钢管初应力对哑铃型钢管砼拱桥承载力影响分析

钢管初应力对钢管砼拱桥承载力影响一直是工程界关注的问题。根据拱桥达到极限承载力时拱圈截面受力特点,为综合考虑钢管初应力及钢管与核心砼之间套箍效应的影响,提出综合应用了包含初应力的实体-空间梁单元和空间梁单元来计算哑铃型钢管砼拱桥承载力的新方法,并推导了相应的刚度矩阵,编制了计算程序。在此基础上,分析了不同初应力系数、不同含钢率和不同跨径等因素对哑铃型钢管砼拱桥承载力的影响规律,计算结果表明,钢管初应力使哑铃型钢管砼拱桥承载力降低,最大降低值可超过10%。为便于工程设计和施工参考,该文最后提出了考虑初应力影响时哑铃型钢管砼拱桥钢管初应力限值和承载力影响系数计算公式。     

三维实体退化虚拟层合梁单元在钢曲梁极限承载力分析中的应用

提出采用三维实体退化虚拟层合梁单元计算钢曲梁极限承载力的方法。考虑结构的几何非线性和材料非线性,利用该单元编制了极限承载力计算程序,并将其应用于钢曲梁极限承载力的分析。计算实例表明,该单元收敛快,稳定性好,在单元数较少的情况下,具有较高的精度。由于能克服壳体单元或梁段单元法的缺陷,该计算方法具有更强的通用性。     

钢桁腹杆-劲性骨架混凝土(SRC)组合拱极限承载力及简化计算研究

钢桁腹杆-劲性骨架混凝土（SRC）弦杆组合拱是一种新型的组合结构型式,结合了劲性骨架施工方便快捷和组合结构能大幅减轻结构自重的优点,有望进一步提高拱桥的跨越能力,具有良好的应用前景。该文以跨径为420 m钢桁腹杆-SRC组合拱桥的试设计为基础,进行了组合拱极限承载力的模型试验,试验结果表明,模型拱没有出现面外失稳破坏,结构呈整体破坏;组合拱沿拱轴线方向塑性变形速度要远大于沿截面高度方向,最后因塑性区域开展过大而丧失承载能力,破坏模式接近于钢管混凝土拱的极值点失稳破坏。而后对影响组合拱受力性能的参数进行有限元分析表明,组合拱极限承载力随着混凝土外包系数的增加而增大;腹杆与弦杆钢管的外径比可以提高组合拱的极限承载能力,但超过一定范围时,提高不显著;钢腹杆布置形式对组合拱极限承载力影响较大。最后建立了组合拱的极限承载力简化计算公式,可为此类新型组合拱结构的应用提供参考。     

钢筋混凝土柱二阶弹塑性计算的图解法

对于钢筋混凝土柱的材料和几何非线性问题,基于正弦曲线的变形假设推导了钢筋混凝土柱二阶弹塑性极限荷载计算的图解法。通过分析钢筋混凝土截面弯矩-曲率关系曲线的切线特征,该法以柱子长细比和一阶偏心距为未知量,不对弯矩-曲率关系简化,直接将截面上弯矩-曲率关系曲线上的每一点作为极限承载力。采用分级加荷载的图解方法,能够同时得到荷载-挠度曲线的上升段和下降段。计算结果与试验值符合良好。结果表明:细长柱也可能出现材料强度破坏,其二阶极限承载力近似等于截面极限承载力。     

初始缺陷对板钢结构极限承载力的影响分析

从含初始弯曲的大挠度方程出发,以薄板厚度的折减量为摄动参数,将残余应力考虑成等效荷载,并通过参数分析的方法修正残余应力等效荷载,根据实用板与理想板的比拟,得出板的厚度折减量和板的极限承载力方程。非线性有限元分析和试验数据的对比表明:该文提出的方法实用、精度高,是分析板钢结构极限承载力的通用方法,可作为非线性有限元分析方法的补充,大大简化了结构极限承载力分析的复杂性。     

点蚀损伤下海洋平台结构剩余强度的多尺度分析方法

均匀腐蚀损伤影响结构承载力的研究已趋于成熟,但点蚀损伤影响整体结构承载力的规律及其局部损伤的演化行为仍不明确。该文采用均匀分布的圆柱体点蚀损伤模型,探讨在宏观结构尺度中点蚀损伤的描述、多尺度区域的划分和跨尺度界面的连接以及结构非线性的求解方法,提出了研究考虑细观尺度点蚀损伤的海洋平台结构多尺度模型的构建和计算方法。计算结果表明:该文提出的多尺度模型构建策略有效地解决了细观尺度点蚀损伤在宏观结构尺度中的描述问题,且所建多尺度模型能够体现点蚀损伤削弱结构极限承载力的规律,为评估在役海洋平台结构的剩余强度提供了可行的方法。     

既有钢筋混凝土拱肋承载力测试与分析

对于服役多年的钢筋混凝土桥梁,混凝土开裂、钢筋锈蚀等存在着复杂性和随机性,对其性能影响很大。基于实桥两根服役28年的钢筋混凝土拱肋极限承载能力试验研究,详细阐述了拱肋的荷载位移、荷载应变关系、残余承载力以及失效形势,分析了影响承载力的相关因素,给出了服役多年混凝土的本构关系,分别建立了考虑与未考虑老化与损伤的拱肋极限承载能力的有限元计算模型,并对比分析了理论计算值和实验结果。各项研究表明初始裂缝、钢筋锈蚀和拱轴线的线形对结构的承载能力和失效形势有较大影响。     

基于节点连接特性的钢板剪力墙结构数值分析

在半刚接框架-钢板剪力墙新型结构体系研究的基础上,采用ANSYS程序分析了不同墙体形式下结构的承载力、应力和变形发展历程,分析对比节点铰接、刚接、半刚接三种连接形式对钢板剪力墙结构承载力的影响。结果表明:设置加劲肋后,结构的屈服荷载提高约20%,极限承载力提高约10%。对于抗弯框架-钢板剪力墙结构,梁柱通过刚性连接与钢板墙组合,为双重抗侧力体系,节点刚接比铰接极限承载力提高约15%左右;节点半刚接和铰接极限承载力比较接近,相差仅在5%左右,为单重抗侧力体系。研究为该新型结构体系的工程应用和理论分析提供依据。     

基于振动测试参数的井架钢结构极限承载力预测

提出了基于振动测试参数预测井架钢结构极限承载力的两种新方法。第一种方法是针对井架钢结构的结构形式和受力特征,将其简化为简支梁,由载荷与振动频率之间的关系,推导出振动频率直接确定极限承载力的简易表达式。该方法简单易行,不需要建立系统的模型。第二种方法是应用一阶搜索优化算法修正动力有限元模型,然后进行线性屈曲、几何非线性和双重非线性分析从而确定井架钢结构的极限承载力,这种方法计算复杂些,但提高了预测准确度。最后利用近似平稳随机激励,对某型号井架钢结构进行了振动参数测试,分别应用这两种方法对极限承载力进行了预测。结果表明这两种基于动力参数的预测值相差不大,均能真实预测井架钢结构的极限承载性能,为复杂承载钢结构的极限承载力预测和安全评估开辟了新途径。     

局部火灾场钢框架结构等效楼面活荷载分析

通过对火灾场钢结构框架梁极限抗弯、抗剪承载力的分析，提出采用等效楼面活荷载来描述火灾场对结构极限承载力的削弱，建立了火灾场等效楼面活荷载的计算公式，通过具体算例分析了厚涂型不同保护层厚度的框架钢梁极限抗弯、抗剪承载力及等效楼面活荷载的变化规律。分析结果表明，采用等效楼面活荷载可以直观地描述火灾场对结构构件极限承载能力的削弱，使火灾场钢结构受力分析变得简单、清晰。     

进入21世纪的重庆桥梁建设及风工程研究

简要介绍了重庆市长江大桥的建设情况,并以重庆菜园坝长江大桥为例,介绍大跨度拱桥的抗风性能的相关研究工作。从主拱节段模型静力三分力试验,节段三分力计算流体力学模拟,两榀拱肋的干扰效应,全桥成桥状态和施工状态全桥气动弹性模型的设计和风洞试验,拱桥的涡激共振,拱桥三维随机风场的模拟等方面说明研究的方法和结果。     

竖向荷载作用下飘浮体系斜拉桥极限承载能力与失效模式分析

提出采用塑性极限分析法研究竖向荷载作用下大跨飘浮体系斜拉桥的极限承载力和失效模式。基于塑性极限分析的相关假定并结合基本机构证明了该方法应用于斜拉桥失效分析的可行性,结合飘浮体系单塔斜拉桥推导了极限承载力计算公式并分析对应的失效模式,通过优化方法-内点法获得斜拉桥塑性极限荷载及其对应失效模式,并与OpenSEES有限元分析结果进行了对比分析。结果表明:竖向荷载作用下,主梁在拉索屈服强度较小时为整体性破坏,反之则为局部性破坏;相比拉索而言,主梁屈服强度对斜拉桥破坏的影响则正相反;拉索锈蚀在降低斜拉桥极限载荷系数的同时也改变其倒塌失效模式;相比于有限元法,塑性极限分析法简便且易操作,可用于研究竖向荷载作用下飘浮体系斜拉桥的极限承载能力与失效模式,且能够快速有效评估结构参数变化对其失效行为的影响。     

Concrete-Filled Steel Tube Arch Bridges in China

In the past 20 years, great progress has been achieved in China in the construction of concrete-filled steel tube (CFST) arch bridges and concrete arch bridges with a CFST skeleton. The span of these bridges has been increasing rapidly, which is rare in the history of bridge development. The large-scale construction of expressways and high-speed railways demands the development of long-span arch bridges, and advances in design and construction techniques have made it possible to construct such bridges. In the present study, the current status, development, and major innovative technologies of CFST arch bridges and concrete arch bridges with a CFST skeleton in China are elaborated. This paper covers the key construction technologies of CFST arch bridges, such as the design, manufacture, and installation of steel tube arch trusses, the preparation and pouring of in-tube concrete, and the construction of the world’s longest CFST arch bridge—the First Hejiang Yangtze River Bridge. The main construction technologies of reinforced concrete arch bridges are also presented, which include cable-stayed fastening-hanging cantilever assembly, adjusting the load by means of stay cables, surrounding the concrete for arch rib pouring, and so forth. In addition, the construction of two CFST skeleton concrete arch bridges—the Guangxi Yongning Yong River Bridge and the Yunnan–Guangxi Railway Nanpan River Bridge—is discussed. CFST arch bridges in China have already gained a world-leading position; with the continuous innovation of key technologies, China will become the new leader in promoting the development of arch bridges.     

Developments and Prospects of Long-Span High-Speed Railway Bridge Technologies in China

With the rapid developments of the high-speed railway in China, a great number of long-span bridges have been constructed in order to cross rivers and gorges. At present, the longest main span of a constructed high-speed railway bridge is only 630 m. The main span of Hutong Yangtze River Bridge and of Wufengshan Yangtze River Bridge, which are under construction, will be much longer, at 1092 m each. In order to overcome the technical issues that originate from the extremely large dead loading and the relatively small structural stiffness of long-span high-speed railway bridges, many new technologies in bridge construction, design, materials, and so forth have been developed. This paper carefully reviews progress in the construction technologies of multi-function combined bridges in China, including combined highway and railway bridges and multi-track railway bridges. Innovations and practices regarding new types of bridge and composite bridge structures, such as bridges with three cable planes and three main trusses, inclined main trusses, slab-truss composite sections, and steel-concrete composite sections, are introduced. In addition, investigations into high-performance materials and integral fabrication and erection techniques for long-span railway bridges are summarized. At the end of the paper, prospects for the future development of long-span high-speed railway bridges are provided.     

考虑双非线性影响的大跨度上承式钢拱桥地震响应研究

以研究上承式大跨度钢拱桥的非线性地震响应和损伤机理为目的,应用考虑双非线性以及地震过程中轴力变化影响的计算方法,对跨度为200m的两铰拱桥和无铰拱桥设计方案进行了计算,分析了结构在强地震荷载作用下地震响应和损伤程度,比较了计算方法、输入地震波以及结构设计条件对地震响应计算结果的影响。结果表明,上承式钢拱桥具有较好的结构抗震性能,在强地震荷载作用下损伤程度不显著;钢拱桥在地震荷载作用下无卓越的振动振型,地震响应计算需考虑多个振型的影响;当拱肋轴力达到屈服轴力的20-30%时,弹塑性地震响应计算不宜忽略轴力变化的影响。几何非线性对拱肋的弯矩地震响应有较明显的影响;柔性的两铰拱桥由于自振周期长,受到的地震荷载比对应的无铰拱略小,损伤程度也相对较轻些;无铰拱桥在拱脚截面位置容易发生地震损伤,设计时应确保拱脚截面在屈服以后不发生局部失稳。     

大跨度斜拉桥的施工非线性倒拆分析

以斜拉桥静载弯曲能量作为目标函数,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应,并采用混合法求解系统方程,确定斜拉索成桥时的初始张拉力。以由此确定的斜拉桥初始状态作为施工非线性倒拆分析的初始状态,倒拆分析的过程中需要考虑相应阶段的混凝土收缩、徐变影响,倒拆分析的结果作为斜拉桥施工阶段的斜拉索张拉力,即斜拉桥施工阶段的最终优化结果。该方法经过算例验证,取得了较好的结果,为斜拉桥的施工控制提供了依据。     

管拱面内五点对称加载试验及其承载力简化算法研究

进行了钢管拱和钢管混凝土拱面内五点对称加载受力全过程试验。对多点对称荷载作用下管拱受力性能进行了讨论,对管拱极限承载力的简化算法进行了分析。结果表明,对称多点集中力下,非纯压拱会发生非线性分支屈曲破坏;拱以受压为主时,管内混凝土对提高拱的极限承载力和刚度均有较大的作用;采用等效梁柱法进行管拱极限承载力计算具有较好的稳定性。     

钢管混凝土(单圆管)单肋拱空间受力试验研究

进行了钢管混凝土(单圆管)单肋拱空间受力全过程的试验研究。研究表明,在面内和面外荷载共同作用下,面内的受力性能对初始缺陷的敏感性要大于面外受力;面外变形是钢管混凝土单肋拱极限承载能力的主要控制因素;与面内受力相反,空间受力时,几何非线性成为钢管混凝土拱的非线性性能与极限承载力的主要影响因素,材料非线性降为次要的影响因素。对应用通用程序进行钢管混凝土拱空间受力双重非线性有限元分析进行了探讨。     

复杂环境下334m钢筋混凝土刚架拱桥爆破拆除

待拆除大桥长334m,主跨为钢筋混凝土刚架拱桥,引桥为圆柱形桥墩简支梁桥。由于桥体主结构承载力不能满足安全要求,需要爆破拆除。结合切口设计和"移位偏角"方式为圆柱形桥墩、拱肋确定了合理的爆破切口高度及有关参数,采用毫秒分段延时技术降低一次性齐发药量,运用逐点起爆非电起爆网路确保桥体逐垮塌落,通过立体式防护挡墙防止爆破飞石的扩散。结果表明,移位偏角法、逐点起爆非电起爆网路、立体式防护挡墙的运用,实现了桥梁按设计要求倒塌,有效控制了爆破冲击波、桥体塌落振动、爆破飞石及飞溅物、浪涌等爆破危害效应,爆破取得了理想效果。     

基于车-桥耦合振动的铁路钢管混凝土系杆拱桥冲击系数研究

为合理评估铁路钢管混凝土(concrete-filled-steel-tubular,CFST)系杆拱桥在移动列车荷载下的冲击系数,以我国高速铁路客运专线某计算跨径为136 m的钢管混凝土系杆拱桥为例,基于车-桥耦合振动的分析方法,建立了考虑桥梁桩-土效应的列车-桥梁动力相互作用模型,基于概率统计学假设检验方法,分析了2种车重、30组轨道不平顺、126种行车速度组合工况下系杆拱桥系梁、吊杆、拱肋的冲击系数。结果表明,系杆拱桥主要受力构件的冲击系数存在差异,其中拱肋的冲击系数最大,系梁的冲击系数次之,吊杆最小。冲击系数的概率分布服从极值I型,在95%的保证率下,算例系杆拱桥的系梁、吊杆和拱肋冲击系数分别约为1.05,1.04和1.08,均大于现有规范的取值。在进行大跨度高速铁路系杆拱桥设计时,应考虑对冲击系数进行必要的放大,以利于桥梁安全。