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。     

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。     

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.     

128m大跨度铁路应急钢桁梁极限荷载

利用ANSYS软件建立128 m跨铁路应急钢桁梁的非线性有限元模型,研究不同杆件损伤位置、不同损伤长度和不同损伤形式等不同损伤状态下钢桁梁的极限荷载。结果表明:非损伤状态下,钢桁梁因构件屈服发生大变形而失稳破坏,极限荷载系数为2.231,能够保证安全运营;损伤位置对结构极限荷载影响明显,损伤位置越靠近跨中,影响越大;跨中为杆件损伤最不利位置,损伤程度较大时,结构将因杆件局部应力过大而发生强度破坏;随着损伤长度增加,极限荷载呈现先迅速下降、后小幅上升并逐渐趋于稳定的变化趋势,损伤程度越大,损伤长度对极限荷载的影响越明显;损伤形式对极限荷载影响差异较大,杆件的截面损伤和材料屈服强度退化对极限荷载影响显著,而杆件的材料刚度退化的影响可基本忽略。     

地铁车辆牵引拉杆装置稳定性问题研究

受压牵引拉杆在极限承载下因忽然弯曲导致结构失稳破坏,从而影响转向架系统的运行安全性。文章从理论与工程相结合的角度剖析了杆件结构失稳的力学原理,提出了改善杆件结构稳定性的基本思路和可行措施,并在此基础上,对某型牵引拉杆装置进行优化设计。分析与实验表明,在工程可能的极限载荷下,牵引拉杆装置可有效确保稳定性,并利用有限元技术成功预测出牵引拉杆装置的失稳临界载荷。这为设计分析类似牵引拉杆装置提供了一种的思路。     

耳板式钢-混凝土组合桁架节点力学性能试验研究

钢-混凝土组合桁架梁上弦端节点受力复杂,是组合桁架结构受力的关键部位.以西平铁路桥梁钢-混凝土组合桁架节点为原型,设计制作了3个耳板式节点的1:2缩尺模型,进行水平静力性能试验和有限元分析,研究钢-混凝土组合桁架节点的应变发展规律、极限承载力、破坏模式和荷载-位移曲线等力学性能.研究表明:耳板式钢-混凝土组合桁架节点极限承载力和刚度满足设计要求;PBL连接件具有较好的抗剪能力;节点的薄弱部位为弦杆核心区混凝土;节点的破坏模式主要有弦杆混凝土开裂破坏、腹杆屈曲破坏、腹杆与耳板连接处屈服等,因此提高混凝土强度和节点配筋率,增加腹杆厚度有助于提高整个节点的承载力.     

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。     

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。     

芜湖长江大桥箱形压杆稳定性试验研究

使用切割法对芜湖长江大桥板厚44mm及40mm的箱形压杆焊接残余应力进行了实测，给出了残余应力沿板厚和板宽方向分布的规律及加颈肋对残余应力分布的影响。在实测基础上，根据统计原理拟合了用于理论计算的厚板焊制箱形压杆的残余应力分布图式，采用数值积分法，编制了压杆极限承载力的有限元计算程序，分别考虑初偏心，残余应力等初始缺陷及加劲肋等因素的影响，对厚板焊制箱形压杆的极限承载力进行了分析[研究，计算结果表明：随着长细比λ的增加，杆件逐渐由压屈特性表现为压溃特性；残余应力及初偏心对工程常用构件的极限承载力有较大影响，残余应力可使稳定系数φ值降低近20％，芜湖桥箱形压杆的加劲肋对φ值影响不明显，其主要作用在于增强构件的局部稳定。     

基于旋转变换矩阵法的球面不规则三角形网格构型方法研究

球面网壳本质上属于空间结构，同时兼具空间杆系结构和薄壳结构的特征。随着跨度的增大，网壳结构变得越来越复杂，非三角形网格无法满足大直径球壳的要求，而不规则三角形网格兼具空间布置灵活、自重小、受力性能良好等特点，在越来越多的工程中被采用。为了解决不规则三角形球面网格节点定位困难的问题，本文给出了一种不规则三角形网格构型方法，构造出了180面体、240面体不规则三角形球面网壳，利用旋转变换矩阵法对网格中的节点进行定位，避免了传统定位方法的复杂空间几何代换与反代换。