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。     

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。     

高速铁路(110+208+110)m连续梁-钢管混凝土拱屈曲分析

以高速铁路桥梁比较方案(110+208+110) m连续梁-钢管混凝土拱组合结构桥为背景,探求几何非线性及几何-材料双重非线性对大跨度钢管混凝土拱屈曲失稳的影响程度,研究考虑上述非线性因素后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子的衰减系数。结合相关规范和文献,采用空间有限元软件CSIBridge,以钢管混凝土统一理论为材料本构模型建立全桥空间模型,对结构按实际作用荷载工况进行弹性及弹塑性屈曲分析。结果表明:材料非线性对钢管混凝土拱屈曲失稳的影响比几何非线性的影响大得多,考虑几何-材料双重非线性后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子衰减系数约为0.55。桥式方案中钢管混凝土拱弹性及弹塑性稳定系数均满足国家标准及行业标准要求。     

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。     

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。     

钢管混凝土(单圆管)肋拱面内极限承载力的参数分析

应用双重非线性有限元分析方法对钢管混凝土(单圆管)肋拱受力全过程的非线性性能与极限承载力进行了参数分析。分析的参数有矢跨比、长细比、含钢率以及加载方式。分析结果可供提出极限承载力实用算法和工程应用参考。     

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。     

混凝土灌注阶段钢管混凝土拱肋的时变行为研究

拱肋混凝土灌注是钢管混凝土拱桥施工过程中一个必不可少的重要阶段。在此施工阶段,钢管混凝土拱桥的结构体系和材料性能均随施工进度和时间而变化,属于非线性施工时变结构。目前,关于混凝土灌注阶段钢管混凝土拱桥的结构非线性时变行为的研究尚不多见。依据时变结构力学的原理,采用时间冻结法将拱肋混凝土灌注阶段的时变结构转化为时不变结构体系进行分析和研究。     

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。     

钢管自密实混凝土轴压受力机理试验研究

通过钢管混凝土短柱轴压试验,研究不同混凝土强度等级、钢管中部是否开小孔或不同高度的横槽以及不同加载方式对钢管自密实混凝土极限承载力、荷载—变形曲线和荷载—横向变形系数曲线的影响,探究钢管自密实混凝土的轴压受力机理。试验结果表明:当钢管与混凝土轴压同时受荷时,采用不同尺寸的应变片或中部某标距范围内的位移计测试可准确记录钢管的轴向变形;随着混凝土强度等级的提高,钢管自密实混凝土极限承载力不断增大,而剩余承载力基本不变;钢管与混凝土是否同时受荷对极限承载力和剩余承载力影响不大;钢管开小孔,钢管自密实混凝土轴向压缩变形性能减弱,钢管轴向承压能力减弱,而极限承载力和剩余承载力基本不变;钢管开槽,其受力机理发生变化,变形性能减弱,极限承载力降低,钢管更多地参与横向受拉工作。     

大跨度铁路钢桥疲劳计算方法及关键参数

疲劳问题是钢桥设计中需要重点关注的问题.对日本、欧洲和我国铁路钢桥疲劳计算方法及相关参数进行了调研分析,明确了各国铁路钢桥在疲劳计算方法和相关参数选择方面的异同.以我国一座千米级跨度铁路钢桁梁悬索桥为例,对其加劲梁杆件的疲劳受力特征、恒活载比及应力比进行了计算分析.研究结果表明:部分杆件在单线和双线荷载作用下疲劳受力特...     

大跨度双线铁路混凝土桥极限跨径的研究

混凝土桥是我国大跨度铁路桥梁广泛应用的结构形式,但长期以来缺少对不同桥型跨越能力和适用范围的系统研究。大跨度混凝土桥的设计实践表明,支点截面混凝土的抗剪通常是控制其跨越能力的主要因素,以荷载作用下的剪应力达到混凝土容许剪应力为标准,分析得到了双线预应力混凝土连续梁(刚构)桥的理论极限跨径。在此基础上,通过分析主梁与加劲拱、拉索的荷载分配关系,进一步研究得到了连续梁(刚构)-拱桥、部分斜拉桥的理论极限跨径,分析结论与实际工程基本相符。同时在理论值基础上,结合设计经验给出工程实用极限跨径的建议值,对大跨度混凝土桥的桥式方案选择和投资控制具有一定价值。     

单线大跨度简支钢箱梁系杆拱设计研究

钢管混凝土拱桥在钢管拱肋混凝土灌注过程中存在爆管的可能性,当邻近既有线施工时须考虑其风险。为研究单线大跨度拱桥拱肋内不灌注混凝土的可行性,以丹佛(丹灶-佛山)西站联络线上一160 m简支钢箱梁系杆拱为研究对象,建立空间有限元模型对大跨度简支钢箱梁系杆拱桥进行静力和动力计算,分析结构的受力情况和变形状态。结果表明,该桥的静力和动力特性均满足规范要求。该桥为邻近既有线的单线铁路桥,可选择拱肋内不灌注混凝土,从而使得施工更加方便。     

重载车桥耦合作用下48 m钢桁梁桥动力性能

研究目的:随着社会经济发展和人们需求的提高,铁路货运能力亟待进一步提高,在既有铁路网基础上加大铁路列车轴重是有效提高铁路运能的主要途径之一。列车轴重增大后车桥振动效应将增加,既有铁路网中的钢桥能否适应铁路轴重的提高成为列车轴重能否增加的关键问题。本文为分析重载列车作用下钢桥动力性能,选取既有线中常用跨度48 m钢桁梁桥为研究对象,通过轮对与轨道接触处的力与位移相互关系建立空间重载铁路车-桥系统耦合振动分析模型,在与实测结果对比基础上,对影响重载铁路钢桁梁桥动力性能的轨道不平顺、列车轴重和列车速度等因素进行系统分析。研究结论:(1)轨道不平顺功率谱、列车轴重和列车速度均对重载列车作用下的钢桁梁桥的动力性能有着重要影响;(2)美国六级轨道不平顺与桥上实际线路不平顺更加接近;(3)重载铁路运输中27 t轴重列车通过48 m钢桁梁桥时建议对列车运行速度进行限制。     

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.     

纤维增强复合材料用于铁路桥限高防护架可行性研究

纤维增强复合材料具有抗拉强度高、质量轻等特点。根据既有铁路桥限高防护架的分类,提出采用玻璃纤维与聚氨酯拉挤成型工艺加工铁路桥限高防护架的方案,基于复合材料实际参数,设计横梁结构。理论分析结果表明:结构破坏荷载可以满足设计要求,结构自重较原钢管或钢管混凝土方案轻,掉落时对车辆驾驶室中人员的威胁降低,可充分发挥纤维增强复合材料的高抗拉性能和轻质化的特点。将纤维增强复合材料作为铁路桥限高防护架的材料具有可行性。     

3～20 m桥整体横向移梁施工技术

研究目的:在第六次铁路提速施工中,调整线间距和缓和曲线长度引起多项桥梁改造项目。通过移梁可以 最大限度地发挥既有桥梁的使用功能,同时又能大大缩短提速改造施工的工期。 研究方法:本文详细介绍了在津浦线第六次提速改造施工中对3-20 m简支T梁的整体移梁施工技术,施 工中针对桥梁钢支座需埋设锚栓固定下摆的特点,根据现场实际情况,巧妙利用钢板固定既有钢桥支座,采用 竖向千斤顶和横向千斤顶相结合的普通施工方法,在不中断铁路交通运输,利用夜间列车运营“天窗点”的时 问,结合铁路线路拨道,安全正点地完成了大吨位桥梁的横向移设施工任务。 研究结果:使既有线满足了200 km／h运营速度的要求 研究结论:移梁后通过后期观察,梁体在铁路运营中结构稳定,质量可靠,收到了预期的效果,实践证明此 项移梁施工技术是成功的,是安全可行的。     

无砟轨道1-80m下承式钢管混凝土拱桥设计

研究目的:1-80m下承式钢管混凝土拱桥,为钢箱梁与钢管混凝土拱组合结构,属于有推力拱桥,该桥式方案在我国铁路上是首次采用,需要研究论证,以保证设计安全合理。研究结果:设计表明该桥结构安全可靠,性能优良,且与周围自然环境交相互映,满足无砟轨道要求。     

外贴碳纤维布加固大比例钢筋混凝土梁抗弯性能

以某类铁路桥梁为原型,通过5根粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁的1/3比例模型试验,研究了梁表面处理方式和加固前预载历史对加固梁抗弯能力和破坏形态的影响。试验结果表明,粘贴表面打磨的梁发生纤维布带面层剥离破坏,而凿毛处理时最终破坏均为混凝土压碎;若不出现剥离破坏,则碳纤维布具有良好的加固效果;加固时,梁上既有荷载越小,则加固效果越好。基于《规程》(CECS146:2003)的基本假定,考虑既有荷载的影响,对本文试件的屈服弯矩和极限弯矩进行理论分析,其结果与实测值较吻合,说明《规程》中计算屈服后压碎时的的正截面承载力公式对碳纤维布加固较大尺度、较高配筋混凝土梁也是适用的。