非对称空间蝶型拱桥风撑对稳定性的影响

以杭州九沙钢拱桥为工程实例,采用两种有限元程序MIDAS/Civil和ANSYS建立该拱桥空间有限元计算模型,并进行计算结果对比。首先分7种工况计算该桥的稳定系数,然后对比分析风撑形式、位置、数量以及风撑壁厚等因素对这类拱桥结构稳定性能的影响。两种有限元软件得出结果基本一致。计算结果表明:不设置风撑会导致拱桥一阶稳定系数大幅下降,其失稳表现为面外失稳;对结构稳定性影响最大的是桥面上1/4处的风撑,而拱顶附近风撑对稳定性影响不大;当拱肋关键点布置风撑后,改变其它位置的风撑数量,稳定系数的变化不明显;"K"型、"X"型风撑都能使拱桥得到更好的横向稳定性,"米"型风撑效果最为显著;当风撑壁厚较小时,随着壁厚增大,桥梁的横向稳定性得到提高,但拱肋面内稳定系数却有所降低。     

某中小跨径下承式系杆拱桥稳定性影响因素分析

作为以受压为主的结构,系杆拱桥的稳定问题,特别是横向面外稳定问题是系杆拱桥的重要研究方向之一。本文在稳定分析理论的基础上,利用有限元软件MIDAS Civil对某中小跨径下承式系杆拱桥的稳定性进行分析,得到了该桥的稳定特征值和失稳特征,随后在此基础上探讨了拱肋横撑形式、吊杆形式及矢跨比等影响因素对系杆拱桥稳定性的影响。通过分析可知:拱肋横撑形式主要影响拱桥的横向稳定性,四种横撑形式的稳定性关系为:"米"字撑"K"字撑"一"字撑无横撑;吊杆形式对拱桥的纵向稳定性影响更大,且吊杆形式越复杂,拱桥纵向刚度越大,纵向稳定性越好;随着矢跨比的增大,拱桥的特征值呈现先增大后减小的变化趋势,当矢跨比为1/5时达到最大值。     

铁路大跨度钢管混凝土拱桥弹性稳定性分析

以银吴(银川—吴忠)铁路银川南特大桥128 m钢管混凝土系杆拱桥为背景,建立空间有限元模型,分析了恒载及恒载+最不利活载2种荷载工况下该桥的稳定安全系数及失稳模态。着重分析了拱肋横撑形式、矢跨比、吊杆非保向力对稳定性的影响。研究结果表明:结构的失稳主要为拱肋面外失稳,满足稳定安全系数大于4～5的要求,且活载对全桥稳定性的影响远小于自重和二期恒载的影响。采用K形横撑时稳定安全系数相较于I形横撑提高了198%,对稳定性提高最为明显,采用米字形横撑稳定性最好,因此,在选择横撑形式时优先考虑米字形横撑和K形横撑。矢跨比从1/7增大至1/3时,稳定安全系数呈先增大后减小的趋势,在1/5～1/4时达到峰值,1/4.5时最大;吊杆非保向力对拱桥稳定性有一定影响,吊杆将拱肋与系梁连接成整体可以提高拱桥整体稳定性。     

杆端缩尺钢桁架桥梁结构静力计算与优化分析

以某下承式铁路钢桁架简支梁桥的单榀Warren桁架为研究对象,对杆端缩尺钢桁架桥梁结构及其端部缩尺压杆进行有限元分析和用钢量优化,重点研究杆端缩尺参数对杆件内力、截面应力、结构刚度、结构弹性稳定、压杆极限承载力、最小用钢量等的影响.结果表明:杆件截面高度缩尺是最理想的杆端缩尺方案;随着缩尺幅度的增大,桁架结构的杆件轴力变化很小,但杆端次弯矩和剪力显著减小,且结构竖向刚度和弹性稳定性有所降低.通过适当提高缩尺段的钢材强度等级,端部缩尺压杆的极限承载力将不低于未缩尺压杆,并可在满足结构强度、刚度及稳定性要求的前提下,进一步通过杆件截面优化,得到比未缩尺设计更小的结构用钢量.     

钢管混凝土拱桥稳定极限承载力的线弹性迭代方法

利用单一组合材料线弹性梁单元建立钢管混凝土拱桥稳定极限承载力计算的有限元分析模型,并以压弯稳定承载力相关方程为基础,通过全面试验法和回归分析方法建立具有广泛适用性的钢管混凝土构件压弯稳定分析的齐次广义屈服函数。结合弹性模量缩减法,研究用于钢管混凝土拱桥稳定极限承载力计算的线弹性迭代方法。通过与试验结果及不同数值方法计算结果的对比分析表明:建立的齐次广义屈服函数能够克服传统广义屈服函数容易受荷载初始值影响的缺陷;通过弹性模量缩减法调整弹性模量实现结构内力重分布,利用线弹性迭代方法计算结构的极限承载力,克服了增量非线性有限元法的局限性,能够取得更高的计算精度和效率;钢管混凝土拱桥规范建议的稳定系数表达式具有良好的稳定性与适用性。     

基坑工程钢支撑BFW活络端力学性能试验研究

高速铁路明挖隧道、地下铁道明挖车站的基坑工程大量采用内撑式围护结构,其中钢支撑活络端是控制基坑稳定与变形的关键构件之一。针对现有活络端结构的不足,研发了新型的BFW(Bolt Fasten Wedge)活络端,并按照1∶1的尺寸加工制作了3套试件。对该3套试件在不同工况下进行了弹性试验和极限承载力试验,研究了其在轴向荷载和不同方向偏压荷载作用下的力学性能,分别得到了这些试件的极限承载力和破坏形式。试验结果表明:(1)受荷载前期,试件都处于线性受压阶段,位移较小,稳定性好;(2)对比弹性试验不同工况下的试验结果发现:试件的整体刚度和截面抗弯刚度都随调节量的提高而下降;(3)试件的最终破坏形式为螺栓断裂,提高螺栓强度,增加螺栓个数可以提高活络端的承载能力;(4)试件在偏心荷载作用下产生偏转,但承载能力没有降低,活络端在轴心和偏心荷载作用下的极限承载力约为5 800 kN。所研发的BFW活络端结构简单,承载性能好,有推广应用前景。     

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。     

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。     

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。     

大跨径拱与Y型刚构组合桥的横向联结系对全桥稳定性的影响研究

以重庆菜园坝长江大桥为例,利用有限元方法研究了大跨径拱与Y型刚构组合桥的横向联结系、横撑刚度对全桥稳定性的影响。结果表明,横撑的布置方式直接影响拱式组合体系的稳定性,而横撑刚度对全桥稳定性的影响不大。     

大跨度钢管混凝土拱桥的稳定承载力分析

以湖南南县茅草街特大桥为例 ,讨论大跨度钢管混凝土拱桥施工阶段和运营阶段的弹性稳定和极限承载力。分析计算时 ,考虑了拱桥结构分阶段刚度变化、截面逐次形成以及构件的极限承载力等影响。     

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。     

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。     

在役大跨石拱桥极限承载力的影响因素

采用双重非线性有限元方法,从荷载分布、温度影响、初始缺陷和结构损伤等几个方面对1座大跨度石拱桥的极限承载能力的影响进行研究,指出荷载类型和布置、结构初始几何缺陷和损伤对在役大跨石拱桥极限承载力有较大影响。     

内填外包钢管混凝土小偏心受压构件极限承载力分析

以大瑞铁路澜沧江特大桥主跨342 m上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥为背景,选取拱顶截面构造直杆短柱构件.依据弹塑性力学原理,考虑材料非线性,建立内填外包钢管混凝土小偏心受压短柱构件的截面极限承载力数值迭代算法.运用该算法和ANSYS块体单元有限元法分析构件极限承载力.结果表明:内填外包钢管混凝土偏心受压构件的承载力由外包混凝土控制,内填混凝土的强度虽有一定的提高,但纯钢管混凝土的套箍效应未充分发挥;荷载不变时,构件极限承载力随偏心距增加(保持小偏心受压不变)呈下降趋势,但该结构抗弯矩变化的能力较强;桥拱顶截面极限荷载系数在3.0以上,远高于规范要求的2.0安全系数要求,表明该桥拱顶截面具有足够的安全性;两种算法的误差小于6％,截面极限承载力数值迭代算法的结果略小,但完全能满足工程精度要求,因此,工程应用中完全可以采用截面承载力分析法计算该类构件的承载力.     

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ANSYS建立桥梁的空间模型。采用非线性有限元法,进行钢桁梁柔性拱桥在两种不同加载情况下的极限承载力分析。结果表明,桥梁局部变形失稳是影响整体极限承载力的重要因素。提出通过增大个别杆件的刚度来提高极限承载力的方法。     

深海吸力式锚桩极限承载力研究

研究目的:深海吸力式基础的极限承载能力是海洋工程结构设计中的一个关键问题。准确求解吸力锚桩的极限承载力,能够为深海海洋结构物的稳定性提供技术保障;同时,研究深海吸力锚桩极限平衡条件下的失稳机理,可以为进一步深入研究极限承载力奠定理论基础。研究结论:结果表明,本文给出的位移加载模式,能够较为准确地求解水平载荷与竖向载荷共同作用情况下吸力式基础的极限承载力;吸力式锚桩的极限承载力及其稳定性,受水平载荷和竖向载荷的比值以及作用点的位置影响较大。本文工作为工程实际和理论分析提供了技术支持和理论指导。     

具有初始位移压杆在均布荷载作用下的承载力

格构式拼组结构一般具有较大初始挠度,对结构的受力性能产生不可忽视的影响。线性稳定分析得到的临界荷载普遍较高,其应力水平高于材料的破坏强度极限,因此不宜作为此类结构安全设计的依据。本文对于均布轴向荷载作用下的压杆,考虑初始几何位移的影响,由幂级数法分析得出受力后的变形曲线,并根据边缘纤维屈服准则得到构件的理论最大荷载。对于一般工程构件,此承载力值低于根据线性稳定得到的临界荷载, 可以作为结构安全设计的依据。     

环梁-桁架支撑体系在大型基坑工程中的应用

研究目的：北京西站地下行包库是北京西站改扩建工程中的一个重大项目,对整个工程的进度起着控制作用。通过本研究,拟找到一个施工便捷、结构合理的支护体系。研究方法：根据地质情况、周围环境要求、工程功能、当地的常用施工工艺设备以及经济技术条件综合考虑、因地制宜地选择支护结构的类型。采用理正单元计算、理正整体计算与SAP84计算相校核的计算方法,并对极限平衡法和弹性支点法的计算结果进行对比分析。研究结果：采用人工挖孔桩围护结构＋圆形环梁-桁架支撑的支护体系,其结构受力体系合理,便于施工,经济指标合理。研究结论：圆形环梁-桁架支撑的支护体系结构受力合理,适用于平面尺寸大、长宽尺寸接近、四周地层性质接近、抗力接近的基坑;混凝土圆形环梁结构受压合理,整体稳定性好;桁架体系整体性强,采用钢构件施工速度快;单撑式围护结构可以采用极限平衡法计算。