设置反拱加固的拱结构力学性能研究

提出了一种设置反拱结构的拱桥加固方法,该方法是通过在主拱圈拱肋下方设置反拱,在反拱和拱肋之间用竖杆相连,并通过抗弯预埋件和抗剪锚栓把反拱的拱脚和拱肋连接,使反拱结构和原主拱圈共同形成结构受力体系。本文基于有限元参数分析方法,通过设置6个不同参数:拱的矢高f1、拱的拱轴系数m1、反拱的矢高f2、反拱的拱轴系数m2、反拱与待加固拱的等效半径比i、反拱纵向长度与待加固拱的总跨径的比值Kr,以考虑不同拱桥、反拱结构参数对原拱桥关键截面内力、跨中挠度及整体屈曲系数的影响。基于大量计算数据的参数拟合,分别获得跨中弯矩、跨中挠度、拱脚弯矩、拱脚推力、整体屈曲系数的拟合表达式。通过对拟合数据的分析,获得了反拱加固的拱桥结构力学特性的相关变化规律。最后对一个100m跨径拱桥进行加固计算分析,结果表明:本文提出的加固方法不但可以显著提高待加固桥梁的整体刚度与稳定性,而且可有效地降低主拱关键截面的内力。     

斜靠式拱桥结构侧倾失稳分析的Ritz法

采用Ritz法,首次推导了主拱肋拱脚铰接、稳定拱肋拱脚固接边界条件下,斜靠式拱桥的侧倾失稳临界荷载系数的计算公式,并通过有限元法验证了该计算公式的正确性.进一步分析了稳定拱肋弯曲变形能和扭转变形能、主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向弯曲变形能及吊杆非保向力位势和桥面系侧向弯曲变形能对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载系数λcr的影响.研究结果表明:稳定拱肋的侧向弯曲变形能对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载系数λcr有一定的影响,而扭转变形对侧倾失稳临界荷载系数λcr影响甚微;若忽略横撑的所有变形能,侧倾失稳临界荷载系数λcr降低65％～83％,即横撑对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载系数λcr的影响非常显著;随着稳定拱肋倾角的增加,侧倾失稳临界荷载系数λcr呈增大趋势,且增设稳定拱肋对提高斜靠式拱桥的侧向稳定性大有帮助.     

钢筋混凝土拱桁架的优化设计

渡槽支承的拱析架结构(见图1，2)中，曲杆是整个结构的主要受力杆，它承受较大轴压力，杆端弯矩较小，属于小偏心受压杆。其它各类杆也为小偏心受压或受拉杆。拱桁架的拱片在构造上要求一致.所以拱桁架的钢筋混凝土构件的优化设计的设计变量取三个,     

钢管初应力对钢管砼拱桥承载力影响非线性分析

基于非线性问题的平衡方程和空间梁单元非线性几何方程,推导了一般线弹性关系下计入初应力影响的空间梁单元显式切线刚度矩阵。针对钢管混凝土哑铃型截面的构造特点,提出了组合空间梁单元法,较好解决了哑铃型截面钢管初应力的计算与存储问题,并给出了承载力分析时单元划分的具体方法,编制了专用计算程序,计算结果与试验吻合良好。开展了不同钢管初应力系数、不同截面含钢率和不同跨径对钢管混凝土拱桥承载力的影响分析。结果表明,钢管初应力将使钢管混凝土拱桥的承载力降低,降低幅度与拱肋截面型式有关,承载力最大降低值可超过30%。最后给出了三种考虑钢管初应力影响的常用拱肋截面型式拱桥承载力影响系数实用计算公式。     

纸拱桥结构模型优化建模分析——大学生结构设计竞赛谈

以大学生结构设计竞赛为背景,以纸拱桥结构模型为分析实例,引导大学生讨论如何运用数学规划思想来进行结构优化分析,培养大学生的学习主动性和创造性．通过对拟定的结构竞赛规则下的结构进行受力定性分析,建立了纸拱结构寻优的数学规划模型,以拱桥质量最轻为目标函数,结构在特定荷载作用和材料特性条件下,满足材料强度极限值和稳定性要求作为约束条件,分析求解纸拱结构模型的拱轴线,截面形状与尺寸相关的等决策变量的最优解．求解得到了拱轴线函数的解析解特例,并采用简单迭代运算求解了拱截面尺寸的最优解．     

哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力研究

为了研究哑铃型钢管混凝土拱肋的力学性能,基于统一强度理论和等效梁柱法,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了其极限承载力的新公式。采用梁单元建立哑铃型钢管混凝土拱肋的有限元模型,对其受力全过程进行双重非线性分析。将理论分析结果和数值计算结果与相关文献的试验结果进行比较,吻合良好,验证了本文理论分析方法和有限元计算方法的正确性。采用有限元方法,对荷载工况、长细比、矢跨比、截面形式和腹腔混凝土等参数的影响特性进行分析,研究结果表明,荷载工况对哑铃型钢管混凝土拱肋的极限承载力影响显著,荷载越对称、均匀,拱肋的极限承载力越高,竖向变形越小;拱肋的极限承载力随长细比的增大而显著降低,随矢跨比的增大先提高后略有降低;截面形式对拱肋的强度和刚度均有较大影响,而腹腔混凝土对其强度和刚度几乎没有影响。     

水平弹性支撑圆拱的动力特性研究

用柔度法建立了水平弹性支撑拱结构的自由振动方程,考虑了拱脚处集中质量的附加惯性力. 计算分析了水平弹性支撑对两铰圆拱固有特性的影响,水平弹性支撑会使拱结构的自振频率减小,当拱结构的矢跨比为0.1 左右时影响最为显著,同时还会改变拱结构的振动形态,尤其在高阶振型中将完全按照梁的特点振动.分析了圆弧梁与两铰圆拱的振动内力特点,提出了柔度系数的概念,经过计算得到了水平弹性支撑拱转化为两铰圆拱和圆弧梁的临界柔度系数以及对应的临界刚度系数.     

一种抛物线浅拱线性单元

为研究抛物线浅拱在复杂受力状态下的线性内力及位移,考虑拱的压弯耦合作用,基于力法和浅拱假定,对抛物线拱平衡方程、几何方程和物理方程进行了分析;求得了抛物线拱内力方程通解格式,构建了抛物线浅拱位移形函数。利用最小势能原理,构造了抛物线浅拱单元。算例表明,本文构造的抛物线浅拱单元计算的抛物线拱内力与理论解计算结果符合较好,在划分一个单元时最大相对误差仅为4.03%,可用于抛物线拱分析。     

下承式梁拱组合桥梁的梁拱协作机理研究

文章将外部静定、内部高次超静定的梁拱组合桥梁分解成梁拱闭合体和吊杆两种构件,并且将吊杆力假定为膜张力,求解出了梁拱组合桥梁在均布荷载作用下拱肋分担的荷载大小及其修正系数,明确了其传力途径,定量地求出了梁拱分担的荷载比例,拱梁的拉压力偶矩大小以及梁拱截面的弯矩,并讨论了拱梁荷载比、弯矩比的影响因素及其关系,完整地揭示了下承式梁拱组合桥梁的梁拱协作机理.     

拱屈曲荷载分析的三维退化曲梁单元有限元法

在三维块体等参元及１６结点相对位移板壳元的基础上,引入梁的基本假定,考虑几何非线性,构造出三维退化曲梁单元,计算了梁、拱线弹性屈曲临界荷载。     

曲厚壳单元在斜板拱桥分析中的应用

介绍了利用曲厚壳单元对斜板拱桥进行空间受力分析,并将曲厚壳单元所得结果与采用实体单元分析的结果和模型实验所得结果进行了比较,证明利用曲厚壳单元来分析斜板拱桥是行之有效的。     

静风荷载作用下大跨度钢拱桥施工稳定性的参数研究

随着钢拱桥跨径的不断增大，钢拱桥在静风荷载作用下的施工稳定性问题已引起了人们的广泛重视。本文以上海在建的主跨550m的中承式钢拱桥为例，采用几何和材科非线性分析法详细分析了大跨度钢拱桥在两个不同施工阶段下的静风稳定性。结果表明，拱肋最初合拢状态是拱桥施工过程中最不利的状态。最后，详细探讨影响大跨度钢拱桥施工过程中静风稳定性的主要参数。     

CFRP索斜拉桥的索-浅拱模型及面内自由振动分析

本文针对斜拉桥的受力特点,基于索和浅拱的经典动力学运动方程,结合拉索与浅拱之间的耦合边界条件,并且考虑两者的几何非线性,建立了斜拉桥的多索-浅拱面内自由振动模型。将浅拱分段处理,结合索、浅拱连接处的动态平衡条件,应用分离变量法,建立多索-浅拱模型的面内自由振动理论。以双索浅拱模型为例,求解其特征值问题。同时,建立了相应的有限元模型,有限元计算结果与本文理论分析吻合良好。最后针对CFRP索斜拉桥的关键参数,基于本文的索-浅拱理论,对面内自由振动进一步研究。研究表明：浅拱的矢高在一定范围内变化,仅对某一阶频率产生影响,而其他各阶频率几乎没影响;CFRP拉索能显著改善索-浅拱组合结构的基本动力学特性。     

拱桥悬臂施工过程中面内特征值的传递矩阵法

采用传递矩阵法对拱桥悬臂施工过程中的面内特征值问题进行求解,建立了该类桥型施工过程中面内竖弯刚度的评估方法.首先,将索和拱分别视为无垂度的张紧弦和欧拉伯努利梁,基于传递矩阵法基本理论推导了系统的总传递矩阵,考虑拱和索的边界条件以及索拱节点的位移连续性条件得到系统的特征值方程,进而计算出系统的频率和模态.同时,采用有限元...     

小间距隧道爆破开挖动力效应数值模拟研究

从爆破施工的特点入手，对小间距隧道在采用典型双侧导坑法时的爆破施工动力效应进行了数值模拟研究，给出了爆破施工在已有洞室周边产生的动力效应的一般规律，指出在爆破（后开挖洞室）开挖影响区以内，合理确定已有洞室二次衬砌施作时间的重要性，并给出了爆破施工对已有洞室稳定性影响较大的关键开挖位置。研究表明，爆破动载荷对小间距隧道围岩稳定性的影响主要表现为爆炸应力波造成围岩临空面的反射拉伸破坏，破坏较严重的是已有洞室的迎爆墙、拱脚、拱顶等部位。所得结论对小间距隧道爆破施工有一定的参考价值。     

刚构连续梁桥墩梁固节点结构的光弹性试验及有限元分析

某铁路特大桥的主桥部分采用预应力混凝土刚构连续梁桥,本文采用光弹性模型冻结应力法对该刚构连续梁桥墩梁固节点结构进行了应力分析,给出了结构边界应力分布和主应力迹线。应用ANSYS软件对墩梁固节点实际结构进行了有限元计算。将实验与有限元分析结果进行了比较,结果表明,实验应力分析法与有限元数值法吻合较好。在有限元分析中,对墩梁固节点结构梁端加载边界的影响区进行了研究,通过合理选择梁的长度可以有效减小局部应力。模型实验和有限元计算的结果为结构的优化设计提供了重要的依据。     

永安市北塔大桥汽车静载试验

永安市北塔大桥为3孔中承式钢管砼拱桥,大桥建成后通过汽车静载测试,对测试结果进行了处理,并与数值计算结果进行了对比,从而对永安市北塔大桥整体结构的安全承载能力和使用条件作出了判断。     

Assessment of nonlinear seismic performance of a restored historical arch bridge using ambient vibrations

Historic masonry arch bridges are vital components of transportation systems in many countries worldwide, ensuring the ready access of goods and services to millions of people. The structural failure of these historic structures would severely and adversely impact the economies of these nations due to the massive disruptions of transportation systems accompanying such failures. To successfully maintain these aging masonry structures, performance assessment must incorporate the unique mechanical characteristics of masonry. Therefore, the preferred analysis technique must go beyond a linear approach. This study assesses the earthquake performance of a restored historical masonry arch bridge through nonlinear finite element analysis incorporating the Drucker–Prager damage criterion. The case study structure is the Mikron Arch Bridge, a nineteenth century Ottoman Era structure built over the Firtina River near Rize, Turkey, and restored in 1998. The Mikron Arch Bridge was first subjected to ambient vibration testing, during which accelerometers were placed at several points on the bridge span to record the bridge vibratory response. The investigators then used Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification techniques to extract the experimental natural frequencies, mode shapes, and damping ratios from these measurements. Experimental results were compared with those obtained by the linear finite element analysis of the bridge. Good agreement between mode shapes was observed during this comparison, though natural frequencies disagree by 8–10%. The boundary conditions of the linear finite element model of Mikron Arch Bridge are adjusted such that the analytical predictions agree with the ambient vibration test results. By introducing the Drucker–Prager damage criterion, the calibrated linear FE model was next extended into a nonlinear model. Nonlinear analysis of seismic behavior of Mikron arch bridge was performed considering the acceleration record of Erzincan earthquake in 1992 that occurred near the Mikron Bridge region. The displacement and stress results were observed to be allowable level of the stone material. Moreover, linear FE model calibrations elicited a significant influence on the nonlinear FE model simulations.