水平往复荷载作用下钢箱提篮拱弹塑性力学性能研究

目的 探究倾角、矢跨比及宽跨比三个参数对钢箱提篮拱在水平往复荷载作用下力学性能的影响,为钢提篮拱桥抗震设计提供理论基础。方法 通过改变参数,建立54个钢箱提篮拱有限元模型,在水平往复荷载作用下进行滞回分析,研究钢箱提篮拱水平力-位移滞回性能、极限承载力和拱顶横撑内力、变形在不同参数条件下的变化规律。结果 随着拱肋倾斜角度、宽跨比的增加或矢跨比的减小,结构初期刚度、极限承载能力均有较大提高,但横撑内力也随之增加,并会产生局部失稳破坏,影响结构的承载能力。结论 增加拱肋倾斜角度对钢箱提篮拱横向力学性能有较大改善,但在设计时应注意横撑内力增加带来的不利影响。

某带钢拱的超限高层建筑结构设计

项目位于高烈度地区,存在扭转不规则、偏心布置、楼板不连续、尺寸突变和局部不规则。针对上述不规则项采取了专项分析,同时制定了合理的结构性能化目标,进行计算分析验证结构性能。裙房存在26m×41m的大跨空间,采取了钢拱结构形式,并通过参数化技术优化钢拱的几何形状,改善了结构受力,对于钢拱结构进行了弹塑性、舒适度、竖向地震、节点、稳定性施工模拟专项分析。同时比较了钢拱在增加拉索的方案中,可减少水平地震力引起的拱结构内力,但反应谱法无法考虑拉索受压索力退出工作的情况,其计算方法需进一步的研究,但类似工程可考虑时程分析计算结果后调整相关杆件的内力设计方法。

泥岩隧洞仰拱矢跨比对围岩稳定性的影响

针对隧洞(道)工程中广泛存在软岩地层造成支护结构变形甚至破坏的问题,结合印度尼西亚佳蒂格德水电站引水隧洞现场监测的顶板沉降和边墙收缩变形数据,提出底板设置仰拱的支护方案.利用有限元软件MIDAS GTS建立不同仰拱矢跨比和侧压力系数的数值模型,反演佳蒂格德水电站引水隧洞的侧压力系数,并分析两台阶开挖隧洞围岩和初期支护结构的变形和应力规律.研究结果表明:(1)反演的佳蒂格德水电站泥岩段引水隧洞围岩的侧压力系数为1.2;(2)泥岩隧洞的仰拱矢跨比宜为1/10~1/8;(3)拱脚局部有应力集中的现象,必须对拱脚进行加固处理;(4)综合考虑佳蒂格德水电站引水隧洞的施工条件、围岩及支护结构的变形和应力、施工经济性,得出佳蒂格德引水隧洞最优矢跨比为1/10.

沉井式地下车库承载特性数值分析与结构优化

为研究连续拱形组合截面沉井式地下车库的受力特性,采用Ansys软件分别建立拱脚固接和拱脚铰接2种连接方式的不同跨数标准节间的连续拱形组合截面沉井的数值模型,分析构件的弯矩变化规律。结果表明:当标准节间外拱墙圆弧的迹线位于同一圆弧时,相应矢跨比为外拱墙弯矩接近为0的最优值。当标准节间跨数、拱脚连接方式、标准节间长宽比发生改变时,这一结论仍然适用。

高拱坝地震反应时域分析中Rayleigh阻尼矩阵建模方法讨论

讨论了不同Rayleigh阻尼矩阵建模方式对时域内高拱坝地震反应计算准确度的影响。以某一高240 m的混凝土拱坝为研究对象,分析了结构的动力特性,分别计算了结构在双向和三向地震作用下,当采用不同Rayleigh阻尼矩阵模型时的结构动力反应。建立了8种Rayleigh阻尼矩阵双参数模型,其中第一参数频率取拱坝第1、2阶频率,第二参数频率取拱坝第5、6阶频率及地震波反应谱的峰值频率和重心频率。计算结果表明:当高拱坝的自振特性相比于地震波频谱分布表现出长周期结构动力特征时,不同Rayleigh阻尼矩阵模型对计算结果影响很大。建议采用拱坝顺河向基频和地震波反应谱峰值频率作为两个参数频率,由该模型计算所得的坝体地震反应的主要计算结果总体上计算误差为正,且误差值有限。

中承式钢管混凝土拱桥拱肋关键参数影响分析

为寻求钢管混凝土拱桥拱肋关键参数的合理取值,分析拱肋关键参数对钢管混凝土拱桥结构力学行为、桥梁景观和工程造价等方面的影响。以净跨径360 m中承式钢管混凝土拱桥为背景,结合既有经验,以矢跨比系数(矢跨比倒数)、拱轴系数和主管管径为单因子变量建立17个主桥有限元模型,研究恒载作用下各关键参数对主拱内力、变形和稳定性等的影响规律。结果表明:随着矢跨比系数增大(矢跨比减小),拱肋的竖向刚度减小,弦管轴力和拱脚水平推力增大,关键截面偏心距标准差呈波浪形变化,主拱稳定系数先增大后减小;上弦管拱顶处轴力对矢跨比系数的敏感性高于拱脚处,下弦管相反。随着拱轴系数的增大,关键截面偏心距标准差先减小后增大,拱肋成拱后马鞍形效应越突出;拱脚截面、L/4(L为主拱跨径)截面和拱顶截面弦管轴力对拱轴系数敏感性较高,L/8截面和3 L/8截面的较低。管径为1~1.2 m时关键截面偏心距标准差基本相同,随着主管管径增大,主拱稳定系数增大。背景桥梁矢跨比、拱轴系数和主管管径分别取1/4.0、1.55、1.2 m时可兼顾景观、受力和经济性。

暗挖拱盖法地铁车站拱部结构矢跨比影响分析

为研究暗挖拱盖法施工时拱部矢跨比对车站结构的影响,以青岛某地铁车站工程为例,基于有限元分析软件MIDAS GTS,对比分析站台宽度为11 m和13 m两种车站结构下,不同矢跨比对其结构受力与变形的影响。研究结果表明:当矢跨比从0.16增大至0.24时拱部施工阶段拱顶弯矩最大,弯矩先减小后增大,整体结构施工时拱部与直墙交界处弯矩最大;两种跨度的车站弯矩分别减少了42.1%和44.6%;轴力随矢跨比的增大而减小,矢跨比对拱部施工阶段的影响较大;矢跨比对结构变形的影响非常明显,拱顶沉降、拱肩沉降与拱脚净空收敛均减少了1/3左右。在考虑整体结构施工与车站结构合理跨高时,拱部矢跨比越大,结构越合理。

明挖拱形结构在无柱大跨地铁车站中的适用性研究

无柱大跨地铁车站结构是一种特殊地铁结构体系,能够较大程度地改善地铁车站空间通透差、视野开阔性较低等缺点,同时可满足乘客对地铁车站大空间的需求。近年来在广州、上海、武汉等城市开始使用,由于取消了中柱,顶板的计算跨度成倍增加,拱形结构是一种可以承受较大竖向荷载的结构体系,本文以明挖拱形无柱车站结构体系作为研究对象,分析了拱形结构的矢跨比、水平基床系数、仰拱设置情况、拱顶线型对结构的影响,同时对比了不同站台宽度下结构内力、位移及造价,最后推荐合理的无柱大跨车站设计参数。本文相关研究成果可为类似工程提供有力的技术支持。

不同矢跨比倒放四角锥立体拱桁架结构稳定分析

利用有限元分析软件MIDAS建立了一跨度50m的立体拱桁架结构模型,分析了在矢跨比分别为1/4、1/5、1/6、1/7的承载力、变形。从分析结果可以得出:矢跨比越小桁架端部水平推力越大,对下部结构的承载力和变形要求越高,矢跨比越大反之,但拱桁架本身的稳定问题变得重要,实际工程中应结合空间需求选用合适的矢高比。还进行了不同失跨比下以结构的第一屈曲模态为初始缺陷的几何非线性稳定分析,得到不同失跨比下的临界荷载系数。

基于三维土拱效应的预应力锚拉桩锚头间距确定

讨论了传统预应力锚拉桩支护结构荷载传递路径存在的不足,根据其受力特性,首次提出了基于三维土拱效应的力学计算模型,并对该模型的正确性进行了验证。分析了土拱的形状、土拱的拱高,进而提出了该模型的数学表达式。同时对三维土拱的形成条件进行了论证,建立了形成土拱的静力平衡条件及土的强度条件,在此基础上确立了锚头间距的控制方程,分析了抗剪强度参数c、φ及桩板后土压力q的对锚头间距的影响。最后,将上述分析成果应用于一工程案例,节约了工程造价效果。

松散含水层下上提工作面压架因素敏感性分析与压架预防

为了防止类似淮南顾北矿1202(3)上提工作面再次发生突水压架事故,根据上提工作面覆岩破断特征,建立了自然拱覆岩结构力学模型,推导出低冒拱和高冒拱的拱高计算式,研究了工作面顶板断裂位置对支架载荷的影响,分别计算出松散含水层在自然拱内、拱外两种条件下的覆岩载荷,确定了滑落失稳和挤压变形失稳的压架判据。研究表明,上提工作面受到松散含水层内水的影响时,易形成高冒拱结构,拱内松散层重度增加,铰接岩块之间的接触力减小,承载关键层受到松散含水层内的水压影响,造成支架上的载荷急剧增大,导致上提工作面易发生突水压架事故。然而影响工作面突水压架既有地质因素,又有开采技术因素,盲目地增加支架工作阻力未必能降低工作面压架风险,支护成本必然急剧增加。基于此,定义了无量纲的压架敏感度指标,分析了压架因素的敏感性,并针对压架敏感性较高的因素,提出了"适当控制采高,开切眼顶板强制放顶,防止直接顶悬顶,采前疏水降压,加固工作面煤壁,提高支架支撑力,合理的设备选型,保证合理的工作面推进速度"等防压架对策,为类似条件下上提工作面安全开采提供一些理论指导。

小矢跨比拱桥的模型试验研究与分析

为分析计算具有平面弯曲的矢跨比为1/12的双铰坦拱桥,以相似理论为基础设计了全桥空间受力有机玻璃模型,通过平面杆系有限元模型对实桥的计算,在保证实验效果的前提下,确定了试验的测点和荷载工况.建立空间有限元分析模型,并对模型的理论分析与实测结果进行了对比.将空间计算结果与平面杆系有限元计算模型的计算结果进行比较,并分析平面弯曲对本桥受力的影响,证明了本桥的设计采用平面杆系有限元计算模型是可行的.

铁路大跨度连续梁拱组合桥结构参数研究

为了解结构设计参数对铁路大跨度连续梁一拱组合桥受力特性的影响，进而对今后同类桥梁设计提供引导作用．以兰渝线广元嘉陵江特大桥为工程背景，研究矢跨比、拱轴线形状、拱梁刚度比这3个设计参数对桥梁结构力学特性的影响。分析结果表明：矢跨比对拱肋轴力和拱脚、主梁中跨弯矩影响显著，取值在1／4～1／5时较为合理：1．6次抛物线、2．4次抛物线及圆弧线作为拱轴线时，拱脚截面弯矩过大，2次抛物线或悬链线作为此类桥型的拱轴线较为合理：拱梁刚度比对结构轴力影响较小，对拱肋弯矩影响较大，随拱梁刚度比的增大，拱肋分担的弯矩显著提高。

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.

特高拱坝封拱后温度回升及其原因分析

利用小湾拱坝工程的温度观测资料，运用仿真计算和回归分析相结合的方法来研究拱坝封拱后温度回升这一问题。小湾观测资料表明，坝体内距上、下游位置相近处，温度沿高程分布基本相同。封拱后坝体中心断面总体温升约6～8℃。研究表明，特高拱坝后期温度回升的主要原因是边界热量内传和坝体混凝土的残余水化发热，其中后期水化发热是主要原因，会使坝体内部温度高于稳定温度。后期水化发热的原因是早龄期低温温控抑制了胶凝材料早期水化和高掺粉煤灰的后期水化发热。封拱后的温度上升和回落会在坝体内部留下残余应力，且会增大拱座推力，给大坝和基础带来不利荷载增量，因此有必要进一步研究特高拱坝封拱后温度回升对坝体应力的影响。

抗滑桩的桩间土拱效应问题研究

抗滑桩的设计理念是采用非连续结构,利用土体自身强度形成的拱效应来达到支挡目的。土拱效应是安全经济地发挥抗滑桩等非连续支挡结构支护功能的重要前提。通过对非均布荷载作用下土拱的力学性质分析,根据轴向压应力与矢跨比的函数关系,利用摩尔-库仑强度准则推导了土拱承载力与土拱净跨度和桩宽度的关系。

高速铁路钢箱叠合拱桥结构设计参数影响性研究

为了解结构设计参数对高速铁路钢箱叠合拱桥结构力学特性的影响,进而指导结构设计,以哈大高速铁路新开河桥(拱肋由上、下拱肋构成的新型桥梁)为工程背景,分析矢跨比、拱肋内倾角、横撑布置方式、吊杆布置形式、拱肋系梁刚度比等设计参数对该结构体系力学特性的影响。分析结果表明:矢跨比对拱脚内力影响较大,取值为1/5左右时较合理;拱肋内倾角对结构稳定与侧弯基频的影响较显著;横撑的数量、间距、刚度与布置方案对结构稳定性有显著影响,加强肋间横撑的横向或竖向连接均能有效地提高结构的稳定性;刚性吊杆的结构稳定性最好,柔性吊杆布置形式对结构竖弯基频与扭转基频影响较大;拱肋系梁刚度比对内力分布影响显著。

整体式预应力葵花拱桥受力性能分析

以一座整体式预应力葵花拱桥为例,采用Midas/Civil建立了计算模型,分析了整体式预应力葵花拱桥主腹拱连接方式、矢跨比对结构受力性能的影响以及主腹拱连接方式对拱圈稳定性的影响。研究结果表明:(1)主腹拱采用固接比采用铰接对结构的受力更为有利;(2)主拱矢跨比对部分控制截面的恒载内力值影响较大,建议主拱矢跨比在1∶7～1∶6之间;(3)腹拱最优矢跨比在1∶7～1∶5之间;(4)主腹拱固接时拱圈的稳定性比主腹拱铰接时好。研究成果可为类似中小跨度葵花拱桥的工程应用提供理论依据。

钢管混凝土纯压拱失稳临界荷载计算的等效柱法

在双重非线性有限元分析的基础上,进行了钢管混凝土纯压拱失稳临界荷载的简化计算方法——等效柱法的研究,提出了等效柱法中考虑矢跨比影响的稳定系数K1以及考虑初始几何缺陷影响的折减系数K2及其与现有规范相对应的计算公式。与有限元计算结果的对比表明,采用考虑矢跨比因素的稳定系数的等效柱法能较精确地估算钢管混凝土纯压拱的非线性失稳临界荷载,且计算精度受含钢率和钢材种类变化的影响较小。

跨度430m铁路钢管混凝土拱桥主拱设计

依托拉林铁路藏木雅鲁藏布江特大桥,对主跨430 m中承式钢管混凝土拱桥主拱拱圈的拱轴线、矢跨比、拱肋截面、拱肋高度及拱肋倾角进行对比分析,确定主拱主要设计参数,拱轴线采用悬链线,矢跨比为1/3.84,拱肋截面采用全桁式截面。研究提出铁路大跨度拱桥计算拱肋高度的推荐公式,并对场地狭窄V形峡谷区钢管混凝土主拱结构进行简要介绍,钢管桁架节段利用缆索吊机悬臂拼装架设,钢管内灌注自密实无收缩混凝土,单管采用四级接力泵送混凝土。该研究可为类似结构设计提供参考。