在螺栓孔两侧增加5mm厚垫片, 并且将安全吊杆由钢板折弯结构更改为钢丝绳柔性结构能够最大程度降低螺栓孔处等效应力幅值, 减少疲劳损伤累积; 改进后的安全吊杆满足1 200万公里的使用要求, 取得较好的经济效果。      

输电塔节点初始转动刚度研究

为了研究钢构件节点的初始转动刚度对输电塔受力性能的影响,采用ANSYS建立了附带角钢节点的输电塔有限元模型,对节点半刚性做参数对比研究,给出了基于初始转动刚度的节点半刚性指标,并以此对典型输电塔节点进行评价。有限元计算结果表明:节点初始转动刚度和极限弯矩受肢厚影响显著,螺栓节点板表现为半刚性连接。因此,在设计输电塔时,需考虑输电塔应力状态受节点的影响。     

腹板几何参数对波纹钢腹板桥梁动力特性的影响

采用ANSYS建立波纹钢腹板空间有限元模型,分析了波纹钢腹板箱梁的动力特性的影响因素。钢腹板板厚的增大能提高箱梁的刚度,尤其是箱梁扭转刚度的提高。但当板厚增加到一定程度时,提高箱梁刚度的程度就会变小,应结合静力计算和经济要求选择适宜的板厚。折角变大时,箱梁的竖向振动频率会减小,箱梁的扭转振动频率会增大。随着波高的增大,箱梁的抗扭刚度也在不断增大。水平面板长度的变化影响波纹钢腹板的面外刚度的增大和减小。过大时,反而使梁的扭转刚度降低。因此应有其优化范围,不宜过大。     

梁柱T型钢连接节点有限元分析

采用通用有限元程序ANSYS,对T型钢连接节点进行了非线性分析,讨论了连接节点在各级荷载下的应力分布及发展情况,分析了节点各组成要素对节点受力性能的影响.分析结果表明:T型钢连接节点属于半刚性连接节点,具有良好的延性;柱翼缘厚度、T型钢翼缘厚度和梁截面高度对节点的极限承载力和初始刚度均有很大影响;为T型钢半刚性连接在工...     

基于频率法对系杆拱桥吊杆索力测试的分析

根据系杆拱桥吊杆的振动特性,建立了考虑吊杆弯曲刚度影响的振动微分方程,基于弦振动理论,得出了频率法测试吊杆索力的实用计算公式.研究了单侧安装阻尼器对吊杆振动模态的影响,进而提出了消除阻尼器对索力测试精度影响的计算方法.将此方法应用于某钢管混凝土拱桥的施工监控中,对比分析了各阶段吊杆索力的测试结果与千斤顶标定测量值,结果表明:上述分析方法能够满足实际工程的需要,可广泛应用于频率法测估各种系杆拱结构的吊杆索力.     

大跨钢桁拱轨道横梁半刚性连接的疲劳荷载

为评定公路与轻轨两用钢桁拱桥轨道横梁与主桁半刚性连接在车辆荷载作用下的疲劳损伤累积,对该构造细节在桥梁设计寿命期内车辆荷载产生的疲劳荷载谱的计算方法进行了研究.针对我国公路桥梁设计规范暂无疲劳荷载规定的情况,参照美国AASHTO规范,建立了反映桥梁设计寿命期内真实运营状况的疲劳荷载模型,并通过全桥三维有限元分析计算了该构造细节的荷载历程.根据疲劳损伤累积理论,确定了钢桁拱轨道横梁与主桁半刚性连接的疲劳试验荷载.     

结构参数变化对钢管混凝土拱桥动力特性的影响分析

以郑州黄河二桥主跨钢管混凝土拱桥为研究对象,采用ANSYS通用有限元程序,建立了该下承式钢管混凝土拱桥动力计算的整体空间有限元计算模型;探讨了17种不同工况和损伤对桥梁的动力特性的影响。计算结果表明:该钢管混凝土桥竖向刚度相对较强,面外刚度相对较弱;横撑的布置形式对桥跨结构的竖向刚度影响不大,但对桥梁结构对面外刚度影响较大;撑脚的损伤对结构的第1阶自振频率的影响比较敏感的,但对结构的竖向刚度影响不大;吊杆和桥面板的损伤对结构动力特性的影响基本没有变化。     

浮式生产储油船局部节点疲劳强度计算和分析

针对一个典型的舷侧纵骨与肋骨框架连接节点建立了有限元模型，并用ANSYS对模型进行有限元计算和分析，讨论了该节点处腹板开口的几何尺寸及补板位置对应力及其分布的影响，根据ABS规范对选取的两个热点进行了疲劳计算，并与模型试验结果进行了对比，分析表明，适当注意腹板开口的几何尺寸及补板位置可有效降低应力集中和减轻疲劳损伤，此外疲劳损伤需要给出更为明确的定义。     

具有拼接钢主梁的钢混双面组合梁受力性能研究

研究对象为具有拼接钢主梁的钢与混凝土双面组合连续梁,钢主梁段采用翼缘板和腹板盖板由高强螺栓拼接。理论分析了拼接截面的弹性、塑性极限承载力及其受力变形特征;通过有限元分析软件ANSYS建立拼接节点的实体模型,得到拼接节点的弯矩转角曲线。依据得到的拼接节点本构关系,分别建立拼接钢主梁的两跨连续组合梁和无拼接的两跨连续组合梁的有限元模型,分析对比二者的变形能力及承载性能:当荷载较小时,两种不同拼接方式的连续组合梁具有相同的结构刚度;随荷载的增加,克服高强螺栓提供的摩擦力后,拼接节点开始表现出半刚性特性,拼接组合梁刚度将逐渐减小。结果表明,在满足组合梁结构强度和刚度的前提下,合理的钢主梁半刚性连接设计可用来增强组合梁结构的变形能力。结论可供高强螺栓拼接钢主梁的钢与混凝土组合梁设计计算参考。     

基于断裂力学的钢桥面肋-板接头疲劳寿命预测

为研究反复荷载作用下正交异性钢桥面中U型肋与桥面板焊接接头的疲劳性能,基于断裂力学基本理论,利用有限元方法,进行了肋-板接头的疲劳寿命评估.根据正交异性钢桥面与U型肋连接构造基本形式,利用有限元软件ANSYS建立了包含3个U型肋的正交异性钢桥面平面有限元模型;考虑肋-板连接位置处焊接细节的4种典型裂纹,计算了2个加载工况下各裂纹处等效应力强度因子,并分析了初始裂纹长度、桥面板厚度、U型肋高度和U型肋厚度对等效应力强度因子的影响规律;依据Eurocode 3规范中正交异性钢桥面肋-板接头加载模式,采用桥面板与U型肋连接构造二维有限元模型,计算得到典型裂纹的等效应力强度因子,建立了基于断裂力学疲劳扩展模型为基础的正交异性钢桥面肋-板接头的疲劳寿命预测方法.研究结果表明:基于线弹性断裂力学原理计算得到的疲劳寿命均大于Eurocode 3规范计算值,桥面板厚度选用16~18 mm及将初始裂纹长度控制在0.1 mm以下可有效地提高板-肋接头疲劳寿命.     

一种端板拼接钢梁节点受力性能分析

以高强螺栓外伸端板拼接梁节点为研究对象,采用有限元模拟计算得到了节点在单调加载下的剪力—滑移曲线和弯矩—转角曲线,呈现出节点连接的半刚性;分析了端板厚度、螺栓直径、加劲肋对节点受力性能的影响,得出结论:增加端板刚度及螺栓直径有利于节点承载力和变形能力的提高。     

混凝土对组合钢桁架梁抗弯刚度影响分析

针对组合钢桁架梁在正常使用阶段下的抗弯性能，以汶马高速克枯大桥为依托工程，采用Abaqus建立了实体和板壳结合的有限元模型，分析了桁架钢管内混凝土以及混凝土板对组合钢桁架梁的抗弯刚度的影响。结果表明混凝土板截面面积较大，对钢桁架梁抗弯刚度的提高较为显著。混凝土板可为钢管提供面外支撑，在一定程度上减小节点变形。当钢桁梁杆件内填充混凝土时，也可限制钢管桁架在节点处的变形进而提高结构刚度。     

多跨系杆拱桥吊杆疲劳性能研究

以某三跨系杆拱桥为例,提出了一种拱桥吊杆的疲劳分析方法.对桥梁结构建立有限元模型求得各吊杆的索力影响线.依据交通量调查和交通量各参数的统计资料,将车辆概括为几种典型车型并计算其各参数的概率密度函数.基于蒙特卡罗方法模拟产生了通过桥梁的双向多车道车流作为疲劳荷载.针对典型吊杆的影响线加载模拟车流,得到杆件应力历程,用雨流法统计应力历程可以得到应力幅值谱.按照线性累积损伤理论和总交通量预测结果,计算得到各吊杆的在指定时间的累计损伤.     

基于接触单元的球型钢支座有限元仿真分析

球形钢支座结构简单,其结构中超高分子量聚乙烯材质的球面滑板镶嵌在钢质的下支座板凹槽中,两种构件之间是接触连接的状态,由于这种接触连接的存在,一般简化计算方法已不能真实反映其受力状态。采用有限元仿真分析软件MSC.NASTRAN中IMPLICIT NONLINEAR隐式非线性分析模块,利用接触单元,对这种接触连接结构进行了有限元仿真分析,并对计算结果进行分析后得出这种接触连接结构的应力分布规律,为球形钢支座的设计、选材、加工制造和现场应用提供参考。     

钢箱拱肋吊杆锚固结构受力分析

以重庆市江津区滨州路一号桥为研究对象,采用大型通用有限元软件ANSYS,分别建立了4种不同构造形式的吊杆锚固结构模型,进行计算分析.结果表明:吊杆与拱肋中心线夹角的变化对锚固结构的极限承载力、刚度变化影响微小,而圆管与拱肋底板连接形式对其影响较大.     

基于ABAQUS的机场刚性道面结构有限元模型

应用有限元软件ABAQUS对Winkler地基上四边自由单块板在飞机轮载作用下的应力和挠度的收敛性进行了分析,确定了有限元模型应采用的单元类型、网格密度和平面尺寸.按照贡献面积刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,模拟接缝集料嵌锁或传力杆的传荷作用,建立了板-接缝-基础道面结构体系3D有限元模型,并对比分析了有限元模型计算的接缝传荷系数与已有回归模型的预估结果.比较结果表明:在基于ABAQUS的刚性道面有限元模型中,考虑层间接触时,各结构层宜采用二次积分单元C3D27或C3D27R,相应的单元尺寸应不超过板厚的1/2,模型的平面尺寸需大于4倍相对刚度半径,接缝传荷作用可采用弹簧单元SPRING2进行模拟,接缝刚度可按照结点贡献面积进行分配.     

铁路钢管混凝土系杆拱桥动力特性及地震响应分析

以某铁路钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,运用有限元分析软件ANSYS建立了其空间杆系有限元 模型,其中拱肋与系梁采用空间梁单元模拟,吊杆采用空间杆单元模拟,对其动力特性进行了分析;在此基础上运用时程分析方法分别计算了该桥在竖向和纵向地震力组合以及竖向和横向地震力组合两种工况下的地震响应,得到了主拱控制截面在两种荷载工况下的最大内力和最大位移响应,对其抗震性能进行了分析评价.结果表明：该铁路系杆拱桥动力特性总体体现为刚性拱桥的动力特征,横桥向刚度相对较弱,竖向地震力作用下的响应较大,应引起设计注意.研究可为同类型的铁路刚性拱桥抗震设计提供理论依据.     

大跨度钢箱叠拱桥实体圆钢吊杆疲劳试验研究

新建哈尔滨-大连客运专线铁路跨越长春市富民大街的新开河特大桥设计采用了138 m钢箱叠拱结构,该桥型及实体圆钢吊杆均为铁路桥梁设计首次采用,且设于无碴轨道区域,对该桥关键技术的研究工作包括五个方面内容,实体圆钢吊杆的应用是其中之一,包括疲劳问题研究、低温断裂韧性研究、与耳板连接研究等,本文就实体圆钢吊杆的应用之疲劳问题进行分析探讨,得到了一些有益的成果.     

斜跨钢拱桥拱肋锚固区受力分析及设计优化

结合大连金州某斜跨钢拱桥的设计,分析斜跨钢拱桥拱肋锚固区的构造特点,建立钢锚箱结构的有限元模型,采用空间有限元法对拱肋钢锚箱节段模型进行仿真分析,给出了钢锚箱的应力分布特点。分析表明：在钢锚箱基本板件组合的基础上,横隔板外侧采取相应的补强设计,部分区域虽存在一定程度的应力集中,但整体性能好,索力传递流畅,吊索索力能较合理地分散到钢拱肋上。