悬索桥计算分析的弯矩图理论

揭示悬索桥缆索在垂直荷载作用下,索的几何形状和简支梁弯矩图的对应关系。相对于悬索桥结构分析计算的弹性理论、挠度理论、有限位移理论而言,称为弯矩图理论。由于简支梁的弯矩图计算方便、直观、概念清晰,大大简化悬索桥结构的分析计算,并得到精确的解析解。     

基于弯矩图理论的悬带桥方案设计及关键技术

悬带桥静力计算采用弯矩图理论。索在垂直荷载作用下,索的几何形状和简支梁弯矩图是完全对应的,相对应的悬索桥结构分析计算的弹性理论、挠度理论、有限位移理论而言,称为弯矩图理论。由于简支梁的弯矩图计算方便,大大简化悬索桥结构分析计算。同时,还介绍悬带桥的其他关键技术,指导设计。     

用弯矩图理论计算分析悬索桥的软件介绍

悬索桥缆索在垂直荷载作用下,索的几何形状和简支梁弯矩图是完全对应的。据此推导得缆索分析计算方法。相对于悬索桥结构分析计算的弹性理论、挠度理论、有限位移理论而言,称为弯矩图理论。按此原理编写的悬索桥的索形计算软件可计算悬索桥的索形,介绍此软件的功能及使用方法。     

简支梁绝对最大弯矩计算方法的教学改革

针对简支绝对最大弯矩的计算方法,教学实践中提倡一种划发截面近似算法。该法以影响线、计算机分别作为理论分析与计算工具,可同步解决恒载和移动活载作用下简支梁绝对最大弯矩的近似计算和弯矩包络图的绘制。实践证明,上机电算可培养学生对科学现象的自觉洞察的分析判断能力,同时可使学生对教材中的精确算法两步求解过程加深理解。     

复杂荷载作用下单向受弯简支钢梁的弹性临界弯矩

为了研究单向受弯简支钢梁的弹性弯扭屈曲理论,尤其是复杂荷载作用下的临界弯矩计算,针对端弯矩和任意集中荷载共同作用下的简支梁,首先给出了能够模拟复杂变形并满足边界条件的侧向弯曲变形函数和扭转变形函数,以及任意荷载下的构件弯矩表达式,然后采用Rayleigh-Ritz法推导出了简支梁临界弯矩及其参数的通用计算公式,临界弯矩计算公式与传统公式在形式上完全相同,便于应用。算例分析表明：该通用公式不仅适用于端弯矩、任意集中荷载、满跨均布荷载单独作用下的简支梁,也适用于端弯矩和任意集中荷载共同作用下的简支梁,具有广泛的适用性,且精度较高。     

地下空间开挖动态过程中支护结构受力分析

地下空间支护结构在开挖过程中的内力对其开挖的安全至关重要。通过使用计算软件FLAC2D,根据设计对北京北宫门车站的开挖过程进行计算分析,发现顶底板的轴力与其下土体的反弹变形和土体的水平压力有关;剪力与弯矩图与受均布荷载的简支梁的剪力和弯矩图相似,其值与其附近土体的位移相对值有关,因此,也导致了支护结构拐角处的应力集中;而且,从计算结果可以看出,该开挖方式和支护设计能适应周围土体产生的荷载。     

扭转支撑下简支梁弯扭屈曲分析

采用能量变分法建立了集中荷载作用下扭转支撑简支梁弯扭屈曲的总势能方程,同时引入无量纲参数,提出了集中荷载作用下扭转支撑简支梁无量纲临界弯矩计算公式。然后,采用ANSYS有限元分析软件进行验证,分析解与理论解吻合良好,因此,提出的公式可为简支梁设计和稳定研究提供参考。     

混凝土框架梁简支弯矩算法研究

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)第5.2.3条的规定,在竖向荷载作用下,可对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调整,且框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载下按简支梁计算的跨中弯矩设计值的50%。从而高层建筑混凝土结构的框架梁简支弯矩成为截面设计的一项必要参数,由于结构整体计算时框架梁一般为两端刚接,如何计算其简支弯矩是一个值得研究的问题。按照传统方法,该弯矩由结构力学方法计算,忽略其与其他构件的连接关系,依据梁上荷载分布情况,通过简单计算即可获得其弯矩图,导致次梁上的荷载无法传递到框架梁,从而引起计算结果失真。本文提出了一种新的框架梁简支弯矩算法,该方法保持主次梁连接关系不变,采用有限元方法直接进行计算,可准确考虑构件连接关系的影响,确保框架梁简支弯矩的计算符合实际受力情况,并具有较高的计算效率。目前,该方法已集成到北京市建筑设计研究院有限公司自主研发的结构设计软件Paco中,取得了良好的应用效果。     

双缆多跨悬索桥力学性能及主缆用钢量研究

为了进一步明确双缆多跨悬索桥的力学和经济性能,比较了双缆多跨悬索桥与传统多跨悬索桥在活载作用下的加劲梁变形及桥塔受力,分析了二者主缆用钢量的差异;拟定双缆体系与传统体系的四塔三跨悬索桥有限元模型,分别计算了活载作用下的结构变形及受力。研究结果表明:双缆悬索桥体系的主缆纵向刚度可达传统悬索桥体系的2~4倍甚至更高,双缆体系纵向刚度与上缆和下缆的垂度及恒载在上下缆之间的分配比例有关,双缆体系主缆用钢量与传统体系相当;在桥塔抗推刚度相对较低的情况下,双缆多跨悬索桥在活载作用下的加劲梁挠度及塔底弯矩均远小于传统多跨悬索桥体系,采用双缆体系可有效增大多跨悬索桥的结构刚度。     

焊接楔形波纹腹板工字钢梁整体稳定性能研究

建立焊接楔形波纹腹板工字钢简支梁在不等端弯矩作用下的平衡微分方程,并采用有限积分法编写程序求解,提出楔形波纹腹板工字钢简支梁在不等端弯矩作用下临界弯矩的建议公式。将拟合公式计算结果与ANSYS特征屈曲分析进行比较,表明ANSYS特征屈曲分析与弹性理论吻合较好。利用ANSYS特征屈曲分析,拟合得到楔形波纹腹板工字钢简支梁和悬臂梁在6种典型荷载工况(集中荷载和均布荷载分别作用于上翼缘、剪心、下翼缘)下弹性临界弯矩的实用设计公式。在此基础上,通过ANSYS弹塑性稳定分析提出并验证楔形波纹腹板H型钢梁弹塑性稳定极限承载能力计算公式。最后进行5根楔形波纹腹板工字钢悬臂梁在自由端上翼缘单点加载的整体稳定试验,并将试验结果与ANSYS弹塑性分析结果及实用设计公式的计算结果进行对比,验证ANSYS有限元分析的合理性以及实用设计公式的可靠性。     

Analysis of catenary action in steel beams using a simplified hand calculation method, Part 1: theory and validation for uniform temperature distribution

This and the companion papers present, in detail, the development and validation of a simple analysis method of catenary action in steel beams at elevated temperatures, which may be adopted as the basis of a design calculation method. Although the analysis is suitable for beam behaviour over the entire temperature region, the present discussions will emphasize on catenary action. The main assumptions of the analytical model are the beam’s deflection profile and interaction between axial load and bending moment. The beam’s deflection profile depends on its loading condition and end rotational restraint. For simply supported beams under distributed load or beams with complete end rotational restraint, the beam deflection profile may be assumed to be a polynomial that satisfies the beam’s geometric boundary conditions. For simply supported beams under point loads, the beam’s deflection profile may be assumed to take the shape of its free bending moment diagram. For flexible end rotational restraints, linear interpolation may be adopted as a function of the degree of end rotational restraint. For combined axial load and bending moment, the proposed analysis allows the beam’s axial load to change in isolation and the beam’s bending moment is then calculated from the axial load-bending moment interaction equation. This is a simplifying assumption that does not comply with stress distribution in the beam. It will be found that this method will predict higher catenary forces, which is on the safe side. This paper will present validation studies, by comparing results of the proposed method and numerical simulations using ABAQUS, for beams with uniform temperature distribution. The companion paper will give additional equations to be used in the proposed method and validation examples for beams with non-uniform temperature distributions.     

山区悬索桥轨索滑移法施工的关键技术及其装置研发

针对山区的特殊建设条件,提出了悬索桥主梁架设的轨索滑移法施工技术。该方法是利用悬索桥主缆和吊索作承重结构,吊索下端连接吊鞍,吊鞍上支承轨索,利用在轨索上运动的运梁小车输送节段梁,待到达安装位置后,借助缆载吊机进行垂直吊装和安装。以矮寨特大悬索桥施工为背景,介绍了轨索滑移法架梁系统的组成和关键技术,以及核心组件吊鞍、运梁小车和轨索系统等的结构设计和计算分析。对整个架梁系统,介绍了整体缩比模型试验和足尺模型试验的试验方法和试验结果,并总结了实际工程应用情况。通过模型试验和工程应用的研究结果表明:轨索滑移架梁法能快速实现悬索桥的主梁架设,并具有很好的安全性和经济性,具有广阔的应用前景。     

中小跨径悬索桥主缆线形简化计算方法研究

悬索桥主缆线形的计算在悬索桥设计与施工控制中具有十分重要的意义,针对精确的计算理论在有限元迭代计算中难以收敛和耗费大量计算时间的缺点,考虑到中小跨径悬索桥的小垂度主缆的特点,给出不同重力刚度下索单元与梁单元相互转化的理论依据,从理论上保证了在主缆线形计算中采用梁单元模拟主缆的可行性;介绍了梁单元几何非线性计算的基本原理与基本方法,并通过固镇县浍河二桥主缆线形计算验证了方法的可靠性。实际计算结果表明,对于中小跨径悬索桥主缆线形所采用的这种简化计算方法,具有计算速度快、算法稳定、易于收敛的优点。     

大偏心体外索混凝土简支梁桥极限承载力分析

在介绍大偏心体外索混凝土筒支梁桥的基础上,提出大偏心体外预应力混凝土梁桥受弯承载力的简化计算公式,将据此公式计算的结果与试验研究结果进行对比分析,分析结果表明,建议的计算理论能够较好地反映大偏心体外索混凝土梁桥的抗弯承载力特性.     

混合梁斜拉桥成桥索力优化综合法

综合三种单一的斜拉桥索力优化方法,采用ANSYS优化模块进行求解,对成桥状态下最优索力的确定进行了分析,结果表明:采用索力优化三步综合方法,不仅可以同时考虑结合处的弯矩和恒活载的共同作用,而且优化得到的索力均匀,主梁上下缘具有足够的安全储备,结构变形较小,成桥状态更为合理。     

双索面斜拉桥主梁的模糊可靠性设计

为了将模糊可靠性设计理论应用于桥梁主梁的截面设计,利用ANSYS有限元软件对一双索面斜拉桥进行了静力分析,找出了该桥主梁弯矩效应最大的截面,同时分析了影响弯矩效应与主梁抗弯承载力的模糊因素,并利用模糊可靠度公式对主梁的正截面进行抗拉钢筋的配置,通过验算表明结果符合设计要求。     

预应力加强型钢拱梁及其改进结构的性能研究

加强型钢拱梁是根据结构在承受竖向荷载时的内力及变形图,在钢拱梁平面内增加适当的撑杆和加强型索,以改善其受力性能、提高刚度和承载力的新型结构体系.通过有限元软件AN SY S分析了加强型钢拱梁在不同竖向荷载作用下以及不同初始加强型时应力和位移的变化规律,并依据钢拱梁在全跨和半跨荷载作用下的受力特征对加强型钢拱梁进行了改进和有限元分析.结果表明能较大地提高结构的刚度和承载力,而改进后的加强型钢拱梁对于抵抗半跨荷载的刚度和承载力又有明显的改善.     

金婺大桥换索方案研究

以金婺大桥边跨4号索换索方案为工程背景,将理论计算与实测相结合,研究单侧卸索(加支撑)、单侧卸索(不加支撑)、双侧卸索(加支撑)和双侧卸索(不加支撑)等卸索方案对斜拉索索力、主梁和桥塔的弯矩、位移及应力的影响.分析表明:单侧卸索会增加桥塔的弯矩,不加支撑也会增大主梁的弯矩.建议采用在边跨主梁和中跨主梁与4号索对应的横隔...