基于异步悬臂浇筑的波形钢腹板组合梁桥腹板先行架设研究

达摩沟大桥主桥为主跨105 m的双幅波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥,采用异步悬臂浇筑法施工。针对该桥波形钢腹板架设工作面多、人员调度紧张的问题,基于传统异步悬臂浇筑方案,提出在悬臂初期同时架设2个节段波形钢腹板的优化方案,并通过先行架设腹板的线形控制分析确定采用优化方案的可行节段范围。为验证优化方案的可行性与适应性,采用有限元软件Abaqus建立实体模型模拟其施工过程,对比分析异步悬臂浇筑施工优化前、后结构的受力与变形,并进行实桥应用。结果表明:优化方案下先行架设2个节段腹板的可行范围为2~6号节段,相邻节段腹板的预拱度最大调整值为6.4 mm,优化方案对各节段顶板与底板应力、相邻腹板剪应力及变形的影响均较小,且应力计算值均小于规范要求的强度设计值。施工中偏安全考虑仅在右幅1号墩2~4号节段采用优化方案施工,腹板高程均在可调节范围内,且腹板变形实测值与有限元值吻合良好,证明了优化方案的可行性及适用性。

波形腹板组合梁桥大节段异步浇筑施工分析

波形腹板组合梁桥异步浇筑施工以波形钢腹板作为挂篮主要承重构件,将节段顶、底板混凝土与腹板划分成多个独立工作面,是一种新型高效的施工方法。为研究悬臂大节段波形腹板在挂篮异步施工过程中的安全、可靠性,通过实际工程——北京达摩沟大桥,利用Midas Civil建立全桥模型,对施工全过程进行整体分析,并结合该桥大节段长悬臂腹板支撑挂篮受力的特点,利用ABAQUS建立关键工况局部模型,研究腹板节段长度对异步浇筑线形控制的影响,推导节段变形计算公式。结果表明:施工全过程结构受力安全,腹板悬臂长度对浇筑前后所在节段的变形影响较大,异步浇筑过程结构呈现悬臂根部至N-1节段、N节段、N+1节段3个区域不同的受力模式,提出的变形计算公式理论值与施工实际下挠值吻合较好,可为该类桥型的异步浇筑施工提供参考。

可更换波形钢腹板连梁低周反复加载试验研究

为研发新型、可更换的消能构件及建立震后性能可快速恢复的桥梁结构体系,提出一种新型的波形钢腹板消能连梁并将其应用于桥墩横梁或盖梁上。通过对6个消能连梁进行低周反复加载试验,比较了不同跨高比、腹板形式(波形和工字形)试件的破坏机理及滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数等抗震性能参数。研究结果表明:试件失效分为翼缘板-端板焊缝断裂、腹板撕裂和翼缘板及腹板屈曲破坏三种破坏形态,在波形腹板连梁加载后期翼缘板屈曲导致试件整体破坏;在各试件转角相同的情况下,波形钢腹板连梁的耗能能力比工字形钢腹板连梁的强,跨高比小的波形连梁具有更好的荷载保持能力与耗能能力,但延性较差。

变截面波形腹板组合梁悬臂施工约束扭转分析

为明确变截面波形腹板组合梁在悬臂施工状态偏载作用下的抗扭性能,将波形腹板组合梁等效为混凝土箱梁,通过乌式第二理论推导竖向偏载作用下的约束扭转微分方程,采用有限差分法建立方程组并引入悬臂边界条件求解变截面波形腹板悬臂梁的约束扭转翘曲正应力和剪应力;通过实际工程算例,建立有限元模型研究不同施工工法、横隔板浇筑顺序等对扭转效应的影响,并将有限元分析结果与理论解对比,验证计算公式的适用性。结果表明:基于乌式定理并考虑波形腹板褶皱效应的计算理论可以有效评估变截面悬臂梁的扭转效应;偏载作用下约束扭转产生的应力不可忽略,底板翘曲正应力占弯曲正应力比例可达26%、顶板为18%,腹板的扭转剪应力占弯曲剪应力约22%;采用不同悬臂施工方法的结构抗扭性能具有明显差异,异步浇筑法的自由端节段扭转翘曲应力较大且变化显著,应当避免该工法下悬臂自由端的集中偏载作用;横隔板的浇筑可使翘曲程度沿桥梁固定端至自由端相当范围内趋于均匀分布,宜及时浇筑已施工节段对应的横隔板。

基于静载试验的宽幅牵索式挂篮结构性能研究

为了研究宽幅牵索式挂篮的结构性能,从变形及结构应力的角度实现施工过程中对斜拉桥结构状态的有效控制,以东平东江大桥为背景建立挂篮有限元模型,并将理论值与静载试验实际值进行对比分析。结果表明:理论数据与试验值均在可控范围内,可以作为主梁线形控制的主要依据。同时,通过计算结构变形可靠度得出,东平东江大桥牵索式挂篮在正常使用下的失效概率较小。最后基于宽幅挂篮变形量的控制,提出适合该类结构的优化思路。

钢管混凝土桁梁桥顶推落梁方案比选及过程分析

为分析中等跨径钢管混凝土桁梁桥在施工阶段的受力性能,根据结构参数,设计钢管混凝土桁架顶推施工和桥面板施工方案。采用MIDAS/Civil软件建立有限元模型,对4种顶推方案在顶推过程中各支点、节点及节点间最大主应力随施工过程的变化情况进行分析对比;根据钢管混凝土桁架、预制桥面板的安装步骤,以桁梁桥混凝土桥面板拉应力为施工控制因素,对比交替施工、支点位移、张拉纵向预应力对钢主桁、桥面板混凝土的影响。结果表明:空钢管桁架全长支撑顶推就位后浇筑管内混凝土方案、钢管混凝土桁架前置导梁全长支撑顶推方案为施工可行方案,综合墩顶纵向预应力束、支点位移法、墩顶延迟连接等桥面板安装方案有效减少了混凝土施工应力。

超高索塔钢筋网片成型与部品装配技术研究

超高钢筋混凝土索塔钢筋施工多采用人工原位单根绑扎的方式,存在人员投入多、安全风险大等缺点,为提升高空作业环境下索塔钢筋施工质量与效率,依托南京龙潭长江大桥工程,研发钢筋网片工厂化制作成型与部品快速装配技术。通过弧形钢筋网片弯折回弹试验,研究钢筋网片整体弯折成型预测与控制方法。基于钢筋网片分块方案,形成弧形、折线形钢筋网片整体弯折成型技术。给出钢筋网片工厂化制作、钢筋部品现场快速装配工艺流程,并对安装精度控制技术进行研究。

折腹式组合梁桥多工作面异步悬臂施工分析

多工作面异步悬臂浇筑施工作为一种新型施工方法,将波形钢腹板作为挂篮主要承重结构,提高了施工效率,提升了施工水平,被广泛应用于波形钢腹板预应力组合箱梁桥的建造中。为进一步体现该新型施工方法的优异效益及施工安全可靠性,本文以达摩沟大桥为工程背景,介绍桥梁结构特点、新型挂篮结构及施工方法、多工作面异步悬臂施工流程,并对其经济与环境综合效益进行评价;采用有限元软件建立全桥模型,对施工过程及成桥状态下的受力与变形进行分析。结果表明:多工作面异步浇筑施工方法的挂篮系统轻质简便、施工流程简洁,有效缩短了施工工期,降低了建材消耗从而减少了对环境的影响,具有良好的经济和社会效益;施工全过程以及成桥后桥梁结构受力及变形满足规范要求。分析结果可为多工作面异步悬臂施工方法在折腹式组合桥梁的推广提供参考。

可拆卸UHPC-波形钢腹板组合梁负弯矩区受力性能试验研究

为改善钢-混凝土组合梁负弯矩区混凝土受拉易开裂的不足,同时满足桥梁结构可拆卸、易更换的需求,设计了2个采用锁紧式高强螺栓连接的不同形式(平/波形)腹板钢-UHPC组合梁试件,开展四点弯曲静力加载试验,研究其负弯矩区的破坏模式、承载能力、应变分布、界面滑移及裂缝分布形态。通过对受载后组合梁各构件进行拆卸与重装,评估构件损伤程度及重复利用性。基于弹、塑性理论并考虑UHPC抗拉强度,对组合梁负弯矩区开裂荷载与受弯承载力进行计算。研究结果表明:波形钢腹板组合梁负弯矩区的抗弯刚度较直腹板组合梁降低了10.7%,受弯承载力降低了32.5%,但延性提高了90%;当波形钢腹板组合梁破坏时,UHPC板的裂缝分布更均匀;构件拆卸与重装对组合梁的受力性能影响较小;理论计算的开裂荷载和受弯承载力与对应试验值相比误差小于6%,具有较高的计算精度。