大跨度铁路钢桁连续梁桥抗震分析方法研究

采用非线性结构分析软件SAP2000建立了某全长504 m的3跨铁路钢桁连续梁桥有限元模型,研究了大跨度铁路钢桁梁连续梁桥的振动特性,并对此类桥梁地震响应分析方法进行了讨论。研究表明:与常规混凝土连续梁桥相比,大跨度铁路钢桁梁桥振型密集复杂,沿用常规混凝土铁路连续梁桥取较少振型组合进行反应谱计算,可能会导致结果精度不可接受。应用瑞利阻尼确定结构阻尼矩阵进行直接积分时程分析时,阻尼矩阵计算振型应选取计算方向参与质量大的前两阶振型,而通过快速非线性分析方法(FNA)设置常阻尼比0.05进行时程分析可得到略保守的计算结果。

连续钢桁结合梁桥桥面系受力状态及与桥面系刚度的关系

以1座下承式连续钢桁结合梁桥为例,采用有限元法研究其桥面系的受力特性,考察中支座区域桥面系受力状态与混凝土板板厚、纵梁抗拉刚度及抗弯刚度的关系;针对纵横梁及混凝土板在中支座区域受力比其他区域突出的问题,探讨解决方案。研究结果表明:在中支座两侧节间内,随着纵梁抗拉刚度的增加,纵梁轴力增加速度逐渐减小,且低于抗拉刚度的增加速度;随着纵梁抗弯刚度的增加,纵梁竖向弯矩也增加;采用较高的纵梁或增加混凝土板厚对降低中支座区域纵横梁的应力效果并不明显;选择合适的纵梁高度并增加翼缘厚度或采用4根小纵梁的方法均可降低该区域纵横梁的应力水平,在中支座两侧节间内再布置横梁时,纵横梁的应力可进一步降低。

连续钢桁结合梁桥负弯矩区桥面系受力影响因素和改善方法研究

以1座下承式连续钢桁结合梁桥为例,采用有限元法研究了桥面系的受力特性,考察了中支座区域桥面系受力状态与混凝土板板厚、纵梁抗拉刚度及抗弯刚度的关系;针对纵横梁及混凝土板在中支座区域受力比其他区域突出的问题,探讨解决方案。研究结果表明:在中支座两侧节间内,随着纵梁抗拉刚度的增加,纵梁轴力增加速度逐渐减慢,且低于抗拉刚度的增加速度;随着纵梁抗弯刚度的增加,纵梁竖向弯矩也增加;采用较高的纵梁或增加混凝土板厚对降低中支座区域纵横梁的应力效果并不明显,相对而言,选择合适的纵梁高度并增加翼缘厚度或采用4根小纵梁的方法均可降低该区域纵横梁的应力水平,在中支座两侧节间内再布置横梁时纵横梁的应力可进一步降低。

钢桁-混凝土组合结构梁桥连续破坏-倒塌动态行为研究

近年来交通荷载激增,桥梁构件破坏和整体结构倒塌时有发生,造成重大人员伤亡和经济损失。其中,相对其他形式结构桥梁,钢桁-混凝土组合结构桥梁冗余度较低,重载作用下构件的初始破坏易引发桥梁整体倒塌,故明确钢桁-混凝土组合梁桥连续倒塌机理和模式,对该类桥梁抗连续破坏-倒塌设计具有十分重要的理论和工程意义。因此依托钢桁-混凝土组合连续梁桥实体工程,采用能量法和显式动力学数值分析方法,对其构件重要性、破坏后剩余结构冗余度和倒塌动态行为开展研究。研究结果表明:最不利荷载作用下,钢桁-混凝土组合连续梁桥边跨正弯矩最大区域下弦杆破坏后剩余结构的最低冗余度为1.94,而边跨梁端支点附近腹杆破坏后剩余结构的最低冗余度为1.61。组合梁边跨正弯矩区下弦杆破坏后剩余结构遵循转动铰机制倒塌,破坏路径较长,结构整体倒塌前具有显著变形,最大竖向位移达到60.1 cm;组合梁支点区域腹杆破坏后剩余结构遵循滑移面机制倒塌,破坏路径极短,倒塌前整体结构无明显变形,最大竖向位移仅为9.1 cm,结构破坏呈明显脆性特征。腹杆失效所形成的滑移面倒塌机制对钢桁-混凝土组合结构梁桥极为危险,需重点设计预防。通过对钢桁-混凝土组合连续梁桥破坏路径的研究,探明了该类结构各构件的重要性分布特征和结构连续倒塌机制,为提高同类型桥梁抗破坏-倒塌性能提供理论依据和设计方法。