钢管混凝土抛物线纯压拱平面外稳定性及设计方法

运用大型通用有限元软件ANSYS,对沿跨度方向受竖向均布荷载的抛物线拱进行平面外稳定性分析,从含钢率、混凝土强度等级、钢材等级、面外长细比以及矢跨比参数等方面,分析了影响钢管混凝土抛物线拱平面外稳定性的主要因素,并通过数据整理拟合,得出了钢管混凝土抛物线纯压拱平面外的简便算法。     

焊接工字形截面抛物线拱平面内稳定性试验研究

进行了全跨竖向均布荷载和半跨竖向均布荷载作用下焊接工字形截面两铰抛物线钢拱平面内稳定承载力试验研究。通过试验揭示了抛物线钢拱平面内的失稳破坏机理,全跨竖向均布荷载作用下抛物线钢拱发生不完全反对称的平面内失稳破坏,半跨竖向均布荷载作用下抛物线钢拱发生反对称的平面内失稳破坏;半跨竖向均布荷载作用下抛物线钢拱的稳定承载能力低于全跨竖向均布荷载作用下的稳定承载能力;试验结果与有限元法分析结果进行了对比,二者吻合良好,有限元法研究钢拱的平面内稳定具有很高的精度;试验结果验证了工字形截面抛物线钢拱平面内稳定性设计方法安全可靠,可供设计使用。     

纯压抛物线拱平面内稳定性及设计方法研究

采用大挠度弹塑性有限单元法对全跨竖向均布荷载作用下纯压抛物线拱平面内稳定承载力进行研究,考虑材料非线性、焊接残余应力、初始几何缺陷、矢跨比和支承条件等因素的影响,得到了热轧圆管截面、焊接工字形截面和焊接箱形截面纯压三铰、两铰和无铰抛物线钢拱的平面内稳定性设计曲线,给出纯压抛物线钢拱的平面内稳定设计公式。以拱的正则化长细比为基本参数,统一了三铰、两铰和无铰纯压抛物线钢拱的平面内稳定设计曲线,可用于全跨竖向均布荷载作用下纯压抛物线钢拱的平面内稳定性设计,同时可供实际设计时使用和制定有关规程时参考。     

大长细比钢管混凝土轴心受压柱承载力的试验研究

进行了12个钢管混凝土和4个空铜管轴心受压构件的试验研究．研究结果表明,由于填充了混凝土,可以有效地延缓钢管的局部屈曲,从而使钢管混凝土长柱具有较高的承载力．通过试验结果表明,对于长细比为130～155的钢管混凝土柱,《钢-混凝土组合结构设计规程》（DL5058／T）中有关承载力计算公式的计算结果与实测结果相比偏于保守,浇灌混凝土以后,钢管混凝土构件的承载力较空钢管可提高30％左右．     

钢管混凝土偏压格构柱长细比影响试验研究

进行了钢管混凝土格构柱偏心受压试验,试验参数为长细比。介绍了试验的情况和过程,对柱肢钢管纵向应变、环向应变、缀管的纵向应变等进行了分析。研究结果表明,随长细比的增加,钢管混凝土格构柱的极限承载力逐渐降低。柱肢以受轴压为主,属于小偏压构件。近载侧的柱肢在试件进入非线性后紧箍效应开始发生作用。缀管的受力较小且都处在弹性阶段。受缀管的影响,节点处柱肢钢管环向应变很大,它是引起柱肢钢管撕裂从而导致试件破坏的主要原因。     

钢管混凝土拱肋平面内荷载-位移分析

研究了几何非线性、材料非线性、双重非线性和有初始几何缺陷的钢管混凝土拱肋的荷载 -位移全过程分析方法 ,并通过大型通用软件ANSYS计算一个具体算例说明。计算分析表明 :材料非线性对钢管混凝土拱桥的影响比几何非线性大得多 ,而考虑初始几何缺陷对拱桥后屈曲路径产生不同影响     

钢管混凝土柱临界长细比的比较分析

根据目前有代表性的三种钢管混凝土结构设计规范，计算分析了三种规范中关于短柱破坏与长柱破坏之间临界．长细比的大小，并做了进一步的比较分析，给出了一些对工程有意义的结论。     

钢管混凝土组合柱的刚度和长细比

<正> 钢管混凝土偏心受压构件设计成组合柱,既可提高抗弯刚度,又能有效地发挥钢管混凝土的优越性。在进行排架分析和验算厂房刚度时,由于事先需要确定柱的截面刚度EJ,而钢管混凝土又并非完全弹性体,它在受力时,钢与混凝土之间存在紧箍力,沿柱长方向各截面内力并不相同,沿柱长E和J也不相同,因此,本文针对组合柱的刚度、组合柱的换算长细比以及斜腹杆最佳设计角度,结合以往的工作分别进行了理论推导,并提出了相应的实用计算公式,以供设计应用。     

轴压下钢管混凝土长柱稳定性能试验研究

为提高钢管混凝土长柱的稳定承载能力以及抗震性能,采用在长柱周边增加分肢柱的组合结构形式,对比研究了轴压作用下的组合柱受力性能,完成了两个分肢组合柱试件的轴压试验,即灌混凝土组合长柱与未灌混凝土组合长柱试件。试验过程中主要获取了组合柱的承载能力、破坏形态、内力分布等数据。试验结果表明,采用分肢组合柱可以显著提高钢管混凝土长柱的稳定承载能力,其极限承载能力由强度控制,周边分肢柱分担了约50%的竖向荷载;灌混凝土组合长柱的整体受力特性显著改善,极限承载能力大幅提高,且在轴压作用下最终破坏由上部单柱控制。基于试验结果,结合稳定理论基本原理,将组合柱简化为一变截面柱进行稳定承载能力计算,并对上柱长度、下柱长度、下柱层数等因素对组合柱承载能力的影响进行了探讨。     

钢管混凝土拱施工方案比选研究

分析了影响钢管混凝土拱施工的主要因素,通过层次分析法,建立了适用于钢管混凝土拱施工方案比选的评价体系,并以蒲山大桥为例,对不同的施工方案进行比选,得出了合理的施工方案,为同类桥梁建设施工方案的选择提供了一定的参考借鉴。     

钢管混凝土拱桥拱脚临时铰应力分析

文章以拟建西藏自治区林芝市察隅县怒江大桥项目为依托,采用有限元软件MIDAS FEA建立拱脚临时铰有限元模型并进行数值模拟分析。通过模拟临时铰在设计荷载作用下的受力情况,研究中承式钢管混凝土拱桥拱脚临时铰的应力状态,并提出改善临时铰应力状态的措施,为同类型桥梁的设计和施工提供依据。     

四边形截面圆弧空间钢管桁架拱平面内稳定性及试验研究

通过大挠度弹塑性有限元分析研究桁架拱在集中荷载、水平均布荷载、轴线均布荷载等不同荷载形式下的失稳与破坏机理,考察截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角、腹杆尺寸等几何参数对桁架拱稳定承载力的影响,结果表明在不同参数条件下,桁架拱可能发生弦杆局部失稳、腹杆局部失稳、整体失稳以及局部与整体相关失稳等破坏形式;与拱的整体失稳和弦杆局部失稳相比,腹杆失稳会导致承载力的大幅下降,设计中应保证腹杆不先发生破坏。在理论分析的基础上,设计4榀矩形及梯形截面空间桁架拱模型进行了平面内稳定性能试验研究,分析表明两种截面形式的桁架拱在平面内具有基本相同的刚度和承载能力,其承载力设计可以采用相同公式。最后,基于静水压力作用下桁架拱的面内稳定设计曲线,通过大量的算例分析,提出轴力和弯矩共同作用下四边形截面圆弧形空间钢管桁架拱的整体面内稳定承载力设计方法。     

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。     

长细比对方钢管混凝土柱受力性能的影响

以基本试件(BASE)为基础设计3个不同长细比的ZG试件并进行非线性有限元分析,采用在钢管和混凝土之间加入粘接单元的方法。分析得知:柱长细比是方钢管混凝土柱设计的主要影响因素。柱长细比越大,柱承载力越低,因此长细比可适当减小。此外,在方钢管的底部和底角部存在应力集中现象,应力集中区域大约在柱高1/3范围内。对方钢管的底部应加大刚度,柱底角部应加强施焊。混凝土压碎破坏多发生在柱底部,因此在管内混凝土的施工过程中,要保证混凝土柱底浇筑密实。     

抛物线形索—拱结构弹性稳定性能研究

采用ANSYS软件对拱轴线形式为抛物线形索—拱结构的弹性稳定性能进行研究,得出了在不同荷载作用下结构的弹性极限承载力及各种参数对结构稳定性能的影响,从而找出影响结构弹性极限承载力的关键因素。     

U形截面圆弧拱平面外稳定性研究

用BEAM 188梁单元和SHELL 181壳单元建立了两种可考虑荷载作用位置的有限元模型,相互验证了模型的正确性.通过对两种荷载模式下U形截面无铰和两铰圆弧拱计算结果的比较,研究了支座类型、荷载模式和矢跨比对钢拱平面外屈曲的影响.对于理想的支座约束,发现径向均布荷载作用下两铰拱平面外屈曲荷载与无铰拱相同,竖向均布荷载作用下两铰拱平面外屈曲荷载在较大矢跨比时明显高于无铰拱;由于两铰与无铰拱的支座构造不同,满足什么条件平面外约束可按无铰对待有待研究.通过对加缀板与加隔板U形截面两铰圆弧拱平面外屈曲荷载的比较,发现加缀板形成间断闭合截面对屈曲荷载提高更显著,且用料少、施工简单.     

均布荷载作用下钢管混凝土拱长期稳定性能分析

采用ABAQUS有限元软件建立了钢管混凝土抛物线无铰拱模型,利用UMAT引入了钢管混凝土非线性材料应力-应变关系,并采用EC2模型和逐步积分法分析了核心混凝土收缩徐变对拱的平面外稳定的影响,分析中考虑了加载龄期、长细比、矢跨比等参数的影响。分析时先对钢管混凝土拱施加正常使用阶段荷载,持荷一段时间后,增大外荷载直至抛物线拱失稳破坏,从而得到拱的长期稳定承载力。分析表明,长细比、加载龄期及矢跨比等参数变化对钢管混凝土抛物线拱的长期稳定性影响较为显著。低持荷荷载条件下(持荷荷载所引起的核心混凝土最大应力等级为30%),核心混凝土收缩徐变最大可使本文所分析参数范围的抛物线无铰拱稳定极限承载力降低15%。     

拱结构平面内稳定性能研究

本文对平面圆拱结构进行有限元分析,比较了分岔屈曲和极值点屈曲两种失稳形式;讨论了不同的荷载分布情况、矢跨比和初始几何缺陷对拱结构屈曲承载力以及变形的影响;总结出拱结构平面内稳定性能受这些因素影响的变化规律,为拱结构设计提供一些有用的结论。     

波形扰动静水压力对两侧铰支圆拱平面内稳定性的影响

本文针对余弦波形扰动静水压力作用下两侧铰支圆拱平面内稳定性问题，采用傅立叶级数逼近圆拱屈曲微分方程的解，分别求得了两侧不动铰支圆拱反对称屈曲时、一侧不动铰支另一侧法向滑动铰支圆拱对称屈曲时的临界荷载系数，并给出了其高精度拟合公式，结果表明波形扰动荷载参数会引起临界荷载系数的显著降低，最大降幅可分别达到-33．99％和-49．70％。