等截面抛物线拱支座反力影响线解析解及损伤识别研究

基于近似弧长微分替代实际弧长微分,利用沿弧长曲线的显式拟合式,对抛物线拱桥支座反力影响线解析解表达式进行了推导。在此基础上,对比了抛物线两铰拱、无铰拱在单位力移动荷载作用下的推力影响线,并与有限元算例比对验证,证明本文方法较一般解析解拥有较高精度,两铰拱与无铰拱解析解的误差普遍控制在2%以内,同一算例下无铰拱误差较两铰拱略大。同时,以两铰拱与无铰拱为例,推导了损伤前后支座反力影响线的理论解析式,利用支座反力影响线建立损伤指标,利用有限元算例,对比验证了支座反力影响线用于识别抛物线拱局部损伤的可行性。

斜靠式拱桥侧倾失稳极限承载能力简化计算方法

以斜靠式拱桥为研究对象,基于Ritz法,首次推导出了拱轴线为抛物线的斜靠式拱桥弹性侧倾失稳临界荷载计算公式,并基于有限元法验证了所提出的斜靠式拱桥发生侧倾失稳时主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向受力模型的精确性以及所推导的侧倾失稳临界荷载计算公式的正确性。此外为便于估算斜靠式拱桥的侧倾失稳极限承载能力,最先引入了稳定拱肋和横撑影响系数η1、吊杆非保向力和桥面系影响系数η2、几何和材料双重非线性影响系数η3,提出了便于工程实际应用的斜靠式拱桥侧倾失稳极限承载能力的简化计算公式。研究结果表明:(1)稳定拱肋和横撑影响系数的取值范围为1.3～1.5;(2)吊杆非保向力和桥面系影响系数的取值范围为3.3～3.6;(3)几何、材料双重非线性影响系数的取值范围为0.23～0.28;(4)斜靠式拱桥的侧倾失稳极限承载能力一般为单片拱肋弹性承载能力的1～1.5倍。

水平弹性支承系杆拱桥的理论计算

为研究矢跨比、拱肋刚度和水平弹性支承刚度等设计参数对结构受力特性的影响,根据结构力学的力法导出了水平弹性支承的等截面抛物线拱在均布荷载作用下内力的计算表达式,便于结构设计初步阶段结构参数的确定.算例中本文公式计算结果与有限元计算结果一致,验证公式推导的正确性.分析结果表明:水平弹性支承的系杆拱桥可以根据支座水平刚度比不变、结构水平总刚度不变的原则进行简化.

等截面抛物线无铰拱挠度影响线实用解析解

为解决弧长微分表达式复杂导致抛物线拱挠度解析计算繁琐的难题,采取有简单弧长微分表达式的近似曲线拟合抛物线的方法,通过以沿曲线的曲率和为量化指标评价3种曲线(直线)的拟合度,最终得出悬索线拟合度最优的结论。在此基础上,利用基本力学原理,推导出抛物线无铰拱挠度影响线解析计算公式,最后应用于实例,并与有限元分析结果进行对比。算例结果表明,公式计算与有限元分析结果最大相差不超过1%,具有非常高的工程精度,可用于工程实践。

抛物线斜板拱桥的内力计算

当桥与该桥所位路线的障碍物斜交时 ,为适应线形和行车顺适 ,常需修建斜桥 .抛物线斜桥以其不苛求支承条件与伸缩装置 ,又具拱式建筑曲线美和古朴大方等优点 ,为斜桥方案中优先考虑的桥型 .但对抛物线斜板拱桥的受力计算尚无成熟理论 ,使之应用受到限制 .对等截面抛物线斜板拱桥的受力情况进行了简要分析 ,用力法原理和弹性中心法导出了抛物线斜板桥的内力计算公式 .

抛物线斜板拱桥的受力分析

对等截面抛物线斜板拱桥的受力情况进行了简要分析 。

存在缺陷支座抛物线拱桥的力学分析

考虑材料弹性模量和横截面积损伤的影响,推导了存在缺陷支座抛物线拱的平面挠曲线平衡方程,并运用Matlab软件分析得出了抛物线拱桥发生固有振动时,水平推力与损伤因子的关系曲线。算例表明:随着损伤程度的加大,水平推力值下降比较快。

连续梁拱组合体系桥侧倾稳定实用计算

研究了单承载面连续梁抛物线拱组合体系桥在竖向均匀荷载作用下的侧倾屈曲问题,首次用能量法推导了连续梁拱组合体系桥侧倾稳定计算的实用公式,并提出了边跨效应影响系数.将公式计算结果与有限元结果进行对比,验证了实用计算公式的正确性.研究结果表明:提出的实用计算公式比较全面地考虑了影响连续梁拱组合体系桥侧倾稳定的因素,具有足够的精确性,使用简洁方便,对同类桥型的初步设计有很大的指导意义;同时表明边跨有利于桥梁结构的稳定,且在合理的边中跨比范围内增大边跨可进一步提高桥梁结构的侧倾稳定性.

高速铁路拱承斜拉桥桥塔形式和锚固构造研究

以跨深汕西高速公路新建广州至汕尾铁路大桥为研究对象,应用Midas Civil软件建立全桥分析模型,分析采用上塔柱分散锚固、塔顶集中锚固的抛物线和圆曲线桥塔的受力,进行桥塔形式和锚固构造研究。结果表明:不同塔型轴力基本相当,弯矩差异较大,集中锚固时最大弯矩为塔顶正弯矩,分散锚固时最大弯矩为塔顶负弯矩,且抛物线和圆曲线桥塔采用分散锚固时的最大弯矩数值分别为采用集中锚固时的9.7和1.8倍;抛物线拱形塔采用上塔区分散锚固形式更为适宜,受力状态更好;圆曲线拱形塔采用塔顶集中锚固或上塔区分散锚固形式均合适,当圆曲线拱形塔采用塔顶集中锚固时,塔间设置横向索可有效改善桥塔变形和内力状态;桥塔形式可结合建桥条件和受力要求进行选择;塔顶集束式锚固构造传力途径明确,结构受力合理,技术可行。

带副拱的抛物线双肋拱系在保向力作用下的侧倾稳定

为解决圆弧拱在大矢跨比情况下等效替代抛物线拱精度差的问题,将双曲余弦函数曲线引入到抛物线拱侧倾稳定的解析计算中,在证明双曲余弦函数曲线比圆弧线拟合度更优的基础上,基于最小势能原理,以双曲余弦函数曲线等效替代抛物线,同时考虑副拱作用,推导出了保向力作用下带副拱的抛物线平行双肋拱系侧倾临界荷载的解析计算公式。随后,利用有限元数值算例验证了所得公式的正确性;最后通过公式计算讨论了各参数对带副拱的抛物线双肋拱系侧倾失稳临界荷载的影响。研究结果表明:计算公式与有限元分析结果的差值最大不超过3.62%,所得公式具有非常高的工程精度;以圆弧拱近似替代抛物线拱在矢跨比较大的情况下结构的侧倾临界荷载计算结果会产生较大误差,最大有10.47%,用双曲余弦函数曲线等效替代抛物线更优;相对于横撑在拱切向平面内的抗弯刚度、横撑数量、双肋间距离和矢跨比来说,副拱在拱切向平面内的抗弯刚度和主、副拱相交位置不是影响保向力作用下带副拱的抛物线平行双肋拱系侧倾稳定的关键因素。推导所得解析计算公式简便且精度高,对工程初步设计具有一定的实用值价,且为参数的合理设置提供了参考。