斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载解析解

以新型空间拱桥——斜靠式拱桥为研究对象,提出斜靠式拱桥发生侧倾失稳时主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向受力模型,基于Ritz法,构造桥梁各主要构件的变形能、外力势能以及吊杆非保向力势,首次推导出斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的解析解,并通过与有限元计算结果比较,验证该解析解计算公式的正确性。进一步分析稳定拱肋、吊杆非保向力、以及主拱肋与稳定拱肋间横撑对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的影响。研究结果表明:①增设稳定拱肋可使桥梁侧倾失稳临界荷载提高1.6～1.8倍左右,同时随着稳定拱肋倾角的增加,临界荷载呈增大趋势;②受吊杆非保向力以及桥面系的影响,桥梁侧倾失稳临界荷载可提高约3.5倍左右;③横撑的径向抗弯刚度对斜靠式拱桥侧向失稳临界荷载影响较大。     

斜靠式拱桥侧倾失稳极限承载能力简化计算方法

以斜靠式拱桥为研究对象,基于Ritz法,首次推导出了拱轴线为抛物线的斜靠式拱桥弹性侧倾失稳临界荷载计算公式,并基于有限元法验证了所提出的斜靠式拱桥发生侧倾失稳时主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向受力模型的精确性以及所推导的侧倾失稳临界荷载计算公式的正确性。此外为便于估算斜靠式拱桥的侧倾失稳极限承载能力,最先引入了稳定拱肋和横撑影响系数η1、吊杆非保向力和桥面系影响系数η2、几何和材料双重非线性影响系数η3,提出了便于工程实际应用的斜靠式拱桥侧倾失稳极限承载能力的简化计算公式。研究结果表明:(1)稳定拱肋和横撑影响系数的取值范围为1.3～1.5;(2)吊杆非保向力和桥面系影响系数的取值范围为3.3～3.6;(3)几何、材料双重非线性影响系数的取值范围为0.23～0.28;(4)斜靠式拱桥的侧倾失稳极限承载能力一般为单片拱肋弹性承载能力的1～1.5倍。     

主要设计参数对斜靠式拱桥地震响应的影响

以某斜靠式拱桥为工程背景,采用有限元软件MIDAS/Civil建立该桥的空间有限元计算模型,分析主要设计参数对斜靠式拱桥地震响应的影响。计算结果表明:斜靠拱与主拱刚度比的变化决定了斜靠拱对该斜靠式拱桥的作用;矢跨比变化对该斜靠式拱桥的顺桥向地震响应影响较大,尤其是对轴力和面内剪力的影响较大;横撑数量减少时,主副拱之间的连接变弱,使其整体性变弱,不仅削弱了斜靠拱对结构的作用,而且不利于斜靠自身受力。尼尔森体系吊杆形式使桥面系与拱肋的连接增强,使主拱肋的轴力变化均匀,同时增加了对桥面系的约束,可适当减小桥面系的位移。     

外倾式拱桥稳定性研究

以某外倾式拱桥为工程背景,建立该桥的空间有限元计算模型,分4个工况计算了该桥的稳定安全系数,通过改变拱肋外倾角度、拱肋刚度、端横梁刚度以及吊杆布置形式计算了不同设计参数下结构在恒载工况以及恒载+活载工况的失稳特征值,结果表明,拱肋的刚度对稳定性起着决定性作用,吊杆的布置形式只改变拱肋的面内刚度,对于面外刚度没有影响.     

钢管混凝土系杆拱桥稳定性的影响因素

在目前的拱桥稳定理论指导下,建立了98m太子河钢管混凝土系杆拱桥的空间有限元模型。以大量计算结果为依据研究其稳定影响因素,研究拱肋内倾角、系杆刚度系数、吊杆刚度系数以及矢跨比对该桥的稳定性的影响。结果表明:该结构的失稳主要表现在拱肋的面外失稳,弹性稳定满足要求。     

外倾式拱桥吊杆及临时支架施工顺序优化

江西省南昌市艾溪湖大桥主桥为外倾式拱肋的系杆拱桥.连接拱肋和主梁的吊杆和支撑拱肋的临时支架有多种施工顺序.采用空间有限元模型详细计算分析了不同吊杆张拉顺序以及拱肋临时支架拆除顺序下的拱桥结构受力情况,分析了吊杆和临时支架不同施工顺序对结构受力的影响情况,得到了较优的施工方法,对此类桥梁施工具有较大的参考价值.     

斜靠式拱桥力学性能分析

以有限元为理论基础,以数值模拟为计算手段,对斜靠式拱桥静力、屈曲、动力特性和反应谱作用等方面进行了分析。拱桥在自重和车道荷载作用下,主拱轴力符合一般拱桥力学概念,斜靠拱受到主拱作用,在拱顶轴力最大。在恒载和使用荷载作用下,拱桥纵向和横向稳定系数值都大于5,满足拱桥稳定性要求。动力特性分析表明,相对于纵向刚度,横向刚度较弱,故在设计和施工中需注意主拱与稳定拱上部连接可靠、变形协调、空间受力一致。斜靠式拱桥在空间三个方向反应谱作用下,主拱在竖向激励下轴力最大,稳定拱为在竖向和横向激励下最大。纵观不同方向作用,纵向刚度较大,而地震作用较小。综合不同方向地震作用,主拱和稳定拱轴力分布规律大致类似于静力作用效果。     

考虑吊杆断裂动力作用的钢管混凝土拱桥等效静力计算方法

为简化吊杆断裂后拱桥剩余结构动力响应计算过程，提升中、下承式钢管混凝土(CFST)拱桥断索时的强健性，采用动力系数考虑断索过程的动力效应，建立一种考虑断索动力作用的中、下承式CFST拱桥等效静力方法；设计并制作跨径20m的下承式CFST拱桥大比例缩尺试验模型，研发一种电磁铁断索触发装置实现了吊杆瞬间断裂模拟，开展吊杆断裂后拱桥剩余结构的动力响应试验研究；采用ANSYS/LS-DYNA软件建立可考虑吊杆断裂过程的有限元模型，并进行试验与有限元结果的对比分析。构建11种不同跨径的中、下承式CFST标准拱桥，通过不同动力系数下标准拱桥断索时静力效应与动力效应的对比分析，确定各标准拱桥在不同吊杆断裂时的动力系数取值。研究结果表明：研发的电磁铁断索触发器可实现0.1s内断索，准确模拟实际吊杆断裂过程；吊杆断裂对纵梁位移与应力的影响远大于对拱肋的影响，长吊杆断裂对纵梁和拱肋的位移与应力的影响大，次短吊杆断裂对相邻吊杆索力的影响大。采用等效静力计算方法进行中承式CFST拱桥受力分析时，纵梁和吊杆的动力系数均可取1.8,进行下承式CFST拱桥受力分析时，纵梁和吊杆的动力系数可分别取1.8和1.7。     

蝴蝶拱桥稳定性分析

以西安市浐灞生态区一蝴蝶拱桥为工程背景,通过建立有限元计算模型,计算了该桥的稳定安全系数及不同设计参数下结构在恒载工况以及恒载＋活载工况的失稳特征值,结果表明,拱肋的刚度对稳定性起着决定性作用;吊杆的布置形式只改变拱肋的面内刚度。     

V撑连续钢构组合拱桥稳定性分析

采用SAP2000有限元分析程序建立了某V撑连续刚构组合拱桥三维有限元模型,在此基础上计算了横撑、吊杆、系杆、横梁及拱肋对该桥横向稳定性的影响。计算结果表明,横撑布置形式、吊杆非但向力、拱肋横向刚度对该桥的稳定性影响较大,其他情况对拱肋横向稳定性影响均不明显。希望计算方法及结论对同类型的桥梁具有借鉴意义。     

吊杆布置对拱桥破损安全性能的影响

为研究不同吊杆布置形式对拱桥破损安全性能的影响,本文采用ABAQUS有限元分析软件,针对平行双吊杆体系与斜交叉吊杆体系的拱桥,分别模拟计算了由于吊杆发生骤断而对拱桥剩余结构的瞬时冲击作用,并取得了两种体系的结构在断索冲击下的动力时程响应结果.通过动力分析,明确断索对两种体系拱桥产生的不利影响,研究吊杆骤断时拱桥的破损安全性能,以此对两种吊杆体系的破损安全性能进行比较.结果显示,斜交叉吊杆体系的破损安全性优于平行双吊杆体系.     

吊杆布置对拱桥破损安全性能的影响

为研究不同吊杆布置形式对拱桥破损安全性能的影响,本文采用有限元分析方法,分别对平行双吊杆体系与斜交叉吊杆体系的拱桥进行了吊杆骤断对拱桥结构瞬时冲击的力学分析。通过动力分析明确断索对拱桥产生的不利影响,研究吊杆骤断时拱桥的破损安全性能,以此对两种吊杆体系的破损安全性能进行比较。     

铁路桥梁简支梁-拱组合结构拱面外屈曲分析

以某双线桥简支梁—拱组合结构为例,计算了系杆拱在水平推力H作用下发生面外屈曲时H的最小临界值和拱肋面外屈曲时吊杆张力的各向分量,探讨了满足边界条件的能量方程,最后指出由于理论计算未考虑斜撑作用,所以计算出的安全系数偏小。     

复杂边界条件下基于频率法的吊杆张力测定研究

考虑吊杆两端弹性支承及拱肋、系杆梁里设置的减振垫减振作用和拱肋、系杆梁附加质量等的影响,基于Euler-Bernoulli梁理论建立了复杂边界条件下吊杆张力与其横向振动频率之间关系的隐式解析表达式,给出表达式中各参数的确定方法,分析边界参数的灵敏度,以京港澳高速公路郑州黄河二桥为实例对计算公式进行验证。计算结果表明:该表达式比较全面地考虑了吊杆实际边界条件,无论对于短吊杆还是长吊杆,计算结果都比较准确;当不考虑拱肋或系杆梁对吊杆的转动约束时,对于短吊杆来说,其边界条件更类似于固接;对于刚性系杆梁刚性拱类型的中、下承式拱桥,吊杆边界约束条件更接近于固接。     

结合实例的系杆拱桥吊杆病害分析及更换方案应用

张家港南桥为PC空心板梁复合系杆拱结构,在服役12年后,吊杆与拱肋连接处锈蚀开裂严重,对桥梁承载力有较大影响,且局部吊杆索力安全储备不足,需要更换吊杆。为确保吊杆更换过程中和更换后桥梁的使用安全,采用桥梁结构有限元分析软件,对更换过程中及更换后桥梁结构的强度、刚度和稳定性进行了计算分析,并根据计算结果,提出相应的更换原则及更换程序。     

系杆拱桥吊杆布置形式对比浅析

以一座大跨度钢系杆拱桥为工程背景,对不同吊杆布置形式下拱肋和系梁各关键截面的内力影响线进行了比较分析,对吊杆形式对结构竖向和横向刚度的影响作出评价,得出相对较优的吊杆布置形式.     

钢管混凝土系杆拱桥设计

在几个工程实践的基础上,对钢管混凝土系杆拱桥的设计方法、刚度取值、稳定方面以及总体设计的一些主要参数做了一些探讨。提出对于钢管混凝土拱桥,采用钢筋混凝土的计算方法是比较恰当的;而对于中等跨径钢管混凝土拱桥的系杆安全系数选择则宜介于一般预应力构件与特大桥吊索之间。     

拱桥新型不锈钢吊杆疲劳试验和螺纹连接应力分析

在MTS电液伺服疲劳试验机上进行了直径70mm的新型不锈钢吊杆在拉伸荷载作用下的疲劳试验,疲劳荷载上限为700kN,下限为430kN,在经历了1 546 609次循环后,吊杆从下部螺纹连接公接头第一承载齿的根部突然断裂。采用ANSYS软件,建立了新型不锈钢吊杆螺纹连接的二维轴对称模型,分析了各螺纹承载齿承担的荷载以及螺纹齿根在拉伸荷载作用下的应力集中系数,分析结果表明,应力集中系数最大值出现在螺纹连接公接头第一承载齿的根部。同时还分析了螺纹连接的最大应力,结果表明,螺纹连接头最大应力的位置与吊杆断裂面疲劳裂纹源的位置相吻合。     

柳州市文惠桥吊杆更换施工技术

通过对某拱桥旧吊杆病害现状的介绍,分析了吊杆索、锚具锈蚀的原因,根据等强度原则更换为OVMGJ15-19钢绞线成品索,就吊杆更换施工工艺进行了较详细的论述,从而为旧桥更换吊杆施工积累了经验。