斜靠式拱桥施工阶段静力性能分析

采用空间有限元方法建立平顶山市城东河路湛河斜靠式拱桥施工阶段受力分析的空间有限元计算模型,通过对拱肋的浇筑以及拱架卸架过程中的内力和位移、吊杆张拉顺序的计算,给出了各施工阶段桥梁构件应力和位移、吊杆索力等随施工阶段变化的规律:拱肋主要承受压力,弯矩较小;由于系杆梁预应力的作用,系杆梁全跨受压;吊杆索力分布比较均匀,对桥面系的线形控制作用比较明显;各混凝土构件总体处于受压状态,桥梁设计最大压应力小于材料容许应力,具有较大安全储备,桥梁的变形均在设计规范规定范围之内,表明该桥梁施工方案合理.计算结果已为该桥的施工监控提供参考.     

蒲山大桥力学性能分析

采用MIDAS／Civil软件建立蒲山大桥——下承式钢管混凝土系杆拱桥的空间有限元计算模型,分3种工况计算该桥在恒载和恒载＋活载作用下的桥梁力学性能,计算结果表明该下承式钢管混凝土系杆拱桥的系杆最大压应力值为-12．6MPa,拱肋最大压应力值为-120．0MPa,均小于材料的设计抗压强度;吊杆安全系数最小为3．17,满足规范关于最小安全系数不得小于2．5的规定,具有较大安全储备;该桥梁在汽车荷载作用下位移满足设计规范正常使用极限状态下的变形要求。本文计算结果已为该拱桥的设计复核提供了参考。     

基于应力平衡法的系杆拱桥吊杆力的优化

针对系杆拱桥的特点,提出了基于应力平衡法的确定合理吊杆力的方法.该方法的思路是以恒载作用下拱肋的截面上下缘的应力为控制条件,从而给出恒载作用下拱肋截面应力和弯矩的可行域.提出单位荷载法,以恒载作用下拱肋截面弯矩的可行域为目标,以吊杆力为变量,采用最小二乘法原理,确定合理的吊杆力,并指出为加快收敛速度可采用拱肋的最小弯曲应变能原理确定吊杆力的初始值.通过一算例验证了该算法的可行性.研究表明:采用该法可以使得拱肋截面弯矩位于拱肋截面弯矩可行域内,可确定合理吊杆力,并能使整个拱梁组合结构的受力状态处于最优状态.     

基于无应力状态法的下承式拱桥吊杆张拉次序优化

太和三桥为主跨152 m 的下承式钢管混凝土系杆拱桥,吊杆张拉施工时采用无应力状态控制法,以 成桥时吊杆实际内力与设计值的误差小于2% 为目标。由于系杆拱桥吊杆长度较短,张拉时锚头拔出量或回缩 量不易控制,容易产生较大误差,提出将伸缩量换算为张拉力进行施工控制,并对不同的吊杆张拉次序进行 对比分析,确保结构整体受力合理、张拉过程安全。建立全桥有限元模型,分析4 种张拉方案下的成桥吊杆 力、拱肋位移、系梁位移、拱肋应力和系梁应力。结果表明,四种方案的成桥吊杆力与设计成桥吊杆力都相 当接近,相比较而言,方案3 的成桥拱肋线性良好,系梁位移及应力值在张拉过程中变化相对平缓一些。     

斜靠式钢箱系杆拱桥成桥索力检测及稳定性分析

为研究斜靠式钢箱系杆拱桥(5片拱肋)的稳定性,依托引江济淮工程下承式斜靠拱桥——创新大道桥,对成桥后的斜靠拱桥进行吊杆索力检测;并建立考虑几何及材料非线性的斜靠式钢箱系杆拱桥有限元模型,借助索力检测数据分别与设计索力值和模拟值对比分析,前者评价桥梁吊杆整体张拉控制效果,后者验证斜靠拱桥模型的可靠性;进而对该斜靠式系杆拱桥的稳定性进行了研究。结果表明：实测值与设计值最大误差为3.91%,该斜靠式拱桥吊杆整体张拉控制效果较好;实测值与模拟值最大误差为0.63%,验证了模型的可靠性。其次,施工全过程拱桥结构的稳定系数满足工程要求;斜靠钢箱拱对下承式系杆拱桥稳定性提升程度为72%,斜靠式系杆拱桥的弹性稳定性能高低取决于拱肋面外失稳出现的难易程度,初始几何缺陷对斜靠式系杆拱桥的稳定承载力影响较大;斜靠拱和风撑两者协同工作能显著提高结构稳定承载力。最后给出该类系杆拱桥的设计建议,为同类工程施工和设计提供参考。     

基于蒙特卡罗法的大跨钢管混凝土拱桥结构可靠度分析

以一座大跨钢管混凝土拱桥为例,采用Midas/civil程序建立了桥梁有限元模型,分析了大跨钢管混凝土拱桥拱肋、吊杆等主要构件承载能力极限状态下的作用组合值,并建立了各主要构件的功能函数表达式;基于MATLAB程序,采用蒙特卡罗法对大跨钢管混凝土拱桥各主要构件可靠度进行了分析。结果表明:在正常使用条件下,该大跨钢管混凝土拱桥拱肋、吊杆等主要构件承载能力极限状态下的可靠度指标均大于5.2,满足规范目标可靠度要求;相比而言,吊杆可靠度指标最低,拱肋次之,而横梁、立柱和桥面板的可靠度较高。     

横梁刚度对分离式双箱梁拱组合宽桥受力性能的影响

以带横梁的分离式双箱主梁的某大桥为背景工程,利用大型通用软件ANSYS建立全桥的实体有限元模型。通过比较,实桥静载试验结果与有限元值吻合良好,验证了该有限元模型的正确性,并通过该有限元模型改变横梁厚度的方式,分析了横梁刚度对这种组合宽桥拱肋、主梁与横梁受力性能的影响。结果表明：随着横梁厚度的增加,拱肋的挠度与内力有小幅增加,而主梁与横梁的横桥向应力可有效地减小;但其厚度增大到一定程度后,州横桥向应力减小作用会减弱;背景工程的横梁设置合理可行。     

下承式钢桁结合梁桥的畸变分析

采用对下承式钢桁结合梁桥进行连续化处理的力学模型,考虑结构在畸变荷载作用下的变形特征,给出了结构的变形能.基于能量变分原理推导了下承式钢桁结合梁在畸变荷载作用下的近似解析解.通过一个下承式钢桁结合梁桥算例分析了结构在畸变荷载作用下的受力特性.结果表明:该桥的最大畸变位移约为双线对称活载作用下主桁最大挠度的1/3;主桁的应力水平较低,变化趋势与畸变位移相吻合;混凝土板顺桥向正应力,沿横桥向板端最大,正中为零,应力水平与双线对称活载作用下的相当.     

大跨度钢管混凝土拱桥地震响应分析

利用有限元法建立大跨度钢管混凝土拱桥的结构模型,计算其自振性能,应用时程分析法,计算该桥考虑吊杆张力和拱肋初始应力影响的动力特性和地震响应,并与不计吊杆张力和拱肋初应力影响的桥梁动力特性和地震响应进行了比较,分析了该拱桥的结构抗震反应.结果表明,初始应力对于拱肋的力学性能影响不大,并满足设计要求,本桥抗震性能良好.     

基于吊拉协同方法的钢筋混凝土系杆拱加固效果研究

针对湖州地区在役钢筋混凝土系杆拱桥,在长期荷载作用下产生的病害特点,采用吊拉协同主动加固方法以恢复原结构承载能力.利用Midas Civil软件进行有限元仿真分析,对结构加固前、后各主要构件的内力及位移状态进行了理论对比分析,并对加固后结构主要构件的应力及位移状态进行了实桥监测,通过理论分析与实测数据验证了钢筋混凝土系杆拱吊拉协同补强主动加固方法在工程应用中的实际效果.理论分析与实测数据表明:采用吊拉协同主动加固方法,使新吊杆发挥了良好的协同补强作用,使原混凝土刚性吊杆处于全截面受压状态,抑制了已有裂缝的开展,改善了原结构拱肋及系杆的受力分布状态,保证了结构的正常使用,提高了结构的安全性和耐久性,达到了预期加固效果,为日后同类型结构的加固方法提供了理论依据及实桥参考.     

空间扭转系杆拱桥吊杆张拉顺序优化

空间扭转系杆拱桥是一种新型桥梁结构。由于主拱肋采用扭转形式及吊杆锚固的特殊性,使得吊杆张拉变得复杂,在制定张拉方案时要确定最优的张拉顺序。为此,采用ANSYS建立有限元模型,在倒装法的基础上,以主拱肋指定截面应力、吊杆初始张拉力以及张拉过程中吊杆力为控制对象,给出一种循环计算方法用于求解最优顺序。通过在马鞍山市阳湖大桥施工监控过程中的应用,证明该方法的合理性与实用性。     

湘江某引航道系杆拱桥静载试验研究和数值模拟

湘江某引航道系杆拱桥运营时间已达10年以上,拱肋、吊杆及钢绞线等受到不同程度的损伤,为了验证该桥是否满足设计和使用要求,对该桥现场进行了汽车静载试验,并建立了全桥的有限元分析模型,进行了对比分析,试验结果表明：拱肋、桥面及吊杆的变形与空间有限元计算结果比较接近,大部分测点的挠度小于理论计算值,相对残余变形很小,因此可以判断结构处于弹性工作状态;大部分测点的效验系数在0.70～1.00之间;部分效验系数偏大的测点,其挠度绝对值非常小,挠跨比远远小于规范值,因此可以判断该桥梁的整体刚度满足设计要求.     

双铰型上承式镰刀形拱桥关键构件受载性能研究

某双铰型上承式钢筋混凝土拱桥,外形呈镰刀形状,拱肋截面形式根据弯矩分布规律相应变化。建立空间有限元模型,分析了拱桥主要构件在关键施工阶段及成桥状态下的内力分布规律,并对该拱桥在施工过程中的应力状态及变形情况进行监测与控制。有限元计算及施工监测结果均表明,该桥内力分布均匀,有很好的刚度,各关键构件受载性能满足要求。拱肋除施工中体系转换时出现过拉应力外,其余均受压,应力在规范允许范围内,且拱轴弯矩较小,说明拱轴设计合理。该桥型在今后的工程实践中值得进一步推广。     

钢管混凝土柔性系杆拱桥施工阶段的静力计算分析

以某大桥为工程背景,采用空间有限元分析方法,对下承式钢管混凝土简支柔性系杆拱桥进行了施工阶段的静力分析与计算;介绍了该类型桥梁结构施工阶段有限元模型的建模要点及其边界条件,并分析了拱肋的位移、应力以及吊杆、系杆的拉力等随施工阶段变化的规律.计算结果表明,该施工阶段静力计算方法较为符合简支拱桥各个施工阶段的受力特点,是可行的,其计算结果可以作为施工监测分析的重要参考.     

尖湖拱桥拱肋施工监控应力分析

在尖湖桥施工监控中,采用有限元软件建立拱桥结构模型,分别对浇注拱肋混凝土、第一次张拉吊杆和成桥后三种状况下的拱肋进行受力分析计算,并与实际检测数据进行对比。结果表明,拱肋内混凝土刚度对模型结果影响较大;成桥后模型可以模拟拱桥的实际受力状态,并为施工监控提供理论支持。     

钢管混凝土拱桥日照温度应力分析

为研究日照作用下钢管混凝土拱肋截面温度自应力分布情况,以成贵铁路西溪河大桥为背景,利用有限元软件ANSYS建立了拱脚处实腹式拱肋截面及拱顶处哑铃型拱肋截面二维模型,并采用间接法对两类截面温度自应力进行数值分析。结果表明:拱肋截面关键测点温度计算值与实测值差别较小,截面各节点温度计算值可用作求解温度应力的荷载条件;14时截面温差最大,达到了23.19℃,为最不利温差;哑铃型截面应力分布与实腹式截面上弦管应力分布相似,钢管与混凝土截面交界处受压应力作用,核心混凝土受压应力作用。通过对复杂拱肋截面温度自应力的研究,为保障温度效应作用下钢管混凝土拱桥的安全性设计提供了一定的理论依据。     

下承式钢箱系杆拱桥局部结构有限元分析

吊杆与钢箱拱肋锚固连接处是下承式钢箱系杆拱桥受力的关键部位.针对正在设计中的重庆市江津区滨州路工程的下承式钢箱系杆拱桥,采用大型通用有限元软件ANSYS,对其吊杆锚固结构进行局部受力分析,并对分析结果进行了对比和综合评价,结合分析提出了一些观点.     

连续多跨矮塔斜拉桥力学性能分析

以开封黄河二桥主桥为研究对象,采用有限元程序Midas/civil对该桥进行了力学性能分析.计算结果表明:由于该桥塔高与跨径之比较大,斜拉索承担较多的竖向荷载,能有效降低主梁支点截面的高度和内力;主梁的内力与变形表现为多跨连续梁的受力特点,主梁基本全截面受压,轴力分布较为均匀,在桥塔根部支点处出现较大正弯矩,跨中出现负弯矩;主梁刚度较大,整体变形以向上为主,变形量较小;主塔只起到拉索转向块的作用,纵向受力较小,故各塔顶纵桥向位移较小,在中等跨径范围内,可采用多跨矮塔斜拉桥方案解决普通多跨斜拉桥的刚度问题;每根塔柱两侧拉索的拉力由内向外依次小幅增大,总体分布均匀,边跨索索力最大,活载作用引起的拉索应力增幅较小;桥梁结构在非对称活载作用下的受力更为不利;各构件控制截面应力及变形均在桥梁设计规范规定范围内,且具有足够的安全储备,桥梁结构受力合理.     

上承式钢管混凝土桁拱温度作用取值与温度效应分析

为研究钢管混凝土拱桥的温度作用取值和温度作用效应,以一座上承式钢管混凝土桁拱为工程背景,应用通用有限元程序ANSYS结合气象资料,对温度作用取值(合拢温度、有效温度)进行了计算分析,在此基础上,分析了温度变化对拱脚实腹段应力的影响,并对该桥合拢温度的合理取值进行了探讨。分析表明:拱肋的合拢温度值比月平均气温高出2℃左右,最低有效温度比日平均最低温度值低5℃左右,最高有效温度比日平均最高温度值高6℃左右;从降低温度作用产生的效应方面考虑,拱肋的合拢时间应选择在月平均温度接近于年平均温度的时段;腹杆的温度变化对拱脚的应力影响较小,由于拱脚实腹段的构造与腹杆的构造不同,实腹段温度变化对拱脚的应力有较大的影响。     

六线简支钢箱叠合拱桥拱肋力学分析

以北京丰台站六线简支钢箱叠合拱桥为工程背景,利用MIDAS/Civil建立六线简支钢箱叠合拱桥的有限元模型,对成桥状态下的拱肋在不同工况下的受力情况进行分析,在三线偏载情况下拱肋竖向位移达到最大值129.3 mm,比六线全载情况下稍增加3.7 mm,拱肋最大压应力达到208 MPa,比六线全载情况下稍增加7 MPa,在三线偏载情况下对拱肋受力最不利,但拱肋位移及应力均满足规范要求,在使用阶段的安全性得以保证。分析了温度对拱肋位移的影响,拱肋各部位竖向位移变化呈抛物线形,随着拱肋与拱脚之间距离的增加,竖向位移值增大,在拱顶处达到最大值,拟合出了拱肋位移与温度之间的关系,为预测六线简支钢箱叠合拱桥的温度变形提供相关依据;同时分析了拱肋与主梁刚度比变化对拱顶在不同温度下的竖向位移进行了分析,提高拱肋刚度可以减小拱肋竖向位移。