某大跨拱桁架结构合理拱轴线的选型

本文分析了在分段荷载作用下拱结构的受力模式,通过理论分析,得出相应合理拱轴线的方程曲线,并给出考虑轴力情况下的拱轴线修正方法。结合实际工程项目,某大跨拱桁架采用钢管桁架结构,拱轴线为空间曲线,主拱跨度为147m,次桁架跨度27～30m,拱高21m,拱脚平面投影30°,南北支座高差5.25m。本文通过上述理论分析结果,进行参数化分析,得出在此复杂边界条件下的合理拱轴线曲线。采用SAP2000软件对优化后的拱结构与原拱结构进行计算分析对比,通过对内力分布、结构位移等结构特性关键指标的分析,验证上述理论分析的正确性,以及本工程采用拱轴线的合理性。以上分析过程、设计思路可为今后类似工程提供参考。     

系杆拱桥应力体系转换各施工阶段理论分析计算

拱桥成桥后拱轴线型是否符合设计要求,将直接影响拱桥结构内力,如果拱轴偏离设计拱轴线过大,将对拱结构产生附加的内力,这显然对拱结构的使用安全是不利的。如何判断各施工阶段所测的应力值与变形是否满足要求,必须在施工前将各施工阶段施工过程模拟,以便于与实测值进行比较,本文主要对系杆拱桥各施工阶段进行模拟,以便于指导施工。     

某博物馆大跨拱形入口结构设计

某博物馆大跨入口形态呈拱形,矢跨比较小,为扁平拱,扁平拱兼具拱形结构与梁式结构的受力特征,构件承受轴力的同时也会承受弯矩,并会在拱脚处产生更大的水平推力。根据选型分析可知,混凝土结构自重产生的水平推力为钢结构的4~10倍,且跨中承受较大的弯矩,易使混凝土受拉开裂,不能充分发挥混凝土结构的受压性能。另外,混凝土构件的施工精度不高,容易造成初始缺陷偏大,不利于拱的稳定。综合比较,采用钢桁架拱结构较为合理,通过对该大跨钢桁架拱结构详尽的静力分析、强度验算、稳定性分析,可知钢桁架拱自重轻、刚度大、冗余度高、稳定性好,结构经济合理,且能很好地实现建筑形态和功能需求。     

圆弧形与抛物形拱结构的力学性能对比

针对圆弧形拱结构和抛物形拱结构的力学特性进行比较研究,基于结构力学的弹性中心法,分别得到无铰圆弧形和无铰抛物形拱结构在法向均布荷载下的内力及应力计算式,进而给出了不同矢跨比和厚跨比下两种拱结构的弯矩、轴力对比图,认为抛物形拱端的弯矩比圆弧形拱拱端的弯矩更集中,特别当水平拱圈的矢跨比较大时,抛物形拱拱端外侧易出现较大的拉应力,并对无铰圆弧形拱、无铰抛物形拱抗屈曲特性进行了比较分析,分别给出两种无铰拱结构的临界屈曲荷载解析计算式,认为在相同矢跨比下,抛物形拱的抗屈曲性能稍优于圆弧形拱,为工程设计人员应用提供参考。     

全跨和半跨荷载组合下两铰抛物线钢拱平面内承载力计算方法对比

全跨和半跨荷载组合作用下钢拱结构内力分布会随荷载比例发生较大变化。现有钢拱结构平面内稳定承载力计算式多是针对各单一加载模式进行分析得到的,缺乏对其在全跨和半跨组合荷载下适用性的充分考虑。针对此不足,以两铰抛物线钢拱结构为研究对象,考虑荷载组合比例、矢跨比、截面等不同参数的影响,对比分析了现行钢拱结构技术规程方法、基于完善拱模型的有限元方法和基于一致缺陷拱模型的有限元方法等多种方法的承载力计算结果。分析结果表明:当全跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计会较为保守;而当半跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计则会偏于不安全。     

抛物线拱结构的内力计算

介绍了抛物线拱结构的特点,以某对称的单跨两铰拱为例,采用精确计算法与简化计算法,计算分析了该拱结构的内力,并探讨了两种计算方法的优劣势和适用范围,为抛物线拱结构内力计算方法的选择提供参考。     

脱空对钢管混凝土拱肋内力分布的影响

利用ANSYS对面内荷载作用下的钢管混凝土单圆管拱肋进行双重非线性有限元分析。考虑核心混凝土脱空,对拱肋在全跨及半跨均布荷载作用下的内力情况进行分析。研究面内荷载作用下矢跨比、截面脱空率、脱空范围及初始缺陷对抛物线拱内力分布的影响。分析结果表明,矢跨比、截面脱空率、脱空范围对拱肋的内力值有影响,但不影响拱肋的内力分布规律;拱肋的初始缺陷会影响拱肋的弯矩分布规律,不影响轴力分布规律。     

拱的内力有限元分析

通过建立拱结构平衡方程和拱结构的几何方程,推导出拱的位移控制微分方程,然后得到拱结构力学性能分析的精确有限单元法,最后结合算例将该方法与有限元分析软件进行对比。     

新型索-拱结构的平面内弹性稳定性能研究

所研究的索-拱结构,是在圆弧形拱轴线上,按照拱平面投影n等分处设置放射状索,以改善拱轴线上不均匀弯矩分布,达到提高纯拱结构稳定极限承载力的目的。利用牛顿-拉普森法和弧长法对这种索-拱结构在全跨均布荷载和全跨恒载+半跨活载作用下进行了完善和带缺陷结构的弹性大挠度跟踪分析,研究了索对两种荷载形式下结构的极限荷载和平衡路径的影响;提出的索-拱结构能显著地提高拱的极限承载能力并能有效地防止结构二次分岔失稳的发生,计算结果对索-拱的设计有参考价值。     

张弦拱结构的结构分析与其静力性能研究

对张弦拱结构的受力件能与分析方法进行了系统的研究.根据张弦拱结构的自平衡特点,建它索与拱的变形协调方程,给出了张弦拱结构的平衡微分方程,并设定位移甬数,用伽辽金法进行求解,以求得张弦拱结构的内力与位移.这一连续化理论计算方法与非线性有限元分析方法、模型试验结果都进行了分析比较,证明本理论方法计算方便、直观精确,可用于张弦拱结构的分析与计算.根据理论公式,对张弦拱结构的静力性能进行了讨论,包括结构的线性性能、拱的弯曲刚度贡献、结构挠度与支座的水平位移、预应力过程等方面,对张弦拱结构的研究与设计有较好的指导意义.     

考虑轴向变形的合理拱轴线的有限元优化

通过对拱圈竖向坐标的调整,以减少弯矩使拱轴线趋向于最理想化的优化方法,利用有限元方法,计入轴向弹性压缩对大跨径拱桥的影响,对拱轴线进行合理的优化,并通过算例计算分析,表明此法是可行的,并提出在大跨度拱桥拱轴线的设计中应考虑拱圈弹性压缩变形的影响。     

浅埋地下大跨空间的合理结构体系研究

深圳某大型地下轨道交通枢纽,位于城市主干道下,为地下3层4线换乘枢纽站,总深度30 m;枢纽呈“十”字形,横向长880 m,纵向长222 m,“十”字交叉处为公共区;公共区覆土2 m,公共区负一、二层核心区抽柱形成长、宽48 m跨度的大空间中庭,中庭范围外柱距12 m,中庭顶板开直径12 m大洞口。为确定安全稳妥、可实施性好、实施风险小的中庭结构方案,本文通过3种结构体系的有限元计算来进行比选。计算结果表明,平顶正交梁结构不能满足承载力要求,折板结构和拱形结构体系的受力性能好,满足承载力及正常使用的要求,其中,拱形结构尤其是交叉蝴蝶拱结构体系中不仅受力性能好,而且具有更好的建筑艺术效果。通过本文比选结构方案的结果,对浅埋地下大跨结构具有一定的工程参考价值。     

拱脚带水平约束弹簧的车辐拱平面内稳定性能

针对非落地拱承受竖向荷载作用时拱脚水平约束刚度不足会产生水平位移,导致拱脚的受力性能和承载能力发生较大变化的问题,采用ANSYS有限元软件建立拱脚带水平约束弹簧的模无索拱和车辐拱有限元模型。采用数值分析方法分别对无索拱和车辐拱在全跨竖向均布荷载和半跨竖向均布荷载进行一阶弹性和弹塑性分析,研究其拱脚水平弹簧刚度幅值变化对车辐拱受力性能的影响,包括拱脚水平推力和位移的变化、沿拱轴线内力变化和分布以及平面内稳定承载性能等。结果表明:车辐拱中的拉索可以有效约束拱脚的水平位移和减小水平推力,显著提高拱整体刚度和稳定承载力; 车辐拱中的拉索可以有效限制拱脚弹簧刚度幅值的下降对车辐拱内力分布及稳定承载性能的影响; 研究成果为非落地车辐拱及拱脚支承构件的设计提供了依据。     

考虑几何非线性的新型索拱桥拱轴线优化

鉴于新型索拱桥存在明显几何非线性的力学特点,针对已有拱轴线迭代优化方法收敛性不好的问题,提出在主拱圈为两铰拱的索拱桥有限元模型基础上,进行几何非线性的拱轴线迭代优化方法,以解决考虑几何非线性的超大跨径索拱桥拱轴线迭代的收敛性问题。以跨径600m索拱桥作为算例,验证方法的有效性及收敛性。算例结果表明,与仅考虑线性迭代相比,考虑非线性迭代后的主拱圈弯矩分布更合理,最大正弯矩小35%,最大负弯矩小17%,主拱圈应变能小23%;收敛性分析结果表明,该方法比主拱圈为无铰拱有限元模型方法收敛性能更好,不同的初始拱轴线均能收敛于稳定的结果。     

公路隧道喷射混凝土套拱加固结构力学特性

为研究喷射混凝土套拱加固前后二次衬砌与混凝土套拱的受力状况,依托陕西汉中至留坝段八里关隧道,运用有限元软件建立隧道混凝土结构套拱加固分析模型,并通过现场监测获取二次衬砌与套拱间的接触压力、套拱格栅拱架钢筋应力、套拱混凝土应力,将数值模拟结果与现场测试结果相结合,得出套拱结构的一般受力变化规律。结果表明:套拱加固前衬砌结构的最不利荷载位置位于施工缝附近的拱顶、拱肩与拱脚处; 由于衬砌局部变形与温度应力的影响,套拱混凝土应力变化呈现反复“上升-下降-上升”最后趋于稳定的特点; 套拱的作用是控制二次衬砌的进一步变形,套拱施作后所承受荷载较小,套拱反作用力远小于围岩作用于衬砌的应力,在应力计算中不应将衬砌与套拱作为整体计算; 套拱结构数值模拟所得的结果与现场测试套拱结构内力(轴力、弯矩)的大小及分布相似度高,但在衬砌裂损严重部位,数值模拟所得结果误差较大,应以现场测试结果为准。     

大跨度钢管混凝土拱桥施工技术研究

介绍了大跨度钢管混凝土拱桥主要的施工方法,并以一个上承式钢管混凝土拱桥为例,利用大型有限元软件MI．DAS对该类拱桥进行了全桥数值模拟,分析了大跨度钢管混凝土拱桥拱上结构安装各阶段内力及变形情况,为同类大跨钢管混凝土拱桥的施工控制提供了一定指导。     

龙屯路立交钢管混凝土简支系杆拱桥主桥设计研究

柳州龙屯路立交桥主桥结构形式为跨径92．5m下承式简支系杆钢管混凝土拱桥，通过分析结构体系的温度敏感性，本桥接近同类结构形式的极限跨度。主要介绍该桥的结构设计和结构静力计算情况，并对结构的合理拱轴系数进行分析研究。     

混凝土拱桥施工监测仿真技术研究

采用通用有限元软件ANSYS 8.0,对大跨度钢筋混凝土拱桥全桥结构按设计荷载进行了全桥静力分析,得出各主要结构构件的应力、内力和变形值,从而找出了各构件监控的主要部分,从而为拱桥施工监测仿真技术研究积累经验。     

新型加强型钢拱梁的性能分析及优化

通过有限元软件ANSYS,本文计算分析了在钢拱梁轴线平面内增加适当的撑杆和预应力索而形成的新型加强型钢拱梁结构的受力性能,并且分析了改变加强型钢拱梁两侧撑杆的相对长度对改善结构受力性能所起到的优化作用,显示了两个加强型钢拱梁在不同竖向荷载作用下结构应力和位移的变化规律。结果显示两加强型钢拱梁的刚度和承载力与普通大跨度钢拱梁相比均有很大的提高,改变两侧撑杆相对长度的加强型钢拱梁与原加强型钢拱梁相比受力更加合理。