公铁合建斜拉桥钢桁-混凝土板组合梁受力特性

以某主跨808 m的公铁合建新型钢桁-混凝土板组合梁斜拉桥为背景,采用ANSYS软件建立局部组合梁细化的全桥多尺度有限元模型,分析其在不同工况下双层组合梁的受力传力特性和混凝土桥面板荷载分配比,并讨论混凝土桥面板厚度t_(b)、横梁刚度变化系数λ_(K)和钢与混凝土弹性模量比λ_(E)对组合梁受力传力的影响规律。结果表明:最不利组合工况下,钢桁架最不利Von Mises应力为183.6 MPa,混凝土桥面板最大拉应力为5.3 MPa,均满足结构受力要求;沿纵向路径,钢桁架和混凝土桥面应力在节间横梁间均呈“波形”分布;上下层混凝土桥面板顶、底面应力沿横向近似呈“W”和“M”状分布,表明桥面板承受一定沿横向不均匀分布弯矩;公路及铁路混凝土桥面最大剪力滞系数分别为1.45、1.36,更宽的公路混凝土桥面剪力滞效应更显著;公路及铁路混凝土桥面分别承担上、下层结构57.46%~79.99%和33.21%~62.81%的轴向荷载,为组合梁的主要传力构件;混凝土桥面板的应力随t_(b)及λ_(K)的增大而增大,随λ_(E)的增大而逐渐减小;混凝土桥面每层平均荷载分配比ξ与t_(b)成正比,与λ_(K)及λ_(E)成反比;当t_(b)、λ_(K)和λ_(E)参数的取值范围分别为0.8~1.4、0.4~1.6以及4~10时,组合梁混凝土桥面应力及荷载分配比ξ较为合理。

大跨度反向芬克式桁架人行桥总体设计

某跨京杭大运河人行桥采用反向芬克式桁架桥,桥梁全长198 m,跨径布置为(15.9+150+15.9)m。桥体造型以运河帆影为设计灵感,梁、塔、索造型以运河上的漕运船为蓝本。主梁采用封闭式单箱三室钢箱梁,桥塔塔柱及撑杆均采用钢制梭形结构,布置在主梁中央,并与主梁固结。拉索采用双叉耳热挤压高密度聚乙烯高应力幅钢绞线拉索与冷铸镦头的组合体系,塔顶处为固定端,梁端为张拉端。反向芬克式桁架桥的整体刚度由拉索的张拉力提供,合理初索力的确定是反向芬克式桁架桥设计的关键。边跨成桥索力大,且锚固位置受选址红线限制,为保证传力路径可靠,在边索与主梁交接处设整体式传力板。经人致振动分析,采取在距主跨跨中两侧28 m处各安装1对TMD的减振措施,以满足人行舒适度要求。

高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度与控制技术

针对高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度留设问题,以羊场湾煤矿为工程背景,建立了综放工作面侧向基本顶破断结构模型,推导出低应力区范围表达式及其影响因素;采用FLAC3D数值模拟软件分析巷道掘进和本工作面回采期间不同煤柱宽度下巷道围岩应力与位移演化特征。研究表明：（1）高强度开采综放工作面因采场尺寸大、推进速度快、断裂步距大,导致内应力场范围亦大于常规工作面。（2）高强度开采综放工作面区段煤柱宽度的确定,应充分考虑多次剧烈采动、基本顶破断、巷道大断面等因素,结合试验工作面地质生产条件确定内应力场范围6.31～7.58 m,合理煤柱宽度为9～14 m。（3）本工作面回采期间,覆岩结构被再次激活,致使围岩变形破坏加剧,煤柱宽度10～14 m时,煤柱具有一定自稳能力并承担较少的顶板载荷,综合考虑各因素确定合理煤柱宽度为10 m。（4）受高强度开采及基本顶破断等因素影响,窄煤柱沿空巷道可能诱发大范围破碎、煤柱帮大变形及顶板不对称下沉等变形破坏,要实现此类巷道围岩稳定性控制应对煤柱帮和顶板重点加固,据此,提出了非对称围岩控制技术,并进行现场应用,巷道控制效果明显。

大断面复合泥岩顶板切眼桁架锚索组合支护技术

针对白龙煤矿大断面复合泥岩顶板切眼的支护难题,项目组提出了预应力桁架锚索组合支护系统进行大断面的巷道围岩控制。本文研究了预应力桁架锚索组合支护的机理,结合现场实际生产情况,运用计算机数值模拟方法进行桁架锚索组合支护方案参数优化设计。该方案在白龙煤矿2-1101大采高综采面切眼进行了现场试验,取得了成功,产生了显著的技术经济效益,具有良好的推广应用前景。

巷道交岔点的数值模拟分析与支护

为了解决巷道交岔点处的围岩松散破碎引起的应力分布复杂难以支护的问题,本文采用FLAC3D数值模拟软件对巷道交岔点处加固补强前后的应力分布状态进行了模拟.通过对比分析,加固补强后重新胶结破碎的围岩强度得到了提高,已能承载部分上覆岩层的重量,能有效的阻止应力集中区向围岩深部转移,防止了塑性区的进一步扩大.据此制定了对巷道交岔点处破碎围岩采取浅孔与深孔超前预注浆进行加固,提高围岩强度,进一步安装顶板三维锚索和帮部预应力桁架补强支护的方案,并给出具体的加固补强的支护参数,实践中取得非常良好的效果,研究结果表明,该支护方式在类似复杂条件下的巷道交岔点应用中具有较大的推广价值.

网架结构安装应力的影响机理

为研究网架结构杆件安装应力的分布特征,对跨度为4、5、6m各3个,共9个网架模型进行了安装应力试验测量。为说明安装应力对网架极限承载力的影响,对跨度6m的试验模型进行了极限承载力试验,并将结果与基于理想弹塑性、马歇尔压杆模型的Abaqus非线性分析结果进行了对比。安装应力测量结果表明:少数杆件安装应力接近甚至超过稳定应力。承载力对比表明:试验承载力比理论承载力下降了17.9%,结构安全储备仅为1.25。安装应力通过破坏结构原有对称性、产生杆件初弯曲、促使压杆提前失稳等方式影响网架结构性能,危害网架结构的安全。网架设计特别是满应力设计应当充分考虑安装应力的不利影响。

焊接残余应力对钢桁斜拉桥整体稳定性的影响

以郑州黄河公路铁路两用桥为背景,建立了桥塔与主桁连接部位的三维有限元模型,考虑材料热物理性能依赖于温度的变化,对桥塔焊趾处典型焊接细节的焊接温度场和焊接残余应力进行数值模拟,分析了焊接残余应力对结构整体稳定性的影响。通过热力学分析模拟焊接过程温度场变化,将冷却温度场作为荷载,通过结构分析计算桥塔与主桁连接处焊接残余应力;经过一定的简化,将焊接残余应力作为初应力施加到结构典型焊接细节上,分析其对钢桁结构稳定承载力的影响。计算结果表明:初应力同时施加于下横梁和中桁架上弦杆时,稳定系数下降13%;故在焊接结构中初应力对稳定性的影响应引起足够重视。

大断面综放沿空巷道煤柱合理宽度与围岩控制

确定合理的区段煤柱宽度及巷道支护型式和参数,对于提高资源回采率和巷道安全性及实现综放开采高产高效意义重大。以王家岭煤矿20103区段运输平巷为工程背景,采用FLAC3D数值分析了不同煤柱宽度下围岩主应力差、变形及破坏演化规律,认为合理煤柱宽度为6～10 m,并结合实际地质和生产条件确定试验巷道煤柱宽度为8 m。采用理论分析和现场钻孔窥视方法综合确定基本顶断裂线位于距采空区约7 m处,认为由于综放沿空巷道围岩性质结构和应力分布沿巷道中心线呈明显非对称性,将引发煤柱侧顶板严重下沉和肩角部位煤岩体错位、嵌入、台阶下沉等非对称破坏特征,靠煤柱侧顶板及肩角部位是巷道变形破坏的关键部位。在此研究基础上,针对性地提出了以高强锚梁网、不对称锚梁、锚索桁架为主体的综合控制技术,详细阐明了具体支护措施的控制机制,并进行现场应用。工程实践表明,8 m煤柱宽度合理,该支护技术能够保证窄煤柱沿空巷道围岩稳定,并已在王家岭煤矿大面积推广应用,对类似工程条件的支护技术具有一定的理论意义和实用价值。

在役索桁组合连续钢桥承载力综合评估方法

以广州海珠桥(索桁组合连续钢桥)为实例,采用仿真分析方法对其加固前后进行跟踪分析,通过取样试验确定了材料参数,在实际加固过程的体系转换后,采用应力释放得到部分杆件应力,结合全桥有限元分析,准确地掌握了该桥的实际工作状态。同时进行了计入锈蚀损伤的非线性分析,对承载力进行了综合评定。加固跟踪分析结果表明,桥梁加固后承载能力有较大提高,工作性能明显改善;非线性分析表明,锈蚀损伤对结构极限承载力影响不大,桥梁安全储备较大。

大跨度斜拉桥箱桁组合截面应力分布研究

为研究斜拉桥箱桁组合截面主梁纵向应力在横向分布的不均匀性,以及箱桁组合后截面形心下移引起截面应力分布的改变,以沪通铁路长江大桥4线铁路方案为背景,采用精细化有限元分析的方法,对简单荷载工况作用下主梁纵向应力在桥面横向的分布形式,及沿纵向的变化规律开展研究,分析了剪力滞后、形心偏移等因素对主梁纵向应力的影响。结果表明:下弦钢箱除将列车荷载传递给主桁外,也与主桁一起参与结构受力;下弦钢箱底板应力均匀程度较好,顶板横向自弦杆外缘向两侧4m范围应力变化较大。

复合顶板巷道分类及控制技术研究

针对复合泥岩顶板巷道在采掘过程中出现的垮冒灾害难题,根据顶板中复合泥岩的厚度和分布位置对此类巷道进行分类,并在此基础上建立力学模型,分析引起顶板变形或冒顶的根源,提出采用"高预应力锚杆索+索桁架体"联合控制技术,现场工程试验表明,该技术能有效控制顶板变形,保障了顶板支护稳定性。

特大断面碎裂煤巷顶板弹性基础梁模型研究

为揭示特大断面碎裂厚煤层巷道破坏机制,并对围岩进行有效控制,运用Winkler弹性地基梁理论,建立了巷道顶板弹性基础梁力学模型,推导出了煤巷顶板下沉量、顶板岩梁弯矩的特征函数公式,分析了顶板下沉量、顶板岩梁弯矩随巷道跨度的变化关系,并在东坡煤矿进行现场应用。现场实践表明:依据该模型计算结果,选用新型预应力桁架锚索支护系统进行现场巷道维护,有效解决了碎裂厚煤层巷道的围岩控制问题,证明了该模型的合理性。

管桁架—索网混合钢结构的计算分析

为更好地对管桁架—索网混合钢结构进行找形,在SAP2000和3D3S中应用两种不同的初始态找形方法以比较对计算结果的影响.在SAP2000中采用非线性有限元分析方法找形,在3D3S中采用力密度法和有限元法进行混合找形,并进行初始态、动力以及载荷态分析.比较分析这两种找形方法的计算结果,发现二者的计算结果误差不大,均为可行的简化计算方法.

深井沿空掘巷围岩主应力差规律与支护技术

以鹤壁四矿2606工作面沿空掘巷为工程研究背景,用FLAC3D模拟了煤柱宽度从5m到15m变化过程中巷道围岩的主应力差变化规律。结果表明,巷道顶板和回采侧帮主应力差随着围岩深度的增加先增大后减小,在围岩深部趋于定值,巷道顶板影响范围大于回采侧帮;采空侧煤柱主应力差极大值随着煤柱宽度的增大先增大后减小,而极大值位置逐步向巷道围岩深部转移。基于此,支护形式采用新型的斜拉锚索支护体系,具有双向施力、锚固点稳、变形闭锁等优点。矿压观测结果表明,两帮相对移近量为367mm,顶底板移近量为275mm,累计离层量为25mm。

基于极限状态法的钢桁梁公铁斜拉桥结构分析

以某钢桁梁公铁斜拉桥为研究对象,采用空间有限元方法,计入几何非线性影响,进行基于极限状态法的斜拉索初应力计算及桥梁结构特性的数值分析。提出基于极限状态法的计入主梁恒载增大系数的斜拉索初应力计算方法,计算了两组斜拉索初应力:不考虑恒载增大系数和考虑恒载增大系数。进行该斜拉桥自振特性分析,以及两种极限状态下的静力特性分析:承载能力极限状态和正常使用极限状态。讨论以极限状态法为基础的分析方法的有效性。研究结果表明:斜拉索初应力大小对钢桁梁斜拉桥主塔和主梁构件静力响应的影响显著;以极限状态法为基础的考虑提高系数计算出的斜拉索初应力能使斜拉桥在外荷载作用下具有更加良好的结构性能;按照承载能力极限状态法来进行大跨度钢桁梁公铁斜拉桥的设计和分析更经济合理。

大跨度环形索桁结构体系的找形

讨论了大跨度环形索桁结构体系初始预应力分布的一般求解方法,并利用奇异值分解法进行了几个典型结构的算例分析.对于环索水平的情况,本文分析了桅杆之间的自平衡内力关系,给出了它们之间的关系公式,并绘制了相关曲线,这对于此类结构的找形以及结构选型具有重要意义.

基于应力释放法的在役组合钢桥承载力评定

为了提高在役钢桥承载力评定的准确性,针对在役钢桥受力特点,提出基于应力释放法的在役钢桥承载力评估方法。采用应力释放法获得恒载状态钢桥部分杆件实际应力,结合实测材料力学参数,通过全桥结构仿真建模分析,外推全桥构件恒载应力分布状态,从而得到桥梁的真实承载能力,同时给出了评定步骤和工程实例。实桥应用表明,以应力释放法为主的钢桥承载力评定方法,理论依据充分,评定精度高,易于实施,可广泛应用于同类桥梁的评估。

高速铁路大跨钢桁梁斜拉桥梁端锚固结构疲劳性能研究

南京至安庆高速铁路线上主跨580 m的安庆长江大桥的梁端锚固结构采用一种新的双拉板栓焊式锚箱结构。对铁路钢桁梁斜拉桥几种典型梁端锚固结构的结构特点及传力机理进行比较分析。为评估高速行车条件下双拉板栓焊式梁端锚固结构的抗疲劳性能,对其进行疲劳试验研究。选取斜拉索活载索力幅值最大的梁端锚固结构为研究对象,利用ANSYS建立锚固结构有限元模型,分析得到主要焊缝应力分布。根据列车的运营情况,考虑4线列车通过桥梁时的相遇概率,运用Miner疲劳损伤累积准则,得到梁端锚固结构的疲劳内力幅。采用1∶2缩尺模型,完成梁端锚固结构模型疲劳试验。疲劳试验结果表明,安庆长江大桥所采用的双拉板栓焊式锚箱结构在其设计寿命期内不会发生疲劳开裂,疲劳性能满足设计要求。

贵黔高速鸭池河大桥主梁结构受力行为分析

贵黔高速鸭池河大桥采用主跨800m的钢桁-混凝土梁混合梁斜拉桥,主跨主梁为正交异性钢桥面板结合钢桁梁,边跨主梁为预应力混凝土边箱梁,主跨钢桁梁与边跨混凝土箱梁间采用钢箱过渡。为明确大跨度混合梁斜拉桥主梁受力特点,确保结构安全,对该桥主梁结构进行整体计算,并对其重点部位进行局部应力分析。计算结果表明:主梁结构整体刚度大,各项设计计算指标均满足规范要求,局部构造受力性能佳;该类型主梁能适应类似的主跨大、边主跨比小的混合梁斜拉桥体系。

点支承玻璃幕墙索桁架中索的预留应力的讨论

索桁架是点支承玻璃幕墙采用的主要结构形式之一。索桁架正常工作需要在索中保留一定的拉应力。