大跨度桥梁上部结构承载能力验算 ——以太行山高速公路某特大跨越桥梁为例

为了解决大跨度桥梁中承载能力不足的问题,利用有限元分析软件Midas civil 2015,对某特大桥的上部结构承载能力进行了验算分析。主要对大跨度桥梁上部结构在使用过程中的不同荷载组合工况下的应力状态和截面强度进行分析,同时,对预应力混凝土受弯构件进行了应力验算,对桥梁整体支座承载能力验算,对箱梁结构挠度和预拱度计算等。研究结果表明,受多种因素的影响上部结构构件可能出现病害或设计不合理,导致承载力储备不足。得出结论,在桥梁运营过程中要加强对主要截面的控制,尽量减小桥梁病害发生。     

某曲线桥的静力极限承载性能分析与优化设计

钢—混凝土组合结构由于具有减小构件截面尺寸、增加构件和结构的延性等优点被越来越广泛地应用于城市桥梁中,其中钢箱梁加混凝土桥面板的组合形式是现在应用很广泛的一种形式。北京南站进站立交作为北京南站改扩建工程的一部分,其结构形式为曲线型钢—混凝土组合梁。出于对建筑美观和安全等因素的考虑,该桥的设计较为保守,构件截面较大。采用了通用有限元软件ANSYS分析了该桥一个分联的极限承载能力,并对该分联进行了优化。优化结果表明:对于该钢—混凝土组合梁桥,跨高比最大可以取31.8,并满足静力承载要求。     

某曲线桥的静力极限承载性能分析与优化设计

钢-混凝土组合结构由于具有减小构件截面尺寸、增加构件和结构的延性等优点被越来越广泛地应用于城市桥梁中,其中钢箱梁加混凝土桥面板的组合形式是现在应用很广泛的一种形式.北京南站进站立交作为北京南站改扩建工程的一部分,其结构形式为曲线型钢-混凝土组合梁.出于对建筑美观和安全等因素的考虑,该桥的设计较为保守,构件截面较大.采用了通用有限元软件ANSYS分析了该桥一个分联的极限承载能力,并对该分联进行了优化.优化结果表明:对于该钢-混凝土组合梁桥,跨高比最大可以取31.8,并满足静力承载要求.     

焊接箱型截面构件在不同焊缝熔深下承载力性能试验研究

为了有效改善大跨度桥梁中管翼缘焊接箱型截面构件的耐久性的问题,提出采用耐候钢代替普通钢的管翼缘箱型截面梁。同时,为了研究耐候钢管翼缘焊接箱型截面构件填充混凝土后在全熔透和部分熔透条件下的单轴承载力性能,开展了焊接矩形截面在三种不同焊缝熔深下的耐候钢管混凝土截面轴压短柱试验研究。分别测试每个试件在单轴压力作用下的静态应变、动态应变,以及竖向位移和侧向位移。对比构件承载力的试验结果及理论分析结果,得出不同熔深下焊接箱型截面管翼缘组合构件的承载力性能。研究结果表明:1）耐候钢管翼缘焊接箱型截面构件的全熔透焊缝承载力高于部分熔透焊缝承载力。2）全熔透试件开裂时的竖向位移较部分熔透试件的位移值大,而不同熔深下构件的横向位移测点L4随轴压荷载的增大而有增加,L3测点横向位移规律不明显。3）不同耐候钢管翼缘焊接箱型截面构件横向整体受拉,局部在顶部角部位置受压。构件的混凝土内部和钢板表面应变情况复杂,规律不明显。     

徐变引起的组合构件的截面应力重分布

组合构件包括两种不同混凝土组合而成的截面或混凝土与钢组合的结合截面,由于混凝土具有徐变性能,各组合部分徐变不同会引起截面内的应力重分布,从而导致截面内的附加应力.本文从引起徐变附加应力的原因--组合截面的变形协调关系出发,推导出了计算徐变引起的截面应力重分布的附加内力的微分方程,并提出了各种组合截面的徐变的截面应力重分布的计算公式.     

FRP约束SRHO压弯构件正截面承载力计算

综合考虑钢骨混凝土柱的受力特性,提出一种在不增加构件截面尺寸的情况下,既提高其承载能力,又增加其抗剪能力和抗震延性的一种新型柱模式——FRP（纤维增强复合材料）与SRHC（钢骨高强混凝土）组合柱．在混凝土内部埋设型钢,形成SRHC柱,在进行施工的同时或待结构主体施工至一定高度后,再用FRP布横向包裹及纵向粘贴SRHC柱,形成FRP—SRHC组合柱．考虑到FRP钢骨混凝土柱多数是处于偏心受压状态,因此,分析环向FRP布对核心混凝土的约束作用及纵向FRP布对钢骨混凝土柱正截面承载力的贡献,确定FRP约束SRHC组合柱的界限相对受压区高度,分别给出FRP约束SRHC柱大（小）偏心受压柱的承载力计算公式．     

钢管混凝土结构研究新动向

本文对国内外现有计算理论和公式的实质进行了分析.提出把钢管混凝土视为一种新的组合材料进行研究的新概念.在正确选定钢管和核心混凝土本构关系的基础上,首次导出了组合材料轴心受力时本构关系全过程.得到组合材料的物理力学性能指标:屈服点、弹性模量、切线模量和强化模量等.按照构件的几何参数:面积、惯性矩、截面抵抗矩和截面回转半径等,即可导出各种构件的计算公式.形成了以本构关系为基础的一整套具有一定理论基础的计算体系,为研究钢管混凝土结构开创了一种新途径.     

拱桥钢箱－混凝土组合受弯构件试验研究

提出了一种新型钢-砼组合结构——钢箱-砼组合受弯构件,该构件由钢箱梁,钢筋混凝土梁及PBH剪力连接件组合。通过对该构件的纯弯试验,研究了该构件的变形及受力性能。试验结果表明,钢箱和混凝土可以充分发挥自身的材料强度,同时避免混凝土开裂和钢材过早局部失稳等问题,是一种较理想的钢-砼组合结构受弯构件形式;构件中的PBH剪力键可以很好的协调钢箱和混凝土间的变形。同时对该构件进行结构分析,分析结果与试验结果吻合良好,用同等方法进行了多种影响参数分析,得到各主要构件参数对构件受力过程的影响。该组合构件在主拱中应用时具有良好的工作性能和安全快捷的施工性能。     

大跨度箱型截面桥梁施工有限元模拟与分析

箱型截面因体积大,施工质量难于控制,内部常出现部分微裂缝现象.通过采用Midas软件对桥梁的施工阶段各种荷载组合工况进行分析,得到在各荷载组合工况下的承载能力包络图.分析表明,在不同荷载工况组合下,截面应力相差较大,上下边缘出现拉压互换,截面应力应作为施工监控重点,并提出应变监控的关键部位与方法及测量数据采集技巧.     

高性能混凝土板式构件的早期收缩特性及预测模型

以桥面板等高性能混凝土板式构件为研究对象,通过实验测试了板式构件不同截面厚度位置处早期收缩分布情况,探讨混凝土早期收缩变形与温度、湿度发展过程。结果表明,混凝土板式构件的内部厚度方向不同位置处的相对湿度随龄期都呈现逐渐减小趋势,并呈现两阶段特征,同时,混凝土板式构件早期收缩变形厚度方向不同步,导致板式构件表面产生拉应力,当拉应力大于当时混凝土的抗拉强度时,混凝土表面就会出现浅层裂缝,这与实际工程中发现的板式构件表面开裂情况相吻合。混凝土板式构件早期收缩变形与相同配合比混凝土的早期自由收缩变形进行比较,引入相对约束度并建立了混凝土板式构件早期收缩变形的预测模型,并验证了该模型的准确性,其特点是能预测高性能混凝土板式构件不同截面厚度位置的早期收缩变形,对控制混凝土桥梁板式结构的早期收缩裂缝具有实际意义。     

钢管混凝土拱桥收缩徐变的有限元分析

采用大型通用有限元软件ANSYS计算钢管混凝土拱桥拱肋混凝土的收缩徐变量值,将计入混凝土收缩徐变前后的拱桥内力与应力值进行比较,分析混凝土收缩徐变对结构变形的影响,得出了钢管混凝土拱桥收缩徐变的规律:混凝土的收缩徐变使钢与混凝土之间的内力与应力发生了明显改变,引起钢管应力增加,混凝土应力减小.     

基于内力分配法的组合梁徐变应力重分布实用计算

为了获得组合梁徐变应力重分布的计算公式,以一个单轴对称并受到弯矩和轴力作用的组合梁截面为研究对象,建立混凝土徐变的微分本构关系,采用内力分配法得到组合梁弯矩和轴力重分布的微分方程组。为了避免求该方程组的精确解所需复杂的数学计算,通过有效的简化获得方程组的实用近似解,并通过算例进行精确性验证。计算结果表明：方程组的近似解与精确解的误差非常小,能达到合理的计算精度;混凝土徐变对组合梁长期应力影响显著,计算时应得到足够的重视。文中采用的内力分配法适用性较广,无论是何种荷载形式,不管结构是静定还是超静定,只要内力能换算成作用在组合梁截面中和轴处的弯矩和轴力,都可以使用该方法。     

初应力和黏结滑移对钢管混凝土长期变形的影响

利用ANSYS程序建立考虑钢管初始应力、屈服和黏结滑移效应的钢管混凝土长期变形分析三维实体有限元模型.对模型中钢管初始应力和黏结滑移效应模拟方法的正确性进行验证;通过算例系统研究上述3种因素对钢管混凝土收缩徐变变形及应力重分布的影响.结果表明：对收缩徐变后钢管仍处于弹性阶段的钢管混凝土构件,初始应力不会对其应力重分布产生影响;若收缩徐变后钢管屈服,则应力重分布不再发生,但变形速率增加,设计人员需引起重视;钢管混凝土的长期变形计算应根据不同约束条件选择是否考虑黏结滑移效应;其中底部钢管与混凝土全部约束构件的完全黏结假定成立,但对仅约束管内混凝土的构件收缩徐变计算,应考虑其黏结滑移效应.     

长期荷载作用下水工结构限裂可靠度分析

混凝土的徐变和收缩是长期荷载作用下混凝土结构裂缝宽度扩大的主要影响因素．因受环境条件影响,使其在水工结构中具有较大的不定性,而对水工混凝土结构构件可靠度的影响,目前尚无统一认识及合理的考虑方法．为了正确分析计算长期荷载作用下水工结构限裂可靠度,从多个方面探讨了混凝土收缩和徐变的变异对长期荷载统计不定性构件截面抗力不定性的影响程度,据此采用正常使用极限状态“抗力－ 荷载效应转换摸式”进行了可靠度分析．结果表明：长期荷载作用下水工结构限裂可靠度比一般的建筑结构高;水工混凝土结构构件裂缝计算公式的可靠度原则对不同的构件尚不统一,尤其是轴心受拉构件,公式中的常系数有待改进     

考虑施工过程收缩徐变对高层建筑结构影响理论分析

混凝土收缩徐变对高层建筑结构有重要影响，目前还没有一种比较符合实际受力模型的计算方法，将施工过程引入收缩徐变对高层建筑结构影响分析，考虑竖向构件轴力变化，混凝土弹性模量变化及收缩徐变使钢筋混凝土截面应力重分布引起混凝土截面应力的变化。利用混凝土徐变中值系数和混凝土弹性模量中值系数，推导出高层建筑竖向承重构件的应变计算公式，通过分析施工过程收缩徐变的变形特点及其对水平构件的影响，建立了高层建筑结构收缩徐变竖向变形计算公式并进行了算例分析。结果表明收缩徐变对高层建筑结构有重要影响，计算公式符合实际受力模型，可供工程设计参考。     

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.     

基于新规范的哑铃型拱肋徐变效应分析

针对钢管混凝土拱桥由于钢管内混凝土徐变导致的拱肋下挠和截面应力重分布问题,基于《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG-T D65-2015),考虑哑铃型拱肋截面的截面特性,计算新规范下的徐变系数,通过对一座152米钢管混凝土拱桥建立全桥的有限元模型,并与按原JTG D62-2004路桥规范中的徐变系数计算所得出的结果进行对比分析。结果表明:针对钢管混凝土的JTG-T D65-2015规范的徐变系数比针对普通钢筋混凝土的JTG D62-2004规范的徐变系数小。按JTG-T D65-2015规范计算的由徐变引起的拱肋下挠值比按JTG D62-2004规范计算所得值小10%左右,徐变引起钢管截面应力增大和混凝土截面应力减小,按JTG-T D65-2015规范计算得到的钢管应力增大值比按JTG D62-2004规范计算所得到的值小10%-15%左右。     

大跨钢管混凝土拱桥混凝土自调载灌注方法

为改善大跨度钢管混凝土拱桥混凝土灌注期间结构受力和变形,基于拱肋应力和变形影响线,提出一种自调载灌注方法. 推导了拱圈加权弯矩能同混凝土龄期的理论公式,提出以分阶段成桥与一次成桥设计状态加权弯矩能差异最小为目标优化灌注间隔,避免已灌混凝土过早承载. 应用ANSYS自带的APDL语言,针对新龙门大桥开发了专门的灌注仿真程序,展开钢管混凝土拱桥分段灌注优化分析. 结果表明:所提出的自调载灌注法应用于钢管混凝土拱桥灌注施工是合理可行的,基于拱肋应力和变形影响线确定的灌注方案,可实现此类拱桥灌注过程中结构变形和应力的自控制;以分阶段成桥与一次成桥设计状态加权弯矩能差异极小为目标建立的优化方法,可合理确定大跨径钢管混凝土拱桥分段灌注的起灌时间. 相比临时扣索、水箱压重等调载方法,自调载灌注方法可减少施工辅助工艺,降低工程建设总造价.     

预应力连续箱梁桥混凝土收缩徐变效应

混凝土收缩徐变效应对桥梁结构内力以及线形产生不可忽视的影响。混凝土收缩徐变机理复杂,影响因素多,随机变化量大,它对结构性能的影响至今难以得到精确的解答。文章以某改建连续箱梁桥为工程背景,通过建立有限元模型,模拟分析了预应力混凝土连续箱梁桥在成桥阶段和若干年后的收缩徐变效应,经过理论计算,得出混凝土收缩徐变对结构内力、线形的影响规律,期望能为同类桥梁的设计和施工提供参考。     

自生体积变形对高拱坝温度应力的影响研究

自生体积变形是评价混凝土抗裂性能的一个重要参数.在温度场仿真的基础上对小湾高拱坝混凝土自生体积变形进行温度应力敏感性分析,对自生体积变形进行假定时,考虑混凝土为收缩型和膨胀型.计算结果表明,早期膨胀、早期收缩型混凝土只对坝体早期温度应力影响较大,对坝中心温度应力最大值影响不大;膨胀期越长,坝中心温度应力最大值越小,最终残余温度应力越小,对坝体混凝土的抗裂性有利.