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大跨连续梁-钢管混凝土拱组合桥拱脚开裂控制研究

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大跨连续梁-钢管混凝土拱组合桥拱脚开裂控制研究

作者：莫鑫广东工业大学

学位级别：硕士

预应力混凝土连续梁-钢管混凝土拱组合桥因结构刚度大、承载能力高、造型美观等优点,在高速铁路桥梁领域应用广泛。梁拱结合部是连续梁-钢管混凝土拱组合桥受力的关键区域,其基本力学性能直接关系全桥受力安全。针对连续梁-钢管混凝土... 详细信息

预应力混凝土连续梁-钢管混凝土拱组合桥因结构刚度大、承载能力高、造型美观等优点,在高速铁路桥梁领域应用广泛。梁拱结合部是连续梁-钢管混凝土拱组合桥受力的关键区域,其基本力学性能直接关系全桥受力安全。针对连续梁-钢管混凝土拱组合桥服役现状的调查研究表明,以往修建的梁拱组合桥拱脚部位混凝土开裂现象普遍,对结构受力安全和耐久性极为不利。针对上述问题,本文以广州铁路枢纽东北货车外绕线上一座在建的大跨预应力混凝土连续梁-钢管混凝土拱组合桥—流溪河特大桥(跨径组合为90m+180m+90m,矢跨比1:5)为工程依托,对连续梁-钢管混凝土拱组合桥的拱脚开裂成因、控制措施及合理构造形式展开研究,完成的具体工作内容如下:(1)结合流溪河特大桥全桥杆系模型得到的拱脚最不利内力,建立了拱脚的Ansys有限元分析模型,研究了核心混凝土水化热对拱脚温度场和外包混凝土应力的影响,并利用实桥测试数据验证了模型计算结果的正确性,同时对拱脚抗裂的主要措施进行了研究。结果表明:核心混凝土水化热是导致拱脚外包混凝土开裂的主要原因,降低混凝土入模温度和增设钢管板肋和预应力有利于减少拱脚裂缝。综合考虑五种措施对拱脚开裂控制的影响,选择增设板肋为连续梁-钢管混凝土拱组合桥拱脚抗裂关键措施。(2)基于现有钢管混凝土拱脚构造及其抗裂关键措施,提出了一种由钢管、剪力连接件、肋板组成的新型钢管混凝土-板肋组合拱脚结构,并对其基本力学性能与抗裂特性进行了试验研究。结果表明:钢管混凝土-板肋组合拱脚具有较高的承载能力和良好的抗裂特性。加载过程中,拱脚外包混凝土首先产生沿钢管长度方向的竖向裂缝,随着荷载增大裂缝不断向下发展,增加板肋数量、板肋和钢管厚度对减小外包混凝土拉应变效果显著,可有效降低钢管混凝土拱脚开裂风险。(3)建立了钢管混凝土-板肋组合拱脚的Ansys非线性有限元计算模型,并利用试验结果验证了模型的正确性。基于验证的有限元模型,进一步研究了混凝土强度、钢材强度、外包混凝土厚度等对拱脚开裂和轴压性能的影响。结果表明:混凝土强度和钢材强度对钢管混凝土-板肋组合拱脚的外包混凝土拉应力影响较小,增加外包混凝土厚度可有效降低拱脚拉应力和提高拱脚的抗裂能力。

关键词：钢管混凝土梁拱组合桥裂缝控制数值模拟试验研究

简支梁拱组合体系桥地震反应特性及减隔震分析

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简支梁拱组合体系桥地震反应特性及减隔震分析

作者：郑贵元重庆交通大学

学位级别：硕士

在地震中作为生命线工程之一的桥梁发生了破坏及倒塌,将阻断救援通道,不能及时对灾区进行救援工作,加剧了次生灾害。而减隔震技术的应用为提高桥梁的抗震性能提供了一种解决途径。本文以南河特大桥为工程背景,以铅芯橡胶支座作为减隔震... 详细信息

在地震中作为生命线工程之一的桥梁发生了破坏及倒塌,将阻断救援通道,不能及时对灾区进行救援工作,加剧了次生灾害。而减隔震技术的应用为提高桥梁的抗震性能提供了一种解决途径。本文以南河特大桥为工程背景,以铅芯橡胶支座作为减隔震装置,并分析对南河特大桥的减隔震效果。本文主要完成工作包括以下几个方面:1、本文在广泛阅读国内外文献的基础上,介绍了国内外减隔震技术的发展和现状,综合分析了铅芯橡胶支座的构造、工作原理、力学特性和参数计算。2、结合工程实例,根据该桥的力学特点,利用有限元软件ANSYS建立了南河特大桥非隔震与隔震的空间有限元模型,并简单介绍了模型简化处理的方法。分别计算了两种模型的动力特性,比较了两种模型动力特性的差别。3、分别使用反应谱方法和非线性动力时程分析方法计算了两种模型的地震响应,分析了减隔震装置对主桥的主要截面内力及主要节点位移的影响及其原因,得出铅芯橡胶支座对该桥型的减隔震效果。4、同时建立了考虑一联引桥的主桥模型,计算了该模型在三维地震作用下的结构响应,分析了引桥对主桥的主要截面内力和主要节点位移的影响及其原因。

关键词：铅芯橡胶支座梁拱组合桥减隔震设计主引桥抗震分析时程分析反应谱法

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下承式连续钢箱梁梁拱组合桥受力性能分析

下承式连续钢箱梁梁拱组合桥受力性能分析

作者：何文军合肥工业大学

学位级别：硕士

梁拱组合桥主要由拱肋、吊杆和主梁组成,三者协作共同承担外部荷载,兼具梁桥和拱桥的优点。由于梁拱组合桥造型优美、结构合理、施工难度小,在60～200m跨径范围内,是一种竞争力很强的桥型。本文以在建的孔李淮河大桥为工程背景,利用有... 详细信息

梁拱组合桥主要由拱肋、吊杆和主梁组成,三者协作共同承担外部荷载,兼具梁桥和拱桥的优点。由于梁拱组合桥造型优美、结构合理、施工难度小,在60～200m跨径范围内,是一种竞争力很强的桥型。本文以在建的孔李淮河大桥为工程背景,利用有限元分析软件Midas Civil对下承式连续钢箱梁梁拱组合桥进行受力性能分析,主要从以下几方面进行研究：1.阐述了梁拱协作机理和计算梁拱荷载分担比的基本模型,分析了在恒载作用下,下承式连续钢箱梁梁拱组合桥的边跨梁、边拱、中跨梁和中拱的内力分布规律,并研究了拱轴线、矢跨比、拱梁刚度比三个结构设计参数对结构内力的影响,得到了静力参数变化与构件各控制截面内力大小及内力分布变化、内力极值变化的关系。2.总结和阐述了稳定性理论,分析了下承式连续钢箱梁梁拱组合桥的整体稳定性,主要研究了拱肋全局刚度、拱肋局部刚度、横撑全局刚度、横撑局部刚度及横撑位置对结构整体稳定性的影响,得到了构件整体及局部的设计参数与结构稳定性的关系。3.阐述了结构动力特性计算理论,分析了下承式连续钢箱梁梁拱组合桥的动力特性,研究了矢跨比、拱轴线、主梁刚度等结构参数变化对桥动力特性的影响,分析比较了在局部坐标系下,横撑不同方向刚度变化对桥动力特性的影响。

关键词：梁拱组合桥下承式静力分析稳定性分析动力特性分析参数

大跨度连续梁—拱组合桥上部结构的力学性能分析

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大跨度连续梁—拱组合桥上部结构的力学性能分析

作者：苏昭兰州交通大学

学位级别：硕士

大跨度连续梁拱组合桥梁作为一种新兴的桥型结构,近几年在铁路桥梁建设中应用较多,具有良好的列车走行性、结构变形、抗疲劳性能、抗风抗震性和技术经济性,是大跨连续梁和拱两种结构体系的完美结合。而对大跨度连续梁拱组合桥梁设计理... 详细信息

大跨度连续梁拱组合桥梁作为一种新兴的桥型结构,近几年在铁路桥梁建设中应用较多,具有良好的列车走行性、结构变形、抗疲劳性能、抗风抗震性和技术经济性,是大跨连续梁和拱两种结构体系的完美结合。而对大跨度连续梁拱组合桥梁设计理论的研究则相对落后于工程实践。尤其在大跨度连续梁拱组合桥的力学性能方面的研究有待进一步深化。本文以正建的咸阳西立交特大桥工程背景,研究了大跨度双线铁路连续梁拱组合桥的静力性能、动力特性、徐变效应、温度效应等问题,主要完成了以下几个方面的内容：（1）简要介绍了梁拱组合结构的产生及在铁路大跨度桥上的应用情况,分析了梁拱组合桥的受力特点,并介绍了梁拱组合结构的发展现状和研究现状。（2）通过建立咸阳西立交特大桥的空间有限元模型,考虑多种荷载组合作用下的桥梁在正常使用状态下的静力行为分析,结果表明结构变形和构件应力都在容许范围之内。（3）以咸阳西立交特大桥为背景,通过空间有限元模型计算了桥梁的自振特性;对结构构件参数的改变对自振特性结果的影响进行了研究并得出相应的结论。（4）阐述了梁拱组合桥徐变的意义、特点以及徐变应变的计算方法并介绍了混凝土徐变引起的结构次内力和变形计算方法,考虑了徐变对咸阳西立交特大桥的挠度的影响。（5）通过对有限元模型施加温度荷载计算了梁拱组合桥的温度效应影响,得到了梁拱组合桥在不同温度荷载作用下的拱肋内力和挠度的变化规律。

关键词：梁拱组合桥静力行为分析自振特性徐变效应温度荷载

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预应力混凝土梁拱组合桥梁顶推施工新工艺

铁道标准设计 2009年第11期29卷 56-58页

作者：苏国明陈铭续宗宝孙爱田蒋传绵牛德元中铁第五勘测设计院集团有限公司桥梁院北京102600 中铁六局铁建公司北京100036

为避免对铁路运营的干扰,上跨既有铁路大跨度桥梁常用的施工方法有转体及顶推法。本桥采用预应力混凝土梁拱组合体系,系梁采用顶推法施工,系梁总长131 m,分3段浇筑36.5 m+86.1 m+8.4 m,中间段86.1 m长为顶推梁段,两侧为原位现浇。设计... 详细信息

为避免对铁路运营的干扰,上跨既有铁路大跨度桥梁常用的施工方法有转体及顶推法。本桥采用预应力混凝土梁拱组合体系,系梁采用顶推法施工,系梁总长131 m,分3段浇筑36.5 m+86.1 m+8.4 m,中间段86.1 m长为顶推梁段,两侧为原位现浇。设计顶推最大跨度达38.5 m,顶推过程中需要设置前后钢导梁,其长度分别为28 m及17.0 m,顶推距离为78.3m,顶推运行轨迹为半径2 300 m竖曲线,顶推重为52 809 kN。顶推的特点有临时墩斜交布置、顶推轨迹为竖曲线,顶推过程中结构空间受力明显。同时对顶推用临时墩、钢导梁、侧向限位及拉锚器等也加以介绍。

关键词：梁拱组合桥既有线顶推法施工

下承式单索面钢管桁架梁拱组合桥施工控制关键问题研究

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下承式单索面钢管桁架梁拱组合桥施工控制关键问题研究

作者：程涛兰州交通大学

学位级别：硕士

钢箱梁拱组合桥由于造型优美、跨越能力大、建筑高度小、景观效应好等优点,使其在国内外现代桥梁建设中得到了广泛应用,但是随着桥梁跨度逐渐增大,施工过程中的诸多问题也随之暴露出来。为了减小由于施工不当造成的误差以及尽可能避免... 详细信息

钢箱梁拱组合桥由于造型优美、跨越能力大、建筑高度小、景观效应好等优点,使其在国内外现代桥梁建设中得到了广泛应用,但是随着桥梁跨度逐渐增大,施工过程中的诸多问题也随之暴露出来。为了减小由于施工不当造成的误差以及尽可能避免一些施工过程中的不确定因素,保证桥梁结构的安全性,那么就势必要对施工过程进行现场监测控制。本文结合某钢管桁架梁拱组合桥施工控制,对施工控制过程中的一些关键问题进行研究,主要内容如下:(1)根据下承式单索面钢管桁架梁拱组合桥的结构特征,制定了详细的施工控制方案,建立了该桥考虑施工阶段的仿真模型,分析了各个施工阶段中各部件的变形以及受力。通过分析施工控制数据得出:主梁以及拱肋的线形控制较为理想,最大误差不超过2cm;成桥时拱肋全截面受压,其压应力远小于规范规定;两侧短吊杆索力误差略大,其余吊杆力实测值与理论值基本相符,误差不超过5%。(2)采用一次落架法、刚性吊杆法、最小弯曲能法确定了梁拱组合桥的成桥吊杆力,并对几种方法进行了对比。以有约束的最小能量法,通过建立优化模型、编制MATLAB程序优化了成桥吊杆力,在该组吊杆力作用下减小了拱脚处的变形,降低了主梁跨中处的弯矩和挠度。分别采用差值迭代法、影响矩阵法确定出了主梁临时支墩拆除后的吊杆力调整值,通过对比两种方法结果,发现影响矩阵法不论从精度上还是用途上均优于差值迭代法。(3)为了简化研究桁架拱在施工阶段的受力性能,针对三角形截面的空间桁架拱,按横向变形等效原则将其等效为梁单元,通过引入圆弧拱临界屈曲荷载,确定了三肢桁架拱的换算长细比,提出了可用于实际工程的三肢桁架拱考虑剪切变形影响的面内、面外等效抗弯刚度公式,并通过有限元建模验证了公式的合理性。(4)总结了桁架抗扭刚度等效的三种方法(位移等效法、基于剪切刚度相同的等效板法、基于扭转频率变化的动力等效法)。分析了跨高比,弦杆、腹杆刚度比对桁架等效抗扭刚度的影响,研究了三种方法对不同规格桁架抗扭刚度等效的适用情况,最后确定出了能够使每种方法具有较高等效精度的桁架跨高比、刚度比范围:跨高比在8～18之间时,等效板法的误差在5%以内;跨高比大于25时,动力等效法以及位移等效法更加适用;弦杆、腹杆刚度比在50以内时,三种方法均能得到较好的等效效果,但等效板法最优。(5)通过将桁架拱简化为梁单元,建立了拱肋等效刚度拱桥模型。在分析了该桥施工阶段中各部件的受力之后,发现桁架拱桥与拱肋等效刚度拱桥的受力特性相似,整个施工阶段两种模型轴力基本一致,最大误差为2.04%。由于拱肋结构形式不同,二者在拱肋应力以及吊杆索力方面存在一定偏差,但从全桥受力来看,该变化对于整个桥梁的受力性能影响并不大,说明将桁架拱简化为梁单元用于梁拱组合桥施工阶段初步分析是可行的。本文的研究,为今后同类型桥梁在施工控制过程中的吊杆力优化、结构简化分析计算等方面提供了参考。

关键词：梁拱组合桥施工控制数值模拟吊杆力优化等效刚度

基于加劲作用的大跨度铁路组合结构桥梁受力性能研究

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基于加劲作用的大跨度铁路组合结构桥梁受力性能研究

作者：刘瑞重庆交通大学

学位级别：硕士

铁路桥承受活载偏大,刚度要求高,大跨径桥梁往往是刚度控制设计,为满足刚度要求,可增加主梁截面尺寸,或采用组合结构。增加主梁截面尺寸导致结构自重增加,所以当跨径较大时,该方法的经济性和可行性较差。因此大跨径铁路梁桥常采用组合... 详细信息

铁路桥承受活载偏大,刚度要求高,大跨径桥梁往往是刚度控制设计,为满足刚度要求,可增加主梁截面尺寸,或采用组合结构。增加主梁截面尺寸导致结构自重增加,所以当跨径较大时,该方法的经济性和可行性较差。因此大跨径铁路梁桥常采用组合体系。矮塔斜拉桥和梁拱组合桥是大跨度铁路桥梁中常见的增加桥梁刚度的两种组合体系结构,深入认识这两种组合体系桥梁在恒载、活载、徐变及温度作用下的受力特点,对于设计工作中的方案选择具有较大的实用价值,为此,本文选择两座跨径相近的实际工程,并以两座同等跨径连续刚构桥作为比较基准桥梁,深入分析了这两种组合体系桥梁在荷载作用下各自的受力特点,总结了恒载、活载在不同基本结构(梁、拱、拉索)中的分配,分析其各自的加劲效果,所得研究结果对工程设计具有一定参考价值。本文具体研究工作如下:1、简述了矮塔斜拉桥和梁拱组合桥的运用与研究状况,结合依托工程,总结了两种组合体系桥梁的材料用量、施工重难点等一般特征。2、建立了矮塔斜拉桥及其基准桥梁(同等跨径连续刚构桥)、梁拱组合桥及其基准桥梁的有限元计算模型,进行了依托工程的施工全过程分析,重点分析了最大悬臂阶段和成桥阶段恒载作用下四座桥梁的内力,结果表明,矮塔斜拉桥拉索承担了较多恒载,而梁拱组合桥拱肋分担的恒载比例较小。3、通过影响线分析,均布活载、活载最不利加载等不同加载方式,研究了活载作用下组合体系桥梁主梁内力、应力等关键指标的变化情况,分析了矮塔斜拉桥和梁拱组合桥对连续刚构桥的加劲效果。结果表明活载作用下矮塔斜拉桥拉索只分担了少量活载,对主梁的加劲作用也有限,而梁拱组合桥拱肋承担的活载比例较大,并显著提高了主梁的竖向刚度。4、计算了活载作用下矮塔斜拉桥拉索和梁拱组合桥吊杆的应力情况,结果表明梁拱组合桥吊杆应力幅明显大于矮塔斜拉桥拉索应力幅;并研究了部分设计参数对结构力学性能的影响。5、当桥梁跨径增大时,为提高全桥刚度,铁路桥梁中常采用墩梁固结形式,此时徐变及温度的影响不可忽略,因此本文还分析了混凝土徐变和温度对两种组合体系桥梁变形及内力的影响。结果表明温度荷载作用下刚构体系桥梁产生的桥墩内力较大,斜拉索和拱肋的加劲作用减小了混凝土徐变引起的梁体变形。

关键词：矮塔斜拉桥梁拱组合桥加劲效果力学特性

梁拱组合桥梁稳定性对于重要设计参数的敏感性研究

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工程与建设 2016年第3期30卷 322-324页

作者：鹿立好安徽省亳州市恒达公路工程勘察设计院安徽亳州236800

针对矢跨比和拱梁刚度比这两个重要设计参数,研究矢跨比和拱梁刚度比对于梁拱组合体系桥梁稳定性的重要影响,以期为此类桥梁的设计提供参考。

关键词：梁拱组合桥稳定性矢跨比拱梁刚度比敏感度分析

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梁拱组合桥顶推施工中导梁优化设计

四川建材 2019年第1期45卷 140-141页

作者：李振云陈瑶长安大学陕西西安710054 西安科技大学陕西西安710600

在桥梁顶推施工过程中,导梁的使用缩短了主梁的最大悬臂长度,减小了结构内力,同时还能增加主梁的稳定性,防止主梁发生失稳破坏。导梁还可以增加桥梁顶推施工的跨度,使施工空间增大,减少临时墩的数量,降低成本,节约材料,选择合理的导梁... 详细信息

在桥梁顶推施工过程中,导梁的使用缩短了主梁的最大悬臂长度,减小了结构内力,同时还能增加主梁的稳定性,防止主梁发生失稳破坏。导梁还可以增加桥梁顶推施工的跨度,使施工空间增大,减少临时墩的数量,降低成本,节约材料,选择合理的导梁参数可以减小主梁内力。根据梁拱组合桥的受力特性,分析导梁各参数对导梁和主梁的影响,针对导梁的长度、刚度和单位重量等参数对主梁和导梁的线形和内力的影响进行分析,对导梁进行优化设计,得出导梁的合理配置。

关键词：梁拱组合桥顶框导梁优化