斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载解析解

以新型空间拱桥——斜靠式拱桥为研究对象,提出斜靠式拱桥发生侧倾失稳时主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向受力模型,基于Ritz法,构造桥梁各主要构件的变形能、外力势能以及吊杆非保向力势,首次推导出斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的解析解,并通过与有限元计算结果比较,验证该解析解计算公式的正确性。进一步分析稳定拱肋、吊杆非保向力、以及主拱肋与稳定拱肋间横撑对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的影响。研究结果表明:①增设稳定拱肋可使桥梁侧倾失稳临界荷载提高1.6～1.8倍左右,同时随着稳定拱肋倾角的增加,临界荷载呈增大趋势;②受吊杆非保向力以及桥面系的影响,桥梁侧倾失稳临界荷载可提高约3.5倍左右;③横撑的径向抗弯刚度对斜靠式拱桥侧向失稳临界荷载影响较大。     

斜靠式拱桥力学性能分析

以有限元为理论基础,以数值模拟为计算手段,对斜靠式拱桥静力、屈曲、动力特性和反应谱作用等方面进行了分析。拱桥在自重和车道荷载作用下,主拱轴力符合一般拱桥力学概念,斜靠拱受到主拱作用,在拱顶轴力最大。在恒载和使用荷载作用下,拱桥纵向和横向稳定系数值都大于5,满足拱桥稳定性要求。动力特性分析表明,相对于纵向刚度,横向刚度较弱,故在设计和施工中需注意主拱与稳定拱上部连接可靠、变形协调、空间受力一致。斜靠式拱桥在空间三个方向反应谱作用下,主拱在竖向激励下轴力最大,稳定拱为在竖向和横向激励下最大。纵观不同方向作用,纵向刚度较大,而地震作用较小。综合不同方向地震作用,主拱和稳定拱轴力分布规律大致类似于静力作用效果。     

湛河斜靠式拱桥考虑吊杆破断时的稳定性能分析

以跨越平顶山市湛河的斜靠式拱桥为工程实例,采用有限元程序MIDAS/Civil建立该拱桥空间有限元计算模型,考虑不同的吊杆破断情况,进行斜靠式拱桥空间稳定性能分析,对比斜靠式拱桥不同吊杆破断情况与吊杆完好状态下的桥梁稳定性能计算结果。得出结论:各工况对应的桥梁第1阶稳定系数在7.10～7.34之间,满足一般拱桥稳定系数大于4～5的要求;吊杆破断对该桥梁的低阶失稳模态几乎没有影响,失稳形式主要表现为拱肋的面外扭转失稳;主拱吊杆破断对桥梁稳定系数影响较大,稳定拱吊杆破断对桥梁稳定系数影响较小。计算结果对正确认识斜靠式拱桥在不同吊杆破断状态下的稳定性能以及进行斜靠式拱桥的科学维护,具有重要的理论意义及工程实用价值。     

斜交式斜靠系杆拱桥设计及研究

斜交式斜靠系杆拱桥是一种跨越能力较大、结构造型新颖独特、富有美感、应用在特定区域的城市景观桥梁结构形式。此类拱桥的特点是桥面系斜向布置,且组成拱肋的竖直拱和斜靠拱错位连接,具有明显的空间斜交效应。在总结、研发的基础上,以四道沙河大桥为例,对斜交式斜靠系杆拱桥的结构构造、受力特性、结构稳定性等进行全面的分析,并研究斜交角度对内力和稳定性的影响,为今后类似桥梁设计提供参考。     

斜靠式拱桥侧倾失稳极限承载能力简化计算方法

以斜靠式拱桥为研究对象,基于Ritz法,首次推导出了拱轴线为抛物线的斜靠式拱桥弹性侧倾失稳临界荷载计算公式,并基于有限元法验证了所提出的斜靠式拱桥发生侧倾失稳时主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向受力模型的精确性以及所推导的侧倾失稳临界荷载计算公式的正确性。此外为便于估算斜靠式拱桥的侧倾失稳极限承载能力,最先引入了稳定拱肋和横撑影响系数η1、吊杆非保向力和桥面系影响系数η2、几何和材料双重非线性影响系数η3,提出了便于工程实际应用的斜靠式拱桥侧倾失稳极限承载能力的简化计算公式。研究结果表明:(1)稳定拱肋和横撑影响系数的取值范围为1.3～1.5;(2)吊杆非保向力和桥面系影响系数的取值范围为3.3～3.6;(3)几何、材料双重非线性影响系数的取值范围为0.23～0.28;(4)斜靠式拱桥的侧倾失稳极限承载能力一般为单片拱肋弹性承载能力的1～1.5倍。     

大跨度钢拱桥横撑刚度对全桥抗震性能的影响

以天津大跨度钢拱桥———直沽桥为研究对象,对其在天津波、三维一致激励及行波效应下拱肋内力和位移的变化规律进行了分析,从该桥横撑刚度的变化对全桥地震响应的影响方面进行了论述,得到了大跨度钢拱桥拱顶对内力的影响程度要小于拱脚、横撑刚度较小的钢拱桥在地震作用下的内力较大、横撑刚度对横向弯矩有较大的影响等结论。     

斜靠无风撑混凝土拱桥施工阶段静力分析

金山大桥是世界上跨度最大的斜靠式无风撑钢管混凝土拱桥。本文利用ANSYS有限元软件建立了金山大桥的全桥有限元模型,分析其在施工过程中的静力响应。由于斜靠拱的存在,拱肋在竖向荷载作用下的出平面位移较大。为保证拱肋线型,本文提出了出平面预拱度公式。考虑几何与材料非线性的影响,对该桥在施工过程中的稳定性能进行了分析,描述了其在竖向及水平荷载的共同作用下的破坏过程。采用有效模量法和欧洲规范提供的混凝土模型考虑核心混凝土时效作用,考虑了施工过程中不同施工阶段荷载加载龄期的差异,分析了核心混凝土收缩徐变对钢管混凝土拱肋长期静力性能的影响。将分析结果与实测数据进行比较,验证了本文有限元模型与分析理论的合理可靠性。     

钢结构中承式斜靠拱桥设计

京杭大运河昌运桥主桥采用130 m跨钢结构中承式斜靠拱桥。主拱、副拱均采用变高度钢箱截面以适应拱圈内力变化,主、副拱之间设11道横撑。桥面系采用钢结构“纵横格子梁+正交异性桥面板”的形式。吊杆采用高强度低松弛镀锌平行钢丝索。该桥为有推力体系,推力由大直径群桩基础承担。主桥采用斜拉扣索吊装法施工,确保桥梁施工期间正常通航。采用空间有限元软件MIDAS Civil对该桥的静、动力性能进行分析,计算时考虑桩土相互作用,结果表明各项指标均满足规范要求。     

外倾式拱桥地震响应影响参数研究

为研究桥梁设计参数对外倾式拱桥抗震性能的主次影响,采用有限元软件MIDAS Civil建立某外倾式拱桥计算模型,对其进行反应谱分析.采用正交试验法研究外倾角、矢跨比、边跨横梁标高及吊杆布置形式等参数对结构地震响应的影响.结果表明,拱肋外倾角和边跨横梁标高对结构地震响应影响显著,在外倾式拱桥抗震设计中应被列为主要影响因素...     

稳定拱肋对主拱肋力学行为影响的试验研究

在多点竖向荷载作用下以及不同稳定拱肋倾角时研究了斜靠式圆弧拱结构主拱肋的力学行为。通过试验得到了斜靠式拱结构主拱肋的竖向位移、侧向位移以及应变,分析了多点竖向荷载作用下稳定拱肋倾角对斜靠式拱结构主拱肋位移和应变的影响。试验结果表明,稳定拱肋倾角对斜靠式拱结构主拱肋的力学行为具有显著影响,主要表现为:稳定拱肋倾角对斜靠式拱结构主拱肋的横向位移影响比对纵向位移影响大;随着稳定拱肋倾角的增加,斜靠式拱结构主拱肋的拱顶截面上部应变减小;而斜靠式拱结构的承载能力随稳定拱肋倾角的增加而增强。     

外倾式拱桥吊杆及临时支架施工顺序优化

江西省南昌市艾溪湖大桥主桥为外倾式拱肋的系杆拱桥.连接拱肋和主梁的吊杆和支撑拱肋的临时支架有多种施工顺序.采用空间有限元模型详细计算分析了不同吊杆张拉顺序以及拱肋临时支架拆除顺序下的拱桥结构受力情况,分析了吊杆和临时支架不同施工顺序对结构受力的影响情况,得到了较优的施工方法,对此类桥梁施工具有较大的参考价值.     

V撑连续钢构组合拱桥稳定性分析

采用SAP2000有限元分析程序建立了某V撑连续刚构组合拱桥三维有限元模型,在此基础上计算了横撑、吊杆、系杆、横梁及拱肋对该桥横向稳定性的影响。计算结果表明,横撑布置形式、吊杆非但向力、拱肋横向刚度对该桥的稳定性影响较大,其他情况对拱肋横向稳定性影响均不明显。希望计算方法及结论对同类型的桥梁具有借鉴意义。     

索力偏差对拱梁组合桥拱肋受力性能的影响

吊杆是拱桥的重要传力部件,为研究吊杆索力偏差对钢管混凝土哑铃形拱梁组合桥拱肋受力性能的影响,以某钢管混凝土哑铃形拱梁组合桥为研究对象,采用有限元分析,研究了长、短吊杆索力偏差对钢管混凝土哑铃形拱梁组合桥拱肋内力、应力和变形的影响。分析结果表明,长、短吊杆索力偏对钢管混凝土哑铃形拱梁组合桥拱肋轴力影响不大,但是对其所受弯矩影响较大。     

矢跨比对蝶形拱桥空间稳定的影响

空间六索面四拱肋的蝶形钢管混凝土拱桥桥型在太原市南中环主桥的设计中得到了应用,目前尚属国内首例,因此对该桥型的研究较少,尤其是空间稳定性问题。基于统一理论和有限单元法,建立该蝶形拱桥的空间有限元计算模型,分别对主副拱肋不同矢跨比的设计方案进行稳定性分析,研究矢跨比对空间稳定性的影响。结果表明,主拱的矢跨比不但影响结构的稳定系数,还使结构的失稳形式发生了变化,而副拱的矢跨比对结构的失稳形式影响不大。     

大跨径偏态抛物线拱桥设计与分析

基于景观要求,主跨桥梁采用(165+70)m两跨简支偏态抛物线拱肋的系杆拱桥,桥梁线形优美,属国内类似桥梁的最大跨径。主要介绍矢跨比、合理拱轴线、拱肋及桥面系等结构设计。通过计算分析拱肋及系杆受力特点,强大的桥面系刚度及空间吊杆提供的非保向力作用,使拱肋不设置横撑便满足稳定要求。偏态抛物线拱桥体现结构美,为今后大跨径类似桥梁提供经验。     

多维一致地震激励下钢管混凝土系杆拱桥隔震研究

为探寻隔震拱桥与非隔震拱桥的地震响应规律,利用MIDAS有限元软件建立了某下承式钢管混凝土系杆拱桥的非隔震与隔震模型,进行了动力特性对比分析,分别在三种多维组合一致地震激励下,对比分析了拱肋位移、速度、绝对加速度、相对加速度以及拱肋和桥墩的内力响应,得出隔震模型拱肋顺桥向和横桥向位移增大,竖向位移减小;拱肋最大速度在两种模型不同方向表现出不同规律;隔震模型拱肋最大绝对加速度、相对加速度减小,且沿拱肋较为平稳;隔震结构拱肋和桥墩最大内力响应除个别外,其余均明显减小。     

祁家渡钢管混凝土拱桥的地震反应分析

随着钢管混凝土这种组合材料应用于工程实践,拱桥的跨越能力取得了长足的发展。本文以甘肃在建的主跨180m,宽跨比为1/25.7的上承式钢管混凝土拱桥为例,详细分析了该桥的自振特性,进行了地震响应的反应谱法分析和时程反应分析,并分析了桥面系的弹性约束对主拱结构动力特性的影响。结果表明:由于该桥的宽跨比小于1/20,对长周期地震波的响应较大。     

外倾式拱桥稳定性研究

以某外倾式拱桥为工程背景,建立该桥的空间有限元计算模型,分4个工况计算了该桥的稳定安全系数,通过改变拱肋外倾角度、拱肋刚度、端横梁刚度以及吊杆布置形式计算了不同设计参数下结构在恒载工况以及恒载+活载工况的失稳特征值,结果表明,拱肋的刚度对稳定性起着决定性作用,吊杆的布置形式只改变拱肋的面内刚度,对于面外刚度没有影响.     

上承式钢管混凝土拱桥动力特性分析

为研究上承式钢管混凝土拱桥的动力特性,以大型有限元计算软件ANSYS为平台,对跨径为252 m的上承式钢管混凝土拱桥——千岛湖1号特大桥建立了空间有限元模型,进行了动力特性分析。通过对前十阶频率和振型的分析,得出结论:面内基频一般较面外基频大,尤其是大跨度拱桥,应注意保证拱的横向稳定性;桥面系的面内振动与拱肋基本同步,桥面系的面外振动受桥面系与拱肋之间联结形式的影响较大,采用立柱或刚性吊杆联结时,二者振动基本同步;通过收集到的大量钢管混凝土拱桥的结构型式和基频计算结果,可得出钢管混凝土拱桥基频随跨径的变化趋势,并由此回归出频率对于跨度的公式,当缺少实测资料时,可作为工程设计中的参考依据。     

上承式钢管混凝土拱桥地震响应分析

为研究某上承式钢管混凝土拱桥在不同地震激励下的动力响应情况,文章基于地震线性时程分析理论,依据有关设计资料,采用软件Midas/Civil建立相关钢管混凝土拱桥有限元模型,依据规范选取并修正了EI Centro波以及两条人工波,对该桥在包括行波效应在内的8种地震激励工况下结构的响应进行了深入分析。分析结果表明,该桥基频为0.301 Hz,第一阶振动为横桥向面外振动,柔度较大,可通过改变横撑形式提高桥梁横向刚度;拱脚截面是结构中最危险截面,具有最大的内力响应值;拱肋内力在三维地震激励下具有更大的响应值,其中拱脚截面处的弯矩值提升最显著,提升幅度达65.06%;行波效应使拱肋在拱脚以及拱顶截面处的内力大幅度提升,在拱脚处弯矩最大提升至一致激励的4.82倍,轴压力最大提升至3.52倍。