高墩大跨刚构桥施工稳定性分析研究

研究目的:高墩大跨度连续刚构桥悬浇施工中,最大悬臂状态下结构的稳定性至关重要。本文以牛角坪双线特大桥为工程背景,考虑结构的几何非线性和材料非线性,对施工过程中的主墩及最大悬臂状态进行了非线性屈曲分析,研究高墩大跨连续刚构桥施工阶段稳定性。研究结论:采用ANSYS有限元程序,建立了本桥最大悬臂状态实体单元模型,综合考虑了双重非线性的影响,研究该桥最大悬臂状态施工过程中可能出现的9种工况的施工稳定性,研究结果表明,该桥主墩纵向弯曲刚度小于横向弯曲刚度,墩相对较易发生纵向屈曲失稳,但稳定特征值大,其主墩自体稳定性及最大悬臂施工状态施工稳定性好,施工过程中结构不会发生稳定性破坏,对于工程实践具有实际指导意义。     

高墩大跨连续刚构桥线性与非线性稳定研究

研究目的:高墩大跨度连续刚构桥悬浇施工中,保证最大悬臂状态下结构的稳定性至关重要。本文以山西省某高墩大跨连续刚构桥(90+168+90)m为工程背景,以其2号墩T构最大悬臂状态为分析对象,考虑挂篮正常工作及单侧挂篮跌落两类情况,对高墩线性和非线性稳定进行系统性研究。通过引入"稳定安全储备系数"的概念,对两类稳定问题及是否考虑箍筋约束作用对墩柱非线性稳定性能的影响问题进行对比分析。研究结论:(1)在主梁所承受的恒载中,对刚构桥线性稳定性起控制作用的是结构自重;(2)风荷载不影响结构线性稳定,但对结构非线性稳定有明显影响;(3)对于高墩的稳定性,仍可采用线性稳定的分析方法和评判标准;(4)当考虑墩柱截面箍筋的约束作用时仍可采用稳定系数大于4~5的限值标准,当不考虑墩柱截面箍筋的约束作用时可适当提高稳定系数限值;(5)该研究结果可为高墩大跨连续刚构桥的设计和施工提供参考。     

结合梁斜拉桥的空间非线性静力分析及自振特性的研究

针对板桁结合斜拉桥的空间受力特点，综合考虑引起科拉桥结构几何非线性三种因素的影响，建立了板桁结合斜拉桥结构的空间几何非线性有限元分析理论。编制了斜拉桥的空间几何非线性静力分析程序和动力分析程序，应用所编软件，分析了一座板桁结合斜拉桥在自重恒载作用下的结构内力，并对该桥的自振特性进行了计算。     

斜拉桥面内整体失稳分析

本文按极值失稳问题，考虑几何非线性和材料非线性的影响，对斜拉桥面内整体失稳分析方法进行了研究。推导出考虑两种线性影响的压－弯杆单元刚度矩阵，建立了结构失稳判别准则，采用基于有限元理论的数值分析方法。最后，用此法对一座斜拉桥进行计算，计算结果说明所介绍的分析方法是合理可用的。     

常州站钢结构屋盖整体稳定分析

研究目的:常州火车站屋盖为大跨度空间钢结构,主要由钢箱梁拱和面外的刚性系杆、支撑组成,跨度较大。为了获得结构的整体稳定性能,指导结构设计,在多种不利荷载组合作用下,对该工程分别进行特征值屈曲分析和非线性稳定分析。研究结论:考虑几何非线性、材料非线性,按最不利原则施加初始几何缺陷,计算结构的非线性稳定屈曲系数,特征值屈曲分析和非线性有限元全过程跟踪分析结果表明:结构的几何非线性很强,且对结构有利;结构的失稳均为整体失稳;在最不利荷载组合情况下,整体稳定分析的结果均能满足规范要求;考虑几何和材料非线性的结构整体稳定分析,真实反应了结构的整体特性,分析结果可为结构设计提供可靠的理论依据。可为类似工程提供参考。     

单薄壁空心矩形墩连续刚构桥非线性稳定研究

研究目的:随着我国交通事业的迅猛发展,全国修建了大量的高墩大跨连续刚构桥,由于该类桥梁墩身高、跨径大,施工过程中的非线性稳定问题非常突出,因此本文以一典型单薄壁空心矩形墩连续刚构桥——王家坝大桥施工监控项目为依托,研究单薄壁空心矩形墩连续刚构桥的非线性稳定性,分析对比各施工阶段下桥梁的稳定特征值和非线性极限荷载值。研究结论:(1)特征值屈曲计算求得的荷载为桥梁结构极限稳定荷载的可靠上限;(2)考虑几何非线性、材料的非线性以及初始缺陷等因素影响的非线性稳定分析得出的荷载,更符合实际情况;(3)最高墩最大悬臂施工工况为高墩施工中稳定最不利工况;(4)本文研究结论可为高墩大跨连续刚构桥的施工监控、设计和理论研究提供参考。     

高墩大跨连续刚构桥最大悬臂阶段风致响应及其对施工人员的影响

以某高墩大跨连续刚构桥为工程背景进行了空间有限元分析,采用静力分析方法,分别计算了阵风作用下最大双悬臂施工状态下高墩桥梁和跨度相近的低墩桥梁的结构内力,并探讨了其墩底内力特点;采用时域分析方法,计算了桥梁最大双悬臂施工状态下结构的抖振响应,通过进行舒适度分析,讨论了桥梁抖振响应对施工人员安全的影响。研究结果表明:高墩刚构桥墩底的横桥向弯矩由主梁上风荷载对称加载方式决定,而低墩刚构桥则由非对称方式决定;最大双悬臂状态在抖振作用下的Diekemann舒适度指标值很小,对施工人员的工作影响不大。     

几何非线性对大跨斜拉桥施工阶段的影响分析

介绍了引起大跨度斜拉桥几何非线性的3个主要因素,即位移、斜拉索垂度效应和弯矩与轴力的组合作用,建立了某大跨度独塔斜拉桥的平面杆件有限元模型,分不考虑非线性和考虑非线性2种情况进行计算,并对结果进行了比较分析,最后得出了非线性对主梁弯矩、主梁部分节点的弯矩、主塔根部、主梁竖向位移等方面的影响程度不同,且与施工工况有关的结论.     

高速铁路大跨矮塔斜拉桥地震主导振型识别

研究目的:为探明高速铁路矮塔斜拉桥地震响应特性,以某主跨(90+180+90) m矮塔斜拉桥为工程背景,基于理论推导及非线性有限元分析,采用平均模态应变能系数为指标,开展该桥型地震作用下主导振型识别,研究其动力特性。研究结论:(1)平均模态应变能系数能同时考虑结构及地震动特性,可作为矮塔斜拉桥振型识别指标,具有高效、精确等特点;(2)梁式体系矮塔斜拉桥在x和z方向主导振型较y方向敏感,反映出结构在这两个方向的动力效应更显著;(3)振型分解反应谱法和时程分析对比可得出,考虑主导振型组合能满足实际工程需求,桥梁主导振型识别对掌握结构地震响应特性具有重要意义,可为地震损伤分析、桥梁减隔震设计等提供依据。     

大跨度斜拉桥的静风非线性稳定分析

同时考虑静风荷载非线性和结构几何非线性的影响 ,运用增量迭代法分析计算大跨度斜拉桥非线性空气静力稳定性 ,编制相应的计算程序 ;并结合一座主跨为 10 0 0m的钢斜拉桥进行分析计算 ,验证该分析方法的可行性。最后 ,讨论静风荷载非线性、初始攻角等因素对大跨度斜拉桥静风失稳临界速度的影响     

大跨度公铁两用斜拉桥极限承载力计算方法

结合有限元软件Ansys的分析功能和斜拉桥结构体系自身的特点,考虑结构的几何非线性和材料非线性,采用最小荷载增量准则为失效分析理论,对公铁两用斜拉桥(112+182+504+182+112) m 结构体系方案进行极限承载力分析,得到该斜拉桥的极限荷载和最薄弱部位的失效顺序.分析结果表明:在与实际结构受力体系紧密结合的前提下,最小荷载增量准则能有效地进行结构体系失效树的分析;该斜拉桥方案中主梁的刚度很大,由活载引起的竖向挠度较小,满足公铁两用斜拉桥对竖向刚度的有关规定;该结构的极限荷载为2.6117倍铁路中—活载,其薄弱环节在斜杆单元;为使各杆件的安全储备基本相同,建议进一步优化杆件的截面.     

基于地震引起动水作用的深海斜拉桥抗震性能研究

目前,深海大跨斜拉桥正在不断建设,其跨度的变化以及所处的深水环境使得在地震作用下桥梁受力更加复杂,地震作用下不但要考虑桩-土的相互作用,还要考虑地震引起的动水压力对结构的影响。为了分析地震引起的动水作用对斜拉桥动力特性和地震响应的影响程度,以及不同水深下动水力对深海斜拉桥地震响应的变化规律,基于一座现代大跨深水斜拉桥为工程背景,利用有限元软件建立三维模型,采用"m"法来考虑桩-土相互作用,用基于Morison方程的附加质量法来考虑地震引起的动水压力,结果表明动水对结构地震特性有较大影响,因此在斜拉桥抗震设计时动水作用不可忽略。     

铁路斜拉桥车激振动非线性分析方法

研究目的:斜拉桥因跨度大,可能在车辆通过时发生较大的变形,致使结构几何非线性效应变得显著.对斜拉桥进行非线性动力分析可以为桥梁结构设计提供更精确的理论依据.针对大跨度斜拉桥的几何非线性特征及铁路桥的特点,建立结构空间动力分析模型.通过模拟机车过桥的全过程,计算在机车通过时斜拉桥的动力响应.研究结论:求出了主跨300m铁路斜拉桥方案在机车通过时线性分析与非线性分析的动力响应结果,给出了结构位移时程曲线.对于大跨度铁路斜拉桥,非线性分析结果与线性分析结果相比,具有明显差别.在大跨度铁路斜拉桥车激振动分析中,考虑结构几何非线性效应是必要的.     

扁平钢箱梁横隔板非线性稳定分析

为研究施工阶段吊机集中荷载作用下斜拉桥扁平钢箱梁横隔板的稳定性,以主跨383 m的广州珠江黄埔大桥北汉独塔斜拉桥为背景,对扁平钢箱梁横隔板进行非线性稳定有限元分析及模型试验研究.运用有限元分析软件ANSYS建立梁段有限元数值仿真模型,计算设计荷载作用下梁段应力分布,得到吊机荷载作用时横隔板的弹性屈曲系数为5.2.引入初弯曲缺陷并考虑几何和材料非线性,计算得到吊机荷载作用下扁平钢箱梁横隔板非线性稳定系数为2.2.采用1:2.5缩尺比例,对扁平钢箱梁梁段进行模型试验研究,得到设计荷载作用下梁段测点应力及变形.通过梁段模型的极限承载力试验,得到吊机荷载作用时横隔板的非线性屈曲系数为1.6.研究结果表明,广州珠江黄埔大桥北汉斜拉桥扁平钢箱梁横隔板设计合理,吊装过程中其稳定性能满足设计要求.     

对于高墩桥梁稳定性的研究

对于大跨连续刚构桥的高墩,其稳定计算十分必要。以某大桥为例,介绍有限元理论在桥梁结构稳定计算中的应用。对不同载荷下高墩稳定性进行分析,得出该种结构稳定性能的特点。     

结构设计参数对大跨度叠合梁斜拉桥稳定性的影响

以主跨360 m的西固黄河大桥主桥为工程背景,通过有限元数值模拟计算结构在成桥工况的非线性稳定性能。改变斜拉桥结构设计参数如斜拉索初始缺陷、主梁钢结构强度、混凝土桥塔强度,研究其对斜拉桥非线性稳定性能的影响。研究结果表明:在成桥工况,斜拉索初始缺陷从1%增加至10%,稳定性安全系数下降了9.1%;桥塔混凝土强度从C40提高至C60时,稳定性安全系数提高了22.2%;主梁钢结构从Q345提高至Q420时,稳定性安全系数提高了8.9%。随着荷载倍数的增加,主塔混凝土强度越大,主梁钢结构强度越大,塔顶横向位移越小。     

新建郑万客运专线铁路独塔斜拉桥设计关键技术研究

以郑万客运专线联络线铁路预应力混凝土独塔斜拉桥为工程背景,其跨径布置为(32+138+138+32)m,结合支架现浇转体施工方法,对郑万铁路斜拉桥的施工及设计关键技术进行研究。建立斜拉桥的空间有限元模型,充分考虑结构非线性效应,通过理论分析的方法对高铁独塔斜拉桥构造及力学行为开展研究。重点进行主桥静力分析、稳定性分析、索塔锚固区域细部优化分析及结构动力分析。研究结果表明:支架现浇转体施工方法可以有效减小对既有线路的影响。该桥在施工及成桥阶段,结构受力及变形合理,稳定系数大,各项指标均满足规范要求,且具有较大富裕量。对于大跨铁路斜拉桥,索塔局部受力复杂,需进行局部受力分析,优化细部设计。该桥结构具有刚度大、整体性好的特点,且动力性能较好,有较高的行车舒适性。     

超大跨径钢斜拉桥的温度荷载调研与温度效应分析

以苏通大桥为背景,调研各国规范对斜拉桥温度作用的相关规定,进而研究超大跨径钢斜拉桥的温度静力响应。研究将斜拉桥的温度作用分为体系温差、索梁(塔)温差、主梁温度梯度、主塔温度梯度四个方面分别讨论,利用考虑几何非线性影响的有限元软件ANSYS计算分析斜拉桥的温度效应及各构件对温度的敏感性。分析结果可以为今后同类桥梁的设计或计算提供参考和依据。     

基于IDA的铁路超高墩地震易损性分析

为探究铁路超高墩结构的抗震性能并对其在双向水平地震作用下的易损性进行评估,以西部山区某高速铁路超高墩结构为研究对象,根据结构自身动力特性,以材料应变状态对应的截面曲率作为损伤指标,描述其不同的损伤破坏状态并确定不同损伤状态所对应的指标限值。基于IDA方法,从PEER数据库中选取10组远场地震动作为双向地震动输入样本,以ANSYS为平台建立超高墩有限元模型进行非线性动力时程分析,得到不同强度地震动对应的结构地震响应。结合能力需求比的对数回归分析,建立超高墩各控制截面的概率地震需求模型对其易损性进行评估,并采用一阶界限法计算超高墩整体损伤概率并建立易损性曲线。结果表明：H形双柱式薄壁空心超高墩在强震作用下各部位均会发生一定程度的损伤,其中墩底部位损伤最为严重,在PGA为1.0g时墩底部位轻微损伤、中等损伤和完全损伤的超越概率分别为98.71%、96.92%和36.02%;结构完全损伤概率较小,满足三水准抗震设防要求并具有良好的抗倒塌能力;易损性分析能够准确地反映超高墩的真实抗震性能,为实际工程中既有超高墩的震后损伤加固或新墩设计提供理论依据。     

京新高速上地斜拉桥抗震设计分析

以京新高速公路工程上地铁路分离式立交斜拉桥为对象,分别考虑活动盆式支座的影响,对全桥结构的抗震性能进行了计算分析研究。采用MIDAS建立了斜拉桥的动力有限元模型,考虑E1和E2两种地震动水平的作用,采用反应谱法对斜拉桥的自振特性和抗震性能做了数值分析。研究表明,考虑活动盆式支座的影响,主塔根部截面的内力减小,支座的水平力减小,而桥墩墩底处的内力增大,全桥纵向位移小;不考虑活动盆式支座的影响,主塔根部截面的内力增大,支座固定方向水平力增大可能导致剪坏,桥墩墩底内力减小但全桥纵向位移增大,需要采取减隔震措施来减小纵向位移。