基于梁格法的单箱多室箱梁桥偏载系数研究

【目的】为了探究单箱多室宽桥面箱梁桥的偏载效应,明确相关影响因素对偏载系数的影响规律,以湖南省长沙市港子河大桥为例开展数值仿真与对比研究。【方法】基于商用有限元软件Midas Civil构建桥梁的有限元梁格法模型,研究单箱多室箱梁桥偏载效应,分析偏心距等影响因素对偏载系数的影响规律。【结果】研究表明,正应力偏载系数最大值为1.25,出现在跨中截面,剪应力偏载系数普遍在1.5左右,经验系数法对于类似宽桥面单箱多室箱梁桥偏载系数的估计严重偏低。活载偏心距对偏载系数有较大影响,且偏心距越大偏载系数越大,两者近似线性相关。【结论】梁格法能够较为准确地模拟单箱多室箱梁结构偏载效应,尤其是现代城市中宽桥面单箱多室箱梁桥,而经验系数法对类似桥梁并不适用,预测结果严重偏低,增大了箱梁桥开裂的风险。

雪灾下轻钢结构大面积破坏的概率成因

现行可靠度设计统一标准在分析轻钢结构构件可靠度时,对荷载效应比值的取值范围考虑不够充分。针对此不足,提出了1种基于应力的荷载效应比值计算方法,解决了在构件失效是由多种形式内力引发的情形下选择何种荷载效应来计算荷载效应比值的问题。以多个轻钢结构构件为例,采用该方法分析了轻钢结构中荷载效应比值的取值范围。揭示了雪荷载不利布置下,轻钢结构的荷载效应比值将会非常高的现象。接着对按现行分项系数设计的轻钢结构进行了可靠度校核,表明轻钢结构的可靠性处于较低的水平。最后分析了雪荷载超过设计标准时轻钢结构可靠度随不同荷载效应比值的变化规律。结果表明当雪荷载超载较大时,荷载效应比值越大的结构可靠性越低。这从可靠性的角度为近年雪灾中轻钢结构大面积破坏的现象提供了补充解释。

部分斜拉桥结构参数分析

针对部分斜拉桥结构特征,研究主梁高度、索塔高度、索塔抗弯刚度、边中跨比、边中跨无索区长度等结构主要参数变化对结构各部位荷载效应的影响规律。有助于深化认识结构主要构件梁、塔、索在活载作用下的力学性能,以便预估当结构某一主要参数变化时,可能出现的情况。为设计经济、合理的结构形式提供参考。

钢框架节点局部断裂冲击作用实验研究

对钢框架节点在强烈地震或极端荷载情况下因突然断裂引起的冲击作用进行了研究.讨论了断裂冲击值与断裂位置内力释放值的对应关系,通过单质点模型分析了冲击反应的量值范围,考察了冲击反应峰值与冲击作用时间和断裂发生后体系自振周期之比的关系.设计并实施了钢材单轴断裂和模型框架节点断裂两种实验,验证了采用具有高频采样能力的测试设备准确测取断裂过程中结构反应的可行性,揭示了节点瞬间断裂仍然包含渐进性和局部性两项特点.对节点瞬间断裂引起的冲击反应进行了初步的数值评估.

抗力分项系数的概率极限状态设计法

针对现行规范规定的承载能力极限状态下设计表达式中存在的缺陷,基于概率极限状态设计法建立承载能力极限状态下仅有简单荷载组合作用时求解抗力分项系数的公式.在确定抗力分项系数时通过设定不同的参数数值(荷载效应组合、荷载效应比、抗力变异系数、结构破坏类型、安全等级等)及可靠度分析,对结构的承载能力极限状态进行研究,求出与结构可靠指标一一对应的抗力分项系数.

风电安装船起重机回转支承接触分析

回转支承是起重机中最关键的部件,其强度直接影响起重机的安全性、可靠性.在分析自升自航式风电安装船浮式起重机承载工况的基础上,针对回转支承的结构特点,建立了同时承受轴向力、径向力及倾覆力作用下的有限元分析模型,并进行接触分析.分析结果表明,该回转支承的应力主要发生在三排滚柱与滚道的接触处,最大应力发生在第一排滚柱上,并且三排滚柱上都发生了偏载效应及边缘效应.

一起低压联络电缆短路事故的分析与处理

介绍了一起从自备发电机组至供电系统低压母线的联络电缆受集肤效应等因素影响而发生短路事故的基本情况,并在分析的基础上采用三相单心电缆品字并联分组敷设的方法来处理的成功案例。

桩土滑移对桩基临界荷载影响

为了研究打(压)桩时桩侧土体液化导致的桩土相对滑移对桩基临界荷载的影响,采用部分滑移模型,将桩周土分为桩土滑移区域和结合区域,并将二区域的应力分别表示,根据桩土滑移区域和结合区域的应力和荷载的连续性,得到了桩土滑移段的长度,可用以对桩基临界荷载进行修正.结果表明,桩土相对滑移对桩基临界荷载影响较大.

荷载分项系数调整对轻钢结构构件可靠性和材料用量的影响分析

轻钢结构对可变荷载极度敏感,设计时其荷载分项系数取值相对偏小。《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB 50068-2018)中调整后的荷载分项系数数值有所提高。为了明确荷载分项系数调整前后轻钢结构可靠性和材料用量的变化,通过收集不同轻钢构件的分布类型和统计参数,考虑更符合轻钢结构的荷载效应比?为0.25~12,并基于可靠度理论对轻钢结构的可靠度和材料用量进行了分析。分析结果表明:荷载分项系数调整后,轻钢结构可靠指标提高范围为8.1%~11.2%;材料用量增加了4.28%~5.41%。这些定量的分析结果可为结构工程师提供参考。

中美公路桥梁设计规范的汽车荷载效应对比分析

本文以不同标准跨径的单梁单车道简支T型梁为样本桥梁,将我国《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)和美国AASHTO规范规定的汽车荷载分别作用在不同跨径的简支梁桥上,计算了汽车荷载标准值作用下以及分别考虑汽车荷载冲击作用、多车道横向折减和汽车荷载分项系数影响的样本桥梁的跨中弯矩值和支点剪力值,并进行对比分析。结果表明,对于样本桥梁,我国规范的汽车荷载标准值效应以及考虑汽车荷载冲击作用、多车道横向折减影响时的汽车荷载效应计算值均高于美国规范,考虑汽车荷载分项系数影响的汽车荷载效应计算值总体上小于美国规范。本研究可为我国今后修订汽车荷载标准提供一定的参考。

荷载分项系数调整对结构构件承载力评定分级标准的影响

荷载分项系数取值直接关系到结构构件的可靠性,为研究其调整对结构构件承载能力评定分级标准的影响,通过计算14种具有代表性的结构构件的抗力分项系数,考虑永久荷载与办公室楼面活荷载、永久荷载与住宅楼面活荷载、永久荷载与风荷载、永久荷载与雪荷载四种简单组合和常用的活恒荷载效应比,基于荷载、抗力的统计特性,进行荷载分项系数调整前后结构构件的可靠性分析,提出荷载分项系数调整后结构构件承载能力评定等级的分级标准。结果表明:《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292—2015)中对各安全等级下结构构件的安全性分级偏于保守,提出的可靠指标分级标准能更合理反映新标准对结构构件可靠度控制水平,可为国家标准的修订提供参考。

宽幅部分斜拉桥活载偏载效应分析

为了简化宽幅部分斜拉桥结构的空间分析计算,掌握横桥向活载的不同加载位置对结构受力性能的影响,以某宽幅部分斜拉桥为研究对象,基于数值分析方法,采用MIDAS/CIVIL-2012建立全桥空间及平面分析模型,通过改变活载在横桥向的布置位置及车道数,分析了三跨宽幅部分斜拉桥的中载布载和偏载布载对主梁弯矩、斜拉索索力的影响,得到了横桥向不同布载位置结构的活载偏载系数。研究表明:背景工程的主梁弯矩活载偏载系数在1.03~1.14之间,斜拉索索力活载偏载系数在1.05~1.25之间。

外倾索面部分斜拉桥PC箱梁技术指标分析

依据嘉悦大桥、南屏大桥和赤壁路桥3座外倾索面部分斜拉桥PC箱梁的设计,统计分析其箱梁断面型式、梁高取值、梁底线型、无索区长度等关键设计参数和混凝土单位用量、预应力钢束单位体积含量、普通钢筋单位体积含量等重要设计指标。提出"荷载效应分配比"概念以评价部分斜拉桥索、梁受力分配情况,并对3座桥进行相应评估,揭示部分斜拉桥索、梁、塔设计与"荷载效应分配比"的内在关系。同时,还从PC箱梁纵横向传力路径、箱梁竖向刚度、结构自振特性等指标分析外倾索面部分斜拉桥的PC箱梁受力特性。

鱼腹式连续钢箱梁纵向剪力滞规律分析

为了揭示鱼腹式钢箱梁剪力滞系数沿桥纵向分布规律,通过有限元分析软件MIDAS/Civil建立鱼腹式连续钢箱梁空间板壳模型,系统分析了鱼腹式连续钢箱梁在均布荷载、集中荷载和偏心荷载作用下的剪力滞系数纵向分布规律。结果表明:在均布荷载、集中荷载和偏心荷载作用下,鱼腹式钢箱梁剪力滞效应明显,剪力滞系数沿桥纵向分布并不均匀,在桥梁1/4跨和支座附近剪力滞系数变化最为剧烈,表现出正剪力滞效应和负剪力滞效应互相转化的现象。

混合交通流作用下大跨径桥梁车辆荷载效应分析

卡车列队是一种通过自动控制、无线通讯等技术实现卡车成队近距离跟驰的交通模式,小间距行驶的车队直接导致桥面重车密度增加,且对于大跨径桥梁其可以容纳的卡车队数多,结构的整体和区段性能均可能受到影响。为研究卡车列队的荷载效应水平及其与普通车辆形成的混合交通流对桥梁结构的影响,评估现行规范的适用性,调研了国内外关于卡车列队的实际测试和理论研究,基于在役大跨径桥梁的实测交通流数据,提出了卡车列队荷载模型和混合交通流模拟方法。以一座大跨径悬索桥为主要背景工程,考虑实际的桥梁运行情况,实现了混合交通流模拟,研究了代表性混合交通场景中结构的车辆荷载效应水平和安全性,分析了卡车列队模式以及混合交通流对于大跨径悬索桥汽车荷载效应的影响。分析结果表明,混合交通流作用下的荷载效应水平较普通车辆车流有明显提高,但仍低于规范加载值。不同加载场景下的效应值约为规范值的35%~80%,现行规范对于卡车列队参与的混合交通流作用下结构的整体效应和区段效应均可提供较好的安全裕度,能够保证桥梁在未来相应运营状态下的安全服役。

轮胎有效滚动半径与负荷半径特性研究

为分析轮胎有效滚动半径和负荷半径特性,利用均匀设计方法,对不同条件下的有效滚动半径、负荷半径进行了试验研究,结果表明,滚动半径、负荷半径受速度、气压、载荷影响的趋势基本一致,影响程度不同;外倾角、侧偏角对有效滚动半径和负荷半径的影响规律不同;随着胎面磨损的增加,滚动半径和负荷半径均减小。采用偏最小二乘回归方法获得了有效滚动半径和负荷半径的回归方程,验证结果表明,回归方程精度较高。

大跨变高度组合钢箱连续梁桥空间效应分析

不同于混凝土梁桥及钢箱梁桥,大跨变高度组合钢箱连续梁桥具有独特的空间受力特性。本研究以某大跨变高度组合钢箱连续梁桥为研究对象,建立空间有限元模型,从端横梁和中支点横梁的竖向剪力分配规律及偏载系数3个方面,探究其空间受力特性。结果表明,组合钢箱梁端横梁处,顶板混凝土承受很小的竖向剪力,剪力主要由钢箱梁腹板承受;组合钢箱梁中支点横梁处,顶板混凝土承受很小的竖向剪力,剪力主要由底板混凝土和钢箱梁腹板承受,越靠近中支点横梁,底板混凝土承受竖向剪力所占比例越大,最大为45%;汽车偏载作用下,正应力偏载系数很小,腹板剪力偏载系数较大,支点处的剪力偏载系数最大可达1.76。研究结果对大跨组合钢箱梁桥的设计计算具有一定的指导意义。

可变荷载效应占高比重时荷载分项系数取值研究

针对现行可靠度设计统一标准给出的荷载分项系数值对应可变荷载效应比值取值范围较低,缺乏对该荷载分项系数值在可变荷载效应占高比重下适用性的充分考虑的情形,以钢拱架结构模型和RC框架柱模型为例,分析了可变荷载效应比值的取值范围,揭示了可变荷载效应比值将会较高的现象;基于可靠度理论并结合设计约束条件建立了荷载分项系数的计算方法;通过数值分析,求解得到了荷载分项系数值;最后分析了按多国规范用荷载分项系数进行结构设计的可靠指标随可变荷载效应比值的变化规律。结果表明:可变荷载效应占高比重时,按我国规范用荷载分项系数设计的混凝土和钢结构构件的可靠指标低于目标可靠指标较多;而美英两国规范用荷载分项系数的适用性要好于我国规范,但对应的钢结构构件的设计可靠指标仍偏低。从可靠性的角度为近年风、雪灾害中若干结构容易破坏的现象提供了补充解释,同时也为相关规范修订提供参考。

不同跨径桥梁车辆荷载分项系数及可靠度

以可靠度理论和实测车辆荷载数据为基础,推导了考虑桥梁跨径对车辆荷载分项系数的影响。根据近年中国车辆荷载实测数据,对不同跨径简支和连续桥梁的车辆荷载效应进行计算,建立车辆荷载效应的概率模型;按照相同超越概率的原则,得到不同跨径桥梁车辆荷载效应标准值的跨径影响系数,在此基础上确定了不同跨径桥梁结构的车辆荷载分项系数与跨径的关系,并采用一次二阶矩可靠度方法计算了其可靠指标。结果表明:按相同超越概率原则确定的车辆荷载效应标准值的跨径影响系数和车辆荷载分项系数随桥梁跨径的减小而增大;给出的考虑跨径影响的车辆荷载分项系数计算公式更合理。

不对称荷载下大跨空间结构体系可靠性设计研究

为克服现行设计方法对不对称荷载下结构体系可靠性考虑较少的不足,该文提出了一种改进的设计方法。首先讨论了不对称荷载下荷载效应函数的特性,在结构实例分析的基础上得到了荷载效应函数的一般模型。基于此函数模型,在结构体系层次上可获得极限状态方程的显示表达式。然后进一步分析了极限状态曲面在标准正态空间中的非线性程度。最后依据选定的目标可靠指标值计算了分项系数的一组最佳值。这为大跨空间结构在不对称荷载下的体系可靠性设计提供了参考。