大跨度弯扭钢箱拱拉杆悬桥结构施工技术

华彩·海口湾广场项目主体结构由A,B座塔楼和C,D座裙房组成,C座裙房屋面设有大跨度弯扭钢箱拱拉杆悬桥结构,并与A,B座塔楼相连。该悬桥结构具有造型新颖、主要构件多为弧形等特点,且形式较复杂,构件截面多变,施工难度大。根据悬桥结构形式、特点与现场实际情况,对施工重难点进行分析,并研究钢格栅、拱脚节点、内拱、水平拉杆与外拱、斜拉杆与弧形悬桥关键施工技术。通过施工模拟与过程控制相结合的方式,保证工程质量与安全,缩短工期并节约成本。

单轴对称截面圆弧拱弹性弯扭屈曲临界荷载

为了研究均布径向压力作用下的单轴对称截面均匀受压圆弧拱的弹性弯扭屈曲临界荷载,为一般荷载作用下压弯钢拱的稳定承载力设计奠定基础,采用平衡法推导得到了均匀受压圆弧拱的面外屈曲临界荷载的理论解。在微元段受力平衡的基础上,建立了任意轴线形状、截面形式的曲线构件的平衡方程,代入截面变形条件、内力与变形条件推导出了单轴对称截面均匀受压两端铰支圆弧拱的屈曲方程,求解得到了保向分布力作用下的弯扭屈曲临界荷载。采用ANSYS有限元数值方法进行了分析比较,研究了截面不对称性、荷载作用位置对弹性弯扭屈曲临界荷载的影响。结果表明:所提出的平衡法推导过程概念清晰明确,所得解析解与有限元数值解吻合较好,具有较高的精度。

箱形钢-混凝土组合梁的复合弯扭试验研究

为研究钢-混凝土组合梁的弯扭性能,完成了6根箱形组合梁的纯扭和弯扭试验,详述了在不同扭弯比下箱形组合梁的受力性能及破坏形态,对裂缝发展和应力的变化情况进行了分析,揭示了箱形组合梁在弯扭复合作用下,极限扭矩和极限弯矩会相应提高的机理。对组合梁扭型破坏和弯型破坏进行了对比分析,指出了根据传统的弯剪扭相关方程而得到的相关公式的不合理性,并给出了在复合弯扭和弯剪扭下的相关公式,得到的结论能为组合梁计算和分析设计提供参考。

考虑次生剪切变形的带隔板偏轨钢箱梁位移应力解

为研究简支带隔板偏轨钢箱梁的变形及受力特性,将带隔板钢箱梁视为具有内部赘余联系的高次超静定结构,提出考虑截面次生剪切变形的畸变柔度法,并运用精细时程积分迭代算法提高柔度方程求解精度.然后基于叠加原理,给出简支带隔板钢箱梁考虑剪力滞效应的弯曲位移及应力解析解、扭转翘曲函数解析解和考虑畸变剪切变形的畸变初参数法,最终得到偏载作用下箱梁位移及应力解析解.结果表明:隔板位置对畸变横纵向位移影响显著,对弯曲及扭转横纵向位移影响微弱;同时隔板可有效提高箱梁抗畸变框架刚度,大幅减小由畸变产生的截面横向挠曲变形.

蝴蝶拱桥扁平钢箱弯梁的约束扭转分析

以我国首座已建成通车的蝴蝶拱桥为背景,基于乌曼斯基约束扭转的弹性薄壁梁理论及薄壁箱梁的剪力流理论,采用考虑翘曲位移自由度的空间杆系有限元分析模型,结合静载试验实测数据,对该桥单箱多室截面的扁平钢箱弯梁进行了考虑约束扭转效应的空间受力分析.计算结果表明,在蝴蝶拱桥结构中,扁平钢箱弯梁的约束扭转效应比较显著,在设计中应加以考虑.

非对称外倾式钢箱拱桥扁平弯钢箱梁扭转与翘曲

以正在设计中的非对称外倾式钢箱拱肋扁平钢箱弯主梁结构形式的异型钢拱桥为背景,采用空间杆系模型对该桥进行恒载和活载作用下扁平钢箱主梁的扭转与翘曲受力特性分析;活载影响采用空间影响面方法计算,翘曲应力按乌曼斯基(Wumnansji)理论计算。计算结果表明,在恒载和活载作用下,异形钢箱拱桥扁平钢弯箱梁的扭转剪应力可达到钢材容许剪应力的23.4%,在设计中必须加以考虑。

九堡大桥主航道桥副拱设计与制造特点

杭州九堡大桥主航道桥是一座结合梁—钢拱组合体系拱桥,三跨拱肋构造相同,跨径均为188m。拱肋结构采用造型新颖的蝶形拱,其中副拱为空间弯扭构件。该文主要介绍主航道桥副拱的构造、空间弯扭造型、面板空间曲面展开方法,探讨空间弯扭构件的合理制造方法,并对弯扭构件制造过程中的扭转变形进行分析。

波形钢腹板组合梁应用与研究进展

波形钢腹板组合梁具有施工速度快、节省支架和模板等优点,具有十分广阔的应用前景。在简要叙述波形钢腹板组合梁的组成及受力特点、国内外应用情况的基础上,重点介绍了波形钢腹板组合梁的抗剪性能、抗弯性能及抗扭转畸变性能在国内、外研究进展情况,指出了目前存在的问题与不足,并提出了建议,包括:如何考虑混凝土板及连接件对组合梁抗剪承载力的有利作用,不考虑波形钢腹板对梁整体抗弯的有利影响,进一步加强关于扭转畸变的研究等。

受火钢拱结构的冲击响应与弯扭屈曲

为研究火灾中受质量块撞击两端固支钢拱结构的动力响应和弯扭屈曲行为,利用有限元软件Abaqus对其进行数值仿真,考虑钢材力学性能的升温退化和应变率强化效应,得到临界温度范围内钢拱发生弯扭屈曲时质量块的临界速度,以及撞击荷载作用下钢拱结构的竖向挠度、撞击力变化曲线和响应过程,并对质量块的质量-速度关系和拱脚处约束条件进行参数分析。研究结果表明,在不同温度范围内,使钢拱发生弯扭屈曲的质量块临界速度的影响因素不同:20℃≤T≤100℃时,静载荷比η起主要作用;100℃<T≤400℃时,静载荷比η和温度T共同起作用;400℃<T≤700℃时,温度T起主要作用。随着钢拱温度的升高,跨中挠度大幅增加,撞击力作用时间增长。大质量、低速撞击更易引发结构平面外弯扭屈曲。与平面外约束相比,平面内约束可以有效提高结构抗撞击性能。

基于板-梁理论的双轴对称哑铃形钢管混凝土拱弯扭屈曲理论研究

现有的理论公式只适用于单一材料构件,无法使用现有的稳定理论解决由不同材料组成的构件,为此,张文福教授在2014年独立提出一种可解决薄壁构件组合扭转和弯扭屈曲的新工程理论,该理论主要采用三种基本假设:刚周边假设、板变形假设、梁变形假设。与传统的Vlasov理论不同,板-梁理论中纵向位移、线性和非线性应变、应变能均可借鉴成熟的Kirchhoff薄板理论和Euler梁理论推导得到,不仅可以解决翘曲无法考虑钢和混凝土不同材料影响的问题,还可以避免假设翘曲函数的随意性带来的争议。为了描述方便,板梁理论中引入了两套坐标系,分别为整体坐标系xyz和局部坐标系nsz,这两套坐标系与Vlasov的坐标类似,均满足右手螺旋法则。整体坐标系的原点与截面形心重合,x、y轴分别为截面的主轴。与Vlasov的曲线坐标系不同,局部坐标系nsz为直角坐标系。原点与每个板件自身的形心重合,s轴与板件的中面重合,n轴与板件中面的法线重合。由n轴转向s轴符合右手螺旋法则,且拇指应该与z轴正方向一致。基于板-梁理论推导双轴对称哑铃形钢管混凝土的截面特性,根据相关假设,建立发生弯扭屈曲的位移场、应变场,推导出总应变能和总初应力势能,进而得出双轴对称哑铃形钢管混凝土截面的抗弯刚度、翘曲刚度和自由扭转刚度,通过算例和有限元分析验证理论公式的正确性。