大跨中承式钢管混凝土拱桥的自振特性及稳定性

对一大跨中承式钢管混凝土拱桥分别进行了自振特性分析及稳定性分析,研究了设计荷载、拱肋矢跨比、拱面内倾角对大跨中承式钢管混凝土拱桥自振特性、弹性稳定性及弹塑性稳定性的影响。研究表明,降低拱肋矢跨比或将拱面内倾均可有效改善大跨钢管混凝土拱桥的横向面外刚度,提高结构的面外振动频率,并使结构稳定性呈现不同的变化规律。综合考虑自振特性及弹性稳定性两种分析结果比单纯依靠自振特性分析结果评价结构参数取值更合理。本文讨论的360m跨度中承式钢管混凝土拱桥矢跨比宜在1/4附近取值,拱面内倾角度不宜超过10°。     

应用反映谱法分析淳安南浦大桥抗震性能

钢管混凝土拱桥由于跨径较大,宽跨比较小,其失稳形态一般是面外半波失稳,其抗震稳定性一直以来是桥梁工程师所关注的问题。淳安南浦大桥为中承式钢管混凝土桁式拱桥,拱轴系数为1.167,大桥总设计长度330 m,净跨径308 m,净矢高60 m,宽跨比1/19.81。采用反应谱方法分析该桥抗震稳定性,分析结果表明该桥在地震荷载作用下的结构内力大于车辆荷载作用下的内力。     

中承式钢管混凝土拱桥弹塑性地震时程分析

借助ANSYS软件,采用动态增量法IDA(Incremental dynamic analysis)方法,以Elcentro波为基本地震波,对一大跨中承式钢管混凝土拱桥进行了不同峰值加速度地震作用下的三维弹塑性时程分析。引入包括拱肋节点位移、位移延性系数及应变能在内的多个响应指标,并依据B-R准则最终确定了本文算例在地震作用下的动力稳定极限承载力,研究了大跨钢管混凝土拱桥的抗震性能及其在强震作用下的破坏机理,对大跨钢管混凝土拱桥的抗震设计给出指导。研究表明,大跨钢管混凝土拱桥在强震作用下的动力破坏是结构位移和塑性发展共同作用的结果,结构位移最大处发生于拱顶附近,塑性发展程度最深的杆件位于拱脚附近,峰值加速度对于结构构件进入弹塑性工作阶段后的变形能力无显著影响;并得出评价分析大跨钢管混凝土拱桥抗震性能及其在大震作用下的破坏机理时采用刚度、延性等多项指标更为必要和全面的结论。     

脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

为了解单圆管钢管混凝土拱桥脱粘后受力模式改变带来的受力性能变化,采用有限元方法计算了脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥面内极限承载力的影响,基于完全脱粘计算假定,构造了钢管与混凝土之间的连接单元,编制了考虑几何、材料双重非线性的面内极限承载力计算程序,并对无初应力和成桥状态下4种荷载作用方式的面内极限承载力进行计算分析.结果表明:完全脱粘使跨中集中力、L/4集中力和半跨均布荷载作用下的面内极限承载力变化不明显;而使全跨均布荷载作用下的面内极限承载力降低较大.对于单圆管钢管混凝土拱桥,在全跨均布荷载作用下,完全脱粘使得面内极限承载力下降可达10%左右.     

基于ANSYS的脱空钢管混凝土拱桥极限承载力分析

钢管混凝土拱桥中拱肋脱空问题比较普遍,本文对一实例钢管混凝土拱桥进行全桥有限元分析,对主要受力构件拱肋考虑了材料非线性和几何非线性。在恒载情况下,对不同空洞比率下动力稳定性进行了分析;在考虑半幅布载和全桥布载情况下,对不同空洞比率下桥梁的极限承载力进行了分析。分别将计算结果与没有空洞的桥梁进行对比,得出一些结论,对脱空钢管混凝土拱桥的评价和加固有一定借鉴作用。     

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.     

中承式钢管橡胶混凝土拱桥抗震性能研究

文章研究了橡胶混凝土对钢管橡胶混凝土(RuCFST)拱桥抗震性能的影响。通过建立RuCFST拱桥的有限元模型,针对不同的橡胶含量对拱桥进行了模态和非线性动力时程分析,并基于变形-能量的双重破坏准则给出了拱肋地震破坏指数DI的计算公式,对拱桥进行了地震作用下的破坏评估。分析结果表明:钢管橡胶混凝土拱肋使拱桥的自振频率降低;在地震反应中,钢管受力增大,而核心橡胶混凝土受力减小;在0.2g加速度峰值的地震作用下,拱肋混凝土为NC、RuC5和RuC15时拱肋的破坏指数分别为0.156、0.145和0.170,拱肋混凝土橡胶含量为5%时拱桥的抗震性能较好。     

斜靠式钢管混凝土异形拱桥非线性稳定分析

斜靠式拱桥是在无风撑拱桥基础上发展起来的一种新型拱桥结构型式.针对此类钢管混凝土异形拱桥的特点对其非线性稳定求解机理和方法进行了分析介绍,以一座拟建的大跨径斜靠式拱桥为例,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分工况对其成桥状态进行了线弹性、几何非线性和双重非线性稳定分析计算.同时分析了其主要结构参数(矢跨比、斜拱倾角、横撑数量及位置)对非线性稳定性的影响.计算分析发现:斜靠式拱桥的失稳形式一般表现为面外拱肋侧倾失稳;几何非线性对斜靠式拱桥稳定极限承载力影响较小,要准确的分析其稳定极限承载力必须采用双重非线性的分析方法;横向静风和桥上荷载分布对结构稳定有一定影响而对结构变形影响显著;结构稳定性与矢跨比和斜拱倾角增加均成正比,靠近拱脚和L/4处横撑对结构稳定性影响较大.     

基于蒙特卡罗法的大跨钢管混凝土拱桥结构可靠度分析

以一座大跨钢管混凝土拱桥为例,采用Midas/civil程序建立了桥梁有限元模型,分析了大跨钢管混凝土拱桥拱肋、吊杆等主要构件承载能力极限状态下的作用组合值,并建立了各主要构件的功能函数表达式;基于MATLAB程序,采用蒙特卡罗法对大跨钢管混凝土拱桥各主要构件可靠度进行了分析。结果表明:在正常使用条件下,该大跨钢管混凝土拱桥拱肋、吊杆等主要构件承载能力极限状态下的可靠度指标均大于5.2,满足规范目标可靠度要求;相比而言,吊杆可靠度指标最低,拱肋次之,而横梁、立柱和桥面板的可靠度较高。     

非线性分析在中承式钢管混凝土拱桥稳定性上的应用

当桥的宽跨比较小时，中承式钢管混凝土拱桥拱肋的横向稳定是桥粱安全性的关键，文中通过介绍淳安南浦大桥非线性分析结果，说明材料非线性对钢管混凝土拱桥稳定性的影响较大。     

大跨中承式钢管混凝土拱桥的横撑布置

对大跨中承式钢管混凝土拱桥常用的X撑及米字撑的合理间距进行了探讨。鉴于结构自振频率、振型及弹性稳定系数的求解均可转化为源自结构动力平衡方程的特征值问题,先以结构基频及弹性稳定系数为衡量标准,对一座360 m跨的中承式钢管混凝土拱桥可能的米字撑及X撑布置方案进行了分析对比,并据此提出了X撑及米字撑的合理间距。按照布撑区域相等、横撑体系材料用量相近的原则,提出4个布撑方案,并分别进行了极限承载能力分析。结果表明,结合模态分析及弹性稳定性分析确定结构参数的方法可行;对于本文的360 m跨的中承式钢管混凝土拱桥,采用X撑即可满足刚度要求,且能获得更为轻巧的视觉效果。     

大宁河大桥主桥结构极限承载力分析

特征值屈曲分析只可预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度,材料非理想性与几何非线性使得大多数结构无法达到它们理论强度极值.极限承载力破坏是伴随结构的材料非线性和几何非线性共同发生的,有些重要结构在无法了解结构在复杂荷载作用下的临界荷载时只能靠放大安全系数来保证结构的安全,这样进行结构的设计和建造,存在较大的盲目性,势必造成大量的隐患和浪费.以一座大跨钢箱拱桥为例,通过建立空间杆系模型,考虑多种荷载布置方式以及温度影响,对结构极限承载力进行了研究,为大跨钢箱拱桥设计和评价提供了一定的理论依据.     

考虑平面外倾斜影响的石拱桥数值模拟

为了研究平面外倾斜对石拱桥承载力影响,建立了石拱桥主拱圈及上部结构的三维有限元ANSYS模型,考虑主拱圈平面外倾斜,采用牛顿-拉普森法迭代算法计算桥面均布活荷载极限值,分析极限状态下主拱圈的受力及损伤状态,总结了主拱圈平面外倾斜对桥面承载能力的影响规律,为该类石拱桥的安全及损伤评估提供了理论依据。     

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。     

钢管混凝土组拼管拱面外屈曲参数分析

以福鼎山前大桥空间有限元模型为基础,分析了影响钢管混凝土组拼管拱面外屈曲的主要参数,包括横撑布置形式、横撑刚度、拱脚约束情况、截面含钢率和混凝土弹性模量。有限元分析结果表明,横撑布置形式、横撑刚度和截面含钢率对钢管混凝土组拼管拱面外屈曲影响很大,但混凝土强度等级和拱脚约束对其影响很小。     

大跨径钢管混凝土拱桥缆索吊装非线性分析

建立了大跨径拱桥吊装的空间有限元模型，采用随动坐标迭代法，计入几何非线性的影响因素,基于优化理论，建立了缆索吊装扣索力的优化数凄模型；采用前进分析方法，对大跨径钢管混凝土拱桥吊装施工过程进行分析。以某主跨368m钢管混凝土拱桥为工程算例，验证了文中方法的有效性。计算结果表明，考虑几何非线性影响后，计算得到的吊装控制点偏差值小，计算精度高。     

大跨度钢桁拱桥的极限承载力分析

钢桁拱桥是以承压为主的结构体系,随着跨径的不断增大,其非线性效应会变得十分突出,因此研究其极限承载力并对其安全性进行准确评估就变得尤为重要。本文以主跨436m的中承式钢桁拱桥新蕉门大桥为例,运用大型有限元软件ANSYS详细分析了该桥的极限承载力,并探讨了不同荷载分布方式对其极限承载力的影响。结果表明以分支点稳定理论为基础的线弹性分析大大高估了桥梁的安全系数;与几何非线性分析结果相比较,材料非线性对此桥极限承载能力的影响较大;不同的荷载分布方式对此桥的极限承载力影响较小。     

基于径向基网络的钢管混凝土拱桥承载力评价

在现有桥梁承载力评价方法的基础之上,针对BP神经网络评价方法的缺陷,引入径向基网络理论,提出了钢管混凝土拱桥承载力径向基网络评价方法.以承载力评价为总体目标,从影响承载力的几个方面进行考虑,建立了RBF神经网络评价模型,通过样本学习训练,获取专家经验知识的直觉思维.通过工程实例验证,评价结果较好地反映了桥梁结构的安全性状况,证明了该评价方法的可行性与实用性.     

钢管混凝土系杆拱桥温度应力的数值模拟分析

采用通用软件ANSYS计算钢管混凝土系杆拱桥拱肋结构各控制截面在温度荷载作用下的内力与应力值，并通过改变矢跨比和拱轴系数将不同设计参数情况下的温度应力进行了对比。研究表明，钢管混凝土拱桥矢跨比和拱轴系数的变化对结构体系温差引起的拱顶截面轴力和弯矩的影响相当显著，而对1／4跨和拱脚各截面轴力和弯矩的影响则较小。