基于可靠度指标的桥梁安全评估分级方法

针对目前桥梁结构安全状态评估分级方法主观性强、费用较高的问题,本文采用基于人工神经网络改进响应面法进行结构极限承载力可靠度分析,提出了基于可靠度指标的有效极限承载能力比作为结构安全状况分级指标,以实现桥梁安全状况的定量分析。以一座钢管混凝土拱-连续梁组合体系桥梁为例,计算了钢管混凝土拱、预应力混凝土主梁、吊杆三种构件的极限承载能力可靠度指标,得到的以有效极限承载能力比为指标的结构状态评估结果与规范评定结果误差在5%以内,说明该方法能够有效实现结构安全状况分级评定。     

中承式钢管混凝土拱桥弹塑性地震时程分析

借助ANSYS软件,采用动态增量法IDA(Incremental dynamic analysis)方法,以Elcentro波为基本地震波,对一大跨中承式钢管混凝土拱桥进行了不同峰值加速度地震作用下的三维弹塑性时程分析。引入包括拱肋节点位移、位移延性系数及应变能在内的多个响应指标,并依据B-R准则最终确定了本文算例在地震作用下的动力稳定极限承载力,研究了大跨钢管混凝土拱桥的抗震性能及其在强震作用下的破坏机理,对大跨钢管混凝土拱桥的抗震设计给出指导。研究表明,大跨钢管混凝土拱桥在强震作用下的动力破坏是结构位移和塑性发展共同作用的结果,结构位移最大处发生于拱顶附近,塑性发展程度最深的杆件位于拱脚附近,峰值加速度对于结构构件进入弹塑性工作阶段后的变形能力无显著影响;并得出评价分析大跨钢管混凝土拱桥抗震性能及其在大震作用下的破坏机理时采用刚度、延性等多项指标更为必要和全面的结论。     

基于混合算法的大跨度钢管混凝土拱桥正常使用可靠度评估

基于《公路钢管混凝土拱桥设计规范》和《钢管混凝土拱桥技术规范》系统的构建了大跨度钢管混凝土拱桥正常使用可靠度评估模型.针对钢管混凝土拱桥功能函数隐式化及高度非线性的问题,将BP神经网络、均匀设计法及改进JC法综合运用,提出了适用于这类复杂结构可靠度分析的混合算法,通过数值算例和实际结构验证了该算法的可行性和准确性.实桥工程评估表明:在正常使用极限状态下,大跨度钢管混凝土拱桥各构件可靠度水平差异较大,主拱应力和挠度可靠指标均远超规范的规定,具有较大的优化空间;横梁和立柱应力可靠指标偏低,应引起设计的注意.     

大跨中承式钢管混凝土拱桥极限承载能力

分析了大跨中承式钢管混凝土拱桥在设计荷载工况作用下的静力失稳全过程,对其受力特性及破坏机理进行了探讨,并对桥面系非保向力作用对结构稳定性的贡献进行了讨论。结合ANSYS软件的分析功能,对一360 m跨的中承式钢管混凝土拱桥进行了荷载工况-恒载+全跨双向汽车荷载+全跨双向人群荷载+风荷载-作用下的极限承载能力分析,通过内力、变形等指标描述了算例的静力失稳全过程。分析结果表明,结构达极限荷载时发生的面外失稳破坏属于典型的极值点失稳问题,在此过程中,桥面系对拱肋的非保向力作用对结构面内、外刚度均有贡献,且在拱肋弹性受力阶段贡献更大。     

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.     

基于ANSYS的脱空钢管混凝土拱桥极限承载力分析

钢管混凝土拱桥中拱肋脱空问题比较普遍,本文对一实例钢管混凝土拱桥进行全桥有限元分析,对主要受力构件拱肋考虑了材料非线性和几何非线性。在恒载情况下,对不同空洞比率下动力稳定性进行了分析;在考虑半幅布载和全桥布载情况下,对不同空洞比率下桥梁的极限承载力进行了分析。分别将计算结果与没有空洞的桥梁进行对比,得出一些结论,对脱空钢管混凝土拱桥的评价和加固有一定借鉴作用。     

基于行人舒适度的大跨度飞燕式钢管拱桥设计参数研究

以某大跨度飞燕式钢管混凝土拱桥结构阻尼比、吊杆数量、吊杆形式、拱肋倾角、桥面板类型、横梁刚度等主要设计参数为研究对象,采用车桥耦合振动计算软件VBC,分析了不同条件下桥梁结构振动及行人舒适度指标,得到了各种设计参数对行人舒适度的影响,可供类似工程设计参考。结果表明,拱上立柱和吊杆数量、拱肋平面倾角(设置风撑)、吊杆布置形式等设计参数对行人舒适度无明显影响;阻尼比、钢端横梁刚度、普通钢横梁刚度越大,结构振动越小;采用混凝土桥面板比采用钢桥面板结构振动小;设置风撑对人行道振动有一定抑制作用。     

斜靠式钢管混凝土异形拱桥非线性稳定分析

斜靠式拱桥是在无风撑拱桥基础上发展起来的一种新型拱桥结构型式.针对此类钢管混凝土异形拱桥的特点对其非线性稳定求解机理和方法进行了分析介绍,以一座拟建的大跨径斜靠式拱桥为例,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分工况对其成桥状态进行了线弹性、几何非线性和双重非线性稳定分析计算.同时分析了其主要结构参数(矢跨比、斜拱倾角、横撑数量及位置)对非线性稳定性的影响.计算分析发现:斜靠式拱桥的失稳形式一般表现为面外拱肋侧倾失稳;几何非线性对斜靠式拱桥稳定极限承载力影响较小,要准确的分析其稳定极限承载力必须采用双重非线性的分析方法;横向静风和桥上荷载分布对结构稳定有一定影响而对结构变形影响显著;结构稳定性与矢跨比和斜拱倾角增加均成正比,靠近拱脚和L/4处横撑对结构稳定性影响较大.     

大跨中承式钢管混凝土拱桥的自振特性及稳定性

对一大跨中承式钢管混凝土拱桥分别进行了自振特性分析及稳定性分析,研究了设计荷载、拱肋矢跨比、拱面内倾角对大跨中承式钢管混凝土拱桥自振特性、弹性稳定性及弹塑性稳定性的影响。研究表明,降低拱肋矢跨比或将拱面内倾均可有效改善大跨钢管混凝土拱桥的横向面外刚度,提高结构的面外振动频率,并使结构稳定性呈现不同的变化规律。综合考虑自振特性及弹性稳定性两种分析结果比单纯依靠自振特性分析结果评价结构参数取值更合理。本文讨论的360m跨度中承式钢管混凝土拱桥矢跨比宜在1/4附近取值,拱面内倾角度不宜超过10°。     

钢管混凝土拱桥上部结构设计计算分析

钢管混凝土拱桥具有跨度大、景观好、建筑高等特点,在国内日趋广泛使用．以浙江省临安市昌化镇双塔大桥为例,介绍了其整体设计以及拱肋、系梁、吊杆等主要构件的设计特点,并采用有限元分析软件MidasCivil进行了全桥静力结构分析．计算结果表明该桥结构形式及截面尺寸合理,满足规范要求．     

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。     

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ANSYS的钢管混凝土拱桥吊杆受火力学性能研究

高温下钢管混凝土拱桥力学性能易发生变化而丧失承载力。为对探求合理的防火设计方法提供支持,运用ANSYS热分析模型开展钢管混凝土拱桥吊杆受火力学性能研究。通过数值模拟与试验数据对比验证ANSYS热分析模型的合理性,在此基础上分析吊杆受火对钢管混凝土拱桥桥面、拱肋线形及吊杆内力影响。研究表明:吊杆受火对距其30 m以内的桥面变形及吊杆轴力影响较大。本文研究可为此类桥梁防火设计及灾后修复提供借鉴与参考。     

中承式钢管橡胶混凝土拱桥抗震性能研究

文章研究了橡胶混凝土对钢管橡胶混凝土(RuCFST)拱桥抗震性能的影响。通过建立RuCFST拱桥的有限元模型,针对不同的橡胶含量对拱桥进行了模态和非线性动力时程分析,并基于变形-能量的双重破坏准则给出了拱肋地震破坏指数DI的计算公式,对拱桥进行了地震作用下的破坏评估。分析结果表明:钢管橡胶混凝土拱肋使拱桥的自振频率降低;在地震反应中,钢管受力增大,而核心橡胶混凝土受力减小;在0.2g加速度峰值的地震作用下,拱肋混凝土为NC、RuC5和RuC15时拱肋的破坏指数分别为0.156、0.145和0.170,拱肋混凝土橡胶含量为5%时拱桥的抗震性能较好。     

基于统一理论的钢管混凝土拱桥稳定性分析

基于GB 50923-2013及JTG/T D65-06-2015两种钢管混凝土拱桥规范对拱肋刚度取值的差异,利用15组钢管与混凝土组合依据两种规范规定的方法计算拱肋刚度,并利用ANSYS分别基于两种拱肋刚度取值方法模拟单拱肋试验,分析两种规范对拱肋刚度取值的合理性. 最后以一标准钢管混凝土拱桥为对象,利用统一理论建立有限元模型,分析横撑对其稳定性的影响. 结果表明：两种规范对拱肋刚度的计算结果误差在10%以内;利用ANSYS采用统一理论模拟单拱肋比采用双单元法建模更为方便快捷,且模拟结果更符合试验结果. 横撑形式为“X”撑时,拱桥稳定系数比“H”撑、“K”撑及“一”字撑分别高出4.3%、0.6%及17.8%;横撑数量由0增加到2时,标准钢管混凝土拱桥稳定系数提高41.2%,提高速率最快且继续增加横撑数量,而稳定系数提高速率有所降低;在1/4跨至5/8跨之间设置横撑可以使钢管混凝土拱桥稳定性达到最优的效果.     

设计参数对钢管混凝土系杆拱桥力学性能的影响分析

以中承式钢管混凝土系杆拱桥为计算实例,采用通用软件ANSYS建立了拱桥的有限元计算模型,通过改变其主要设计参数,对该类桥梁在恒载作用下的受力情况进行了对比分析,得出了不同矢跨比、拱轴系数、主拱拱肋含钢率等设计参数对拱桥各控制截面内力、应力、位移变化的影响规律.研究结果表明:改变矢跨比和拱轴系数对系杆拱桥在恒载作用下的内力有较大的影响,且对恒载作用下全截面弯矩的影响比对轴力的影响更为显著;改变钢管的壁厚对于主拱肋各控制截面的轴力、弯矩及应力影响不大.该计算结果可为优化同类桥型的设计提供参考.     

脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

为了解单圆管钢管混凝土拱桥脱粘后受力模式改变带来的受力性能变化,采用有限元方法计算了脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥面内极限承载力的影响,基于完全脱粘计算假定,构造了钢管与混凝土之间的连接单元,编制了考虑几何、材料双重非线性的面内极限承载力计算程序,并对无初应力和成桥状态下4种荷载作用方式的面内极限承载力进行计算分析.结果表明:完全脱粘使跨中集中力、L/4集中力和半跨均布荷载作用下的面内极限承载力变化不明显;而使全跨均布荷载作用下的面内极限承载力降低较大.对于单圆管钢管混凝土拱桥,在全跨均布荷载作用下,完全脱粘使得面内极限承载力下降可达10%左右.     

钢管混凝土拱桥弹塑性极限承载力分析的截面内力塑性系数法

结合钢管混凝土的本构关系模型，基于修正的拉格朗日列式单元增量平衡方程，采用单元节，色截面内力塑性系数法建立了钢管混凝土空间拱单元弹塑性刚度矩阵，按当前刚度参数法对材料非线性与几何非线性进行分析，研究了钢管混凝土拱桥空间弹塑性稳定权限承载力非线性分析方法；采用初始内力法考虑阶段间体系转换及弹性内力的传递，计算分析了益阳资江三桥主孔钢管拱桥施工阶段及成桥使用阶段空间弹塑性稳定极限承载力，探讨了仅考虑几何非线性稳定安全系数与弹塑性稳定安全系数之间的区别．研究结果表明：几组钢管混凝土轴心受压构件和偏心受压构件弹塑性稳定极限承载力与试验结果较接近，验证了本文方法与程序正确、可靠；对于钢管混凝土拱桥，弹塑性稳定极限承载力比仅考虑几何非线性的弹性失稳临界力要小，必须考虑弹塑性对稳定安全系数的影响．     

大跨钢管混凝土拱桥混凝土自调载灌注方法

为改善大跨度钢管混凝土拱桥混凝土灌注期间结构受力和变形,基于拱肋应力和变形影响线,提出一种自调载灌注方法. 推导了拱圈加权弯矩能同混凝土龄期的理论公式,提出以分阶段成桥与一次成桥设计状态加权弯矩能差异最小为目标优化灌注间隔,避免已灌混凝土过早承载. 应用ANSYS自带的APDL语言,针对新龙门大桥开发了专门的灌注仿真程序,展开钢管混凝土拱桥分段灌注优化分析. 结果表明:所提出的自调载灌注法应用于钢管混凝土拱桥灌注施工是合理可行的,基于拱肋应力和变形影响线确定的灌注方案,可实现此类拱桥灌注过程中结构变形和应力的自控制;以分阶段成桥与一次成桥设计状态加权弯矩能差异极小为目标建立的优化方法,可合理确定大跨径钢管混凝土拱桥分段灌注的起灌时间. 相比临时扣索、水箱压重等调载方法,自调载灌注方法可减少施工辅助工艺,降低工程建设总造价.     

中承式钢管混凝土拱桥拱肋施工技术的研究

钢管拱拱肋是钢管混凝土拱桥关键的构件，通过对保定市4号桥钢管混凝土拱肋的制作、安装、混凝土浇注等施工的关键技术进行研究，得出了对于实际工程具有参考价值的几点结论．