微型桩支撑引板的无缝桥试设计研究

为研究微型桩支撑引板的无缝桥受力性能,进行了这种新型无缝桥的试设计,采用MIDAS/Civil建立了考虑微型桩 土相互作用的全桥空间有限元模型,对比分析了试设计桥与原桥在恒载作用、汽车荷载作用、引板沉降下的受力行为,以及温度作用、收缩徐变效应、引板与接线路面间伸缩量下的受力行为;采用模态分析和地震时程分析方法研究了桥梁自振特性和地震响应。结果表明:竖向荷载作用下试设计桥的主梁边跨正弯矩减少,同时引板沉降减少;微型桩的约束作用会使主梁在升温、降温、收缩徐变作用下的轴力增大;试设计桥在地震荷载作用下位移反应减少,提高了桥梁的抗震性能;该研究成果可为微型桩支撑引板的无缝桥设计提供借鉴,对该新型无缝桥在实际工程中的应用和发展起到推动作用。     

整体桥受力性能研究

以福建某大桥为工程背景,为一座预应力混凝土整体桥,采用Midas Civil 2015建立了该整体桥与连续梁桥的3D有限元模型,以研究整体桥与连续梁桥的受力差异。分析了恒载、汽车偏载和中载与温度等荷载作用对整体桥和连续梁桥的主梁弯矩、剪力和竖向挠度的影响。研究结果表现,在恒载作用下会引起整体桥主梁端部较小的负弯矩,对主梁剪力和竖向挠度的影响与连续梁桥相近;汽车偏载和中载均会引起整体桥主梁端部很大的负弯矩,使其边跨主梁内的正弯矩值大大减小,且汽车偏载对整体桥主梁受力的影响明显大于汽车中载;在温度荷载作用下,整体桥主梁内会引起很大的附加内力,在设计中需引起重视。此外,整体桥的振动频率远大于连续梁桥,尤其是基频,凸显了整体桥更大的全桥刚度;在地震作用下,整体桥可有效防止主梁落梁的发生,相比连续梁桥,整体桥具有更好的抗震性能,但也需注意防止墩顶限位挡块的破坏。     

采用UHPC-RC阶梯桩的整体桥试设计

为了增大桥台基础柔度,适应整体桥纵桥向变形需要,提出了上部采用超高性能混凝土（UHPC）材料、下部采用普通混凝土（RC）材料的UHPC-RC阶梯桩,进行了这种新型桩基整体桥的试设计,在桩顶3 m范围内用截面尺寸为30 cm×30 cm的UHPC代替原来的70 cm×50（70） cm普通混凝土,并采用MIDAS软件建立了全桥空间有限元模型。研究结果表明:恒载作用下,试设计桥梁端负弯矩相比于原桥明显减小;在偏载和中载作用下,试设计桥主梁在桥台处的负弯矩分别减小14.2%和22.8%;整体降温作用下,主梁的轴力和弯矩均都有显著减小,桩身的最大剪力和最大弯矩出现在桩顶位置,分别减小52.2%,59.8%;在整体升温作用下,桥台的最大剪力和最大弯矩出现在桥台顶部位置,分别减小32.6%,45.8%;UHPC-RC阶梯桩是一种适合中国国情、有发展前景的无缝桥桩基新结构。     

基于ANSYS的45m简支箱梁有限元分析

预应力混凝土简支箱梁截面形式优美、受力性能良好、便于施工,被广泛应用于桥梁结构中,但箱型截面力学特性复杂,特别是梁端锚固区混凝土处于三维空间应力状态,在预应力筋张拉后容易开裂。文章以一座45 m预应力混凝土简支箱梁桥为工程背景,采用大型有限元软件ANSYS10.0建立全桥实体模型,探讨恒载、活载、温度荷载等作用下桥梁的力学特性,并深入研究梁端锚下局部应力水平。该有限元分析结果可为同类桥梁的设计提供技术指导。     

自锚式梁下斜张桥梁的结构效率研究

自锚式梁下斜张桥梁通过梁下斜张索产生向上竖向分力,达到降低恒载作用下主梁弯矩的目的。同时该类桥梁斜张系统对活载也能起到抵抗作用,能进一步降低活载作用下主梁弯矩。为进一步研究在活载作用下斜张系统对该类桥梁主梁的卸载效率,定义效率值为弯矩卸载量与无斜张系统时活载弯矩值的比值。基于力法原理,得到了单跨两端自由转动和两端带弯曲弹簧约束的该效率值的解析解。结果表明,效率值和某反映主梁与斜张系统刚度比的无量纲参数χ、梁端弯曲弹簧刚度以及荷载形式等有关。并进一步分析了撑杆高跨比、主梁长细比、两端弹簧刚度等对效率值的影响规律。研究结论可对该类桥梁的设计提供参考。     

不同类型桩基支撑的整体桥力学性能

以福建永春县上坂大桥作为工程背景建立了全桥有限元模型,通过实桥静载、动载试验对模型进行验证,并在整体式桥台下分别设置了矩形桩、圆形桩、预应力高强混凝土(PHC)管桩、钢管桩、H型钢桩、工型超高性能混凝土(UHPC)桩和工型UHPC-矩形变截面桩,研究了整体桥采用不同类型桩基时对其整体力学性能的影响。结果表明:有限元模型的计算基频较实测值减小了5.5%,第1阶模态均为横向侧飘,主梁在汽车偏载和中载作用下出现的竖向挠度与实测挠度较吻合,验证了有限元模型的合理性; 随着整体温度的升高,不同类型桩基支撑的整体桥主梁和桩基最大正、负弯矩和剪力随之增大,主梁竖向挠度随之减小,梁端水平位移也呈现明显的增长趋势,但在相同温度荷载作用下,整体式桥台下设置不同类型桩基对梁端水平位移的影响很小; 桩身显著变形区主要出现在0～6.4D(D为桩径)埋深处,在更大埋深处基本可忽略,表现出了柔性桩的变形性能; 随着变截面桩的上部UHPC桩段抗弯刚度的增大,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩均显著增大,桩顶水平变形显著减小; 随着上部UHPC桩段长度的增加,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩先呈现明显的增长趋势,而后趋于稳定,桩顶水平变形则先呈现明显减小趋势,随后趋于稳定; 上部UHPC桩段长度一般取为桩基总长的36%,对整体桥主梁和桩基的受力较好,为UHPC桩段的经济长度; 温差小于15 ℃时,整体桥采用不同类型桩基时对主梁和桩基的受力影响不大; 随着温差继续增大,整体桥采用H型钢桩、工型UHPC桩或工型UHPC-矩形变截面桩时主梁和桩基的受力性能更好。     

主梁绝对最大弯矩的计算方法与特性研究

给出了一组平行荷载直接沿着纵梁移动时,主梁承受结点活载作用下的绝对最大弯矩的计算方法,并分析了主梁绝对最大弯矩的主要特性。填补丁现行结构力学教材以及工程力学手册中关于结点活载作用下,计算主梁绝对最大弯矩的空白,对于桥梁设计与安全评估具有一定的实用价值。     

采用不同下部结构形式的整体式无缝桥受力特征

建立考虑桥台 土、桩-土相互作用的整体式无缝桥有限元分析模型,并选取下部结构形式、温度作用、台后填土性质以及桥梁跨径为研究参数,对比分析了采用不同下部结构形式的整体式无缝桥受力特征。结果表明:下部结构刚度越大,其对上部结构的约束作用越强,桥梁纵向整体性更明显,但对主梁梁端和桥台的受力越不利;当下部结构刚度较大时,温度对桥梁内力和变形的影响更明显;随着桥梁跨径的增大,整体温度作用的影响逐渐成为温度作用中的主要因素;当下部结构采用矮桥台与桩基础时,台后填土密实度对梁端和桥台弯矩以及主梁轴力的影响不明显;当采用墙式桥台时,随着台后填土密实度的增大,温度作用下主梁轴力会快速增大;随着桥梁跨径的增大,整体式无缝桥的内力不断增大,且当采用刚度较大的下部结构时增大的速率更快;若以桥台在正常使用极限状态下的混凝土裂缝宽度为控制目标,应对整体式无缝桥的最大桥长进行限制,且下部结构刚度越大,最大桥长的限制越严格。     

基于振型分解反应谱的大跨桥梁地震力计算研究

本文根据振型分解反应谱法的基本原理,利用桥梁有限元计算软件Midas civil建立了某大跨度预应力混凝土连续梁桥全桥动力模型,选取抗震荷载,通过对在自身恒载和活载两种不同的荷载作用下的地震力的进行计算分析,为该桥墩身、基础部分抗震设计提供了可靠依据。     

地震作用下宽箱鱼腹式连续梁桥地震响应分析

为了研究宽箱鱼腹式箱梁在地震作用下的动力特性,对哈尔滨市某立交桥进行动载试验,并用Midas Civil建立有限元模型,分析该桥的动力特性。通过对比理论数据与试验数据,验证模型准确性,在此基础上对模型施加地震荷载,进行非线性时程分析,研究宽箱鱼腹式连续箱梁桥在地震作用下的响应。结果表明:地震作用下宽箱鱼腹式连续梁桥主梁横向抗弯及抗扭性能较好,各阶模态变形以主梁竖弯和桥墩侧弯为主,桥梁墩高对结构的振动响应影响较大,矮墩承受较大的水平地震力,主梁在纵桥向刚度较大,导致主梁和桥墩构件纵桥向地震响应同步。该研究可以为相关类型桥梁抗震设计提供参考依据。     

Static and seismic studies on steel/concrete hybrid towers for multi-span cable-stayed bridges

A new type of hybrid high tower is proposed and applied to a multi-span cable-stayed bridge. This is basically a sandwich type structure and consists of a steel double box section filled with concrete. The filled concrete increases its strength due to the confined effect and the steel plates increase the resistance against local buckling because the deformation is restricted by the filled concrete. Therefore, this hybrid tower is expected to have high bending and compressive strength, and also a good ductile property. First, static analysis is conducted for different live load intensity and distribution because the multi-span cable-stayed bridge is a new structure and its static behavior is not fully understood. The live loads distributed in alternate spans give larger bending moment of the towers than the live loads distributed in full spans. Towers with three different heights are also studied, showing that the higher tower produces smaller displacements and bending moments. Safety of the tower is checked by the limit states design method. Serviceability is not a major problem for the hybrid tower. Second, seismic analysis is carried out for a multi-span cable-stayed bridge subjected to the medium and ultra-strong seismic waves specified in Japanese Seismic Code for Highway Bridges. Three support conditions of the girder at the tower cross beams are compared: movable, connection with linear springs and bi-linear springs. Bi-linear springs are very effective in reducing the dynamic displacements and bending moments of the towers. Restorability of the composite tower is checked when an ultra-strong seismic wave hits the model bridge. This study shows that a new steel/concrete hybrid tower is feasible for multi-span cable-stayed bridges and most effective for seismic forces when the girder is connected with bi-linear springs.     

无伸缩缝桥梁动力特性与抗震性能研究

以福建某简支梁桥为研究背景(该桥在实际工程中已被改造为半刚性整体桥),采用MIDAS/Civil软件将原简支梁桥改造为整体桥、半整体桥与延伸桥面板桥,分别建立了5座桥的全桥有限元模型,分析了它们在地震荷载下的受力差异。结果表明:简支梁桥在地震荷载作用下易引起主梁在桥台处的落梁现象,而无缝桥可有效防止该现象的发生,其中的整体桥表现出更优的抗震性能,更适用于强震区; 在地震荷载作用下,无缝桥与简支梁桥的桩基有效作用长度均在0～10D(D为桩径)埋深范围; 整体桥桩基在大震作用下的受力性能较好,可更好地保护桩基不被破坏; 延伸桥面板桥与传统简支梁桥台底桩身受力相近,其设计可参考现行有缝桥设计规范; 无缝桥与传统简支梁桥的墩底弯矩均最大,在该处易形成塑性铰; 纵桥向地震荷载作用下,简支梁桥与延伸桥面板桥的主梁受力最不利位置分别出现在跨中与墩顶处,而整体桥、半刚性整体桥与半整体桥出现在台顶处,其受力不利部位在设计中应引起重视; 该研究结果可为无缝桥的设计计算与相关规范的制定提供参考。     

采用小半径曲线梁的立交匝道桥设计

简单介绍了曲线梁桥的特点。结合某匝道桥设计,采用有限元实体单元进行初步设计计算,列出了恒载、汽车活载、温度梯度、整体温差以及支座沉降内力组合下,各荷载及其组合对支座反力和弯矩的影响。根据计算结果,分析了产生梁端内侧支座脱空和梁体发生横向爬移的原因。给出了采取预偏心和墩梁固结优化设计后的支座反力和弯矩,2项措施能有效解决曲线梁支座脱空情况。以空间梁单元的方法对实体单元计算结果进行校核,结果显示计算可靠。     

铁路双线整孔简支箱梁剪力滞效应分析

以某大桥32 m预应力混凝土简支箱梁为例,利用ANSYS有限元分析软件建立三维实体模型,进行恒载、活载作用下剪力滞效应分析,得出剪力滞分布规律及变化特点,对类似箱梁设计具有一定的指导作用。     

非对称外倾式钢箱拱桥扁平弯钢箱梁扭转与翘曲

以正在设计中的非对称外倾式钢箱拱肋扁平钢箱弯主梁结构形式的异型钢拱桥为背景，采用空间杆系模型对该桥进行恒栽和活栽作用下扁平钢箱主粱的扭转与翘曲受力特性分析；活载影响采用空间影响面方法计算，翘曲应力按乌曼斯基（Wumnansji）理论计算。计算结果表明，在恒载和活栽作用下，异形钢箱拱桥扁平钢弯箱梁的扭转剪应力可达到钢材容许剪应力的23．4％，在设计中必须加以考虑。     

直桥与弯桥静力计算分析

采用大型通用有限元分析软件ANSYS对直线桥、连续弯桥、墩梁固结弯桥建立空间模型,对直、弯桥在自重和车道荷载作用下的内力进行了对比分析,其分析结果为弯桥设计提供了参考。     

既有铁路钢筋混凝土梁桥动态可靠性评估

介绍了既有桥梁结构的动态可靠性分析方法,提出了桥梁的恒载概率模型、活载概率模型及抗力概率模型,并对可靠度计算方法中的验算点法进行了介绍。以一座既有铁路钢筋混凝土梁桥为工程背景,计算了该桥的活载效应统计参数、恒载效应统计参数及抗力统计参数等,利用验算点法计算了桥梁结构构件的可靠度指标,又采用PNET方法分析了整个桥梁体系的可靠性,最后给出了桥梁的可靠性评估结果。结果显示动态可靠性评估应用于铁路钢筋混凝土梁桥可以得到较好的评估结果。     

空心板梁桥拓宽车辆活载内力研究

结合不同跨径预应力混凝土简支板梁工程实例,按新旧桥涵设计规范进行了拓宽前后活载内力计算,归纳了活载内力在这些情况的变化及趋势,以积累桥梁设计经验,提高桥梁设计水平。