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。     

中、下承式钢管混凝土拱桥车振调查与动力分析

进行了八座钢管混凝土拱桥车振动力响应实测,建立了考虑车桥相互作用的有限元计算模型,通过与实测加速度响应进行的比较表明钢管混凝土拱桥车桥振动计算方法的正确性。利用有限元模型,对钢管混凝土拱肋和悬吊桥道系的加速度、速度动力响应和冲击系数进行了对比分析。结果表明:虽然钢管混凝土拱桥的冲击系数可能较大,但是它作为行车舒适性的判断依据并不合适,应采用加速度或速度响应来评价。提出了不同路面平整度下预估中、下承式钢管混凝土拱桥车振动力响应的近似公式,通过实桥分析确认了该公式的可行性。     

梁拱组合体系桥梁稳定性研究

由拱肋、系梁以及吊杆和横粱,冉加上桥面系组合起来一起受力的预应力混凝土连续梁拱组合体系桥梁,是一种结构较为合理,外形较为美观,形式较为新颖的结构体系。一般来说,拱桥的稳定问题分为平面内以及平面外稳定。连续梁拱组合体系桥的吊杆布置若是较密,在一般情况下基本不会发生面内失稳,这是因为系梁通过吊杆将与失稳方向相反的力施加给了拱圈。在本文中只是将组合体系桥平面外稳定进行简单的研究。     

钢管再生混凝土拱桥拱肋地震响应及抗震性能

用再生骨料混凝土作为钢管混凝土结构的填充材料,形成钢管再生混凝土结构,研究钢管再生混凝土拱桥拱肋的抗震性能,以某单跨中承式拱桥为例,建立计算模型,分析结构模型的动力特性,计算了拱肋结构不同截面的弯矩响应峰值和轴力响应峰值,同时研究得出了不同再生骨料替代率的钢管再生混凝土结构5个屈服阶段的抗震评估曲线。通过比较计算,所得出的内力响应峰值和抗震评估曲线的关系,得出了拱肋结构的抗震性能。计算结果表明,钢管再生混凝土应用于拱肋结构有着较好的抗震性能,不同替代率的再生骨料对钢管混凝土拱桥结构拱肋抗震性能影响程度较小。     

钢管混凝土拉索组合拱桥索力优化研究

钢管混凝土拉索组合拱桥是一种施工中以桁受力为主,成桥后以拱受力为主的新桥型,采用柔性拉索代替传统桁式组合拱桥中混凝土斜杆,使结构成为可调体系。基于钢管混凝土拉索组合拱桥施工过程中和成桥后的受力特点,采用恒载"零弯矩"法,确定悬臂施工过程中的拉索索力;以拱肋恒载弯矩分布最优为控制目标,以拉索索力为控制变量,借助影响矩阵,确定结构的合理成桥索力。最后,通过对已建成的天子山桥的计算分析表明该方法优化效果明显。     

浅谈下承式钢管混凝土系杆拱桥施工技术

昆山市东杨林塘桥是单跨80m下承式钢管混凝土系杆拱桥,施工支架选择了碗扣满堂支架方案,系统介绍了支架施工、钢管拱肋定位、钢管混凝土压注、吊杆安装的施工工艺和方法,总结了施工工艺质量控制标准和措施。     

月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥动力冲击系数研究

针对造型美观但结构形式特殊的月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥,应用考虑拉索侧向振动的车桥耦合振动分析方法,讨论了路面粗糙度、行车速度、结构阻尼取值对车辆轮压荷载、拱肋和主梁的挠度及拉索张力冲击系数的影响。结果表明:路面粗糙度对桥梁振动响应的影响显著,提高路面平整度可以降低桥梁冲击系数;行车对桥梁冲击系数的影响与结构振动卓越频率有关,提高车速并不意味振动冲击系数会增大;在相同的行车条件下,不同构件、不同截面的冲击系数有很大离散性,拱肋跨中截面的挠度冲击系数明显高于1/4跨中截面,主梁跨中截面的挠度冲击系数与1/4跨中截面的相差不大,端部的短吊杆张力冲击系数大于跨中的长吊杆;结构阻尼在经验范围内变动时,对冲击系数的影响不明显。     

大跨度异型钢管混凝土拱桥典型病害分析及支座脱空影响研究

大跨度异型钢管混凝土拱桥在使用过程中易出现车致动力响应大等不利情况,现阶段造成该类型桥梁车致动力响应显著的病害及其影响尚不明晰。以某典型大跨度异型钢管混凝土拱桥为研究对象,对该桥的典型病害进行了调查,基于现场测试与理论分析,对该桥的典型病害及支座脱空病害的影响进行了研究。现场调查及测试结果表明:支座脱空会引起主梁伸缩缝两侧的差异沉降,导致桥梁受力状态变化,加剧车辆对主梁和吊杆的冲击作用。现阶段钢箱梁伸缩缝附近和跨中位移冲击系数分别达到了1.52和1.15,吊杆力应力幅变化率为-28.0%～18.5%;数值分析结果表明:支座脱空后钢箱梁和吊杆的车致动力响应变化显著;支座脱空将导致该桥主梁明显的顺桥向位移,且与主梁竖向位移达到了相同量级;支座脱空后钢箱梁车致加速度峰值会显著增加,且当车辆荷载作用下支座与钢箱梁仍能发生相互碰撞时影响更为显著;支座脱空后吊杆力应力幅变化显著,且其对短吊杆影响更显著;支座脱空是造成该类型桥梁钢箱梁、吊杆等构件车致冲击响应显著变化的重要原因之一。     

上承式混凝土拱桥拱肋裂缝原因分析

大跨度混凝土拱桥拱肋采用支架施工拱肋，在冬季施工过程中由于温度变化使钢管支架伸长，顶升使得拱肋产生附加内力，碰上开口的拱肋截面，受力能力较弱，容易产生裂缝，本文着重介绍裂缝产生的原因及处理方法。     

公路桥中下承式系杆拱桥主跨施工技术

结合工程实例,重点叙述下承式系杆拱桥的主跨支架设计及基础处理、混凝土拱座施工控制、钢管拱吊装、钢管混凝土压注、吊杆预应力张拉等关键技术。     

轴压比对钢管混凝土柱侧向冲击性能影响研究

为研究不同轴压比对钢管混凝土柱侧向冲击性能的影响,该文对已有的冲击试验进行了验证。在验证模型基础上建立了不同轴压比的钢管混凝土柱在侧向冲击作用下的动力有限元模型,计算得到连续变化轴压比下钢管混凝土的抗冲击性能参数。结果表明:轴压比对钢管混凝土的侧向抗冲击性能有显著影响。在轴压比小于0.7时,轴力对钢管混凝土构件侧向抗冲击能力有提高作用,当轴压比大于0.7时,轴力对钢管混凝土侧向抗冲击能力有削弱作用。     

中、下承式拱桥吊杆损伤对吊杆系力学性能影响

吊杆作为中、下承式拱桥的重要传力构件,其受力状况与拱桥的安全状况密切相关。由于吊杆只能承受拉力,当吊杆损伤后,吊杆的张力发生改变,同时桥梁的安全状态也会发生变化。基于摄动理论采用三维有限元模型研究吊杆损伤时对吊杆系张力和位移的影响,并以京港澳高速刘江大桥为算例进行证明。计算结果显示吊杆损伤后,损伤吊杆内力降低,但降低比例小于损伤程度;在同片拱肋上其他吊杆张力增加,增加比例随着该吊杆与损伤吊杆间距离的增加而迅速降低,而对侧拱肋上的吊杆内力没有明显的增加。吊杆损伤后,吊杆节点位移变化比例小于损伤程度,且变化比例随着与损伤吊杆间距离的增加而逐步降低。随着吊杆损伤程度的增大,吊杆系内力与吊杆节点位移变化率增加。     

中承式钢管混凝土拱桥动力特性分析

中承式钢管混凝土拱桥结构的振动问题较为突出,因此,其结构动力特性引起广泛关注。基于收集到的158座国内已建成的中承式钢管混凝土拱桥的设计资料,统计分析该桥型的主要结构设计参数和构造特征,进行基准桥梁试设计。采用Midas Civil空间有限元分析软件,建立了有推力和无推力中承式钢管混凝土拱桥动力计算的基准有限元分析模型,分析比较其动力特性;并进一步探讨了无推力中承式钢管混凝土拱桥在矢跨比、宽跨比、主拱肋刚度、横撑布置方式、吊杆失效以及支座布置等参数变化时桥梁结构动力特性的改变。结果表明:大跨径中承式钢管混凝土拱桥具有密集高阶模态的特点,且桥面板、拱肋的耦合振动明显;对无推力中承式钢管混凝土拱桥,在常用取值范围内,主要设计参数对结构动力特性的影响较小,合理布置横撑及增大桥面宽度,可明显改善结构的横向稳定性。     

拱桥吊杆等刚度设计及其动态响应分析EI北大核心CSCD

针对中承式拱桥结构中短吊杆处较易率先疲劳破坏的情况,分析各个吊杆处的刚度差异。以某中承式钢管混凝土拱桥主跨吊杆为研究对象,通过调整吊杆单元的弹性模量对吊杆进行等刚度设计,采用车桥耦合迭代的计算方法,得到车辆荷载作用下吊杆的应力响应曲线并计算冲击系数。对拱桥吊杆的动态响应进行分析并与初始模型情况比较,结果表明:等刚度模型短吊杆应力有明显下降,各吊杆间应力差异降低;吊杆的冲击系数降低,长短吊杆间冲击系数之差减小幅度达到50%;不平度等级对冲击系数的放大作用不随刚度调整而改变。说明对拱桥吊杆进行等刚度设计能够有效的平衡吊杆受力情况,使吊杆受到的冲击作用较为均匀,提高吊杆耐久性,为实际工程应用提供依据。     

运用中、下承式拱桥吊杆张力变化进行吊杆损伤识别研究

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,建立了复杂边界条件下吊杆张力与其横向振动频率之间解析表达式,以提高吊杆张力测试计算精度。基于摄动有限元理论研究了吊杆损伤时对吊杆系张力的影响,并提出了根据吊杆系张力变化进行吊杆损伤识别计算方法,以京港澳高速刘江大桥为实例对计算公式进行验证。计算结果表明：该方法比较全面地考虑了吊杆实际边界条件,提高了短吊杆和长吊杆张力测试精度;采用本方法进行计算吊杆损伤识别,结果准确。     

拱桥吊杆等刚度设计及其动态响应分析

针对中承式拱桥结构中短吊杆处较易率先疲劳破坏的情况,分析各个吊杆处的刚度差异。以某中承式钢管混凝土拱桥主跨吊杆为研究对象,通过调整吊杆单元的弹性模量对吊杆进行等刚度设计,采用车桥耦合迭代的计算方法,得到车辆荷载作用下吊杆的应力响应曲线并计算冲击系数。对拱桥吊杆的动态响应进行分析并与初始模型情况比较,结果表明:等刚度模型短吊杆应力有明显下降,各吊杆间应力差异降低;吊杆的冲击系数降低,长短吊杆间冲击系数之差减小幅度达到50%;不平度等级对冲击系数的放大作用不随刚度调整而改变。说明对拱桥吊杆进行等刚度设计能够有效的平衡吊杆受力情况,使吊杆受到的冲击作用较为均匀,提高吊杆耐久性,为实际工程应用提供依据。     

混凝土两铰圆弧拱的面内徐变稳定性

结合两铰圆弧拱的面内屈曲微分方程和混凝土徐变的Arutyunyan-Maslov方程,并引入徐变积分算子和失稳条件推导了混凝土两铰圆弧拱的面内徐变临界力计算公式。基于该公式,通过算例讨论了徐变系数和截面含钢率对徐变临界力的影响,并对素混凝土拱、钢筋混凝土拱和钢管混凝土拱的徐变临界力进行了对比。结果表明:对于不同拱肋材料,混凝土徐变均会导致临界力的降低;由于材料组成的差别,徐变对素混凝土拱临界力的影响最大,钢筋混凝土拱次之,而对钢管混凝土拱的影响最小;与已有方法相比,该公式反映了截面配筋率或含钢率对徐变临界力的影响。     

车桥耦合振动下中承式拱桥吊杆汽车冲击效应

针对中承式拱桥短吊杆在实际工程中易疲劳断裂的问题,采用接触约束法实现车桥耦合振动响应的求解,以某中承式拱桥为背景研究不同类型车辆过桥时不同长度吊杆轴力的时变特性和动力冲击效应,对比分析出、入桥侧短吊杆冲击效应的差异和不同部位吊杆的疲劳损伤分布规律.研究发现:车辆过桥时吊杆最大的力学响应出现在车辆通过该吊杆时刻,但吊杆轴...     

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。     

V形连续刚构梁拱组合桥内力分析

以一V形连续刚构梁拱组合桥为研究对象,介绍了V形桥墩连续刚构梁拱组合桥的设计构思,采用自编SMAD有限元计算程序,重点分析了墩身尺寸及边界条件对整个结构的影响.通过优化计算巧妙的解决了收缩、徐变次内力和预应力、温度次内力对结构的不利影响;本桥系梁与拱肋的横向刚度比为1926:1,通过在主梁主要收缩徐变完成后成拱以及对吊杆进行二次调索的施工方法有效解决了刚性系杆柔性拱的横向稳定问题;三维地震反应结果表明桥梁上部各部位的地震力不是该桥的控制内力,说明本桥设计构造具有良好的抗震性能.内力分析方法与结论对同类型桥梁设计施工具有参考价值.