高速公路下承钢桁梁桥采用组合桥面和钢桥面的计算比较分析

下承式简支钢桁梁桥在工程中应用广泛。文章以某高速公路90 m跨度钢桁梁桥为研究对象,设计钢混组合桥面和钢桥面两种方案,采用Midas/Civil软件建立有限元模型,根据计算结果对比全桥整体变形,比较分析主桁杆件、组合桥面横梁、钢桥面横肋的应力,估算两种方案桥面板的重量。计算分析表明:两种方案变形、应力均满足要求,组合桥面经济性好、刚度更大、铺装便捷耐久,但桥面较重、施工复杂;钢桥面重量小、主桁受力更优、施工方便,但造价偏高,铺装困难、耐久性差。     

高速铁路下承式系杆拱桥桥面形式的研究

通过有限元分析,对采用结合梁桥面和整体钢桥面两种桥面形式的下承式钢系杆拱桥的竖向刚度、系梁和拱肋的内力、桥面系统的内力和自振特性进行对比分析。计算结果表明:两种形式的竖向刚度基本上相等;系梁和拱肋的内力后者略优于前者,并且不均匀降温对前者更不利;端部横梁都存在较严重的应力集中,方案一对温度荷载很敏感;日照引起的局部温差能较大的增加方案一混凝土桥面板的拉应力值;方案二的纵梁、加劲横梁和桥面板的组合应力都较低。提出整体钢桥面为适合于我国新建高速铁路下承式钢系杆拱桥的合理桥面形式。     

钢-混凝土空间组合壳体结构静力破坏试验

为研究钢-混凝土空间壳体结构在静力荷载下内力响应、破坏过程与失效机理,以球面钢-混凝土组合肋壳为对象,设计并制作整体结构和组合肋网2个缩尺模型,节点施加集中荷载进行结构破坏性试验。加载初期,两个试件变形均很小,整体结构模型中薄壳主要承受薄膜压力,组合肋中为轴压力;随着荷载增大,在组合肋壳加载壳面区域附近出现微小裂缝,组合肋网中加载点附近区域的混凝土与钢肋间出现微开裂。当壳面顶部出现交叉型裂缝,在一个加载点混凝土壳面压碎,下部组合肋节点混凝土部分也被压碎,在加载点附近形成局部塌陷区时,结构发生破坏;组合肋网模型中加载点处出现组合肋节点混凝土压碎,钢肋板出现局部褶皱,与圈梁相交的组合肋中钢肋板与混凝土间出现裂缝。试验结果表明:组合肋壳发生局部强度破坏;组合肋网由于局部杆件失效而发生破坏,试验测得组合肋壳最大承载力约为组合肋网的3倍,两个试件的荷载-位移曲线都表现出较好的延性。     

考虑整体提升式脚手架刚度的钢桁架结构安全性有限元分析

以上海某酒店大楼改扩建工程项目为背景,结合钢桁架作过渡体系、外立面附着整体提升式脚手架的施工工况,对该工况下钢桁架结构与脚手架在拉结作用下共同变形、相互影响的实际问题,采用MIDAS有限元软件,分别建立了考虑整体提升式脚手架刚度的钢桁架整体模型和将脚手架作为竖向荷载的钢桁架独立模型,并进行对比分析。结果表明,在风荷载控制条件下,考虑整体提升式脚手架刚度的钢桁架结构变形、应力、柱底反力相对减小,钢桁架结构满足安全稳定性要求。     

大跨斜拉桥钢箱梁正交异性桥面详细应力计算和桥面优化研究

正交异性钢桥面箱梁广泛应用于大跨斜拉桥,顶板厚度和纵肋规格是最重要的结构参数。为研究正交异性钢桥面结构设计关键参数对受力的影响,以广东省江顺大桥主跨700 m混合梁斜拉桥为研究对象,建立大规模全桥结构组合有限单元模型;选取桥面U肋板厚和顶板厚两个关键参数作为变量,考虑这两个厚度的不同组合,采用标准车辆荷载、超重车辆荷载、标准疲劳车辆荷载和欧洲LC标准荷载分别作用在主车道和重车道上,对比计算了22种荷载工况,通过计算详细了解不同参数变化时桥面结构的详细应力分布和控制应力的变化。     

正交异性钢桥面板受力特征研究

论述正交异性钢桥面板的结构受力特点,对易出现裂纹的构造受力情况进行分析。通过ANSYS有限元软件,分别对公路正交异性桥面和铁路正交异性桥面建立模型,在移动荷载作用下,对桥面的竖向变形、横隔板部位的面外变形,以及U肋与腹板交叉部位构造的应力变化规律进行分析。研究结果表明:弧形缺口处面外和面内的变形、U肋与面板、U肋与横隔板交叉焊缝的起焊点和弧形缺口部位的最小净截面处的应力是引起正交异性板疲劳的主要因素,其主要受相邻2个横隔板范围内荷载的影响;荷载在桥宽方向只影响与其相邻(左右两侧)的两个U肋的肋角应力。     

中山异型拱桥力学性能试验及模拟分析

中山异型拱桥是由两条倾斜的钢拱肋、桥面曲线钢箱梁及倾斜的吊杆组成的多元空间体系,属于特殊的空间钢肋拱桥,受力复杂。为研究其力学行为,进行了缩尺模型试验。介绍了该桥模型试验的目的、模型设计原则、测试工况、加载方案以及应变和变形测点布置情况等,给出了几个主要荷载工况下模型试验的主要结果。同时利用ANSYS软件建立空间有限元模型,对其静力、动力性能进行了理论分析。试验数据与理论数据比较接近,证明该桥设计是合理、安全的。     

高速铁路下承式系杆拱桥桥面形式的研究

通过有限元分析,对采用结合梁桥面和整体钢桥面两种桥面形式的下承式钢系杆拱桥的竖向刚度、系粱和拱肋的内力、桥面系统的内力和自振特性进行对比分析.计算结果表明:两种形式的竖向刚度基本上相等;系梁和拱肋的内力后者略优于前者,并且不均匀降温对前者更不利;端部横梁都存在较严重的应力集中,方案一对温度荷栽很敏感;日照引起的局部温差能较大的增加方案一混凝土桥面板的拉应力值;方案二的纵粱、加劲横梁和桥面板的组合应力都较低.提出整体钢桥面为适合于我国新建高速铁路下承式钢系杆拱桥的合理桥面形式.     

中承式钢桁架拱桥静载试验研究

以某中承式钢桁架拱桥为工程背景，通过理论分析结合现场荷载试验，对其成桥运营状态的承载能力进行了评估。首先根据理论分析确定试验荷载、加载工况和加载方式；然后通过静载试验测定了该桥不同静载工况下各控制截面的挠度和应力状态。结果表明：静载试验的应力和挠度实测值均小于理论计算值，结构刚度、强度均满足规范要求，结构性能满足设计荷载正常使用要求。     

公路纵横梁组合桥面和密横梁组合桥面下承钢桁梁桥的计算对比

为研究不同组合桥面形式对钢桁梁桥力学性能的影响,文章以90 m跨度公路下承式组合桥面简支钢桁梁桥为研究对象,采用有限元数值模拟的方法,按纵横梁组合桥面和密横梁组合桥面分别建立整体有限元模型,计算对比分析两种组合桥面钢桁梁桥各项力学指标。研究表明:密横梁体系较纵横梁体系可有效减小桥梁活载挠度以及下弦杆和横梁正应力;密横梁体系混凝土桥面板表现为纵向和横向受力均相对不利;纵横梁体系桥梁较密横梁体系桥梁用钢量少,经济性较好。     

鱼腹式钢箱梁正交异性桥面板复合铺装层有限元分析及试验研究

针对某大宽跨比鱼腹式钢箱梁正交异性桥面复合式铺装层的优化设计,进行多荷载工况作用下的有限元仿真分析,并辅以静载模型试验,分析铺装层各部分的应力分布规律。理论分析及试验结果表明,桥顶板表现出明显的正交异性特征,合理密度的剪力钉增加了桥面铺装各部分间的黏结能力及整体受力性能。两组试件疲劳试验结果表明,增设剪力钉辅以钢纤维混凝土过渡层的复合桥面铺装结构,经830万次疲劳加载试验没有出现疲劳破坏迹象,抗疲劳性能明显优于沥青混凝土直接摊铺于钢箱梁顶板表面的桥面铺装,钢纤维混凝土层能延长桥面铺装的使用寿命。     

中承式连续梁拱组合桥拱梁固接区受力性能模型试验研究

高速铁路中承式连续梁拱组合桥拱梁固接区域结构的构造和受力复杂,依托该类型某高速铁路桥梁工程实际,以拱梁固接区域为研究对象,以1∶4缩尺模型试验和空间有限元仿真分析相结合的方法,研究结构的传力路径和应力分布规律。简要介绍了模型缩尺原则、加载体系确定和应力测点布置。试验与仿真分析结果表明:横梁会导致主拱肋发生面外弯曲,使有横梁一侧主拱肋腹板、内填混凝土应力大于无横梁一侧,并且在横梁与主拱肋连接位置出现应力集中;主拱肋与主纵梁连接位置也有应力集中。但是,固接区域结构总体应力水平较低,整体表现为弹性工作状态;结构传力路径明确,应力分布合理,满足承载能力要求。     

施工初应力与长期荷载作用下内配型钢的方钢管混凝土轴压柱受力性能研究

为研究内配型钢的方形钢管混凝土构件在施工初应力和长期荷载作用下的力学性能,基于合理的材料本构,采用有限元软件ABAQUS建立了考虑这两种荷载作用的有限元模型,通过相关试验验证了模型的有效性。在此基础上,对典型内配型钢的方形钢管混凝土柱分析了该类构件各部件间受力机理和破坏形态,并分别与其一次加载时以及方钢管混凝土考虑初应力和长期荷载作用时的承载力变化进行了对比。结果表明:考虑施工初应力和长期荷载后,构件在施工初应力和长期加载阶段产生了初变形;在长期持荷阶段,主要由钢管和型钢受力,构件整体徐变率较小;而再加载阶段,主要由混凝土受力。与一次加载相比,初应力和长期荷载作用下构件承载力增大不显著,但与未配型钢的钢管混凝土相比,承载力增大明显;型钢的存在有效约束了混凝土横向的膨胀变形。     

公路钢箱梁正交异性板桥面国内外规范荷载作用局部应力计算与比较

针对适于公路钢箱梁正交异性板桥面局部应力计算的车辆轮轴荷载,分析中国、美国、加拿大、日本、英国和欧洲桥梁设计相关规范之间的差异。选择8种规范荷载,根据车轮触地面积,考虑50mm厚铺装层对荷载的扩散效应,确定各规范荷载的加载面积。选择钢箱梁典型结构,计算各荷载作用下桥面局部应力,对吊索中点加载模式,比较该位置顶板顶、底面横向应力和纵肋底面纵向应力;对吊索支点加载模式,比较顶板顶、底面纵向应力。最后,不考虑铺装层扩散效应,进一步计算比较各荷载作用下的上述应力。研究表明,按照我国公路I级荷载计算所得桥面局部应力偏低,加载面积的形状和大小对桥面局部应力影响明显。     

钢-混凝土组合梁桥沥青混凝土铺装层力学响应

采用有限元分析方法,在考虑桥梁整体变形与局部车轮荷载共同作用的条件下,对钢-混凝土组合梁桥桥面铺装体系进行了力学分析,并与普通路面结构计算模型进行对比,总结出钢-混凝土组合梁桥桥面铺装受力特点,找出了最不利轮载作用位置,确定了铺装层设计控制指标,为钢-混凝土组合梁桥桥面铺装受力分析提供了理论基础。     

等向应力下原状黄土的压缩及增湿变形特性研究

 用非饱和土三轴剪切渗透仪,在等向应力条件下对原状黄土进行增湿–加载,加载–增湿及加载–增湿–加载3个系列加载增湿路径试验,分析吸力对压缩变形和加载屈服特性的影响,探讨增湿时应力对变形及屈服特性的影响,通过对单线法及双线法的试验结果对比,确认原状黄土的增湿体积变形与加载增湿路径有关,加载及增湿屈服线不具有唯一性,进而提出等向应力条件下原状黄土的弹塑性体变模型。研究结果表明：吸力及应力分别对屈服前压缩及增湿变形特性指标几乎没有影响,而对屈服后的指标皆有明显的影响;单线法与双线法确定的增湿体积变形皆随应力的增大而先增大后减小,峰值点处应力与吸力丧失程度及加载增湿路径无关,且近似等于天然状态土样的初始屈服应力;增湿变形与加载增湿路径有关,单线法的值比双线法确定的值小,差值随增湿程度增大而减小,增湿至饱和时2种方法确定的湿陷变形近似相等。对于相同的塑性体应变,吸力减小屈服线位于加载屈服线之下方,二者随塑性体应变的增大而耦合联动扩大。提出的弹塑性体变模型可以较好地预测不同吸力下的压缩变形,比采用唯一加载湿陷屈服线的模型更好地预测不同应力下增湿变形。     

简支小箱梁桥横向应力分布模型试验研究

为研究简支小箱梁桥横向应力分布规律,以某实际小箱梁桥为背景,进行了小箱梁桥室内模型试验。按照1∶20的比尺制作简支小箱梁桥模型,采用砝码进行静态加载,测定了在不同工况下简支小箱梁桥的挠度和应变,并假设梁受力大小和梁的挠度成正比,从而得到其应力的横向分布规律。试验结果表明:远离荷载作用的位置,小箱梁的挠度减小,不同的工况下,挠度减小的幅度不一致;荷载越靠近梁的中间,梁的挠度越小;荷载作用附近的挠度和弯矩分布最不均匀,距作用点越远,梁的受力情况越合理;可通过在小箱梁桥的中间增加内横梁以改善其受力情况,提高其承载能力。     

钢-混凝土拱肋混合接头模型试验研究

钢-混凝土拱肋混合接头充分利用了钢和混凝土的受力特点,将钢拱采用混凝土外包,形成箱型截面混合梁结构,通过在弦杆间浇筑混凝土板以形成双叠合梁结构,且两种结构形式在结合处形成钢-混凝土结合拱肋混合接头。通过1∶5大比例结构模型试验,分别研究了钢拱肋合龙工况(工况1)、成桥工况(工况2)、主力组合工况(工况3)、主+附组合工况(工况4)、1. 5倍主力组合工况(工况5)的加载试验,研究钢-混凝土结合拱肋混合接头受力特性、传力机理、变形和承载能力,验证接头设计的强度、刚度、稳定性是否满足GB 50917—2013《钢-混凝土组合桥梁设计》要求,进而对钢-混凝土结合拱肋混合接头提出构造优化建议。研究结果表明:所有工况的试验过程中拱肋主要部分处于弹性状态,钢结构未出现塑性变形及失稳等现象,应力水平满足GB 50917—2013要求,结构承载能力满足设计要求。有限元计算提出的优化措施效果在模型试验中得到了验证,实桥设计可按优化后方案进行。     

玻璃纤维增强复合材料输电桁架塔结构静力性能试验研究

为探究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)输电桁架塔的结构整体受力性能,对1个采用GFRP的220 k V输电桁架塔足尺模型开展试验。该输电桁架塔高8.75 m,由高1.25 m的钢质地线支架和高7.5 m的GFRP塔身以及GFRP横担组成。通过钢丝绳和反力墙对桁架塔进行加载,模拟该结构在3种不同设计荷载工况作用下的受力情况。试验结果表明:GFRP桁架塔在各荷载工况作用下产生了较大的弹性变形,而结构中各杆件的应力值均较小,在最不利荷载工况作用下的最大应力远低于材料的强度设计值。这表明,GFRP输电桁架塔的整体受力性能良好,可以满足输电工程的设计使用要求。     

装配式钢箱梁桥面柔性铺装结构力学分析

该文选定钢箱梁柔性桥面铺装体系为研究对象,运用局部箱梁段分析法,以铺装层和钢桥面板作为整体,应用ANSYS软件,针对正交异形板、铺装层构建三维有限元模型,探讨了车轮荷载作用下钢桥面板界面、柔性铺装层的变形分布规律、应力状况等。研究发现,在轮载增加的同时,表面最大弯沉、横向拉应力等均随之而增大;铺装层中拉应力值较小,铺装层与钢板间剪应力较大;横向拉应力为柔性铺装中拉应力的主要控制指标;正交异性板的刚度突变位置处应力值往往达到最大。研究结果对钢桥面铺装设计和施工具有一定的指导作用。