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。     

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。     

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。     

大跨度钢桁梁柔性拱桥明桥面无缝线路计算分析

以某在建大跨度钢桁梁柔性拱桥为研究对象,运用梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立桥上无缝线路计算模型,提出4种扣件铺设方案并分析其梁轨相互作用。结果表明:(1)对于明桥面无缝线路,桥梁温度跨度和扣件纵向阻力是影响无缝线路纵向力的决定性因素,大跨度钢桁梁柔性拱桥的纵梁体系对无缝线路纵向力的影响有限。(2)若不设置钢轨伸缩调节器,无缝线路钢轨强度检算不能满足规范要求。(3)应根据桥梁梁端最大伸缩位移,选择相应的梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器。     

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。     

高速铁路连续钢桁柔性拱桥的施工线形控制

研究目的:为了解决高速铁路三跨连续钢桁梁柔性拱桥复杂施工过程中的桥梁线形控制难题,依托银西高铁银川机场黄河特大桥两联三跨连续钢桁梁柔性拱桥的三同步施工过程,基于施工过程时变力学分析方法和现场实测,研究钢桥拼装过程的体系转换杆件拼装顺序、拼装线形的二次调整、抗风措施和梁拱合龙等施工方案,确保桥梁施工线形达到设计要求。研究结论:(1)连续钢桁拱桥施工过程存在体系转换杆件,以基于应力和变形最小扰动原则进行杆件拼装顺序优化,可最大程度减小体系转换的附加效应影响;(2)施工过程中,连续钢桁拱桥的线形受结构拼装过程受力变化和拼装精度等的影响而多变,基于初始位移法合理确定拼装理论线形,并结合施工过程进行拼装线形的二次调整技术,可达到理想成桥线形;(3)柔性拱在拼装过程中容易出现抗风稳定问题,基于静力抗风稳定性分析提出了自锚式辅助抗风索方案,可保证拼装过程的抗风稳定性;(4)基于合龙期间的环境温度精确测量及温度对结构变形的精确分析,结合连续钢桁梁柔性拱桥的受力特点提出了柔性拱利用环境温度效应的自然合龙技术,实现钢桁梁与柔性拱的最优合龙;(5)本研究成果可为同类型桥梁的施工控制提供参考。     

银川机场黄河特大桥临时支墩布置方案比选

银川至西安铁路客运专线银川机场黄河特大桥为连续钢桁柔性拱桥。钢桁梁采用架梁吊机由中跨向边跨对称悬臂拼装,为避免钢梁悬臂过长,有必要在边跨设置临时支墩。建立了银川机场黄河特大桥的有限元模型,对其悬拼架设施工过程进行仿真计算,分析采用2种不同的边跨临时墩布置方案时钢梁的整体受力。研究结果表明,当采用边跨三支墩方案时钢桁梁的受力和变形优于采用边跨双支墩方案,满足施工要求。     

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。     

部分填充混凝土钢桁梁桥车激响应分析

以天津海河部分填充混凝土钢桁梁桥为研究对象,采用ANSYS有限元软件,建立了桥梁和汽车有限元模型,利用生死单元技术实现了车桥耦合振动的数值仿真,采用Newmark-β法求解其动力响应。在此基础上,分析探讨不同桥面等级和车速等因素对部分填充混凝土钢桁梁桥动力响应的影响。结果表明:部分填充混凝土能有效增大钢桁梁桥的竖向刚度,提高桥梁承载力;桥面等级对部分填充混凝土钢桁梁桥车激响应影响较大,等级越低,动力响应增幅越大;提高车速并不能大幅降低部分填充混凝土钢桁梁桥的动力响应。     

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。     

基于迭代序列响应面的桥梁体系承载力可靠度评估

运用迭代序列响应面法和非线件有限元法,对桥梁结构承载能力体系进行可靠度评估.对大桥结构进行概率灵敏度分析,获得影响桥梁结构极限承载力的主要结构参数.应用实验设计方法得到输入参数值(桥梁荷载和体系状态),将桥梁极限承载力作为响应面的输出参数,按照迭代序列响应而法得到桥梁体系极限承载力的回归方程,再与荷载共同组成桥梁体系承载力的极限状态方程;使用该极限状态方程和改进的一次二阶矩法,计算桥梁体系的失效概率与验箅点,利用验算点求得新的展开点进行迭代计算,最终得到桥梁体系承载力的可靠度.应用该方法对九江长江大桥进行体系承载力可靠度评估的结果表明:经2次响应面迭代计算得到的响应面拟合精度达0.61%;九江长江大桥3大拱在中跨满载和边跨满载时的体系承载能力可靠度分别为5.75与5.90,均在正常范围内.     

填充长度对部分填充混凝土钢桁梁桥力学性能的影响分析

部分填充混凝土钢桁梁桥作为一种新型桥梁结构形式,在大跨度组合钢桁梁桥中得到了实际应用。以天津某部分填充混凝土钢桁梁桥为研究对象,利用大型有限元软件ANSYS建立其有限元模型,定义填充长度与中跨跨度之比为混凝土填充系数,系统讨论了填充系数对钢桁梁桥位移、应力和动力特性等力学性能的影响。结果表明,部分填充混凝土能减小钢桁梁桥的竖向位移,减小钢桁梁桥下弦杆的应力,增加钢桁梁桥的刚度,提高其承载力;填充系数对桥梁位移、应力和动力特性的影响不尽相同,设计时应综合考虑选择填充长度。     

大准线黄河特大桥(96+132+96)m钢桁梁检定试验研究

大准线是运煤重载铁路,运营列车轴重25 t,万吨编组,最高行车速度80 km/h。线路上的黄河特大桥钢桁梁为(96+132+96)m三跨连续式、无竖杆刚性桁梁柔性拱组合体系结构。2011年对黄河特大桥钢桁梁进行了静动载试验,并将本次试验结果与以前测试结果和仿真计算结果进行了对比。静载试验结果表明:钢桁梁在中-活载和恒载作用下,上下游2片主桁受力较均匀;桥梁承载力和竖向刚度符合设计标准,满足使用要求。动载试验表明:桥梁自振频率与成桥时基本一致,说明运营至今桥梁整体性能和技术状态变化较小;实测桥梁杆件动力响应较小,动力性能良好。     

一座32 m铁路钢桁梁桥受损弦杆更换及运营性能分析

为研究简支钢桁梁桥弦杆更换过程中内力变化及传递规律,以大莱龙铁路辛沙公路1#桥为研究对象,对出现弦杆受损钢桁梁桥进行有限元仿真模拟分析和现场检测,掌握该桥梁的工作状态和受力特征.分5种工况对存在弦杆损伤的钢桁梁桥、弦杆更换过程中内力的传递及加固后桥梁状态进行了有限元分析.研究结果表明,被撞击的弦杆受损后已不能满足桥梁刚...     

钢拱桥极限承载力的综合三因素检算方法

通过钢拱桥非线性计算及结果的分析,得出结论,钢拱桥极限承载力的实质是拱肋截面的材料屈服,随着塑性区的扩展,截面刚度降低,从而导致整体非线性位移的急剧增加。运用统计回归,逐一分析横向初始缺陷与横向位移因素指标R1l、拱圈整体横向刚度因素指标R2l和拱桥非保向力因素指标R3l,提出考虑上述三因素的综合因素指标Rl。依此建立钢拱桥极限承载力的综合三因素检算方法。经试验数据的初步验证以及用此方法对4座大跨钢拱桥进行检算的结果表明,该方法综合考虑了横向初始缺陷、横向位移、拱圈整体横向刚度和非保向力等影响钢拱桥极限承载力的主要因素,可简便且准确地检算钢拱桥的极限承载力。     

大跨度上承式钢管混凝土提篮拱桥桥上无缝线路计算分析

目前铁路建设中出现了多种形式的特殊桥型,它们超出了我国各种规范和暂规所涵盖的范围。运用梁轨相互作用基本原理,笔者提出了铁路大跨度上承式钢管混凝土提篮拱桥桥上无缝线路计算的简化算法。以某新建双线上承式提篮拱桥为例,运用简化算法建立有限元模型对不同工况下桥上无缝线路计算分析,分析表明:上承式提篮拱桥桥上无缝线路计算中,拱圈温度差对钢轨伸缩力有很大的影响,挠曲力的分布规律和数值较常规桥梁有较大的差别。文章中的计算分析方法和结果可用于指导铁路特殊桥型桥上无缝线路设计。     

我国既有普速铁路桥梁检定若干问题探讨

基于近年来既有普速铁路桥梁检定工作的相关实践,探讨桥梁检定工作中的一些问题,提出了一些建议。对于运营荷载没有较大变化或未出现缺陷、损伤的桥梁,建议通过结构检算确定桥梁承载能力;对于出现缺陷、损伤或加固改造后的桥梁,建议结合结构检算,通过静载试验确定桥梁承载能力;铁路钢桁梁有限元计算模型采用空间模型;钢桁梁杆件的应力测试位置宜尽量靠近杆件中部,以降低杆件次应力的影响;铁路桥梁的横向振动加速度采用10 Hz低通数字滤波处理。相关成果可供铁路工作者开展既有普速铁路桥梁检定工作和规范修订参考。     

宜万铁路特殊结构桥梁动力特性及列车走行性分析

宜万铁路全线共有桥梁195座,其中特殊结构桥梁26座,特殊结构桥梁形式主要有复合结构刚构拱桥、双线大跨度上承拱桥、大跨度连续梁桥、非对称拱桥、大跨度“T”构桥、大跨度简支梁桥、大跨度连续刚构桥、单拱连续钢桁梁桥等。目前国内外规范对桥梁设计关于桥梁刚度限值的规定只适用于单跨和多跨简支梁等小跨度常规桥梁,上述特殊结构桥梁都超出了目前我国各种规范和暂规所能涵盖的范围,它们的修建对我国铁路桥梁的设计和建造技术都提出了新的要求,本文选取几座有代表性的特殊结构桥梁为研究对象,对各桥的动力特性和列车走行性进行分析与研究,以期对宜万铁路特殊结构桥梁设计中关于桥梁刚度的考虑提供理论参考。