Experimental study on spatial mechanical behavior of CFST arch under non-directional loads

开展了考虑吊杆非保向力效应的哑铃形截面钢管混凝土单肋拱空间受力性能全过程试验，结果表明：横向加载初期，横向荷载-位移曲线就呈非线性特征，这一非线性特征是由几何非线性引起的；随着横向荷载的增大，面外初始缺陷对拱肋空间受力性能的影响程度逐渐降低。采用经试验结果验证的双重非线性有限元模型，进一步开展了哑铃形截面钢管混凝土单肋拱吊杆非保向力效应的初步分析，结果表明吊杆非保向力效应的存在，可显著提高拱结构空间受力性能，且随着吊杆力的增大，其提升效果愈加明显。     

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。     

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。     

基于板-梁理论的哑铃形钢管混凝土拱平面外整体稳定研究

哑铃形钢管混凝土拱因其良好的受力性能,在大跨度桥梁工程和建筑结构中得到大量的应用。以两端简支的哑铃形钢管混凝土拱为研究对象,基于板-梁理论推导了哑铃形截面平面外抗弯刚度、抗扭刚度和翘曲刚度计算公式。选取15个不同长细比、张角的钢管混凝土拱为研究对象,利用ANSYS建立有限元模型,验证其在纯弯和轴压作用下的平面外屈曲情况。研究表明：纯弯作用下哑铃形钢管混凝土拱弯扭屈曲荷载平均误差为4.6%,最大误差为6.2%,轴压作用下哑铃形钢管混凝土拱弯扭屈曲荷载平均误差为-7.5%,最大误差为-8.4%,证明了求解哑铃形钢管混凝土拱参数的合理性,可为实际工程提供设计参考。     

单肋斜拉拱桥横向稳定性的实用计算

斜拉拱桥是一种将斜拉桥和拱桥相结合的新型桥梁结构形式,索拱共同受力使得拱的稳定性区别于一般拱桥。单肋斜拉拱是斜拉拱桥稳定性研究的基础,本文基于能量原理,在综合考虑桥面刚度、吊杆非保向力、斜拉索非保向力的前提下,推导了单肋斜拉拱横向失稳临界荷载的实用计算公式,并通过算例验证了实用计算公式的正确性,借助实用公式分析了斜拉索参数：斜拉索预张拉力、斜拉索倾角、索在拱的布置范围、主塔与拱的距离对单肋斜拉拱横向失稳临界荷载的影响。     

钢管混凝土单圆拱压弯屈曲有限元方法

利用大型有限元分析软件ANSYS建立钢管混凝土复合截面和拱肋模型,并将复合截面赋给拱肋模型。对拱顶和1/4拱跨处施加平面内集中力荷载,分析钢管混凝土拱肋的极限承载力和抗弯性能,并和传统的弹性理论方法计算所得的拱肋的压弯屈曲性能进行比较,得出本方法的正确性;同时改变钢管的壁厚和混凝土的强度,对钢管混凝土拱肋的材料非线性和几何非线性性能进行分析,概括出相应的结论。     

不同截面形式钢管混凝土压弯柱受力性能试验研究

以轴压比为变化参数,进行了4根圆形和4根哑铃形钢管混凝土柱的压弯试验,对两种截面钢管混凝土柱在压弯荷载作用下的变形模式、荷载-变形曲线和压弯相关曲线进行了对比分析。结果表明:两种截面钢管混凝土构件随着轴压比的增大,构件的延性呈降低的趋势,由于哑铃形截面面内刚度较大,相同轴压比下哑铃形钢管混凝土抵抗弯矩和变形的能力要强于圆形钢管混凝土。通过对圆钢管混凝土和哑铃形钢管混凝土压弯曲线的分析,发现直接采用圆钢管混凝土的压弯相关曲线方程计算哑铃形钢管混凝土,结果偏于保守,还需进一步的有限元分析才能提出适用于哑铃形钢管混凝土的压弯相关曲线。     

Experimental research on CFST member with different sections under combined compression and bending

以轴压比为变化参数,进行了4根圆形和4根哑铃形钢管混凝土柱的压弯试验,对两种截面钢管混凝土柱在压弯荷载作用下的变形模式、荷载-变形曲线和压弯相关曲线进行了对比分析。结果表明：两种截面钢管混凝土构件随着轴压比的增大,构件的延性呈降低的趋势,由于哑铃形截面面内刚度较大,相同轴压比下哑铃形钢管混凝土抵抗弯矩和变形的能力要强于圆形钢管混凝土。通过对圆钢管混凝土和哑铃形钢管混凝土压弯曲线的分析,发现直接采用圆钢管混凝土的压弯相关曲线方程计算哑铃形钢管混凝土,结果偏于保守,还需进一步的有限元分析才能提出适用于哑铃形钢管混凝土的压弯相关曲线。     

三跨连续梁拱组合体系桥梁稳定性分析

该文采用空间有限元程序,分析预应力混凝土连续梁拱组合体系桥拱肋的横向弹性稳定性。特别分析了风撑布置形式、风撑侧向刚度、吊杆非保向力的作用以及系梁、拱肋、横梁等刚度对稳定性的影响程度。分析结果可用以指导设计并确保施工安全。     

哑铃形钢管混凝土拱肋施工过程爆仓分析研究

建立了哑铃形钢管混凝土拱肋腹腔灌注混凝土施工的有限元实际模型,分析了注浆过程中拱肋各个特征断面腹板应力及变形的变化规律;还分析了采取加设拉杆措施时,腹腔的腹板与钢管交界点和腹板中点的应力及变形,以及拉杆本身的受力特性。研究结果表明,拱脚附近最容易发生"爆仓"事故。拉杆能够缓解腹腔钢板屈服,但随着压强增大,拉杆首先破坏,可以根据不同的受力情况设置不等距的拉杆,但拉杆不能设置过密,太密的拉杆设置反而会使拱肋其他断面较拱脚更为不利。研究结论对哑铃型钢管混凝土拱肋的设计和灌注施工具有一定的参考价值。     

无风撑钢管混凝土中承拱桥非线性试验分析

通过大比例尺模型桥荷载试验结果与非线性计算结果比较，提出拱肋截面为三角形空间桁架结构的中，下承式钢管混凝土拱桥，可不考虑非线性问题。     

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。     

三管式空间桁架钢管混凝土拱桥的创新技术

三管式空间桁架钢管混凝土拱桥,截面构造简洁,可较好兼顾拱肋的横向、竖向刚度需求,具有截面形状稳定、吊杆(立柱)传力直接、施工便捷的优点。结合贵阳市花溪大桥的设计,提出了三管式截面的设计方法,分析了大桥的静力性能和极限承载力,表明大桥具有较好的刚度和安全储备;研究了拱肋管内混凝土采用泵送自密实混凝土的应用工艺,综合检测表明应用效果良好。     

龙潭河大桥稳定性影响因素分析

钢管混凝土拱桥是一种新型的桥梁结构形式,关于该桥型稳定性因素的研究文献较多,但大都是根据实桥研究的,没有形成普遍的理论。以三峡库区钢管混凝土中承式拱——龙潭河大桥为工程背景,借助有限元软件ANSYS,就横系梁（风撑）的刚度及布置形式,吊杆非保向力效应,拱肋、桥面刚度,宽跨比等因素对该桥整体稳定性进行分析。     

钢筋加劲T形截面钢管混凝土柱抗震性能试验研究

制作4根钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱、1根非加劲T形截面钢管混凝土柱和1根T形截面钢筋混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,研究其破坏模式和滞回性能,分析钢筋加劲肋的作用机理以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：相比T形截面钢筋混凝土柱,T形截面钢管混凝土柱破坏程度有明显减轻,刚度、承载力以及耗能性能均有明显提高;钢筋加劲肋能有效限制钢板局部屈曲和阴角处钢管与混凝土脱离,保证钢管和混凝土共同工作,对拉钢筋加劲肋相对锯齿形钢筋加劲肋的效果更加显著;含钢率较高的钢管混凝土柱承载力更高,耗能能力更好;轴压比从0.2增加到0.4时,钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱的承载力增大,延性降低。     

钢管混凝土系杆拱桥设计及施工要点

介绍沂河大桥主孔60m＋90m＋60m三孔一联下承式钢管混凝土系扦拱及其主要构成部分──哑铃形钢管混凝土拱肋、预应力混凝土系梁、吊杆和梁面系。并根据该系扦拱桥的结构设计特点，提出其施工要点。     

微膨胀圆端形钢管混凝土力学性能研究

通过建立不同截面形式（圆端形双肢、圆端形单肢、矩形）的钢管混凝土塔柱模型,施加偏压荷载,比较其受力性能。通过应力云图和特征截面的应力数值,可以反映后湖大桥所采用圆端形钢管混凝土双塔柱受力性能的优越性。     

曲线条件大跨度拱加劲连续梁设计

贵南高铁二塘双线特大桥采用90m+180m+90m拱加劲连续梁结构。大桥位于曲线上,梁体采用分段直线布置,悬灌施工;主拱采用哑铃形钢管混凝土拱肋,钢管直径1 m,拱肋全高3 m;采用整束挤压钢绞线吊杆,全桥拱设置36组吊杆;纵向活动主墩通过构造措施,形成半刚构结构体系,限制部分梁体问题伸缩变形;大桥采用先悬灌主梁,后在主梁上搭设支架原位拼装拱肋方式施工。经论文研究计算结果表明,该桥刚度、受力等均满足规范要求。     

圆钢管混凝土结构非线性有限元分析

基于合理的钢管混凝土拉、压材料数值本构模型,采用U.L.列式单元增量平衡方程,引入分层梁单元材料非线性分析理论,通过调整截面形心应变和曲率,使梁端内外力平衡,完善了分层单元法,编制了相应的非线性有限元程序,并对已有钢管混凝土结构面内受力,如钢管混凝土偏压柱、不等端弯矩钢管混凝土偏压柱、钢管混凝土压弯构件和钢管混凝土模型拱肋等试验资料进行双重非线性有限元分析。结果表明:几组钢管混凝土模型拱和钢管混凝土压弯构件的荷载-变形曲线和极限承载力与试验结果最接近,验证了本文方法与程序的可靠性,通过与其他学者计算结果相比,表明本文方法具有较高的计算精度。     

新桐山大桥静载试验分析

福鼎新桐山大桥主桥为51m+75m+51m三跨连拱的下承式钢管混凝土刚架系杆拱。该桥拱肋截面除拱脚段外采用与传统哑铃形截面不同的新型哑铃形截面。这种截面两管之间用钢腹板和H型钢加劲并且腹腔内不充填混凝土,避免了传统哑铃形截面施工中容易出现的钢管与腹板焊缝处开裂的问题。本文简要介绍了该桥建成后的静载试验和理论分析。在理论分析中哑铃形截面计算采用修正的格构柱法[2],计算结果与实测结果吻合良好。