波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响

为了探索波纹钢形状对加固盖板涵承载力的影响及填充混凝土的拱效应形成机制,采用室内试验与数值分析相结合的研究方法,以一个室内模型试验结果为基准,建立了72个箱形、圆弧及其之间的过渡形状的波纹钢加固盖板涵的数值模型,探明了加固体系承载力随波纹钢形状参数的变化规律;基于合理拱轴的概念,探明了填充混凝土的拱效应形成机理,并采用5个数值模型进行了验证。结果表明:拱腋半径保持不变时,加固体系的承载力随着拱顶、侧墙半径的增加而减小;拱顶、侧墙半径不变时,加固体系的承载力随着拱腋半径的增加而增大;提升加固体系承载力最有效的方式是增加拱腋半径,其次是减小拱顶和侧墙半径;填充混凝土的拱效应与荷载类型有关,当波纹钢的形状能保持拱轴连续并且在素混凝土刚性角以内时,加固体系的承载力最高。在设计波纹钢加固盖板涵结构时,应根据实际工程需要综合考虑波纹钢形状与填充混凝土的拱效应,尽量避免紧贴原盖板涵的加固设计。

带加强圈的多跨钢波纹板拱涵施工力学行为试验研究

以4孔跨度9m钢波纹板拱涵为背景开展现场试验研究,针对拱背浇筑泡沫混凝土和拱顶回填土体施工过程,分析不同拱跨、有无加强圈断面关键位置的受力和变形特征。主要结论为:不同拱跨与有无加强圈对拱涵位移影响较小,且拱涵变形总体较小,最大约为4mm,应力满足设计标准,但拱脚截面应进行重点监控;不对称回填和不同回填材料造成边中跨、边跨两侧应力存在差异,在拱顶回填中,边跨钢波纹板、钢筋和加强圈内混凝土的应力均比中跨对应位置要大,最大差值分别为31.06,27.29,1.93MPa;加强圈仅在拱顶回填时充分参与受力,能显著减小拱脚波峰位置钢波纹板应力,减小量约为其设计强度的10%。

重载铁路隧道衬砌病害套衬整治关键技术及应用

为解决重载铁路隧道衬砌空洞、剥落掉块等问题,提出适用于重载铁路衬砌病害整治的套衬技术,即波纹板套衬和钢拱架套衬。依托大秦铁路和尚坪隧道衬砌病害整治项目,从套衬结构设计、防腐处理、施工工艺等方面进行论述,建立数值模型对套衬加固效果进行分析,并论述了波纹板套衬和钢拱架套衬结构性能及适用性。结果表明:两种套衬方案均可增加隧道衬砌的承载能力,适用于大秦铁路隧道衬砌病害整治;波纹板套衬抗弯刚度较钢拱架套衬大;钢拱架套衬施工效率和经济效益大于波纹板套衬。

波形钢板管涵的刚度计算方法

结合波形钢板管涵的弹性力学性能与加拿大波形钢桥涵规范,以半圆弧拱为例推导了波形钢管涵结构变形的计算方法。利用此方法计算了典型尺寸的波形钢板管涵结构在填土作用下结构竖向、横向变形随填土高度的变化规律,并与工程实测结果进行了对比。对比结果显示,提出的计算方法能基本模拟波形钢板管涵结构的形状变化,除填土高度较小时拱顶竖向变形差距较大外,其余工况下提出的方法计算结果与实测值基本吻合,表明提出的波形钢板管涵结构的变形计算方法具有较高的合理性,可作为波形钢板管涵结构设计的参考。

加强圈对钢波纹板拱涵受力行为的影响研究

为研究大跨度钢波纹板拱涵在增设混凝土加强圈后的受力行为,建立考虑土–拱相互作用的精细化有限元模型,并与CHBDC的分析方法进行对比。在此基础上,研究加强圈承担的截面内力及其在拱脚、拱腰和拱顶等部位的分布规律,并讨论加强圈厚度、间距和宽度对拱涵力学行为的影响。研究表明:采用CHBDC方法计算钢波纹板拱涵时,轴力将被低估,其与精细化有限元计算结果的比值为0.38~0.48;钢波纹板拱涵的轴力起控制作用,加强圈使得最大轴力减小了22.14%;在拱脚位置,加强圈承担的截面轴力最大,占比50.32%;加强圈各部位的轴力贡献度与其设计参数呈正相关,增大加强圈宽度优于增加厚度和减小间距。

双跨波纹钢拱桥力学性能的试验研究

本文研究了一座双跨13 m跨径波纹钢拱桥在静载和动载作用下的力学性能,静载测试了五种工况,动载测试了20 km/h、40 km/h、60 km/h和80 km/h四种车速。通过对截面应变、拱顶位移、动应变和内力分析,得出以下结论:双跨波纹钢拱桥的两跨会相互影响,当车辆作用于一跨时,该跨产生竖向和水平变形,水平变形会使土体挤压另一跨;测试的双跨波纹钢拱桥的轴力较大,不能被忽略,并且轴力大部分表现为拉力;路面结构层对波纹钢拱桥的整体性能有影响,发挥着类似减压板的功效,使整体受力更均匀,弯矩更小;拱顶应变在某一特定车速下达到最大值,车辆作用频率越接近结构自振频率,产生的动态响应越大;应变动力增大系数小于1。

波纹钢-混凝土组合结构在圬工拱桥加固中的应用研究

依托一座5跨圬工拱桥,在考虑原拱桥的二次受力以及界面接触属性的基础上,利用ABAQUS研究采用波纹钢-混凝土组合结构加固的圬工拱桥力学性能的变化。结果表明:加固后混凝土为主要受力构件,波纹钢和原拱圈的内力相当;车辆荷载作用下拱顶轴力降低85.7%,挠度降低79.5%;加固后关键截面应力均小于规范限制,达到了预期的加固效果。此外,施工过程中波纹钢板可作为混凝土的浇筑模板,施工便捷,工期明显缩短。本文可为现有圬工拱桥加固提供设计参考和工程借鉴。

大跨径拼装式波纹钢板-混凝土箱涵受力分析

针对大跨径波纹钢管涵结构空间利用率较差,且拱脚处应力集中情况明显的问题,采用拼装式波纹钢板-混凝土组合结构箱涵控制受力及变形情况。依托安庆某跨径为7.8m的钢波纹箱涵实际工程,采用波纹钢板-混凝土组合结构施工,并使用通用有限元分析软件ABAQUS对单波纹钢结构与组合结构的受力及变形情况进行数值模拟分析。结果表明,采用了拼装式波纹钢板-混凝土组合结构后的箱涵,其波峰处的最大应力减小了85.58%,波谷处的最大应力减小了67.86%,结构最大位移减小了76.97%,结构整体变形率仅为0.05%。对比工程现场监测数据,有限元模拟结果基本符合预期,为今后波纹钢板-混凝土结构在公路箱涵中的应用提供了理论依据。

山区高填路基中波纹钢拱箱涵探索与应用

甘肃地处黄土高原区,地形变化多端,山川交错,河谷纵横。近年来随着经济的快速发展,高速公路建设遍地开花,在这种大背景下,一些复杂山区公路建设中常会遇见大范围高填路基,有些高填路基高度甚至能达到60 m以上。为方便当地居民生产生活兼顾排水,高填路基下常设有通道涵,传统的涵洞结构形式有盖板涵、预制箱涵等,在高填无法形成土拱效应时,涵洞往往会承受巨大的填土压力,这两种涵洞结构形式在高填路基中的应用常会受到限制,基于此,提出一种新型波纹钢拱箱型通道涵,该拱形钢混组合结构受力性能优越,耐过载能力强,且可工厂化生产、分块加工、分块运输、现场拼装、施工及运输方便,特别适合作为山区高填路基通道涵使用。

波形钢板在钢筋混凝土拱桥中的应用

波形钢板组合拱桥结构是通过在钢筋混凝土拱座预埋地脚螺栓,然后采用角钢与波形钢板底部连接,横向利用高强螺栓拼接形成,最后在其上浇筑钢筋混凝土拱圈的一种新型结构形式。其优点在于,采用波形钢板作为底衬,减少了支模步骤,且波形钢板参与拱圈结构受力,能更大程度上分散荷载的应力集中,达到经济适用目的。

福州鹅头溪大桥桥型方案比选

鹅头溪大桥跨越现状鹅头溪,是沿溪大道桥涵工程的控制性节点工程,从通航需求和现状河道条件方面考量,本桥无设置超大跨径桥梁的需要。鹅头溪大桥提出了波形钢腹板-平钢底板钢混组合梁桥、预应力混凝土连续刚构桥和下承式斜靠拱桥+预制装配小箱梁桥三种桥型方案。从桥型方案的结构性能、施工工期、视觉效果等方面进行分析,最终确定采用波形钢腹板-平钢底板钢混组合梁桥方案,该桥型方案负弯矩区采用钢混组合桥面板结构,改善了桥面板的受力性能,提高了耐久性能。该结构受力体系合理、整体性能好、造型轻盈,与周边环境相协调,视觉效果良好。

波形钢腹板混凝土拱桥新桥型构思

介绍了波形钢腹板在桥梁结构中的应用发展概况和国外大跨度混凝土拱桥最新的研究进展,提出了波形钢腹板混凝土拱桥新型桥梁结构,并以重庆万州长江大桥为原型进行了试设计,对试设计初步成果进行了介绍。分析结果表明,这种新桥型在减轻拱圈自重、方便施工、缩短工期等方面具有相当的优越性,为混凝土拱桥向大跨径发展提供了一个新的思路。

管拱型钢波纹管涵洞有限元计算分析

为拓展钢波纹管的应用型式,运用大型有限元分析软件建立合理的力学有限元模型,对管拱型钢波纹管涵洞的受力变形进行了计算分析。运用有限元法分析得出管拱型钢波纹管涵洞土体受力变形规律。在建立的有限元模型中,通过施加公路-Ⅰ级荷载分析得出,填土高度对不同的拱顶角度的管拱型钢波纹管的周向等效应力、最大等效应力、横向位移、竖向位移的变化规律,确定了最优管型。对管拱型钢波纹管涵洞在公路工程中的发展、运用具有重要现实指导意义。

彩板波形拱壳屋面结构折曲屈曲试验研究

通过单榀彩板波形拱形斜槽板试验研究，揭示了彩板波形拱壳屋面结构最危险的破坏形式——折曲屈曲破坏模型，它是波形薄壁折板结构所特有的破坏形式，必须引起结构设计人员的高度重视并必须在设计中加以考虑。

拱形波纹钢屋盖动力特性测试及分析

拱形波纹钢屋盖是一种新颖的金属拱形薄壳结构,在我国已经得到了广泛的应用。由于结构的复杂性,目前有关的理论研究尚不够深入,动力研究还很少有人涉及。以18m和30m两种跨度的W 666型拱形波纹钢屋盖为研究对象,测试了拱在竖向平面内振动时的频率、振型及阻尼。在所提简化计算模型的基础上,采用有限元方法计算了结构的动力特性,其结果与试验数据符合较好。测试和分析结果为该结构的动力反应研究提供了方便。

波纹钢板拱桥横断面受力分析与优化设计

波纹钢板拱桥横断面抗弯刚度小,在其使用过程中易发生变形而导致在铁路工程中推广应用受限。为此,考虑到波纹钢板拱桥主要借助竖向土压力与水平土压力的共同作用减小截面弯矩,根据正常服役工况下的荷载模式进行结构受力分析,提出波纹钢板拱桥的合理受力状态,即最大限度地减小拱桥横断面主截面弯矩与拱脚水平推力,并得到了波纹钢板拱桥的横断面轴线及内力计算公式。合理受力状态下的横断面与内力特性分析表明:波纹钢板拱桥的横断面形状与竖向土压力及水平土压力有关;拱桥结构的最大轴力出现在拱脚位置,而最小轴力出现在拱顶位置。最后给出了波纹钢板拱桥工程应用建议以及设计流程。

钢管混凝土拱—钢腹板PC箱型系梁组合桥梁

为减轻钢管混凝土拱梁组合体系桥的自重,提出了采用钢腹板(平钢腹板或波纹钢腹板)代替PC箱形系梁的混凝土腹板,从而形成钢腹板PC箱形系梁。以一座已建成的钢管混凝土拱梁组合体系桥为原桥,进行了钢腹板PC箱形系梁的试设计研究。结果表明,试设计桥由于减小了自重下的内力,降低了面内自振频率,从而改善了原桥的静力和抗震性能。此外,试设计桥经济性好且方便施工,说明钢管混凝土拱—钢腹板PC箱型系梁组合桥梁是可行的。

波形钢腹板混凝土箱拱地震响应分析

采用时程分析法,对三向地震动作用下的波形钢腹板混凝土箱拱新型结构的地震特性进行分析,通过与混凝土腹板的混凝土箱拱动力特性和地震响应特点的对比,得出该新型拱圈结构具有较优越的抗震性能。同时,把三向地震作用的结果与在两个主方向(纵桥向和横桥向)同时施加地震动的计算结果进行比较,得到竖向地震动对波形板箱拱地震响应的影响程度。

某拱形波纹钢屋盖结构倒塌事故分析

拱形波纹钢屋盖结构因造价低廉、施工速度快等优点而常被应用于仓储类简易结构。由于研究较少,相关技术规程2005年才颁布实施,在此之前由于设计理论不统一等原因各地工程事故频频出现。针对一典型屋盖倒塌工程事故,采用不同计算方法进行分析,同时分析风荷载取值、风动力效应等因素对屋盖倒塌的影响。结果表明,风荷载和风动力作用是造成倒塌的主要原因,设计时应根据结构所处位置综合考虑荷载取值,规程所采用的计算方法具有一定的安全度,可以用于此类屋盖结构的设计。

波纹钢屋盖结构板件相关屈曲的试验研究与分析

拱型波纹钢屋盖结构的受力机理异常复杂,波纹、加工制作过程中产生的变形和残余应力等初始缺陷在理论分析中很难精确定量描述。论文对波纹钢屋盖结构梯形截面板组进行了轴心和偏心压力作用下稳定承载能力的试验研究,并与理论结果进行了比较分析,试验与理论结果吻合较好。试验结果表明波纹板组具有较高的局部屈曲承载能力,但几乎无屈曲后承载能力,与平板板组屈曲特性相比有显著差异。