两铰拱在径向均布载荷下的稳定性研究

针对圆拱在径向均布载荷下的屈曲问题,在基于Boussinesq、Lamb方程求解圆拱径向临界载荷的基础上,通过采用变分法、有限单元法并经数值验证发现,BEAM3单元误差较大,并且误差随中心角的增大而增大,而BEAM188以及SHELL181单元分析结果与理论解吻合相当好。因此,可以在实际设计当中采用BEAM188或SHELL181单元进行结构临界载荷的确定。

大矢跨比抛物线两铰拱推力影响线和抗推刚度计算表

本文从实际工程应用出发,算出抛物线两铰拱推力影响线和抗推刚度系数精确计算的函数表,可供工程计算应用。

基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化

针对基于无铰拱模型拱桥拱轴线优化在拱脚处优化效果不好的情况,提出基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化方法。利用ANSYS有限元程序,以拱肋坐标调整量作为优化设计变量并参数化,建立拱桥对应两铰拱的有限元模型。根据恒载作用下所得的拱肋内力,计算拱肋坐标的调整量。将拱肋跨中挠度作为优化状态变量,以拱肋的弯曲应变能函数为优化目标,对拱轴线进行了优化。将弯曲应变能最小时拟合得到的拱轴线代入拱桥无铰拱模型中进行计算,得到优化后的拱桥内力。通过分析优化前、后拱肋内力的变化情况,验证了该方法的适用性。

不同拱轴线形下两铰拱结构的承载性能研究

不同荷载工况下拱轴线形对拱结构的内力分布及位移变形影响显著。为探究不同典型拱轴曲线的承载性能,通过对任意荷载作用下两铰拱的支反力及截面内力分析求解,推导建立了标准圆曲线拱、椭圆拱、抛物线拱及悬链线拱的拱轴方程,结合有限元分析探讨了不同拱轴线形的拱结构在全跨均布荷载与半跨均布偏载作用下拱结构的支座反力、拱轴内力和拱轴变形规律。研究结果表明:拱结构的支座反力与荷载布置方式关系密切;拱轴线形变化对拱轴轴力影响不大,但对拱轴弯矩分布影响突出;椭圆线拱轴相较抛物线拱轴的拱结构内力分布及位移变形对荷载变化的适应性低。

大跨度两铰钢拱桥面内稳定分析

几何非线性及稳定问题是大跨度钢拱桥设计中的重要课题之一。本文应用弹塑性大变形计算方法 ,通过对两座大跨度两铰钢拱桥的面内非线性分析 ,讨论了结构稳定计算中加载方法的影响以及材料屈服与结构失稳间的关系 ,结果表明 ,加载顺序对承载力计算结果的影响十分小 ,按 μ (恒载 +活载 )比例加载法推定的极限荷载与再现结构初始状态的逐次加载法所得到的结果基本一致 ;加劲梁的早期屈服增加拱肋的负担 ,对钢拱桥的失稳具有显著的影响 ;

两铰“U”型钢反拱的屈曲载荷分析及工程应用

为解决"U"型钢截面反拱梁在底鼓治理中出现的失稳破坏问题,建立了两铰反拱受力模型,利用弹性稳定理论求出两铰圆弧反拱稳定特征方程,求解出两铰反拱临界屈曲载荷解析解;并利用ANSYS建立"U"型钢反拱梁模型,模拟分析U25、U29和U36三种不同截面反拱梁在承受径向均布载荷条件下,反拱梁临界屈曲载荷和Mises应力与反拱圆心角之间的关系.结果表明:当反拱圆心角在70°时,三种"U"型钢截面反拱的临界屈曲载荷达到最大,随后加大圆心角则屈曲载荷平均以4.0%的速度缓慢下降,表明反拱梁在圆心角70°时稳定性较好,而Mises应力最大值则均出现在反拱梁的两端部和跨中底部,最小值出现在梁跨中上表面.设计的U36型钢反拱梁在淮南某矿石门处100 m试验段内的底板治理中得到成功应用,研究成果可为类似底板治理工程提供一定技术参考.

坡度对两铰直线拱拱脚推力的影响

为探讨混凝土柱上两铰直线拱拱脚推力随坡度改变的变化规律,对有无相对线位移的两铰直线拱进行分析计算,得出:坡度较大时,拱脚推力随坡度的减小而增大,达到某一坡度后,拱脚推力则随坡度的减小而减小;且两拱脚有相对线位移的分界坡度远大于两拱脚没有相对线位移时的分界坡度。

圆弧线两铰连拱内力计算

在外力作用下多跨连拱的内力分配是个繁复的力学问题，以往的手算一般最多计算五跨。由于电子计算机应用的普及，使多跨连拱的内力计算成为可能。本文对平衡荷载和不平衡荷载作用下连拱的内力分配作了详尽的阐述。

基于拱效应的露天顺向岩质边坡开采影响范围的确定

顺向开采岩质边坡极易产生顺层滑动,对坡上及坡下建(构)筑物通讯或输电设施以及风景名胜等构成威胁,因此开采前须对边坡的开采影响范围作出合理的评估。本文首先从土拱的形成条件出发,分析了露天顺向开采岩质边坡岩拱效应的存在,同时结合岩土性质对土拱和岩拱的特性进行了对比分析,在此基础上建立了岩拱效应分析的基本假设条件及计算模型,并利用结构力学两铰拱理论对岩拱的拱轴线、拱圈应力、弯矩值等进行了计算;然后根据岩拱轴线和拱圈厚度求得拱圈内缘线及外缘线,并利用拱圈内缘线、外缘线及开采边界将露天顺向开采边坡划分为4个区;最后结合各区对建(构)筑物影响的强烈程度,求得最大滑塌高度及开采边界距离开采影响范围线的水平距离,从而获得露天顺向岩质边坡的开采影响范围。

拱的大挠度分析

基于有限变形理论导出了等截面圆弧拱在荷载作用下考虑非线性二阶项的微分方程,并得到了无铰拱与两铰拱载荷在荷载作用下位移的解析解。为大跨径拱的分析与计算提供了理论依据。

空腹式钢筋混凝土板拱桥设计及分析

拱桥作为一种历史悠久的桥梁结构体系,在20世纪有了较长足的发展。近年来随着桥梁施工技术的不断提高,拱桥的设计往往更倾向于现代化的大跨度钢管混凝土组合体系。但是钢筋混凝土拱桥有着造型美观、耐久性好、养护费用低等优点,仍被广泛应用于一些中小跨度桥梁建设中。通过实际工程设计案例,对空腹式钢筋混凝土板拱桥的计算理论,模型的简化及计算结果进行研究分析,并提出对工程设计实质性的建设性意见。

空腹式拱桥腹拱力学性能研究

针对空腹式拱桥腹拱病害突出问题,根据加固前后的性能需求将空腹式拱桥的腹拱简化为三铰拱和两铰拱,从拱桥结构体系的受力性能方面,对三铰拱和两铰拱在自重、温度和重车作用下的受力性能进行对比分析,并结合分析结果,对空鼓式拱桥的设计与加固提出合理的建议。计算结果表明:两铰拱的力学性能和适用性要优于三铰拱。因此,建议在实际工程中尽量使用两铰拱,尽量避免使用三铰拱。

小跨径椭圆坦拱设计探讨

拱桥是城市小跨径桥梁中的常见桥型。结合工程实例,对椭圆轴线坦拱进行计算分析,比较了不同矢跨比情况下两铰拱、无铰拱的区别,介绍了在设计中采取的措施。

混凝土两铰圆弧拱的面内徐变稳定性

结合两铰圆弧拱的面内屈曲微分方程和混凝土徐变的Arutyunyan-Maslov方程,并引入徐变积分算子和失稳条件推导了混凝土两铰圆弧拱的面内徐变临界力计算公式。基于该公式,通过算例讨论了徐变系数和截面含钢率对徐变临界力的影响,并对素混凝土拱、钢筋混凝土拱和钢管混凝土拱的徐变临界力进行了对比。结果表明:对于不同拱肋材料,混凝土徐变均会导致临界力的降低;由于材料组成的差别,徐变对素混凝土拱临界力的影响最大,钢筋混凝土拱次之,而对钢管混凝土拱的影响最小;与已有方法相比,该公式反映了截面配筋率或含钢率对徐变临界力的影响。

轴向可压缩两铰圆弧拱静水压力屈曲荷载研究

为了求得考虑轴向压缩变形的两铰圆弧拱的平面内临界屈曲荷载精确解,需将拱的轴向刚度作为影响其面内稳定性的重要因素,对两铰圆弧拱在径向静水压力作用下的轴向压缩变形加以考虑。基于经典理论解的求解过程,结合拱的平衡微分方程及边界条件,对承受均布静水压力且考虑轴向压缩变形的圆弧拱进行了分析,求得了该条件下拱的平面内反对称临界屈曲荷载计算式。为了验证该计算式的准确性,采用非线性有限元法对均布静水压力下的圆弧拱进行了分析,并将有限元分析结果与公式解及铁木辛柯解析解进行了对比。结果表明,相同条件下该方法与有限元分析结果及解析解均吻合良好。对不同矢跨比的拱进行了参数化的对比计算,结果表明,文中推导的计算式具有普遍适用性,能满足工程的计算精度需要。

软岩隧道初期支护沉降变形分析及控制方法

目前存在对软岩隧道初期支护变形的错误认识,造成施工成本的浪费、安全风险的增大、进度被严重制约等不利影响,所以非常有必要对隧道初期支护变形进行研究分析并控制。首先以“矿山法”工程实践证明软岩隧道预留变形量是不必设置的,再通过各种权威文献说明以容许变形来实现围岩自承的观念是对“新奥法”的曲解,是错误的,需要找出支护变形的真正原因并控制。通过总结分析隧道支护常见的6种位移及其组合,得出为控制初期支护变形需要解决支护底脚地基承载力和支护结构强度2方面问题。于是建立以“分布锚杆+钢架+喷射混凝土且系统分布锚杆模拟为具有法向和切向作用力的链杆支座的结构力学模型”,可计算出支护结构底脚应力及截面最大应力等值,由此可得出对地基承载力和支护结构强度要求的明确标准,或对改善支护底脚抗力提供数值依据。计算结果表明:系统分布锚杆能极大地降低支护结构的弯矩、轴力内力和底脚应力,从而增强支护结构的承载力和降低基底应力,使变形和沉降得以有效控制。

承担全部设计荷载的隧道初期支护的设计计算方法

针对当前隧道初期支护设计存在不能承担全部设计荷载、以初期支护仰拱闭合的有利结构而不是以仰拱未闭合的最不利结构为最终设计目标而造成结构存在安全隐患以及给不出锚杆锚固力设计值和现场围岩变形很大使得采用岩体力学进行设计初期支护不具备条件的问题,提出按照"荷载-结构"的计算模型,采取结构力学力法对隧道初期支护承担全部设计荷载、对应施工"三台阶"法、对型钢钢架和喷射混凝土按变形协调条件确定各自承担荷载的比例系数、就钢架和喷射混凝土承载能力分别进行计算分析,明确在各部施工时对喷射混凝土强度以及锚杆的锚固力的要求。计算结果表明:1)采取除中心夹角60°范围外其余均匀布置分布锚杆、采用"型钢钢架+分布锚杆+喷射混凝土"支护型式的隧道初期支护完全具有承担全部设计荷载的能力,且仰拱开挖不会威胁支护的稳定; 2)应将锚杆作为支护结构的链杆支座来确定锚杆锚固力; 3)锚杆和喷射混凝土3 h的强度对支护结构的承载能力影响很大。

钢-混凝土混合排架结构设计研究及应用

随着门式刚架轻型房屋结构在我国的不断普及,业主出于防火及防腐等各种原因,在工程实际应用中出现了一类新的结构类型:采用轻型屋盖的钢梁+混凝土柱的钢-混凝土混合排架结构。这种外观类似门式刚架的混合结构与真正的门式刚架受力模式是完全不同的,在设计上存在较多需要注意的问题,该文将对这种结构的受力特点及设计方法进行讨论,分析其设计中存在的常见问题,并结合南京地铁车辆段基地的结构设计分析这种结构体系的应用情况。

弓板式塔机力矩限制器的位移算法

弓板式塔机力矩限制器除支座位移外不受任何外力,是典型的支座位移引起的变形位移。弓板式塔机力矩限制器的位移计算分两步进行,先计算出支座位移,再根据虚功原理按照弓板超静定拱结构用弹性中心法推导出3种不同精度的计算公式,并用实例加以验证。