大跨度上承式钢管混凝土拱桥受力性能分析

研究目的:为系统地掌握西北地区大温差、峡谷风、高震区共存的复杂建设条件下上承式钢管混凝土拱桥的力学性能,以一座净跨400 m的公路同类型拱桥为例,按照现行设计规范,采用统一模量法建立三维杆系有限元模型,对概率极限状态设计方法要求的静力性能、稳定性、动力特性、抗震性能的组合工况进行全面、系统地分析和计算,为同类型桥梁设计提供参考。研究结论:(1)温度效应大于汽车荷载效应,拱脚处横风效应突出;(2)双向偏压、偏拉组合受力为单弦杆控制设计状态,拱顶为桁式拱肋承载力的薄弱位置;(3)腹杆、横撑、平联等构件与弦杆构造匹配性较好时,承载力及疲劳性能等易满足受力需求;(4)温度、徐变预拱度比车道荷载大很多;(5)主拱圈在材料、几何、双重非线性下稳定性分别下降了5.5%、11.9%、17.1%;(6)振型相对密集、频率值较小,主振型为面外弯扭振动,具有多方向和多角度耦联性;(7)时程分析结果大于反应谱分析结果,但小于静力工况,拱桥抗震性能好;(8)上承式钢管混凝土拱桥在复杂建设条件下具有良好的受力性能。

大跨度上承式钢管混凝土拱桥地震响应的空间性

为研究高震区大跨度上承式钢管混凝土拱桥地震响应的空间性,以西北山区Ⅷ度抗震设防的一座净跨400 m公路桥梁为例,采用反应谱和时程分析相结合的方法,对自振特性、多维组合输入下弦杆控制截面的轴力峰值及轴力时程进行了对比分析。结果表明:该类桥型质量分布具有明显的空间性,振型累计质量阶次差大,振动模态具有高度离散性;三维组合不一定是最不利输入,不同截面的最不利输入组合不同;弦杆各控制截面产生峰值轴力的时刻均不同,拱顶向拱脚截面逐次到达;上弦杆拱顶、L/4(L为跨度)截面及下弦杆拱顶在多维输入下的轴力时程较为一致,耦合性强;上弦杆拱脚及下弦杆拱脚、L/4截面在多维输入下的轴力时程很不一致,耦合性弱;地震响应具有显著的空间性。

系杆拱桥稳定性分析

研究各种设计工况下的系杆拱桥的稳定性,以一座混凝土系杆拱桥为例,依据结构弹性屈曲理论,求解了系杆拱桥的主要屈曲模态,分析了横撑设置位置及设置形式对稳定性的影响,分析了系杆拱桥施工阶段和运营阶段静力稳定性的最不利荷载工况并求解了稳定特征值,采用一阶模态下附加初始缺陷的非线性分析方法求解了地震工况下的稳定性。分析结果表明:拱肋横桥向屈曲为系杆拱桥的主要失稳模态,屈曲时横向最大位移点在拱肋结构的等分点处;横撑形式及布设位置对横向稳定性的提高有显著作用,“一”字撑、“K”字撑、“米”字撑提高作用依次提升;系杆脱架阶段为施工阶段失稳的最不利工况,对称满跨布载为运营阶段失稳的最不利工况;E1、E2地震工况下屈曲特征值较恒载作用下分别降低了7.4%、13.3%,在高震区的动力稳定性应引起重视。

装配式公路桥梁抗震分析与验算

以高速公路中典型的装配式混凝土桥梁下部结构为分析及验算对象,选取代表性的15 m墩高及25 m墩高构造及配筋设计和支座设置情况,采用反应谱法进行了抗震分析及验算。其中,利用弹性屈曲分析方法求解了桥墩端部不同约束条件下顺桥向和横桥向的计算长度,利用静力弹塑性poshover分析方法求解了框架桥墩横桥向的极限位移。计算结果表明:在E1地震作用下,桥墩处于弹性阶段,承载力有较大富余;在E2地震作用下,15 m、25 m桥墩柱间系梁及墩底截面进入弹塑性变形阶段,形成了塑性铰;对塑性铰区域内箍筋进行加密设置,其抗剪承载力及墩顶位移满足现行规范要求。为同类桥梁抗震分析及验算提供借鉴和参考。

混凝土徐变对连续刚构桥长期下挠的影响研究

混凝土徐变是影响大跨连续刚构箱梁桥跨中长期下挠的主要因素,挠度的不断增大影响了桥梁的行车舒适性和使用寿命。混凝土徐变对大跨连续刚构桥长期挠度的影响很大,以某七跨连续刚构桥为工程背景,建立有限元模型,分析采用不同规范、不同加载龄期以及二期铺装等影响因素对大跨连续刚构桥长期下挠的影响。

连续梁孔道摩阻试验

大跨度预应力混凝土箱型梁桥需施加的预应力以及施加后在结构中所产生的有效预应力的确定是保证预应力结构安全性能的关键,而相关设计规范中只提供了一般条件下预应力的摩阻损失数据,对于大曲率预应力筋混凝土结构,其孔道摩阻损失都必须进行专门的孔道摩阻试验测试。预应力混凝土结构的孔道摩阻损失主要是因为预应力钢筋与管道壁之间摩擦引起的,由于力筋与管道壁接触并沿管道滑动而产生摩擦阻力,进而产生摩阻损失。摩阻损失可分为孔道弯曲影响和孔道偏差影响两部分,孔道弯曲影响的摩阻损失仅在曲线部分加以考虑,而由孔道偏差所引起的摩阻损失在直线段和曲线段均应加以考虑。预应力混凝土结构的孔道摩阻损失主要与预应力钢束与管道壁的摩擦系数μ和管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k有关。

钢结构遮光棚的结构计算

本文进行了钢结构遮光棚的静力验算。在高速公路隧道群或小间距隧道洞门之间,为了减小光线给行车带来的视线差,保证行车安全,往往需要设置遮光棚。一般隧道洞门之间设置桥梁跨越沟壑。因此,需要在桥梁结构上设置遮光棚。一般将桥梁墩台帽梁伸长作为棚洞结构的基座,采用钢结构棚洞。钢结构棚洞验算中需要考虑各种荷载,比如自重、风荷载、雪荷载、温度荷载等,对其进行最不利荷载组合下的承载能力验算和使用荷载下的应力及挠度验算,并对其它构件连接进行了验算,为同类结构设计及验算提供参考。

铅丝石笼最优吊点位置及吊筋长度分析与计算

铅丝石笼是一种自透水的、柔性的、生态防护结构,广泛应用于河道调治构造物坡脚、公路石质挖方边坡等防护工程中。本研究以某高速公路工程中典型的铅丝石笼构造为研究对象,建立了等效力学模型,用解析法求解了最优吊点的布设位置。并结合工程实践,从受力合理性和经济性角度分析和计算了最优吊筋长度。分析及计算结果表明:采用6点吊装时,铅丝石笼最优吊点位置在距端部L/8处,最优吊筋竖直长度在0.7B~1.0B内,为此类防护工程中铅丝石笼的吊装方案提供参考。

斜腿刚构桥分析与计算

斜腿刚构桥在结构上兼备梁和拱的特点和优势而呈现出良好的力学性能[1]。本文通过分析斜腿刚构桥的受力特点,建立有限元模型,进行了斜腿间主梁及斜腿屈曲分析,求解出稳定系数,再通过临界公式求得计算长度系数,按照压弯构件进行计算;伸长主梁按照一般受弯梁进行计算,对照规范进行了各项验算,为同类结构设计及计算提供思路和参考。

一维有限囚禁势中BEC的动力学特性

研究了一维有限囚禁势中玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)基态和激发态的动力学特性.利用变分法,得到了系统非线性系数g和化学势u的表达式,并且计算出系统状态发生变化的2个临界点:临界非线性系数g_(crit)和最大非线性系数g_(max).这2个临界点将系统划分为3个状态:束缚态(g <g_(crit))、准束缚态(g_(crit)<g <g_(max))和不稳定态(g> g_(max)),并且系统的状态与势阱的形状紧密相关.对于有限深势阱,由于准束缚态的存在,势阱中粒子数发生明显变化的临界值为g_(crit).相对于基态,激发态的凝聚体需要更深更宽的势阱才能维持稳定.对于激发态中的亮孤子,系统不存在凝聚体向外发生遂穿的准束缚态,g_(max)成为系统从稳态到不稳态过渡时囚禁在势阱中的粒子数明显发生变化的临界点.

低温大温差环境、养护方式对混凝土性能影响的研究

为研究混凝土在低温大温差恶劣环境条件下的性能变化规律,通过模拟20℃、-5℃~15℃(温差20℃)、-10℃~20℃(温差30℃)三种温度环境,采用包裹塑料膜、包裹保温保湿膜两种养护方式,与标准养护方式就混凝土强度、抗氯离子渗透性(电通量)、抗裂性三方面进行了试验对比分析。研究表明,在20℃温度环境下,采用保温保湿膜包裹的养护方式,能够提高混凝土强度和抗氯离子渗透性能;-5℃~15℃和-10℃~20℃的低温大温差环境明显影响混凝土强度和抗氯离子渗透性能的发展,对混凝土整体性能非常不利;而采用保温保湿膜包裹的养护方式较传统的包裹塑料布养护方式在低温大温差环境中,可更好地保证混凝土强度和抗氯离子渗透性损失不至过大,混凝土抗裂性也有很大的提升,具有推广使用的优势。