设计参数对钢管混凝土系杆拱桥力学性能的影响分析

以中承式钢管混凝土系杆拱桥为计算实例,采用通用软件ANSYS建立了拱桥的有限元计算模型,通过改变其主要设计参数,对该类桥梁在恒载作用下的受力情况进行了对比分析,得出了不同矢跨比、拱轴系数、主拱拱肋含钢率等设计参数对拱桥各控制截面内力、应力、位移变化的影响规律.研究结果表明:改变矢跨比和拱轴系数对系杆拱桥在恒载作用下的内力有较大的影响,且对恒载作用下全截面弯矩的影响比对轴力的影响更为显著;改变钢管的壁厚对于主拱肋各控制截面的轴力、弯矩及应力影响不大.该计算结果可为优化同类桥型的设计提供参考.     

下承式系杆拱桥拱脚局部应力分析

下承式系杆拱桥将梁、拱两种结构有机结合,以其受力合理、刚度大、造型优美而受到桥梁界的普遍欢迎。以广西沿海铁路扩能改造工程钦江特大桥主桥128 m钢管混凝土系杆拱桥为背景展开研究,利用ANSYS实体单元对拱脚局部应力进行有限元分析,得出钦江拱脚结构整体上受力合理,最后提出了设计施工时可适当沿着拱脚表面对拱脚进行加强等一些有用的建议。     

斜靠式钢箱系杆拱桥成桥索力检测及稳定性分析

为研究斜靠式钢箱系杆拱桥（5片拱肋）的稳定性，依托引江济淮工程下承式斜靠拱桥——创新大道桥，对成桥后的斜靠拱桥进行吊杆索力检测；并建立考虑几何及材料非线性的斜靠式钢箱系杆拱桥有限元模型，借助索力检测数据分别与设计索力值和模拟值对比分析，前者评价桥梁吊杆整体张拉控制效果，后者验证斜靠拱桥模型的可靠性；进而对该斜靠式系杆拱桥的稳定性进行了研究。结果表明：实测值与设计值最大误差为3.91%，该斜靠式拱桥吊杆整体张拉控制效果较好；实测值与模拟值最大误差为0.63%，验证了模型的可靠性。其次，施工全过程拱桥结构的稳定系数满足工程要求；斜靠钢箱拱对下承式系杆拱桥稳定性提升程度为72%，斜靠式系杆拱桥的弹性稳定性能高低取决于拱肋面外失稳出现的难易程度，初始几何缺陷对斜靠式系杆拱桥的稳定承载力影响较大；斜靠拱和风撑两者协同工作能显著提高结构稳定承载力。最后给出该类系杆拱桥的设计建议，为同类工程施工和设计提供参考。     

钢管混凝土柔性系杆拱桥施工阶段的静力计算分析

以某大桥为工程背景,采用空间有限元分析方法,对下承式钢管混凝土简支柔性系杆拱桥进行了施工阶段的静力分析与计算;介绍了该类型桥梁结构施工阶段有限元模型的建模要点及其边界条件,并分析了拱肋的位移、应力以及吊杆、系杆的拉力等随施工阶段变化的规律.计算结果表明,该施工阶段静力计算方法较为符合简支拱桥各个施工阶段的受力特点,是可行的,其计算结果可以作为施工监测分析的重要参考.     

大跨度CFST系杆拱桥静动载试验分析研究

包西铁路跨黄延高速公路大桥主桥为单跨128 m的钢管混凝土(CFST)系杆拱桥.通过对该铁路大桥进行实桥静动载试验,研究了在静动载作用下大跨度CFST系杆拱桥的结构特性、脱轨系数、加速度及振幅响应等关键参数,并与ANSYS有限元分析结果进行了对比.发现大跨度CFST系杆拱桥挠度和应力校验系数处于合理范围,结构各项关键参数满足规定要求.结果表明:该铁路大桥具有足够的强度和刚度,动力性能良好,满足设计的荷载等级和营运要求;有限元计算结果能够反映该桥梁结构静力及动力性能.本文研究结果对大跨度CFST系杆拱桥的竣工验收及鉴定评价有重要指导意义.     

嵊州市曹娥江大桥设计与施工

曹娥江大桥主桥为2×136米跨径的下承式钢管混凝土系杆拱桥,为刚拱刚梁结构.拱肋采用矢跨比1/5的钢管混凝土桁架结构.本文详细介绍了浙江省嵊州市桥的设计与施工方法.     

基于无应力状态法的下承式拱桥吊杆张拉次序优化

太和三桥为主跨152 m 的下承式钢管混凝土系杆拱桥,吊杆张拉施工时采用无应力状态控制法,以 成桥时吊杆实际内力与设计值的误差小于2% 为目标。由于系杆拱桥吊杆长度较短,张拉时锚头拔出量或回缩 量不易控制,容易产生较大误差,提出将伸缩量换算为张拉力进行施工控制,并对不同的吊杆张拉次序进行 对比分析,确保结构整体受力合理、张拉过程安全。建立全桥有限元模型,分析4 种张拉方案下的成桥吊杆 力、拱肋位移、系梁位移、拱肋应力和系梁应力。结果表明,四种方案的成桥吊杆力与设计成桥吊杆力都相 当接近,相比较而言,方案3 的成桥拱肋线性良好,系梁位移及应力值在张拉过程中变化相对平缓一些。     

戴河大桥钢管混凝土系杆拱内力及应力解析解研究

利用对称性对戴河大桥空间结构进行了简化,通过计算得出钢管混凝土系杆拱桥在成桥后的解析解,对关键截面进行了受力验算,并与其容许值进行比较,验算了各关键截面的安全性.提出钢管混凝土系杆拱简化计算的一般模式,为手算钢管混凝土系杆拱内力和应力情况提供参考.     

考虑结构-地基相互作用CFST拱桥地震反应分析

为研究结构-地基相互作用对上承式大跨度钢管混凝土拱桥地震反应的影响,以黏弹性人工边界模拟半无限介质的辐射阻尼及远场地球介质的弹性恢复性能.用大型计算软件ANSYS为计算平台,以跨径为430 m的上承式钢管混凝土拱桥为工程背景,分析了多种地基情况对上部结构地震反应的影响.结果表明,考虑结构-地基相互作用后与拱脚固结情况相比拱桥固有频率、地震应力值降低,地震位移反应有所增加;该桥各关键截面的地震应力变化不大,钢管应力下降最大不超过1%,混凝土应力下降最大不超过3.5%;基岩材料变化对结构地震反应的影响大于混凝土桥基材料的变化对结构地震反应的影响;在地震响应下,最危险截面下弦杆是拱脚截面,上弦杆是离拱脚3/8跨径处截面,桥面系是跨中截面.     

基于下承式钢管混凝土系杆拱桥冲击系数的分析

采用有限元软件ANSYS建立了该桥的立体模型和双轴汽车模型,使用相关约束方程使轮子和系杆拱桥桥梁接触点位移相同,运用APDL语言编写车-桥耦合的振动计算命令流,采用瞬态动力学进行求解。分析了桥面不平顺、汽车行驶速度、汽车数量以及汽车之间间距对钢管混凝土系杆拱桥的动力响应和冲击系数的影响。结果表明:桥面粗糙程度、行车快慢、行车数目以及汽车之间的距离均会对大桥的冲击系数产生影响;桥梁最大动位移随车速的增加变化很小;随着车速的增加钢管混凝土系杆拱桥与简支梁桥冲击系数变化趋势相同。     

下承式拱桥吊杆的破损安全研究

为研究吊杆破断对下承式拱桥静力响应的影响以及是否是破损安全的。以新建铁路马道口下承式拱桥为背景,采用桥梁专业软件MIDAS/CIVIL,运用准静力法对吊杆破断进行模拟。分析计算了单根吊杆破断和多根吊杆破断对桥梁结构的影响。结果表明:单根吊杆破断对下承式系杆拱桥静力响应影响较小,吊杆破断是破损安全的;当有连续的3对吊杆破断时,其相邻吊杆的安全系数严重降低,应力幅增量很大,会引起吊杆的连锁破断,对桥梁结构造成严重的损伤。     

吊杆损伤下钢管混凝土拱桥的超载研究

目的 研究钢管混凝土拱桥在超载车辆作用下及短吊杆、1/4跨度处吊杆损伤时的吊杆应力变化,为钢管混凝土拱桥的安全运营提供依据.方法 建立钢管混凝土拱桥有限元模型,对钢管混凝土拱桥在2辆超载车一侧加载及吊杆损伤情况进行模拟研究.结果 有限元方法 计算得到的位移值与实测位移值相符,验证了分析模型正确性;超载作用下,短吊杆单独损伤45%以上时,短吊杆的应力超出许用应力;1/4跨度处吊杆单独损伤47%以上时,该处吊杆的应力超出许用应力;短吊杆、1/4跨度处吊杆同时损伤时,吊杆应力比相应的单独损伤情况的吊杆应力大,存在隐患更大些.结论 吊杆完好情况下,钢管混凝土拱桥通过超载车时没有安全隐患;当短吊杆、1/4跨度处吊杆存在一定损伤程度情况下,有超载车通过该桥时,存在一定的隐患;该研究对于吊杆损伤情况下拱桥超载方面的研究具有参考价值.     

基于ANSYS的钢管混凝土拱桥吊杆受火力学性能研究

高温下钢管混凝土拱桥力学性能易发生变化而丧失承载力。为对探求合理的防火设计方法提供支持,运用ANSYS热分析模型开展钢管混凝土拱桥吊杆受火力学性能研究。通过数值模拟与试验数据对比验证ANSYS热分析模型的合理性,在此基础上分析吊杆受火对钢管混凝土拱桥桥面、拱肋线形及吊杆内力影响。研究表明:吊杆受火对距其30 m以内的桥面变形及吊杆轴力影响较大。本文研究可为此类桥梁防火设计及灾后修复提供借鉴与参考。     

湘江某引航道系杆拱桥静载试验研究和数值模拟

湘江某引航道系杆拱桥运营时间已达10年以上,拱肋、吊杆及钢绞线等受到不同程度的损伤,为了验证该桥是否满足设计和使用要求,对该桥现场进行了汽车静载试验,并建立了全桥的有限元分析模型,进行了对比分析,试验结果表明：拱肋、桥面及吊杆的变形与空间有限元计算结果比较接近,大部分测点的挠度小于理论计算值,相对残余变形很小,因此可以判断结构处于弹性工作状态;大部分测点的效验系数在0.70～1.00之间;部分效验系数偏大的测点,其挠度绝对值非常小,挠跨比远远小于规范值,因此可以判断该桥梁的整体刚度满足设计要求.     

拱式桥梁破损安全吊杆及其系统研究

拱桥吊杆破断的寿命统计为10年左右,因此在桥梁的服役期内,吊杆将多次拆换或破断.囿于问题的随机背景,吊杆的寿命预测是一个非确定性的统计量.吊杆破断的年月并不确知,以致吊杆骤断,没有杜绝.基于破损安全理论,研究拱式桥梁的吊杆及其系统.冀在实现:吊杆骤断,桥梁不致受损或垮塌;吊杆随断随换,勿需依赖于检测、诊断、寿命预测及健康监测等.     

系杆拱桥中碳纤维吊杆初始张拉力控制

以已制作的舞水大桥钢箱系杆拱桥缩尺模型为实例,对如何确定系杆拱桥中碳纤维CFRP吊杆初始张拉力进行了研究,可为以后CFRP吊杆的张拉控制提供科学依据.建立舞水大桥钢箱系杆拱桥缩尺模型的有限元模型,采用逆向施工法得出每根吊杆的初始张拉力,然后,采用正常施工顺序对缩尺模型的CFRP吊杆进行张拉.对比有限元计算值和实际测量值,两者数值能够很好地吻合.研究表明：用有限元的逆向施工法指导系杆拱桥中CFRP吊杆初始张拉力的确定是确实可行的.     

中承式钢管混凝土拱桥吊杆更换施工监测

介绍了中承式钢管为劲性骨架混凝土拱桥吊杆更换过程中的施工监测,并探讨控制的目的、方法、监控影响因素及效果.通过对各个主要截面应力应变分析及吊杆更换过程及前后各吊杆处的相对高差的监测,并考虑温度效应对桥面线形的影响,确保主桥拱结构在吊杆更换施工过程中的安全可靠;其研究结果对桥梁吊杆更换监控及施工提供一定的参考。     

基于MOPSO算法的斜拉桥索力优化分析

针对斜拉桥设计和监控计算中合理成桥状态和施工状态索力的确定问题,提出了一种基于MOPSO算法的斜拉桥索力优化方法。该方法在PSO算法的基础上通过增加外部储备集和优化更新策略来适应多目标、多约束的索力优化,较单目标优化方法仅有单一解的局限性,MOPSO算法考虑因素更全面,得到的Pareto最优解集可供决策者根据经验进一步筛选。采用Python编程语言,联合有限元软件编写基于该方法的优化程序,选取主塔、主梁的弯曲应变能之和,主塔成桥后在恒载作用下的纵桥向位移平方和作为目标函数,以施工过程及成桥后结构处于安全状态和索力总体分布均匀作为约束条件。工程算例优化结果表明,该方法能够快速搜寻到Pareto最优解集,并从中筛选出最优解,其结构应力处于安全范围,主塔线形合理,索力总体分布均匀。该方法可应用于斜拉桥成桥和施工阶段索力的确定及梁拱组合体系桥梁吊杆索力的确定。     

自锚式悬索桥吊索不接长体系转换方案及索鞍数值模拟

为降低自锚式悬索桥体系转换施工费用、提高施工效率、简化分析过程，以抛物线理论为依据，推导出主缆垂度的影响参数，结合各参数的可控性、敏感性，通过调整主索鞍顶推和吊杆张拉策略，提出3阶段2轮张拉吊索不接长体系转换方案。为在有限元计算时精确模拟方案中主、散索鞍施工状态，将索鞍圆心点与塔顶或散索鞍底座中心点建立刚臂和主从约束两个边界，通过激活、钝化刚臂模拟索鞍临时固定和滑移状态，通过设置索鞍圆心点强制位移模拟索鞍超顶状态。以双塔3跨和独塔2跨2座自锚式悬索桥为例，根据现场实际情况分别制定了2套吊索不接长体系转换方案，并建立有限元模型对2座桥梁体系转换过程进行模拟和分析。结果表明：自锚式悬索桥主跨是避免吊索接长的关键桥跨，主缆跨径和主缆长度是影响主缆垂度、避免吊索接长的关键可控参数；通过增大主缆初期变形可有效避免吊索接长，实施方案为张拉主跨长出段吊索使主索鞍超前就位，以改变主缆跨度；提前施工部分二期恒载、加劲梁在第1轮吊索张拉后脱架，以增加主缆弹性伸长。由2座桥梁实例分析结果可知，体系转换前期主索鞍可控滑移、超前就位，后期对称张拉桥塔两侧吊索，使主缆和主索鞍间的抗滑移安全系数和桥塔应力均变化平稳，所提方案和索鞍模拟方法达到了预期目的，可为同类型自锚式悬索桥体系转换提供参考。