Finite element model for arch bridge vibration dynamics considering effect of suspender length adjustment on geometry stiffness matrix

In this paper, we established a finite element (FEM) model to analyze the dynamic characteristics of arch bridges. In this model, the effects of adjustment to the length of a suspender on its geometry stiffness matrix are stressed. The FEM equations of mechanics characteristics, natural frequency and main mode are set up based on the first order matrix perturbation theory. Applicantion of the proposed model to analyze a real arch bridge proved the improvement in the simulation precision of dynamical characteristics of the arch bridge by considering the effects of suspender length variation.

高速铁路系杆拱桥检测方法及应用

根据高速铁路系杆拱桥的结构特点、受力特点和养护条件,研究制定了外观缺损检测、吊杆体系专项检测、结构姿态检测、材料性能检测、动力特性测试、承载能力检算等测试内容及采用方法,并应用于京沪高速铁路一座实桥检测中。检测结果表明:该桥除外观上存在少量病害外,结构整体受力性能良好,相对于桥梁建成初期没有明显的变化,验证了本文检测方法的有效性和可实施性。

吊杆断裂破坏安全极限状态下中、下承式拱桥悬吊桥面系简化计算方法

为简化吊杆断裂后中、下承式拱桥剩余结构动力响应的计算方法,提出悬吊桥面系强健性设计破坏安全极限状态,开展了大比例缩尺模型试验,采用ANSYS/LS-DYNA建立不考虑拱肋的悬吊桥面系结构有限元模型,提出弹性支撑悬吊桥面系简化计算模型,并采用五弯矩普通方程式,对弹性支撑悬吊桥面系计算长度进行简化,推导得到了悬吊桥面系简化计算方法;构建18种不同跨径标准拱桥的分析结果验证简化计算方法精度。研究结果表明:破坏安全极限状态恒载γG和活载γQ分项系数分别为1.2和0.9,1车道、2车道、3车道及以上的荷载横向分布系数分别取1.0、0.75和0.52,钢筋和钢结构强度分别取1.25倍和1.05屈服强度、其他材料强度取标准值;不考虑拱肋的悬吊桥面系结构有限元简化计算模型最大正误差仅为11.7%;建议短吊杆、次短吊杆以及长吊杆断裂工况下弹性支撑连续梁模型计算长度分别取D+2L、D+3L和4L,其偏差率分别为2.89%、2.40%、3.66%。吊杆断裂破坏安全极限状态下中、下承式拱桥悬吊桥面系简化计算方法的最大正误差分别为11.4%和10.1%,计算结果具有良好的精度且偏于安全。

大跨度悬挂式单轨钢箱组合梁总体设计及关键技术研究

悬挂式单轨是一种轻型、中速、低成本的新型轨道交通方式,结构轻盈、美观,但是当跨越河流、沟壑等障碍时,存在明显短板。从结构受力、运行安全角度出发,提出一种在斜拉桥的主梁上架设轨道墩柱和轨道梁的新型组合梁结构方案,突破常规悬挂式单轨跨越能力受限的壁垒。为研究斜拉桥主梁与轨道梁墩柱结合部位复杂的受力情况和传力路径,采用ANSYS软件分别建立钢箱梁区段和混凝土箱梁区段有限元模型。结果表明:钢箱梁区段,墩柱荷载主要传递给与之直接相连的横隔板以及中腹板,其中,横隔板受力比较均匀,中腹板受力主要集中在以墩柱为中心,半径约2 m的范围内,基本可以传递至钢梁底板。墩柱轴力的58%传递给与之直接相连的横隔板;墩柱横桥向弯矩的传递过程中,58.8%的剪力传递给与之直接相连的横隔板;墩柱顺桥向弯矩的传递过程中,53.4%的剪力传递给中腹板;混凝土箱梁区段,墩柱荷载主要传递给与之直接相连的混凝土腹板、横隔板。混凝土受力主要集中在以结合面为中心,半径约2 m的范围内,墩柱荷载在结合面以下约0.5 m的范围内基本完成传递,墩柱轴力的68.8%传递给与之直接相连的横隔板;墩柱横桥向弯矩的传递过程中,86.4%的剪力传递给与之直接相连的横隔板;墩柱顺桥向弯矩的传递过程中,44.6%的剪力传递给中腹板。

悬挂式单轨单肋式拱桥设计参数敏感性分析

[目的]鉴于目前针对悬挂式单轨单肋式拱桥的研究案例较少,为了更好地指导悬挂式单轨拱桥的设计和施工,需要对其不同设计参数的敏感性进行分析。[方法]以湖南某旅游空中列车项目为背景,通过Midas空间杆系整体模型和ANSYS板壳单元细部模型,对跨度为60 m,采用刚性吊杆钢箱拱,拱、梁、墩刚接的单肋式双线拱桥进行计算分析。研究了不同设计参数对轨道梁刚度、主梁应力、主梁翘曲畸变的敏感性影响;提出了设计参数敏感性评价指标,将其按敏感因子10%和5%划分为大、中、小3个等级,得到了主要设计参数的敏感性差异。[结果及结论]拱桥矢跨比、中横梁尺寸及桥墩尺寸依次对于主梁竖向挠度、主梁水平位移和梁端转角是敏感性参数,主梁的加劲肋间距对主梁应力和跨中畸变是敏感性参数,主梁腹板厚度对梁端翘曲是敏感性参数。对于悬挂式单轨单肋式拱桥,其刚度要求相对应力要求更加控制拱桥设计,设计中宜采用合理的设计参数。

下承式钢箱拱桥成桥索力及张拉方案分析研究

为更高效地确定下承式钢箱拱桥合理成桥索力以及施工阶段吊杆张拉索力,以某下承式钢箱拱桥为例,采用有限元软件进行模拟,得出最小弯曲能量法、零位移法、刚性支承连续梁法和刚性吊杆法4种方法的成桥索力及内力分布情况,分析几种方法的适用性,并通过提出的6种吊杆张拉方案,对比各方案下的张拉控制力及关键截面内力变化情况,探究不同吊杆张拉方案对结构的影响。研究结果表明:最小弯曲能量法得到的成桥索力较为均匀,而且成桥内力状态表现较好,更适合该类桥梁的合理成桥状态确定;从拱脚向拱顶依次张拉施工最为方便且吊杆张拉控制力更均匀,但会出现局部内力较大的情况;对称交替张拉吊杆能够改善局部内力较大的现象,但总体趋势不变;1/4拱肋处左右对称依次张拉吊杆易导致1/4拱肋处出现较大内力峰值,且出现张拉过程索力极值较大的情况;1/4拱肋处左右对称间隔张拉吊杆在关键截面处的内力较为均匀,且没有出现较大峰值,有利于结构安全。

某大跨网状吊杆拱桥设计与施工方案研究

深圳市深汕合作区某大桥采用230 m主跨网状吊杆拱桥一跨过河设计方案,主桥全宽56 m,主梁采用纵横梁体系钢-混组合梁断面;主拱采用六边形箱形断面,拱轴线按二次抛物线设计,矢跨比为1/5.5,拱高为41.273 m.大桥采用无柔性系杆体系,采取先梁后拱架设工序;结合内河航道无大节段钢梁运输条件、桥址处位于台风高发期的复杂施工条件,提出了主梁采用岸边原位拼装、支架滑移法施工方案,主拱采用拱脚段低位拼装、跨中段整体提升安装方案.该桥的设计理念和施工方案验证了网状吊杆拱桥在市政桥梁中的适用性、可实施性和经济性,相关研究和设计成果为今后同类桥型设计和施工提供借鉴.

大挑臂下承式连续梁拱组合桥设计

西宁祥瑞大桥为(40+120+40)m大挑臂下承式连续梁拱组合桥。主梁采用大挑臂钢箱组合梁,钢梁采用单箱三室槽形结构,桥面板采用钢筋混凝土结构。主拱采用由2片分离的拱肋及横向风撑组成的组合式拱圈,拱肋呈“纺锤”形。吊杆采用高强度钢绞线整束挤压拉索,索体采用多重防腐层和抗辐射老化措施。系杆由37股∅s 15.2 mm新型高强度钢绞线组成,分布在钢梁中间箱室内。桥墩采用花瓶形钢筋混凝土实体墙式墩,基础采用6根∅2.0 m钻孔灌注桩。彩虹状的拱桥造型极具地域特色,景观效果良好。大挑臂钢箱组合梁结构横向刚度大、抗扭性能好,具有良好的受力性能及经济性能。全桥采用先梁后拱的施工方案,钢梁采用顶推施工,拱肋采用液压提升系统安装,预制桥面板在大挑臂横梁上使用桥面吊机施工。

多跨连续圆竹-钢组合拱桥全预制快速拼装建造

为提高竹拱桥的跨越能力,以我国已建成的最长竹桥——玲珑大桥为启发,提出采用圆竹和钢材进行多跨连续圆竹-钢组合拱桥的全预制快速拼装建造方法,系统研究圆竹的调弯、防腐工艺和拱圈、拱上建筑的预制拼装,以及拱圈的变形控制等关键技术。结果表明:圆竹-钢组合拱桥的跨越能力明显优于竹拱桥,且结构变形较小;该桥型的构件全部采用预制拼装,具有造价低、施工快速、节能环保等优点,研究结果可为圆竹-钢组合拱桥在类似工程中的推广应用提供参考。

大跨度拱桥无砟轨道线形控制及调整技术

一座跨越通航河流的主跨180 m铁路连续梁拱桥,由于锁定轨枕标高后再浇筑道床板、后浇部分三墙工程,以及底座板施工后梁面CPⅢ测点未复测,使得最终轨面线形低于设计值。为解决揭板重新铺设轨道费用高、产生废弃工程、污染环境、整治施工工期较长等问题,提出一种通过调整吊杆内力来调整轨面线形的方法,这种方法弥补了重铺轨道的缺点。该方法技术难度大,实施中结合现场实际情况,精确计算桥梁梁体线形与吊杆力的线性关系,对结构的受力进行分析,并利用磁通量传感器、千斤顶等设备开展现场监测和控制,在保证结构安全的基础上实现对轨面线形的精确调控。

人行景观拱桥的吊杆施工关键技术研究

随着我国桥梁建设的高速发展,城市景观桥梁的数量也逐步增多,对于桥梁的造型、结构等美观性、新颖性以及安全性提出了更高的要求。广州塔南广场配建珠江两岸人行景观桥是广州首座珠江两岸人行桥,吊杆锚固结构采用锚拉板形式,张拉空间小,对于张拉工艺要求高。结合该工程的吊杆施工安装实例,系统地介绍了吊杆的施工工艺,针对张拉空间不足的技术难题提出了一种适用于小空间的张拉工艺,可以有效解决张拉空间不足的问题,对同类桥梁施工有一定的参考价值。

钢管混凝土拱桥吊杆张拉顺序对结构受力的影响

吊杆张拉是钢管混凝土拱桥施工中的重要环节,吊杆的张拉顺序不同会对结构内力分布及变形产生不同的影响。为了研究吊杆张拉顺序对钢管混凝土拱桥结构受力的影响,以新建轻纺城大桥主桥为工程背景,借助有限元软件建立桥梁三维仿真模型,对比分析了三种吊杆张拉顺序下的结构变形和内力变化规律。计算结果表明,从跨中对称向两端张拉是吊杆张拉施工的最优方案。

如意香河大桥主桥设计

北运河香河段的河道蜿蜒形态,恰似一件寓意吉祥美好的如意,串联着整座香河新城。如意香河大桥主桥设计以“如意”为设计立意,进行了极具地域特色的景观桥型设计。主桥采用三跨抱翅型拱梁组合体系,全长256 m,跨径布置为56.5 m+164.5 m+35 m。主桥外观新颖独特、富有韵律、与结构受力融合一体,去繁就简、舒展大方,标志效应显著,可为类似的景观桥项目设计提供借鉴。主要介绍了该桥的方案设计、总体布置、结构设计、景观设计、BIM应用等内容。

连续梁钢箱拱桥0#块及悬挑式拱脚施工技术研究

本文结合工程实例,针对连续梁钢箱拱桥0#块及悬挑式拱脚施工方案进行优化研究,解决了连续梁钢箱拱桥0#块及悬挑式拱脚施工难度,有效缩短了施工工期。该技术在福州滨海快线乌龙江大桥工程中得到成功应用,并取得了良好的社会经济效益,具有较好的推广与应用价值。

悬浇拱桥施工中的锚扣系统设计与优化探究

在悬浇拱桥施工技术中,锚扣系统的设计与优化对保障工程安全、提高施工效率具有重要意义。该研究以施工设计为出发点,综合分析了设备配备、材料选择及施工流程3个关键环节,并探讨了扣锚点的设置和扣锚索的张拉等技术细节,实现锚扣系统施工的科学合理化。研究采用了包括材料测试、设备参数调整和过程监控等一系列方法,确保了材料质量与施工精度。研究结果表明,通过优化扣锚索制作与安装、精确控制张拉过程,以及实施有效的拆卸策略,能显著提高悬浇拱桥施工的可靠性和经济性。

下承式系杆拱桥部分吊杆失效影响分析

以六安市跨淠河某下承式系杆拱桥为研究对象,利用有限元软件Midas建立空间模型对下承式系杆拱桥发生局部吊杆破坏失效进行模拟,研究分析靠近拱脚处四分之一跨径内发生吊杆失效时,对临近吊杆、拱肋及纵梁等构件受力的影响。为下承式系杆拱桥后续设计优化及运营阶段维修养护提供参考。

基于WIM的吊杆拱桥不中断交通换索施工安全评估

以某吊杆拱桥为研究对象,基于车辆动态称重系统(WIM)监测数据,建立了适用于该桥不同通行状况的车辆荷载模型。通过有限元数值模拟,分析了桥梁在不中断交通条件下更换吊杆时的受力状态,根据构件的实际抗力计算得到主拱肋、吊杆和钢主梁在极端情况下的安全系数,对不同工况下桥梁换索施工的安全性进行了评估。结果表明:主拱肋对于换索时的通行状况、是否新增纵梁等变化并不敏感,且安全系数均满足要求;吊杆和钢主梁受新增纵梁、通行状况影响较大,需通过新增纵梁加强桥面系的整体性等措施保证施工安全。

大跨悬浇钢筋混凝土拱桥施工要点探究

钢筋混凝土拱桥规模不断扩大,人们对其建设质量提出了更高的要求。大跨悬浇拱桥施工技术在不断更新,性能更加优良,功能更加强大,更加符合工程建设的各项要求,但与此同时,其施工专业性要求更高,施工难度也有所增加。因此,在具体施工中需要把握大跨悬浇钢筋混凝土拱桥的施工要点和注意事项,有针对性地开展质量控制工作,发挥技术优势,提高此类拱桥的建设质量。分析了大跨悬浇钢筋混凝土拱桥的施工方法,并提出几点有效的控制措施,以期为相关工程建设提供参考。

考虑吊杆断裂过程的下承式钢管混凝土拱桥动力分析

收集并分析62座下承式钢管混凝土(CFST)拱桥的主要参数,构建6种不同跨径的下承式CFST标准拱桥.采用MSC.Marc有限元软件模拟缩尺试验模型吊杆断裂的全过程,讨论动力系数计算方法及其取值.确定6种不同跨径下承式CFST标准拱桥在短吊杆、次短吊杆及长吊杆分别断裂时剩余吊杆及加劲纵梁的动力系数取值.研究结果表明:采用有限元软件MSC.Marc模拟下承式CFST拱桥吊杆断裂,最大误差仅为11.25%.各吊杆分别断裂时,拱肋和加劲纵梁各截面均为断裂吊杆所对应位置动力响应最大;剩余吊杆为断裂吊杆的相邻吊杆动力响应最大.下承式CFST拱桥剩余吊杆和加劲纵梁动力系数取值分别为1.75和1.80时,采用静力法计算结果与动力计算最大值基本一致,且计算结果偏于安全.

考虑吊杆断裂的拱梁组合桥动力响应分析

针对拱梁组合桥吊杆断裂动力响应问题,建立一种考虑吊杆断裂作用的拱梁组合桥等效静力计算方法.通过构建具有代表性的标准拱梁组合桥,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行吊杆断裂冲击作用下拱梁组合桥动力分析.分析结果显示,拱梁组合桥的长、短吊杆断裂,对剩余吊杆与系梁的影响较大,对拱肋的影响较小;短吊杆对剩余吊杆应力的影响程度更大,长吊杆对系梁的动力响应影响更大.采用考虑吊杆断裂作用的等效静力法计算拱梁组合桥动力响应时,短吊杆断裂时动力系数可偏安全地取为0.8,长吊杆断裂时动力系数根据跨径按公式取值.