中承式钢筋混凝土拱桥结构动力特性研究

利用有限元通用软件ANSYS,对一座中承式钢筋混凝土拱桥进行了结构动力特性的数值模拟分析,求出了自振频率、振型等动力参数,对其模态特征进行了描述,并通过变换拱桥的主要结构参数对比分析了它们对结构动力特性的影响.计算结果表明,自振频率随矢跨比的减小略有提高;横撑有助于增强拱肋的横向刚度,减小拱肋面外振动,提高抗风稳定性;各振型的自振频率值随拱肋刚度的提高近似成线性增大,可以通过改变拱肋刚度来调整其自振特性.这些研究结果可以为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

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。     

钢管混凝土哑铃形截面标准拱面外稳定分析

收集大量钢管混凝土哑铃形截面拱桥资料,对影响该类拱桥面外稳定的主要参素进行统计分析,参考实际桥例,构建既符合工程实际、又有代表性的哑铃形截面标准拱,并以标准拱为对象,进行面外弹性稳定的参数分析.结果表明:哑铃形拱的弹性稳定系数随着矢跨比增大而先增大后减小,在矢跨比为0.22~0.25时达到峰值;与钢管混凝土单圆管拱相似,哑铃形拱的面外稳定性随着宽跨比增大而先增大后减小;横撑布设形式不仅影响哑铃形拱弹性稳定系数,还会影响面外失稳模态;拱顶横撑对面外稳定性影响较小、边横撑影响较大;适当增大拱肋钢管直径,可有效提高哑铃形拱面外稳定性,增加截面高度对其面外稳定性的提高幅度很小;拱弹性稳定系数随着桥面刚度增大而增大,但桥面刚度超过一定值后,哑铃形拱的面外稳定性增速变缓.     

非线性分析在中承式钢管混凝土拱桥稳定性上的应用

当桥的宽跨比较小时，中承式钢管混凝土拱桥拱肋的横向稳定是桥粱安全性的关键，文中通过介绍淳安南浦大桥非线性分析结果，说明材料非线性对钢管混凝土拱桥稳定性的影响较大。     

大跨中承式钢管混凝土拱桥的横撑布置

对大跨中承式钢管混凝土拱桥常用的X撑及米字撑的合理间距进行了探讨。鉴于结构自振频率、振型及弹性稳定系数的求解均可转化为源自结构动力平衡方程的特征值问题,先以结构基频及弹性稳定系数为衡量标准,对一座360 m跨的中承式钢管混凝土拱桥可能的米字撑及X撑布置方案进行了分析对比,并据此提出了X撑及米字撑的合理间距。按照布撑区域相等、横撑体系材料用量相近的原则,提出4个布撑方案,并分别进行了极限承载能力分析。结果表明,结合模态分析及弹性稳定性分析确定结构参数的方法可行;对于本文的360 m跨的中承式钢管混凝土拱桥,采用X撑即可满足刚度要求,且能获得更为轻巧的视觉效果。     

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.     

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.     

中承式钢管混凝土拱桥自振特性分析

本文基于某5跨连续中承式钢管混凝土拱桥,借助有限元软件MIDAS,建立了该桥的空间有限元分析模型.对其振型特征进行了分析,求出了自振频率、振型等动力参数.并通过变换拱桥的主要结构参数分析了它们对自振特性的影响.计算结果为连续中承式钢管混凝土拱桥的抗震设计提供了参考.     

结构参数对上承式大跨度钢管混凝土拱桥自振特性的影响

桥梁结构的动力特性研究,是研究桥梁结构抗震性能的基础。以西溪河大桥为背景,利用有限元软件MIDAS CIVIL建立其数值模型,分析拱上立柱支撑、主拱圈含钢率、拱肋矢跨比等结构参数对西溪河大桥动力特性的影响,得到了各参数对桥梁结构动力特性的影响规律。研究结果表明:西溪河大桥侧向刚度小于纵向刚度,面外稳定性问题要多加考虑;采用"K"字型支撑结构稳定性最高,有利于控制拱肋横向变形,并且可以提高桥梁的抗扭刚度;桥梁结构的自振频率随着矢跨比增加而降低;适当增加拱肋含钢率可以提高结构稳定性。     

应用反映谱法分析淳安南浦大桥抗震性能

钢管混凝土拱桥由于跨径较大,宽跨比较小,其失稳形态一般是面外半波失稳,其抗震稳定性一直以来是桥梁工程师所关注的问题。淳安南浦大桥为中承式钢管混凝土桁式拱桥,拱轴系数为1.167,大桥总设计长度330 m,净跨径308 m,净矢高60 m,宽跨比1/19.81。采用反应谱方法分析该桥抗震稳定性,分析结果表明该桥在地震荷载作用下的结构内力大于车辆荷载作用下的内力。     

下承式双肋斜张拱桥侧倾稳定实用计算方法

考虑索和吊桥的非保向力效应,利用能量法对下承式平行双肋斜张拱桥的横向稳定问题进行分析,得到了斜张拱桥横向屈曲临界荷载的实用计算表达式.研究表明,索结构的索面大小、水平倾角、索张力大小及拱上锚固位置和拱结构的矢跨比、横撑在拱切向面内抗弯刚度、横撑数量等因素对结构横向稳定性能影响很大,而横撑在拱径向面内抗弯刚度和拱肋抗扭刚度、竖向抗弯刚度等因素的影响很小;考虑非保向力效应后,拉索使结构横向稳定性能有显著提高.     

大跨异形钢管混凝土拱桥车载冲击效应分析

大跨度异形钢管混凝土拱桥的复杂造型使其结构动力特性极为特殊,车辆激励引起的桥梁振动十分复杂.为研究该类桥梁车辆冲击效应的特点和规律,以在建的长春市伊通河大桥为对象,应用自编的车桥耦合振动分析程序,对该桥进行了车桥耦合振动响应分析.从理论上分析了路面粗糙度、车速、结构阻尼对桥梁主梁、拱肋挠度和吊杆索力冲击效应的影响.结果表明:路面不平度对多拱肋异型拱桥振动响应的影响十分显著,维持路面平整可有效降低冲击系数;行车速度对冲击效应的影响与发生的卓越振动振型密切相关,并不一直随车速成正比增大;结构阻尼值在规范给定范围内变动时,对冲击系数影响不明显,设计中可偏安全地取阻尼比为0.5%.研究给出了该桥各主要构件的设计冲击系数取值的参考范围.     

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。     

大跨度钢管混凝土拱桥拱肋少支架安装法

结合实际工程介绍了少支架安装法在大跨度钢管混凝土拱桥中的应用，着重分析说明了在安装过程中预抬高量计算、地基沉陷以及各节段间标高控制方法．实践证明，少支架法安装大跨度钢管混凝土拱桥是合理的，不仅安全稳定性好，而且施工快、费用低.     

大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应分析

研究了大跨度钢管混凝土拱桥在同步激励和多点激励作用下的非线性地震响应特性及主要影响因素。采用时程分析法计算了大跨度钢管混凝土拱桥的非线性地震响应,研究了几何非线性对结构地震响应的影响,探讨了恒载内力和构型、多点激励效应等因素对大跨度钢管混凝土拱桥非线性地震响应特性的影响,结果表明结构的几何非线性性质对大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应有较大影响。     

单层脊线式叉筒网壳结构性能研究

对一组圆柱面网壳交叉组合形成的新型网壳结构--叉筒网壳中的单层脊线式叉筒网壳的结构性能进行了系统研究.运用有限元方法分析了该结构在对称与非对称荷载作用下的静力性能,并着重讨论了矢跨比、荷载工况、边界条件和几何初始缺陷对结构非线性稳定性能的影响.研究了不同矢跨比和不同屋面荷载作用下的结构自振特性,并比较了不同矢跨比结构在地震作用下的水平地震内力和竖向地震内力.研究结果表明,单层脊线式叉简网壳受力性能良好,非对称荷载对结构性能的影响不大;矢跨比对结构的稳定极限荷载和动力性能影响较大;随几何初始缺陷的增大,结构稳定极限荷载平缓降低.     

大跨径钢管混凝土拱桥缆索吊装非线性分析

建立了大跨径拱桥吊装的空间有限元模型，采用随动坐标迭代法，计入几何非线性的影响因素,基于优化理论，建立了缆索吊装扣索力的优化数凄模型；采用前进分析方法，对大跨径钢管混凝土拱桥吊装施工过程进行分析。以某主跨368m钢管混凝土拱桥为工程算例，验证了文中方法的有效性。计算结果表明，考虑几何非线性影响后，计算得到的吊装控制点偏差值小，计算精度高。