钢桁梁柔性拱桥极限承载力分析

根据连续介质力学基本理论,针对大跨度钢桁梁柔性拱桥在变形、失稳破坏期间产生的材料和几何非线性特性,用通用软件建立桥梁的空间模型。采用非线性有限元法,精确计算了一座钢桁梁柔性拱桥在两种不同加载情况下的极限承载能力。结果表明,桥梁局部变形失稳是影响整体极限承载能力的重要因素,提出通过增大个别杆件的刚度来提高极限承载能力的方法。     

铁路钢桁梁柔性拱桥极限承载力参数敏感性分析研究

以正在建设的合福铁路合肥南环线经开区铁路钢桁梁柔性拱桥为工程背景,采用大型有限元计算软件ANSYS建立基于梁单元的全桥空间有限元模型,从非线性因素、活载布置形式、初始缺陷和横向风荷载四个方面对铁路钢桁梁柔性拱桥进行参数分析,分别计算在不同参数作用下桥梁的极限承载力,分析各个参数对桥梁极限承载力的影响,确定影响桥梁极限承载力的关键因素。     

大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥极限承载能力研究

研究目的:钢桁梁柔性拱桥具有强大的承载能力及跨越能力,也是大跨度铁路桥梁常用桥型之一,其跨度不断发展。针对铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力问题,本文同时采用MIDAS及ANSYS两种有限元软件建立一座双主跨360 m的大跨径下承式钢桁梁拱桥的有限元模型,通过对比双主跨满载等三个荷载工况的线弹性承载力分析,并考虑结构几何非线性、几何与材料双重非线性的影响,系统分析大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力。研究结论:(1)由线弹性承载力的计算对比分析可知,实际结构在恒载+主跨满载的工况下,结构的受力最不利杆件为拱肋及主桁上弦杆和斜腹杆部分,杆件应力达到屈服时的承载力系数最小为2.06;(2)线弹性极限稳定承载系数介于10.64～12.46,均为拱肋的整体失稳破坏,最不利的荷载工况为恒载+主跨活载,表明桥梁结构的稳定承载力远大于杆件强度承载力;(3)考虑p-Δ效应与整体、局部几何偏位初始缺陷后,计算得到的稳定承载系数依次降低至2.75、2.65,表明几何偏位初始缺陷会显著降低极限稳定承载能力,考虑材料非线性后极限稳定承载力系数进一步降低至2.20;(4)验证了桥梁结构具有良好的稳定承载能力及构件强度承载能力,可为类似桥梁极限承载能力分析提供参考。     

高速铁路连续钢桁柔性拱桥的施工线形控制

研究目的:为了解决高速铁路三跨连续钢桁梁柔性拱桥复杂施工过程中的桥梁线形控制难题,依托银西高铁银川机场黄河特大桥两联三跨连续钢桁梁柔性拱桥的三同步施工过程,基于施工过程时变力学分析方法和现场实测,研究钢桥拼装过程的体系转换杆件拼装顺序、拼装线形的二次调整、抗风措施和梁拱合龙等施工方案,确保桥梁施工线形达到设计要求。研究结论:(1)连续钢桁拱桥施工过程存在体系转换杆件,以基于应力和变形最小扰动原则进行杆件拼装顺序优化,可最大程度减小体系转换的附加效应影响;(2)施工过程中,连续钢桁拱桥的线形受结构拼装过程受力变化和拼装精度等的影响而多变,基于初始位移法合理确定拼装理论线形,并结合施工过程进行拼装线形的二次调整技术,可达到理想成桥线形;(3)柔性拱在拼装过程中容易出现抗风稳定问题,基于静力抗风稳定性分析提出了自锚式辅助抗风索方案,可保证拼装过程的抗风稳定性;(4)基于合龙期间的环境温度精确测量及温度对结构变形的精确分析,结合连续钢桁梁柔性拱桥的受力特点提出了柔性拱利用环境温度效应的自然合龙技术,实现钢桁梁与柔性拱的最优合龙;(5)本研究成果可为同类型桥梁的施工控制提供参考。     

客运专线中"V"型钢管混凝土拱桥极限承载力研究

针对铁路钢管混凝土拱桥桥面较窄、承受活载较大、稳定问题突出的特点,采用弹性屈曲,几何非线性屈曲,几何和材料双重非线性屈曲3种方法对钢管混凝土拱桥极限承载力进行分析,并以某客运专线上的一“V”型墩刚构,主跨为220 m中承式钢管混凝土拱桥为例,运用有限元程序对该桥的极限承载力进行参数分析与比较,给出影响拱桥极限承载力的主要参数。研究结果表明:结构极限承载力与结构材料非线性、材料屈服应力、荷载分布方式以及温度的变化有关联。这些参数的选择与使用,与结构极限承载力的准确度密切相关。     

朔准黄河桥极限承载力分析

研究目的:大跨度钢管混凝土拱桥以其特有的自重轻、强度大、抗变形能力强、施工方便和外形美观等优点,被大量地的用于桥梁结构中。本文以一座在建360 m钢管混凝土拱桥为例,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分别对该桥进行裸拱状态和考虑拱上建筑共同作用状态下的特征值屈曲稳定性分析、考虑几何和材料双重非线性的极限承载力分析,并对计算结果进行比较分析,给出拱桥极限桥承载力计算的一般性方法。研究结论:(1)考虑拱上结构的特征值屈曲分析结果最小值为13.477,裸拱的特征值屈曲分析结果最小值为6.673,均大于规范要求的4～5,拱肋截面满足面内和面外的稳定性要求;(2)拱桥极限承载力计算结果最小值为2.252,表明在双重非线性及结构初始缺陷的影响下,主力工况下,全桥结构的安全系数为2.252,满足考虑结构的非线性影响弹塑性稳定安全系数不得小于2的要求,结构设计合理;(3)拱上墩柱等拱上结构对全桥的计算刚度有较大的贡献,但对全桥的极限承载力影响较小;(4)特征值屈曲分析结果是非保守的计算结果,在实际结构设计过程中,必须考虑双重非线性及初始缺陷等对结构极限承载力的影响。     

大跨度钢桁梁柔性拱桥明桥面无缝线路计算分析

以某在建大跨度钢桁梁柔性拱桥为研究对象,运用梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立桥上无缝线路计算模型,提出4种扣件铺设方案并分析其梁轨相互作用。结果表明:(1)对于明桥面无缝线路,桥梁温度跨度和扣件纵向阻力是影响无缝线路纵向力的决定性因素,大跨度钢桁梁柔性拱桥的纵梁体系对无缝线路纵向力的影响有限。(2)若不设置钢轨伸缩调节器,无缝线路钢轨强度检算不能满足规范要求。(3)应根据桥梁梁端最大伸缩位移,选择相应的梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器。     

钢拱桥极限承载力的综合三因素检算方法

通过钢拱桥非线性计算及结果的分析,得出结论,钢拱桥极限承载力的实质是拱肋截面的材料屈服,随着塑性区的扩展,截面刚度降低,从而导致整体非线性位移的急剧增加。运用统计回归,逐一分析横向初始缺陷与横向位移因素指标R1l、拱圈整体横向刚度因素指标R2l和拱桥非保向力因素指标R3l,提出考虑上述三因素的综合因素指标Rl。依此建立钢拱桥极限承载力的综合三因素检算方法。经试验数据的初步验证以及用此方法对4座大跨钢拱桥进行检算的结果表明,该方法综合考虑了横向初始缺陷、横向位移、拱圈整体横向刚度和非保向力等影响钢拱桥极限承载力的主要因素,可简便且准确地检算钢拱桥的极限承载力。     

初应力对大跨度钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

针对钢管混凝土拱桥施工中存在钢管初应力的现状,采用大型有限元软件ANSYS对某主跨368 m的钢管混凝土拱桥进行了施工过程模拟仿真,在考虑双重非线性和一致几何缺陷后,得到了无初应力与有初应力的极限承载力稳定系数。研究结果表明,钢管混凝土拱桥的钢管初应力度较大,且混凝土收缩徐变引起的初应力不容忽视;初应力不仅对大跨度钢管混凝土拱桥的面内极限承载力有一定的影响,而且对于面外极限承载力有着不可忽略的影响。     

空间网壳结构极限承载力分析

空间网壳结构一般为多次超静定空间杆系结构体系,部分杆件的受拉屈服或受压失稳并不能引起空间网壳结构的整体破坏,只有屈服或失稳的杆件使结构成为机构后,网壳结构才达到极限承载力。采用ANSYS有限元分析软件,根据非线性分析和极限承载力分析有关理论,分析2008北京奥运会老山自行车馆空间网壳结构的极限承载力,研究压杆失稳和节点刚度对空间网壳结构极限承载力的影响。     

钢桁拱桥非线性及面内极限承载力分析

以实桥为例,研究大跨度钢桁拱桥在面内荷载作用下的非线性结构行为,矢跨比、布载形式、温度荷载、钢材屈服强度对钢桁拱桥极限承载力的影响以及提高钢桁拱桥极限承载力的措施。结果表明:在活载半跨布载时,拱肋的破坏始于拱脚下弦的屈服,拱肋由无铰拱逐渐转化为三铰拱,最后由于拱脚塑性铰的破坏而导致拱肋失去承载能力;钢桁拱的工作过程可分为弹性段、位移稳定发展段及位移快速增长段,位移稳定发展段仍表现出弹性工作的特点;拱轴线的面内初始偏移控制在L/1000左右时,拱肋的极限承载力不会有明显降低;矢跨比越大承载能力越高;钢材屈服强度与钢桁拱极限承载力呈线性关系;温度的变化与承载力系数的变化大致呈线性关系;提高拱脚上、下弦杆处钢材的屈服强度和增大拱脚、L/4处截面的方式是提高钢桁拱桥极限承载的有效措施。     

大跨PC组合结构在高速铁路无砟轨道桥梁中的应用研究

为了促进PC组合桥式结构在高铁桥梁中的应用,以西延高铁王家河特大桥为工程背景,分别对连续刚构加拱组合桥式、连续刚构部分斜拉桥、连续刚构加劲钢桁组合桥式在高速铁路无砟轨道大跨桥梁中的应用进行探讨,建立有限元模型进行分析,研究并总结各组合桥式方案的受力特点、设计难点、关键力学性能、结构设计等方面。研究结果表明,通过合理的结构设计,组合桥式结构能够充分发挥梁、索、拱结构的受力优势,进而满足高速铁路无砟轨道大跨桥梁对于梁端转角、徐变变形等控制条件的要求。     

万州长江大桥钢桁拱系杆梁桥架设技术

万州长江铁路大桥采用刚性拱柔性梁的新型桁拱结构。针对大桥架设工序复杂、技术难度大等特点,采用边跨168 m钢梁在膺架上拼装及半悬臂拼装,中跨360 m钢梁利用吊索塔架辅助双向全悬臂架设、跨中合拢的方法进行拼装。钢梁架设由既可以在平弦上进行钢梁架设、又可以在斜坡上行走架设钢桁拱的架梁吊机完成。桥梁架设的关键技术及创新点包括:边跨钢梁临时支墩设计及施工、吊索塔架设计及施工、斜爬式架梁吊机设计及施工、墩顶纵横移设备布置、边跨钢梁端部压重施工、跨中桁拱及系杆合拢等。     

牛角坪双线特大桥桥式方案研究

研究目的：结合线路、地形、地质情况,对牛角坪大桥提出较为合理的桥式方案。研究方法：通过对不同桥式方案的静动力特性研究,结合投资分析,提出较为合理的桥式方案。研究结果：进行了主跨256m钢桁拱,主跨256m钢管混凝土拱,主跨（110＋192＋110）m预应力混凝土连续刚构,主跨（144＋192＋144）m下承式连续钢桁梁研究。研究结论：大跨铁路桥梁,采用轻型梁部结构的上承式拱桥方案,动力特性较易满足。高墩大跨铁路梁式桥,采用轻型的梁部结构,动力特性相对较好;采用混凝土梁部结构,经济上较省。     

钢桁柔性拱钢桥的架设方法与施工装备设计

介绍某(114.75+229.5+114.75)m钢桁柔性拱钢桥的架设方法与配套施工装备设计。该钢桥共有两座,一座主跨跨越高速公路,另一座主跨跨越河流。跨越高速公路者不允许在桥下设置临时支墩或进行吊装作业,跨越河流者在桥下设置临时支墩既困难也不经济。所以提出采用专门的塔吊提升站+架梁动臂吊机进行对称悬臂拼装架设方案。阐述了架设方案设计及配套施工装备设计,尤其是架梁动臂吊机的设计要则。     

TPZ/48钢箱梁式架桥机施工状态下屈曲稳定性研究

采用有限元软件ANSYS建立某大跨度钢箱梁式架桥机在浇筑施工状态下弹塑性有限元模型。基于非线性屈曲理论,采用位移控制的弧长法加载跟踪结构平衡路径,对含初始几何缺陷的架桥机结构进行非线性屈曲分析。通过对失稳特征点的荷载—位移曲线分析,确定该型架桥机施工状态下的极限承载力、局部稳定和整体稳定的安全系数。架桥机的极限承载力为3 755t,大于设计施工荷载1 600t,整体稳定安全系数为2.35,但局部稳定安全系数仅为1.32;失稳位置发生在支座以及跨中的底板、横隔板、腹板等处。由非线性屈曲分析结果与特征值屈曲分析结果的对比分析得到:对于复杂结构,由于结构内局部发生屈曲后荷载会发生转移,其结构并未失去整体承载能力,因此由非线性屈曲分析得到的临界载荷可能大于由特征值屈曲分析得到的临界载荷。     

连盐线灌河连续钢桁拱特大桥设计

连续钢桁拱桥作为国内一种新兴的桥梁结构,具有外形雄伟壮观、跨越能力大、承载能力高等优点。与其他同跨度桥梁类型相比,其刚度大,稳定性和抗震性好。灌河大桥选用了跨度为（120＋228＋120）m的连续钢桁拱桥,主梁设计中采用整体节点式梁拱与正交异性桥面板的组合结构,采用大节段制造安装的方案。介绍了该桥的结构体系、关键节点、关键设计与施工技术等。