波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭性能研究

以波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁为研究对象,开展抗扭性能试验和理论分析,并与波形钢腹板-钢管桁式弦杆组合梁和波形钢腹板-钢管混凝土弦杆组合箱梁抗扭性能进行对比;研究波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁的扭曲破坏形态、截面类型、管内混凝土对组合梁抗扭性能的影响,并探讨波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法。结果表明,波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可等效为闭口箱形截面。扭曲破坏形态为混凝土桥面板沿与梁轴线呈45°方向斜向开裂,且纵向钢筋发生屈服。管内混凝土对组合梁抗扭刚度和抗扭承载能力具有一定的贡献度。基于线性刚度叠加方法,提出钢管混凝土组合抗扭刚度计算方法。根据波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可能发生的四种扭曲破坏形态,提出波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法,并将采用该文所提出的组合梁抗扭承载能力计算方法得到的理论计算结果与试验和有限元分析结果进行对比,误差不超过8.5%。

四肢桁式钢管混凝土悬链线拱面内稳定性

为研究四肢桁式钢管混凝土(CFST)悬链线拱面内稳定性,采用有限元法开展桁式CFST悬链线拱在轴压或压弯作用下的面内弹塑性屈曲分析。基于试验数据与数值模拟验证模型参数,探讨平面内屈曲破坏模式,揭示屈曲机理;引入全拱和弦杆的归一化长细比,考虑弦杆屈曲影响的交互因数,得到轴压作用下的统一屈曲曲线;提出压弯作用下面内稳定承载力的交互作用方程。结果表明:斜腹管屈曲大幅降低稳定承载力;桁式CFST悬链线拱在屈曲破坏过程中总是存在弦杆变形,弦杆变形对稳定性的影响不可忽视;屈曲曲线可用于轴压桁式悬链线拱,交互方程可为一般荷载作用下的桁式悬链线拱提供较好的下限预测。该结果对四肢桁式CFST悬链线拱的面内稳定性设计具有指导意义。

框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形仿真研究

针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形的影响,获得了变形控制策略;最后,采用该优化方案,成功完成了框桁式火箭贮箱DLBSW壁板的研制。结果表明,采用“交叉中心焊”的焊接顺序,可极大程度地降低焊接变形;在焊接顺序优化的基础上,改变中间三条焊缝的焊接方向,可进一步降低焊接变形。

桁式钢管混凝土系杆拱桥拱轴线及吊杆索力优化

目前,针对桁式拱系杆拱桥拱轴线形和吊杆索力优化研究相对单一,为得到下承桁式钢管混凝土系杆拱桥的最佳成桥状态,对拱轴线形和吊杆索力进行一体优化。通过基于影响矩阵的最小结构体系应变能原理对吊杆索力进行优化,并利用MATLAB中无约束优化算法进行求解;采用桁式拱肋主管偏心距最小法对拱轴线进行优化。经过迭代计算,得到一组满足偏心距阈值的无约束优化吊杆索力和拱轴线形。结果表明:优化后的吊杆索力较优化前更加均匀且均有不同程度的减小,短吊杆索力减小近30%,其抗疲劳性能得到大幅提高;成桥状态下主拱受力良好,上、下弦杆的跨中弯矩小且均匀,轴力值有所降低;优化后主梁端部截面弯矩值有所增大,轴力值基本不变,优化效果不明显;主拱上、下弦杆钢管和混凝土截面分配应力均小于材料承载力,符合规范要求。

钢管混凝土桁式桥墩风速参数敏感性分析

为研究钢管混凝土桁式桥墩表面风压和风速分布随入流风速参数变化的敏感性,文中采用FLUENT 19.2建立结构风场模型,并通过改变入流风速和风向角的大小进行数值模拟计算和分析。结果表明,钢管混凝土桁式桥墩表面风压随入流风速大小的均匀增加呈非线性关系递增,且各根钢管构件均符合此变化规律,表面风速则随入流风速大小的均匀增加呈线性关系增加;而结构表面风压和风速随入流风向角的改变只在较小范围内发生波动,各根钢管构件符合迎风面积越大、压力越大的一般规律。

某过江提水工程160m三角桁式拱管桥设计分析

为协调跨江管道桥兼具景观、通航等需求,某过江提水工程管道桥采用截面为正三角形三肢钢管桁架结构,一跨过江。全桥计算跨径160 m,矢高25 m,矢跨比1/6.4,拱肋截面采用3根Ф1000 mm钢管组成,壁厚24 mm。弦杆间的连接腹杆钢管外径均为400 mm,壁厚16 mm。在拱脚4 m范围内采用外包混凝土形式,钢管外20 cm等间距布置剪力钉,并配抗裂钢筋,厚度450 mm。拱座采用圬工混凝土扩大基础,拱座基础以中风化基岩为持力层。采用空间有限元程序MIDAS/Civil对拱管桥进行计算,结果表明,主拱结构强度、稳定性,K型节点和焊缝强度,基础抗滑、抗倾覆计算均满足规范要求。目前,拱管桥运营状况良好,达到预期目标,可为今后过江管道桥设计提供参考。

某桁式组合拱桥新拱脚结点局部应力分析

桁式组合拱桥的新拱脚支撑着中部桁架拱,新拱脚结点构造和受力复杂。以某桁式组合拱桥为例,借助通用有限元程序ANSYS,建立其新拱脚结点局部三维有限元模型,通过提取新拱脚结点处各杆件断面轴向应力沿各条路径的变化图,分析该部位的应力分布特征。分析结果表明:在最不利荷载组合工况下,新拱脚截面上缘、新拱脚处各杆件与新拱脚连接处以及各杆件间连接的圆弧段拉应力均较大,这些位置都容易出现横向裂缝。理论分析结果与实桥病害情况吻合。提出新拱脚结点局部设计的改进思路和方向。

带L形横撑的大跨CFST桁式拱桥稳定性分析

为研究新型L形横撑在大跨度钢管混凝土(CFST)桁式拱桥稳定中的有效性,以合江三桥为工程背景,采用数值计算和理论分析相结合的方式对其受力性能和稳定性进行比较分析,并利用正交试验和方差分析方法对L形横撑在大跨度CFST桁式拱桥稳定中的显著性进行了检验。结果表明:①对于L形拓扑横撑类型,当K形斜撑设置在主拱肋上弦且靠近拱脚一侧时,主拱的稳定性最好;②与常用的K形、X形和米字形横撑相比,L形横撑对主拱最大轴力、最大面内弯矩、最大面外弯矩、最大应力和竖向变形的影响均较小,仅对主拱水平变形有一定影响;③当各参数在合理的取值范围内时,使用L形横撑代替常用的K形、X形或米字形横撑,不会显著降低大跨度CFST桁式拱桥的分支点和极值点稳定性,工程师在该类拱桥的稳定设计中可以放心选用。

预应力桁式组合拱桥的病害成因分析

为了分析桁式组合拱桥的损伤原因,建立了贵州清水大桥的三维实体有限元模型。对考虑预应力钢筋+桥梁自重工况和不计上弦预应力钢筋,只考虑斜杆预应力钢筋+桥梁自重2种工况进行了数值分析,得到了2种工况下桥梁第1主应力和第3主应力的分布情况。结果显示的损伤情况与贵州省交通科学研究所的清水大桥检测报告吻合较好,比较2种工况,初步判定不合理的预应力设计水平为造成该桥新拱脚和双竖杆部位损伤的主要原因。

桁式组合拱桥存在的问题及加固新思路的探讨

从结构整体性、强度计算方法、内力调整方面查找桁式组合拱桥存在问题的根源,指出危旧桁式组合拱应采用按施工阶段来划分不同工况的应力叠加计算方法来评估其承载力.建立了一个工程实例的有限元模型,进行了分析验证.对比桁和拱在不同阶段的受力特性,依据斜杆在不同阶段内力的变化,然后提出一个由可调内力的柔性拉索来置换不可调内力的刚性斜杆的加固新思路.用实例验证了理论上的可行性.

四肢桁式钢管混凝土拱出平面徐变稳定性能

为研究拱肋核心混凝土时效与施工过程共同作用所引起的屈曲前变形对钢管混凝土桁式拱肋稳定承载力的影响,建立四肢桁式钢管混凝土拱桥单拱肋的有限元模型,同时考虑时效作用与施工过程,对其出平面稳定承载力进行分析.采用UMAT对ABAQUS进行二次开发,以考虑时效作用影响及施工过程中加载龄期的变化.在此基础上,考虑长细比、含钢率等参数的影响,对四肢桁式钢管混凝土拱的出平面徐变稳定承载力进行参数分析.分析表明,兼顾施工过程影响后,在本文分析参数范围内,时效作用可使四肢桁式钢管混凝土拱的出平面稳定承载力最多降低22.5%,该影响随着长细比的增大、含钢率的降低及持荷等级的提高而增大,在设计中应予以考虑.

桁式组合拱桥参数取值以及计算方法研究

为分析预应力桁式组合拱桥病害(大桥新拱脚,拱顶实腹段,空实腹交接处虎口位置和拱上腹杆等存在裂缝)出现的原因,对桁式组合拱桥计算模型、计算参数和计算方法进行了研究,提出了一种针对既有桁式组合拱桥的计算模式,工程实例验算结果表明:该计算方法与现有结构情况吻合良好,较好地反映了结构的受力状态。

钢管混凝土桁式组合拱桥施工过程主拱圈变形的影响因素分析

天子山大桥是世界上第一座钢管混凝土桁式组合拱桥,且主拱圈采用两端分段悬拼至跨中合龙的施工方法。该文在该桥1∶20的试验模型上,分5段对主拱圈施工过程进行了模拟。通过对试验结果的线性回归分析,得到了施工过程中斜拉索力和其他荷载对主拱圈变形的影响规律。

渝怀铁路长寿长江特大桥钢桁梁桁式比选

长寿长江特大桥主桥采用(144+2×192+144)m的连续钢桁梁。根据几种桁式的优缺点,结合长寿长江特大桥的桥位情况,对各种大跨度连续钢桁梁桁式进行分析计算,并对各种桁式进行制造、架设和经济性综合比较,得出合适的钢桁梁桁式。

基于热点应力法的钢管混凝土桁式拱桥节点疲劳评估

为准确预测钢管混凝土桁式拱桥节点疲劳寿命,提出一种基于热点应力的疲劳评估方法。该方法采用全桥多尺度三维有限元模型计算节点热点应力幅,并进行回归分析得到钢管混凝土节点的热点应力幅S~N曲线。基于该方法对一座已建成的钢管混凝土桁式拱桥进行节点疲劳评估。结果表明:疲劳易损部位位于1/4跨附近的拱肋上弦节点,起始裂纹位于节点主管表面的冠点处;采用《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中的疲劳荷载计算模型Ⅱ和疲劳荷载谱计算得到的疲劳寿命分别为20210049次和27311265次,采用疲劳荷载谱计算时多车效应纵向修正为14.9%;采用《公路钢结构桥梁设计规范》预测的节点疲劳寿命偏低,导致设计偏于保守。

在役桁式组合拱桥承载力评估与加固方法研究

针对服役桁式组合拱桥进行病害检查与技术状况评估,采用静力、动力载荷试验检测桥梁的承载能力。荷载试验结果表明:桥梁结构的冲击效应显著,大大削弱了结构的承载能力,部分桥梁评估为危桥,需要对进行结构维修加固或降低荷载等级使用。针对桥梁典型病害提出了对应的维修加固方法,进一步提出了桁式组合拱桥设计与施工技术方面的改进建议。

“释能法”加固桁式组合拱桥荷载试验分析

源村大桥为105m的预应力混凝土桁式组合拱桥,通过采用"释能法"加固方式,改变原桥的受力体系,并将该桥加固前后的荷载试验结果进行对比,分析表明,采用"释能法"加固后的源村大桥受力性能得到明显改善,承载能力得到大幅提高,达到加固目的,成为第一座加固成功的桁式组合拱桥,为国家节省大量的加固费用,具有显著的技术经济效益。

基于PBL-栓钉组合剪力键的钢-UHPC组合桁式拱桥节点拉拔性能研究

为研究概念设计的1000 m钢-UHPC组合桁式拱桥新结构中拱肋-腹杆节点构造形式、UHPC强度对节点拉拔性能的影响,及新型PBL-栓钉组合剪力键应用于拱肋-腹杆节点的有效性,设计制作缩尺比为1∶5的4种采用不同剪力键形式(1对PBL剪力键+2排栓钉、2对PBL剪力键+3排栓钉、2对PBL剪力键、3排栓钉)的拱肋-腹杆节点模型进行拉拔试验,并进行缩尺、足尺模型有限元分析。试验和缩尺有限元分析结果表明:采用PBL-栓钉组合剪力键、仅采用PBL剪力键、仅采用栓钉的拉拔试件的破坏模式分别为UHPC拱肋剪切破坏、锚固区UHPC拔出、栓钉拉断;采用PBL-栓钉组合剪力键的试件最大安全系数为2.43,满足设计要求。根据足尺有限元模型结果,采用PBL-栓钉组合剪力键的拱肋-腹杆节点总用钢量少,拉拔性能好,设计合理;UHPC的抗压强度对节点的拉拔性能影响不大;适当提高UHPC的抗拉强度可提高节点的拉拔极限承载力。

桁式组合拱桥施工过程数值模拟

采用单元死活技术,以贵州省境内的清水大桥为工程背景,对预应力桁式组合拱桥的施工过程进行了数值模拟,以了解成桥过程中的应力、位移变化情况。计算结果显示,该桥体系转换之前力学性能良好,竖向位移较小;体系转换之后局部区域拉应力高于C50混凝土的抗拉极限强度,此为造成该区域产生裂缝的主要原因。

预应力混凝土桁式组合拱桥病害成因分析

我国首创的桁式组合拱桥,为社会和经济发展作出了积极贡献,但随着运营年限的增长,多数桁式组合拱桥出现了不同程度的病害,这些病害的存在,严重影响了桥梁的整体性和结构的正常使用。以清水大桥为例讨论桁式组合拱桥的病害成因。