悬链线斜靠式拱肋系侧倾失稳临界荷载

基于能量分析方法,推导了主拱肋和稳定拱肋拱轴线为悬链线的斜靠式拱肋系侧倾失稳临界荷载计算公式,并通过与有限元数值计算结果比较,证明了该计算公式的正确性,进一步验证了所提出的拱肋系侧倾失稳时横撑切向和径向力学模型的适用性,并将拱轴线为悬链线和圆弧曲线的斜靠式拱肋系的侧倾失稳临界荷载进行了比对分析,阐明了圆弧曲线代替悬链线斜靠式拱肋系侧倾失稳临界荷载的适用条件。研究结果表明:拱轴线的线型对斜靠式拱肋系的侧倾失稳临界荷载有一定的影响;当稳定拱肋倾角较小时,悬链线拱肋系的侧倾失稳临界荷载与圆弧曲线拱肋系的差异不超过5%;当矢跨比较小时,圆弧曲线拱肋系代替悬链线拱肋系的侧倾失稳临界荷载产生的误差在10%以下,但矢跨比较大时,二者的差异较大,不可等同。     

钢管桁架拱平面内失稳与破坏机理的数值研究

对两铰圆弧形钢管桁架拱的弹性及弹塑性失稳机理及承载性能进行了深入研究,考虑了全跨和半跨水平均布荷载、跨中及1/4跨集中荷载等多种类型的荷载效应。分析了钢管桁架拱在不同荷载作用下的失稳破坏机理,指出其会发生整体失稳、弦杆局部失稳、腹杆局部失稳以及局部与整体的相关失稳等多种破坏模式。考察了矢跨比、腹杆尺寸、腹杆夹角和截面宽高比等不同参数对钢管桁架拱稳定承载力的影响,为桁架拱稳定设计方法的建立奠定了重要基础。     

基础竖向多频参数激励下圆弧拱平面内动力失稳研究

地震波、冲击波、环境振动激励会通过地基基础传递到拱上,致使拱发生动力失稳失去承载能力。为深入研究拱在基础竖向激励下的动力稳定性,该文基于能量法,建立了基础竖向激励下圆弧拱平面内动力稳定能量方程,利用哈密顿原理得到了拱面内径向和切向振动的耦合控制方程,求解了圆弧拱平面内失稳前的动轴力与动弯矩解析解。引入拱轴线不可压缩假设,解决了圆弧拱平面内动力控制方程的解耦问题。利用伽辽金法建立了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内二阶常微分动力稳定方程,运用多尺度法推导了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内动力失稳的临界激励频率解析公式,得到了圆弧拱同时发生一阶反对称参数共振和二阶正对称共振失稳的动力不稳定域,并利用有限元数值分析验证了理论解析解的正确性。进一步分析了拱矢跨比、长细比和圆心角对动力不稳定域的影响。     

大跨径铁路钢管混凝土系杆拱桥稳定性分析

以现有拱桥稳定计算理论为指导,建立了格丑沟特大桥主桥136m跨度铁路钢管混凝土系杆拱桥的空间有限元模型,给出了该桥在特定的荷载工况下的稳定系数及失稳模态,结果表明：结构的失稳主要表现在拱肋的面外失稳,弹性屈曲系数均大于一般要求(4~5),弹性稳定满足要求．考虑了非线性影响,对拱肋进行了逐级加载,得到了拱肋的极限荷载,并给出了拱肋达到极限荷载时各控制截面的竖向位移和横向位移,通过比较得出材料非线性对本桥稳定的影响大于几何非线性的影响．并以大量计算结果为依据,揭示了横撑布置形式、拱肋内倾角、矢跨比对该桥稳定性的影响．     

解析型几何非线性圆拱单元

为研究圆拱结构几何非线性内力和位移计算以及平面内稳定分析问题,基于圆拱几何非线性静力分析模型,构造了解析位移形函数,进而利用能量法和势能变分原理,构造了解析型几何非线性圆拱单元,给出了单元列式;同时将该文模型通过理论退化,得到了不考虑轴向变形的无压缩圆拱模型,进一步得到了解析型无压缩几何非线性圆拱单元,并将此单元应用于圆拱的平面内稳定分析。研究结果表明:采用本单元模型进行平面内分岔失稳分析得到的失稳临界荷载系数与经典Timoshenko模型、Dinnik模型及静力法模型计算结果一致,相对误差为0%;平面内分岔失稳的临界荷载与平面内极值点失稳的临界荷载一致。该文单元具有解析型、高精确性以及良好的适用性,可用于任意工况下圆拱结构几何非线性位移、内力和平面内稳定分析。     

钢桁腹杆-劲性骨架混凝土(SRC)组合拱极限承载力及简化计算研究

钢桁腹杆-劲性骨架混凝土（SRC）弦杆组合拱是一种新型的组合结构型式,结合了劲性骨架施工方便快捷和组合结构能大幅减轻结构自重的优点,有望进一步提高拱桥的跨越能力,具有良好的应用前景。该文以跨径为420 m钢桁腹杆-SRC组合拱桥的试设计为基础,进行了组合拱极限承载力的模型试验,试验结果表明,模型拱没有出现面外失稳破坏,结构呈整体破坏;组合拱沿拱轴线方向塑性变形速度要远大于沿截面高度方向,最后因塑性区域开展过大而丧失承载能力,破坏模式接近于钢管混凝土拱的极值点失稳破坏。而后对影响组合拱受力性能的参数进行有限元分析表明,组合拱极限承载力随着混凝土外包系数的增加而增大;腹杆与弦杆钢管的外径比可以提高组合拱的极限承载能力,但超过一定范围时,提高不显著;钢腹杆布置形式对组合拱极限承载力影响较大。最后建立了组合拱的极限承载力简化计算公式,可为此类新型组合拱结构的应用提供参考。     

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。     

渡水槽控制爆破

根据空腹式双曲拱渡槽的特点,进行结构力学分析,对拱式渡槽的关键部位即拱脚与槽台的结点约束力进行解除.采用双侧失稳爆破方案,使槽身及支撑结构一次性坍塌,然后对槽台进行钻孔爆破拆除,取得理想效果.     

钢管混凝土压弯拱非线性临界荷载计算的等效梁柱法

对于截面上同时存在轴力与弯矩共同作用的抛物线钢管混凝土压弯拱的失稳临界荷载,采用截面内力的相关方程进行了等效梁柱法的计算;对于相关方程中的稳定系数,采用了考虑矢跨比因素的系数K1和初始缺陷因素的系数K2的乘积形式来表达;对采用不同钢管混凝土结构理论体系中的相关方程进行拱的非线性失稳临界荷载计算进行了讨论。通过与试验结果和有限元结果的对比表明,该文所提出的等效梁柱法能方便且较精确地计算抛物线压弯钢管混凝土拱的极限承载力。     

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。     

大曲率圆弧深拱平面弹性稳定分析

大曲率拱中,截面形心轴与中性轴不重合,其截面抗弯惯性矩与不考虑曲率影响的截面面积二阶矩有一定的差别;当截面尺寸相对拱弧长来说较大时,此时拱为深拱,剪切变形的影响不能忽略。基于此认识,提出了考虑曲率、剪切变形影响的深拱平面弹性稳定分析方法,讨论了圆弧拱在径向均布荷载作用下的面内稳定问题,导出了临界荷载计算公式,比较了不同理论结果的差别,给出了弹性失稳与塑性屈曲的临界系数和临界圆心角,得出了一些重要结论。     

水平弹性支承圆弧钢拱的平面内极限承载力研究

支承于其他结构构件上的拱的支座约束可以用拱脚处的水平弹簧进行等效替代。利用ANSYS有限元程序,在考虑了几何缺陷、残余应力和材料非线性的基础上,采用大挠度变形理论对水平弹性支承拱进行了研究,分析了其极限强度和失稳特征。针对工字形截面,研究了不同荷载工况下支座刚度对拱的承载力的影响,得到了两者之间的变化关系和极限状态下支座位移的计算公式。使用已有的两铰圆弧拱设计公式对弹性支承拱进行了验算,并提出了实用的简化设计准则。     

集中荷载作用下弹性扭转约束层合浅拱的非线性面内稳定

该文研究了集中荷载作用下弹性扭转约束层合拱的非线性面内稳定,基于虚功原理建立了拱的微分平衡方程及屈曲平衡方程,追踪了拱的平衡路径,获得了屈曲临界荷载的解析表达,提出了修正长细比参数及柔度系数以表征拱的失稳模式,通过有限元模拟验证了解析结果的正确性,着重分析了铺层模式及边界条件对层合拱的屈曲及后屈曲的影响。研究结果表明:当长细比及柔度系数给定,层合拱的屈曲临界荷载随着开口角及修正长细比的增大而增大;铺层模式显著影响拱的屈曲临界荷载,随着90°铺层逐渐远离中面,拱的承载能力明显降低。     

钢管混凝土标准桁肋拱面外弹性稳定分析

以面外失稳的主要影响因素作为构造参数,对已建的钢管混凝土桁拱进行统计分析,构建一虚拟拱,然后参照实际桥例,建立了既有典型意义、又符合工程实际的标准拱.以标准拱为对象,进行面外弹性稳定性的参数分析.结果表明:钢管混凝土桁拱面外稳定性随着拱桥宽跨比增加而增大;拱顶横撑形式对面外稳定性影响较小;其他横撑影响较大,其有利作用从大到小依次为X 型与米字型、K 型和一字型;拱肋间横撑的疏密程度(拱肋的自由长度)影响较大;桁拱的弹性稳定系数随着矢跨比f/L 的增大呈现先增大后较小的趋势,在f/L=0.2~0.25时达到峰值;面外长细比越大面外稳定性越差,面外长细比在80~140区间影响较大,在140~220区间影响减弱.最后,对应用特征值求解拱的面外弹性分支计算方法进行了讨论.结果表明:计算时应以拱所受压力最大的荷载工况,且该方法的计算结果不能有效反映几何初始缺陷和横向力对结构真实的面外失稳破坏的影响.     

701黄河大桥控制爆破拆除

介绍了346m长的黄河大桥控制爆破拆除的主要设计原则和爆破参数的确定方法。根据拱形桥梁的结构特点，采取了桥墩、拱脚强化装药，拱顶、腹拱墩松动爆破的爆破方案。通过对桥梁稳定性分析，只对桥梁的主要承重部位布置了炮孔，充分利用了桥梁失稳后在其自重作用下的解体破碎效应，不仅减少了钻孔数量，而且也降低了炸药单耗，取得了良好的爆破效果和经济效益。所提出的关于拱形桥梁拆除的一些观点及设计参数对于同类工程具有一定的参考价值。     

高拱坝坝肩接触爆炸毁伤安全评价方法

坝肩稳定是高拱坝结构整体安全运行的基础,尽管高拱坝由于拱形受力特性具有较高的承载能力,但坝肩在遭受爆炸荷载作用后极易发生局部毁伤破坏,从而影响高拱坝结构的整体稳定性。着重对高拱坝遭遇水下接触爆炸毁伤后整体的安全稳定评价方法开展了研究,以刚体极限平衡法为基础,针对坝肩的毁伤破坏特征及毁伤面积,提出了拱圈沿右拱端面抗滑安全系数的评价准则,探讨了拱端面的损伤破坏对高拱坝沿拱端面抗滑稳定的影响。结果表明:坝肩接触爆炸主要引起接触部位坝体的压缩破坏和邻近拱端面的剪切损伤,而拱端面的毁伤将直接降低拱圈沿拱端面的抗滑稳定性,并最终导致高拱坝整体沿拱端面滑动失稳。     

拱坝抗曲折稳定再探

将大曲率圆弧深拱稳定理论引入到拱坝抗曲折稳定分析中,考虑了曲率和剪切变形对拱坝水平拱圈稳定的影响,给出了临界荷载的计算公式,并构造出无铰圆弧拱失稳时超越方程的一种高效的迭代格式解,提出了拱坝水平拱圈抗曲折系数的概念。通过对典型拱坝及失事拱坝进行抗曲折稳定校核,与实际工程十分吻合,得到如下结论:对于拱坝上半部分离坝顶不远处,拱圈容易发生整体曲折失稳,但因上部曲率和厚度较小,使曲率和剪切变形对水平拱圈稳定临界荷载的影响不大;对于拱坝下半部分不容易发生整体曲折失稳,但因下部曲率和厚度较大,曲率和剪切变形使水平拱圈抗曲折稳定临界荷载明显降低,而且剪切变形对拱圈稳定临界荷载的影响大于曲率的影响;坝体和坝肩岩体之间的连接越接近固支水平拱圈越稳定。该文结论对相关规范的制定有参考价值。     

基础竖向周期激励下GFRP圆弧拱面内动力稳定性实验研究

该文为探究铺层角度对基础竖向激励下GFRP圆弧拱平面内动力稳定性能的影响,开展了系统的实验研究。设计了6组不同铺层角度的圆弧拱试件,利用TIRA激振器模拟输出基础竖向周期激励,采用NDI三维动态采集仪采集圆弧拱的竖向动位移,根据测得拱的面内自由振动响应,分别通过快速傅里叶变换和自由衰减法获得拱的自振频率和阻尼比。通过扫频实测了GFRP拱的动力不稳定域边界,并与有限元计算结果进行对比,基本吻合。研究表明：当外部频率约为结构自身频率两倍时,结构会出现激烈的面内反对称振动现象,即为参数共振失稳;当激励加速度小于临界激发加速度时,拱处于定态振动;外激励大于临界激发加速度时,GFRP拱出现参数振动,并且随着加速度的增大,拱的振动愈发激烈;随着铺层角度的增大,拱的自振频率和临界激发加速度逐渐减小,阻尼比与不稳定域范围逐渐增大。     

复合材料加筋圆拱壳的失稳特性分析

本文应用增量形式的拉格朗日列式法对其有纵横加筋的迭层圆拱壳在均布载荷作用下的稳定性进行了非线性有限元分析。文中应用Sander 壳体理论及横向剪切的影响, 推导了矩形壳元及与该壳元变形相协调的直梁元和曲梁元的切线刚度矩阵。编制了FORTRAN 计算程序。计算并分析了加筋拱壳的局部及整体失稳过程。      

基于拱梁分载法的高薄拱坝水平拱圈曲折稳定评价

该文针对深山峡谷中高拱坝半径较小且截面尺寸较大, 曲率和剪切变形对临界荷载的影响较为明显的特点, 基于大曲率深拱问题在拱坝中应用的理论和经典的拱梁分载理论, 对《拱坝抗曲折稳定分析再探》中的算例重新校核, 重新定义拱坝水平拱圈的抗曲折稳定系数, 并结合柔度系数绘制两者关系曲线, 更直观的判定水平拱圈的稳定性。结果表明:对于拱坝的中上部, 拱圈起主要承载作用, 拱圈的稳定性较弱, 曲率和剪切变形的影响不明显, 容易发生失稳, 故在校核稳定时应当给予重视;对于中下部, 拱圈的稳定性较强, 但剪切与曲率的影响较为明显, 并且剪切变形的影响大于曲率的影响;高拱坝的柔度系数越大则拱圈曲折失稳范围越大, 柔度系数为10时坝高全范围拱圈将不曲折失稳。