铁路特大桥钢箱梁顶推过程受力分析及改善方法

某铁路在建特大桥的2×90m连续钢箱梁叠合钢箱拱主桥斜向约22°跨越交通繁忙的高速公路。钢箱梁的架设采用胎架上拼装再顶推的方法。3个主墩间设置6个临时支墩，且其中4个临时支墩的横盖梁需跨越高速公路路面，跨度达18m，顶推中钢箱梁偏在一侧。运用ANSYS软件对顶推过程中钢箱梁的位移和应力进行分析，研究前端墩处钢箱梁的应力分布、应力超限原因及改善方法。结果表明：计算必须考虑钢箱梁、横盖梁、滑道等的变形；滑道和钢箱梁的纵、横向受力很不均匀，直接顶推时钢箱梁的应力超限；减少各滑道横桥向高差可有效改善钢箱梁受力状态；较小的滑道橡胶支座刚度可有效改善各滑道纵向受力的不均匀性。滑道支座采用弹性模量为500MPa的橡胶材料，一次抬高临时支墩横盖梁远离钢箱梁端支座3cm，并将中间滑道2，3再抬高2～3mm时，顶推过程中钢箱梁应力不超过190MPa，满足强度要求并留有一定的余量。该措施已被应用于施工中，取得了很好的效果。

几何非线性对沪通公铁两用长江大桥的影响

在建的沪通公铁两用长江大桥是一座超大跨度、超大体量、超大活载的公铁两用斜拉桥。采用U.L空间非线性有限元分析方法,以主跨跨中挠度最大的活载工况为例,研究3种几何非线性效应对该桥的变形和受力状态的影响。结果表明,3种几何非线性对桥梁的变形和受力状态的综合影响最大达到12.60%(增大);3种几何非线性效应中,斜拉索的垂度效应对于桥梁变形和受力状态的影响最大,达到7.73%,超过了大位移效应和梁柱效应的综合影响;用Ernst公式修正拉索弹模考虑拉索垂度效应的影响时,可用恒载+活载线弹性分析得到的索力,得到的结果较准确而避免了迭代计算;若用恒载索力修正拉索的弹模,将成倍夸大垂度效应的影响,因而是不可行的。

高速铁路纵横梁体系结合桥面横梁面外弯曲问题的研究

中国大跨度高速铁路钢桁梁桥大多采用钢-混凝土结合桥面,横梁的面外弯曲是设计中的关键问题之一。本文针对高速铁路混凝土板仅与纵梁结合的纵横梁体系,从结合桥面系变形协调出发,推导出横梁面外弯曲问题的计算公式,并结合算例分析各种因素对横梁面外弯曲问题的影响。桥面系的连续长度和下弦杆的轴应力越大、下弦杆结点对于横梁的约束刚度越大、纵梁与下弦杆的距离越小,横梁的面外弯矩和弯曲应力越大。在四线铁路三主桁下承式钢桁梁桥中,中桁对横梁的约束近于绝对刚性,纵梁离中桁下弦杆的距离较小,使横梁的面外弯曲应力较二主桁桥梁大得多。

新型高铁双肋钢桁拱桥结构特点和受力性能

DPSD桥是一座新建双线高速铁路新型大跨连续钢桁拱桥,边跨跨度只有中跨的1/3左右。基于该桥的结构特点,进行全桥空间有限元和关键节点的局部精细有限元分析。研究结果表明:这种"双拱肋+下弦杆+边纵梁"的结构,弥补了边跨太小的缺点,桥梁整体刚度大,静活载作用下的挠跨比为1/2 344;下弦杆只受节点荷载,受力状态简单;一部分桥面荷载由边纵梁传至横梁,改善了桥面系和横梁的受力状态,桥梁的整体受力满足强度要求;桁拱关键节点的节点板边缘采用不同的曲线较光滑相连,尽管形状不规则,但应力集中程度较小,节点局部受力均处于弹性状态。该新型结构用于中、边跨跨度之比3以上的大跨度铁路桥是合适的。

基于图形旋转系统的渐进网格研究

拓扑简化可以为渐进网格带来更好的效果,但目前几乎所有的渐进网格方法都不支持拓扑简化,而且edgecollapse和vertexsplit操作有时会产生非流形.针对这些问题,提出了基于图形旋转系统的渐进网格法.以基于图形旋转系统的数据结构和操作实现了渐进网格,用图形旋转系统的操作集合构建了edgecollapse和vertexsplit操作.在此基础上,通过扩展新操作即可进行任意拓扑变化,从而实现拓扑简化.

特大跨度三塔铁路斜拉桥加劲措施的研究

以正在建造中的国内外第1座特大跨度的三塔铁路斜拉桥—蒙华铁路洞庭湖桥为研究背景,采用有限元仿真和模型试验,研究增设塔顶水平加劲索、中塔稳定索和1~3对交叉索对桥梁竖向刚度的增强效果及经济性。结果表明:3种加强措施都能明显地增加桥梁的竖向刚度,只要加大加劲索截面面积,都可将洞庭湖铁路斜拉桥静活载作用下的挠跨比从无加强措施时的1/436降到1/500以下;当将挠跨比降至1/500~1/600间的同一数值时,对于中塔塔顶顺桥向水平位移和中塔塔底弯矩,增设中塔稳定索的效果较增设塔顶水平索好,而增设交叉索效果较差;增设中塔稳定索的经济性远远优于直接增大主桁或桥塔刚度,当增设中塔稳定索将挠跨比从1/436降至1/500~1/600时,增设稳定索增加的材料造价只需要165~646万元,增大主桁所有杆件刚度增加的造价为5883~1 6943万元,增大三塔刚度增加的造价为7 008~22 994万元,单独增大中塔刚度增加的造价为2 975~11 606万元。研究成果已应用于蒙华铁路洞庭湖桥的设计和建造。

高速铁路下承式钢桁结合桥研究

下承式钢桁结合桥跨度大、建筑高度低、刚度大、噪声小、施工快捷,在法国和日本高速铁路上已有应用,我国目前还没有一座这样的桥梁。本文通过有限元分析和模型试验,对下承式钢桁结合桥的结构体系、桥面系结合形式、有限元分析方法、节间长度及纵梁根数对桥面系受力状态的影响、混凝土板裂缝宽度控制等问题作了研究,认为因地制宜地选取下承式钢桁结合桥的合理结构形式用于我国高速铁路建设和既有线提速改造可收到较好的经济效益和社会效益。

高速铁路连续结合梁的响应分析

我国高速铁路中将经常采用 (40 +5 0 +40 ) m双线连续结合梁桥。笔者受设计部门的委托 ,通过空间有限元分析计算 ,对该桥初步设计方案的响应 ,包括剪滞问题、弯剪复合问题、偏载下的扭转问题、混凝土徐变和活载的横向分布对应力的影响问题等作了研究。

下承式钢桁半结合桥桥面系的受力状态及改善方法

针对下承式钢桁半结合桥横梁的面外弯曲和混凝土桥面板受拉的问题,以64和96 m下承式钢桁半结合桥为例,对3种现浇混凝土板施工方法桥面系的受力状态进行计算和分析比较。结果表明:采用由跨中向两端逐个节间固联纵、横梁后再浇筑混凝土板的方法,可使横梁的面外弯矩大幅度减少。据此提出预制板不设纵梁和待混凝土预制板全部上桥就位并释放横梁面外弯曲后再固联纵梁与横梁的2种施工方法。采用这2种施工方法可以基本消除一期恒载作用下横梁的面外弯矩和混凝土板中的轴向拉应力,如果再加上压重等措施,则可进一步消除或减少二期恒载和活载引起的横梁面外弯矩和混凝土板中的轴向拉应力。

下承式铁路钢桁结合桥的桥式结构比较

下承式钢桁结合桥刚度大,建筑高度低,行车噪声小,舒适度高,拟在我国客运专线、高速铁路建设和既有线路提速改造中应用。目前我国大陆还没有一座下承式钢桁结合桥。世界上已有一些成功应用的经验,但相关资料较少。本文介绍了日本北陆新干线、法国高速铁路地中海线以及我国台湾正在修建的高速铁路上几座有代表性的下承式钢桁结合桥和笔者等正在进行的下承式钢桁结合桥试验模型资料;将这些桥式结构按其与主桁和桥面系的结合方式分为三类;对桥式结构、受力特点、横向刚度、建筑高度等进行分析研究和比较;提出了下承式钢桁结合桥需要进一步深入研究的一些问题。这些工作将有助于下承式钢桁结合桥在我国的应用。

某沿海高速公路涵洞病害成因及处理措施浅析

针对高速公路既有涵洞产生的病害,分析病害成因,并根据涵洞的结构特点提出了合适的处理措施。

洞庭湖铁路斜拉桥先箱后桁两步施工法研究

针对洞庭湖铁路斜拉桥的结构特点,提出先箱后桁两步拼装的新方法,并对该法提出2个施工方案并进行有限元模拟和对比分析,定量研究箱、桁由于施工不同步引起的变形不协调问题。根据计算结果推荐方案2,该方案能将箱、桁变形的不协调控制在螺栓与螺栓孔间隙的可调范围内,而且可以在桥面上多点分段拼装主桁杆件以加快施工进度。该方案已被成功应用于该桥的施工并取得了很好的效果。

大型单箱双室混凝土梁受力性能的有限元分析

通过对国内某跨海公铁两用大桥的有限元分析和梁墩固结处缩尺模型试验,研究了单箱双室砼梁在各种荷载下的应力分布以及扭转和剪滞效应等问题,为设计施工提供了依据。

沪通公铁两用长江大桥新型全焊箱-桁组合节点受力性能研究

在建的沪通长江大桥是目前世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥,通行4线铁路、6车道公路,孔跨布置为：（142＋462＋1092＋462＋142）=2 300 m。下层铁路桥面系为2.2 m高的封闭式正交异性板钢箱梁,主桁节点欲采用新型全焊箱-桁组合节点,节点板将主桁相关杆件和铁路桥面系钢箱梁连成一个整体,节点外形简洁,但内部结构构造和受力状态都很复杂,各构件内部加劲肋众多,形式、尺寸多样。在全桥空间有限元分析的基础上,选取具有代表性的E60中桁节点和两个最不利的主力组合工况,完成了局部精细有限元分析和1：3的缩尺模型试验。结果表明,E60中桁节点各相关构件绝大部分区域的应力水平不高,Mises等效应力小于200 MPa,实测结果与有限元分析结果吻合较好。但在节点板与斜杆连接处的边缘、节点板与下弦杆顶板、横隔板等多板连接处的边角处有应力集中现象,有限元分析的局部最大Mises等效应力超过200 MPa,但都小于材料Q370q E的屈服应力。试验所得的离有限元计算最高应力点2~4 cm处的实测应力都远小于有限元计算的最大应力值,表明边角处的高应力范围很小,很局部。这种新型全焊箱-桁组合节点结构构造合理,受力性能良好,安全,可以在沪通公铁两用长江大桥上应用。

秦沈客运专线连续结合梁疲劳试验研究

模拟秦沈线连续结合梁的受力状态 ,制作了 6根模拟试验结合梁 ,其中配筋率 2 %和 3 %各 3根 ,采用单伸臂跨内、跨外两点同步加载模式对每根梁做了 2 0 0万次疲劳试验 ,分析研究了钢与混凝土之间的滑移 ,栓钉的受力状态 ,无钉区两侧密集型群钉中力的分配 ,梁的刚度变化和应力状态 ,负弯矩区混凝土中裂纹的发展等问题。研究结果表明 ,高配筋混凝土连续结合梁抗疲劳性能优良 ,2 0 0万次疲劳试验后 ,无钉区钢与混凝土之间的滑移明显比其他梁段大 ,但最大不超过 0 0 75mm ,两侧头排栓钉的受力是栓钉平均受力的 1 54倍 ;负弯矩区混凝土板中的最大裂纹宽度不大于 0 1 3mm ;梁的刚度没有明显的下降 。

预应力混凝土曲线刚构桥的空间效应研究

为研究曲线刚构桥变形和受力状态以及空间效应的相关规律,对一座主跨145 m,曲率半径600 m的5跨连续预应力曲线刚构桥模拟整个施工过程,采用空间梁格法进行有限元分析。研究结果表明:墩身处于轴压和切向、法向双向弯曲联合作用状态,梁体处于竖弯、横弯和扭转联合作用状态。由此造成梁体竖向位移和应力横向分布的不均匀性,且还有法向位移。悬臂浇筑各阶段,法向位移指向曲率中心侧,梁体竖向位移内侧大、外侧小,最大悬臂状态下,内侧竖向位移比中心线处增大49%,外侧比中心线处减小36%。应力也有较大的差别。二恒、活载作用下的空间效应规律正好与一恒作用下相反。本文研究成果可为今后曲线桥的设计和计算提供理论依据。

钢管混凝土拱桥的稳定性分析

简要地介绍了钢管混凝土拱桥稳定性分析的两种方法:线性屈曲和非线性屈曲。以一座钢管混凝土提篮拱桥为例,采用Midas/civil有限元程序,建立了该桥的空间有限元模型,分4种工况对该桥作了线性屈曲分析,本文计算结果对了解该桥及同类钢管混凝土拱桥的稳定性有较大的参考价值。

保持二维流形性的拓扑简化研究

针对现有的网格简化方法不能一直保持模型的二维流形性,提出了2种基于图形旋转系统的拓扑改变操作CutHandle和CreateHandle,这2种操作能够保持模型的二维流形性,并且不改变模型的外观.CutHandle操作能够切断一个复杂的柄,也可以封闭一个洞.CreateHandle是其逆操作.在此基础上,提出一种新的基于图形旋转系统的网格简化方法,能够进行拓扑简化,并保持模型的二维流形性.对斯坦福大学的bone模型和buddhaf模型进行了试验,效果良好,模型始终保持了二维流形.

基于图形旋转系统的渐进层次细节和拓扑改变操作

针对现有的层次细节方法不能一直保持模型的二维流形性,提出2种基于图形旋转系统的拓扑改变操作Cut Tunnel和Create Tunnel。Cut Tunnel操作算法通过输入环绕待切断柄的1条封闭轨迹的顶点集合,然后删除所有与这些顶点相连的边,从而切断1个复杂的柄。Create Tunnel是Cut Tunnel的逆操作。在此基础上,提出1种渐进层次细节理论框架,框架采用基于图形旋转系统的数据结构表示模型网格,分为生成层次细节过程和使用层次细节过程2个过程。生成层次细节过程能够改变模型的拓扑,并自动生成连续变化的细节层次网格;使用层次细节过程使模型从某一层次细节的网格逐渐变形到任意层次细节的网格,并始终保持模型的二维流形性。对Stanford大学的buddhaf模型进行拓扑改变操作、生成渐进层次细节和运行层次细节的试验。结果表明:拓扑改变操作及渐进层次细节理论框架效果良好,模型始终保持了二维流形性。

一种新的渐进层次细节表示方法

提出了一种新的渐进层次细节表示方法,采用基于图形旋转系统的数据结构,以基网格和操作序列的形式存储层次细节,只使用图形旋转系统的操作集合中的操作,提出的渐进层次细节表示方法支持拓扑简化,能够获得更好的简化效果;在操作过程中模型可始终保持二维流形。结果表明,这种新的渐进层次细节表示方法效果良好,是完全可行的。