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。     

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。     

应用复合梁单元实现钢管混凝土拱桥的极限承载力分析

进行大跨度钢管混凝土拱桥的极限承载力分析,需要综合考虑几何和材料非线性、混凝土收缩和徐变、温度变化等多种因素的影响。本文从固体力学的基本理论出发,建立适于考虑上述诸多因素的复合梁单元,阐述了基于该单元的钢管混疑土拱桥极限承载力分析程序的实现方法,并通过与一个哑铃形截面钢管混凝土组合式拱肋极限承载力试验结果的对比验证了其可行性。     

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。     

圆钢管活性粉末混凝土长柱轴心受压承载力分析

应用 ABAQUS建立了圆钢管活性粉末混凝土( reactive powder concrete,简称 RPC)长柱有限元模型,计算得到16个试件的荷载-变形曲线和极限承载力,极限承载力计算结果与已有试验结果吻合较好。研究长细比和套箍系数对圆钢管RPC长柱轴心受压极限承载力的影响,并对长柱和短柱的受力性能进行了比较。研究结果表明：不同长细比试件的荷载-变形曲线在弹性阶段均吻合良好,在弹塑性阶段出现破坏以后,曲线均有不同程度的偏差;不同套箍系数试件弹性阶段的荷载-变形曲线及极限承载力均区别不大,套箍系数较大的圆钢管 RPC 长柱后期强度提高较大,且延性较好;圆钢管 RPC 短柱的弹性阶段比长柱有所延长,极限承载力亦显著增加;短柱破坏表现为核心混凝土破坏、钢管屈服,长柱破坏表现为整体失稳。     

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.     

贵阳环城高速公路花溪Ⅰ号大桥空间有限元分析计算

通过建立空间有限元模型,对贵阳花溪大桥钢管混凝土拱桥上部结构计算、特征值稳定计算、极限承载能力计算以及主拱的施工控制计算,有效地服务于设计与施工。     

圆钢管套箍混凝土轴压短柱受力机理分析

应用连续介质力学理论,建立圆钢管套箍混凝土同心圆柱体混凝土受压计算模型,建立圆钢管套箍混凝土组合弹性模量理论计算公式和组合应力—应变关系全曲线理论表达式。编制相应的计算程序,进行圆钢管套箍混凝土受力全过程数值分析。从圆钢管套箍混凝土加载过程的钢管环向应力—应变关系以及核心混凝土的轴向应力—应变关系、径向应力—应变关系等方面,探讨圆钢管套箍混凝土和圆钢管混凝土力学性能之间的差别,并用试验结果验证。分析结果表明:与钢管混凝土力学性能相比,钢管套箍混凝土中核心混凝土的径向压应力、纵向强度和钢管环向拉应力增加;圆钢管套箍混凝土将套箍约束作用发挥至最大,且其极限承载力和剩余承载力高,延性好,但组合弹性模量偏小。     

界面缺陷钢管混凝土轴压极限承载力理论推导

基于核心混凝土界面缺陷对钢管混凝土构件力学性能的影响是当前研究的热点问题,钢管混凝土存在缺陷后其极限承载力会下降,且缺陷越大其承载力下降越多,但是,并没有一个定量的表达式能计算具体缺陷后的承载力。用极限平衡法对界面缺陷钢管混凝土极限承载力进行理论推导,建立3种常见界面缺陷钢管混凝土轴压短柱极限承载力近似计算公式。结合已有研究文献进行实例验证。研究结果表明用本文推导的承载力与文献试验值的折减基本趋势一致,验证了本文理论推导的可行性及精确性。     

膨胀剂对钢管混凝土徐变及承载力的影响研究

为了研究膨胀剂对密闭钢管混凝土徐变及承载力的影响,基于CEB/FIP理论,采用数学方法,对钢管混凝土的核心混凝土的徐变进行理论计算,在试验构件尺寸不变的基础上,通过改变核心混凝土中膨胀剂的掺量,分析膨胀剂对钢管混凝土徐变的影响,最后对构件进行极限承载力试验。得出采用CEB/FIP方法的理论计算值与试验值较为吻合,对钢管混凝土徐变和承载力,膨胀剂有最佳掺量,并且徐变对密闭钢管混凝土的极限承载力稍有提高。     

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。     

加载方式对钢管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究

钢管混凝土在铁路拱桥和桥墩中都有良好的应用前景.将实际工程中钢管混凝土结构的加载形式归纳成全断面加载、荷载仅施加于核心混凝土、荷载仅施加于钢管和钢管有初应力等4种.进行这4种不同加载方式(含初应力)对钢管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究.试验结果表明,整个断面加载、荷载仅施加于核心混凝土和钢管有初应力这3种加载方式下试件的极限承载力相差不大,但套箍作用和刚度有一定的变化;对于荷载仅加于钢管的试件,其极限承载力与刚度均有较大幅度的降低,可不考虑钢管对混凝土的套箍作用.最后,在试验研究基础上讨论在这4种不同加载方式作用下试件的极限承载力计算方法.     

高温后中空夹层钢管混凝土柱轴压性能研究

为了分析高温后中空夹层钢管混凝土（简称CFDST）构件轴心受压力学性能,在试验验证的基础上,采用数值模拟的方法对高温后的轴压工作机理进行剖析,探讨温度、空心率、名义含钢率、内外钢管屈服强度及混凝土抗压强度对CFDST力学性能的影响。研究结果表明：随着构件曾经历温度的升高,极限承载力呈下降趋势;外钢管屈服强度对CFDST构件极限承载力的提高有显著影响,混凝土强度对提高常温阶段构件的极限承载力影响较大,但随着温度的升高,影响逐渐降低,空心率、内钢管的屈服强度对高温后CFDST构件极限承载力影响很小。     

极限平衡法分析钢骨-钢管混凝土短柱承载力的简化方法

从钢骨-钢管混凝土组合柱的工作机理出发,分析了其各组成部分应力状态,提出了计算钢骨-钢管混凝土轴压短柱的简化模型。根据组合柱各组成部分极限(屈服)条件,应用极限平衡理论建立了截面的力学平衡方程,基于钢骨翼缘对核心混凝土的附加约束,推导了该组合柱的轴压极限承载力计算公式。计算结果表明,有关实验值与本文理论计算结果较吻合。     

带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区竖向承载力分析

基于带有芯钢管的钢管混凝土节点承载力试验研究结果,运用有限元软件 ANSYS 建立带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区有限元分析模型,进行节点竖向承载力数值分析,与试验结果进行了对比,并对影响钢管混凝土节点核心区承载能力的因素进行了分析.研究结果表明:有限元模型计算所得极限承载力与试验实测结果吻合较好;混凝土强度、芯钢管强度、外围纵筋和箍筋的强度均对节点核心区的竖向承载力影响较大.     

受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析

基于受多重约束的钢管内混凝土受力性能试验研究结果,运用有限元软件ANSYS建立带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区有限元分析模型,进行受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析,与试验结果进行了对比,并对影响钢管内混凝土承载能力的因素进行了分析。研究结果表明有限元模型计算所得极限承载力与实测结果吻合较好,同时得到了混凝土强度、外围箍筋强度、芯钢管强度与受多重约束的芯钢管内混凝土极限承载力关系曲线。     

高温后钢管高性能混凝土轴压短柱力学性能研究

通过48根高温冷却后钢管高性能混凝土(C80)短柱的试验研究,探讨了火灾温度、恒温持续时间、含钢率等因素对高温后钢管高性能混凝土短柱极限强度、峰值应变、平台强度等的影响,并对构件高温后的工作机理进行了较深入的分析。试验表明,随着火灾温度的升高和恒温时间的增加,高温后钢管高性能混凝土短柱极限承载力整体上呈降低趋势,且温度高于500℃后,其下降速度更快,而在其他条件相同时,高温后钢管高性能混凝土短柱的极限承载力随含钢率增加略有提高。根据试验结果,建立了高温后钢管高性能混凝土组合材料应力 应变关系曲线计算公式和极限强度、峰值应变、平台强度、极限承载力等经验计算公式,其计算结果与实测结果吻合较好。     

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。     

疲劳荷载后重载铁路桥梁剩余静载承载力试验研究

基于应变和振幅的疲劳试验实时测试系统,通过10片1/6缩尺模型梁疲劳试验,研究重载铁路桥梁疲劳后静载破坏形态以及振幅、刚度、非预应力筋和预应力筋应变、混凝土应变随反复荷载次数的变化规律。研究表明:重载铁路32m预应力混凝土梁疲劳后剩余静载承载力演变呈现"Z"字形三折线的3个阶段,即基本不变阶段、直线下降阶段和压弯失稳破坏阶段。第一阶段,疲劳后试件静载破坏形态与普通静载破坏形态相同,试件静载承载力基本保持不变;第二阶段,试件静载承载力直线下降,直至压弯失稳破坏,最终梁的剩余静载承载力降至原有承载力的50%~60%,主要由预应力筋提供。与普通静载破坏试验相比,疲劳后静载破坏试验不同的地方主要表现在混凝土、梁底普通钢筋和预应力筋等材料的应力-应变本构关系上,受压区混凝土残余应变不断增加,变形模量降低了20%~30%,普通钢筋和预应力筋残余应变也明显增加,但弹性模量和屈服强度(预应力筋极限强度)基本不变。