波形钢腹板梁焊接残余应力分布及试验验证

为研究波形钢腹板梁焊接残余应力的分布规律,通过有限元软件建立其三维热弹塑性模型,利用热-力耦合分析技术对其焊接温度场和应力场进行有限元数值仿真,采用双椭球体热源和修改单元材料属性的方法实现能量输入和焊缝填充,并将模拟计算结果与实测值进行对比分析.结果表明:有限元预测的波形钢腹板梁残余应力分布与实测结果具有相同趋势,在波形钢腹板梁焊缝的弯折角处,残余应力发生一定幅度的连续应力波动;底板和腹板的残余应力峰值均出现在焊缝中心区域,其值分别为材料屈服强度的1.30倍和1.26倍;底板纵向残余拉应力在焊缝中心线两侧78 mm范围内急速下降后缓慢过渡为压应力,在底板较窄一侧压应力线性增大,最大值约为材料屈服强度的0.61倍;在底板较宽一侧压应力线性减小,并在边缘处转化为拉应力;焊接速度对残余应力分布扰动不大,而对残余应力峰值影响较显著;当焊接速度从150 mm/min增加至250 mm/min时,横向和纵向的残余应力最大值分别增加了27.11%和5.88%.

三水河特大桥桥墩温度场及温度效应研究

为研究温度效应对连续刚构桥空心薄壁墩受力行为的影响,以(98+5×185+98)m变截面预应力混凝土连续刚构桥——三水河特大桥主桥为背景,通过现场温度场测试,研究桥墩垂直温度场和水平温度场的分布规律,并以实测温度场为依据,选取对桥墩刚度影响较大的桥墩高度、顺桥向宽度和壁厚作为关键参数,分析整体均匀温度T和梯度温度ΔT对空心薄壁墩受力的影响。结果表明:实测桥墩垂直温度场随着墩高的变化分布差异较小,水平温度场受日光照射影响较大,桥墩夏季的梯度温度值约为冬季的2倍。墩高对桥墩温度应力的影响基本呈反比关系,顺桥向宽度对墩底温度应力的影响呈线性增长趋势,壁厚与温度应力呈反比关系。对于长联刚构桥,为减小桥墩的温度效应,建议边主墩高度不宜小于60 m,桥墩顺桥向宽度宜尽量减小,桥墩壁厚宜取80~100 cm。

混凝土连续组合小箱梁桥温度效应有限元分析

以亚沟枢纽互通G匝道桥作为依托工程,采用有限元数值分析方法对混凝土小箱梁桥在各国规范规定的温度梯度模式下进行仿真模拟,研究混凝土小箱梁桥在不同温度梯度模式作用下顶板、腹板和底板温度效应的分布规律,得出各国规范对于桥梁温度梯度模式方面规定的差异性。研究结果表明:在不同的温度梯度模式下,混凝土小箱梁桥的顶板、腹板和底板产生的正截面法向温度效应差异较大;沿梁长方向,边跨各截面产生的温度应力波动幅度较大,而中跨各截面产生的温度应力趋于相同;各国规范规定的竖向温度梯度荷载对混凝土小箱梁桥作用后产生的温度效应曲线之间存在规律性。可对类似混凝土连续组合小箱梁桥温度效应的计算提供参考。

桥梁拓宽中新旧桥梁连接方法和受力分析应用与研究

结合实际工程,研究了新旧桥梁之间的连接方法,研发了用于新旧桥梁连接的伸缩装置和沉降装置;采用有限元模型模拟新旧桥梁,分析了旧桥在拓宽后的内力变化,以及主梁位移变形的情况。结果表明:提出的新旧桥梁的连接方法在伸缩缝与沉降缝交点处可保持桥面平整,并有良好防水、防尘性能;老桥的主梁拓宽后在移动的车辆荷载作用下其内力较拓宽前减小很多,新桥的内力相应增加,说明新桥对旧桥的荷载起到了一部分的承担作用;新旧桥梁连接后,桥梁的整体性更好,受力更为均匀。

超宽组合梁剪力滞效应分析

超宽组合梁宽高比很大,在弯矩作用下超宽组合梁的力学特性与普通梁较为不同,目前相关技术规范尚缺乏关于超宽梁有效宽度的系统化公式。为了深入分析在弯矩作用下超宽组合梁剪力滞效应引起的正应力分布不均的特征,以深汕大桥为工程背景,利用ABAQUS有限元软件建立跨中15道中横梁梁段52.5m空间壳单元有限元简支梁体系模型和采用Midas civil建立空间杆系单元全桥模型,分析在自重、车道荷载、人群荷载和吊杆杆力作用下跨中截面顶、底板和1/4跨截面顶板的正应力和剪力滞系数的分布规律。分析结果表明,超宽组合梁在荷载作用下,结构受力存在明显的剪力滞效应,目前相关技术规范关于翼缘有效宽度计算公式的安全系数比实际高1.21~1.63倍。

不均匀温度场下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空分析

为了解不均匀温度场作用下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空原因,依托高原山区某跨径430 m的钢管混凝土拱桥,进行强辐射、大温差联合作用下拱肋拱顶节段足尺模型试验,分析模型温度场分布,并对该不均匀温度场作用下管内混凝土脱空机理进行研究。结果表明:钢管混凝土拱桥水化阶段和运营阶段径向温度场可简化为多段式折线变化规律。14:00时刻,水化阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)先减小后升高再减小,在距向阳侧界面D/8~3D/8处(D为钢管内径)存在一个大温差面,运营阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)呈先减小后不变再增加的非对称分布规律,从钢管混凝土界面至距其D/8处温度变化大。混凝土水化阶段和运营阶段管内混凝土脱空机理为:在温度场作用下钢管混凝土界面最大纵向应力差分别高达82.6 MPa和61.95 MPa,最大界面径向拉应力分别为0.8 MPa和2.06 MPa,均超过钢管和混凝土间的粘结强度。

预制T梁架设阶段横向温度梯度作用侧向变形研究

为控制大跨预制混凝土T梁架设阶段由横向温差导致的侧向失稳,以标准截面预制混凝土T梁为背景,对架设阶段横向温度梯度作用下的T梁侧向变形进行研究。建立截面热传递理论模型,通过热传递有限元分析得到主梁温度时程与分布,并与实测结果对比以验证有限元分析准确性,分析极端环境条件下(最高气温、最低气温、最大温差和最强太阳辐射)截面横向温度梯度分布,提出横向温度梯度多线性分布模式和预制混凝土T梁在横向温度梯度作用下的侧向变形简化分析方法。结果表明:热传递有限元分析计算结果与实测结果吻合;混凝土T梁顶、底板温差明显,且均产生较大的横向温度梯度;顶、底板及腹板的最高温度均出现在太阳直射边缘,最低温度出现在横向中心位置附近;采用简化分析方法计算预制混凝土T梁在横向温度梯度作用下的侧向变形,并得到不同标准截面梁在极端横向温度梯度下的侧向变形与跨径的关系,可为预制混凝土T梁架设时侧向变形控制提供参考。

CR连接件弹性抗剪刚度计算方法研究

当前对于钢混组合梁桥中CR连接件的研究主要集中于承载力,对其抗剪刚度研究较少,没有较为通用的理论计算公式。为建立合理的CR连接件抗剪刚度计算公式,笔者基于现有试验建立有限元模型并加以验证,模拟不同结构参数的剪力连接件弹性阶段的荷载-位移曲线,揭示不同参数下的连接件弹性抗剪刚度变化规律。利用等效弹簧模型和等效杆系弹簧模型,笔者分别研究了剪力键、混凝土榫以及混凝土榫内贯穿钢筋的抗剪刚度,结合弹性阶段刚度叠加关系,建立了CR连接件弹性抗剪刚度理论计算公式。理论计算与有限元拟合结果对比表明:连接件弹性抗剪刚度理论计算值与拟合值的误差在7.7%以内,结果吻合性较好,可作为结构设计的依据。

横坡段桥梁双桩双柱式结构受力特征与解析模型

山区桥梁基础不可避免地建立在陡坡上,不稳定斜坡变形或破坏将会对上覆桥跨结构安全造成严重威胁,亟需研究高效、可靠的力学模型。首先,对横坡段桥梁双桩双柱式结构划分不同特征段,分析其受力特性;其次,考虑桩土相互作用和桩顶变形协调关系并引入边界条件,建立适用于横坡段桥梁双桩双柱式结构内力及位移的简化模型;第三,综合考虑P-Δ效应及盖/系梁对桩柱受力影响,引入相邻特征段满足的连续条件(即位移、转角、剪力及弯矩连续),建立挠曲微分方程并以MATLAB为平台编制相应计算程序,提出横坡段桥梁双桩双柱式结构基础内力及位移的幂级数解;最后,将模型结果与有限元计算结果对比,验证模型的可靠性。研究结果表明:本文提出的模型将桥墩与桩基础视为整体,对于多道系梁的结构分析该模型同样适用;模型考虑了横向联系对两桩轴向力和弯矩的分配,可获取横向联系中的横向力;模型不需要假设自由段剪力和迭代计算。随着剩余下滑力增大,结构各特征段前后桩位移和弯矩明显增加;横向联系对桩基位移及内力进行了重新分配,有较强的约束作用,能够较好地改善前后桩受力与变形情况。

提篮式拱梁组合体系桥梁拱梁结合段受力特性研究

为了解提篮式拱梁组合体系桥梁拱梁结合段的受力特性,以福州至长乐机场城际铁路乌龙江大桥为背景,建立该桥拱梁结合段精细化有限元模型,考虑几何大变形、材料非线性等效应进行全过程非线性分析,得到不同荷载阶段下拱梁结合段的应力分布,研究拱梁结合段的破坏模式和受力特性。结果表明:随着荷载增加,中拱拱脚外侧加劲肋与底板交界处最先屈服,最不利截面位于拱肋壁板与拱脚横隔板交界处;拱梁结合段的弹性承载力系数为2.32,塑性承载力系数为4.71。当荷载达3.57倍最不利荷载组合时,最不利截面拱肋壁板与拱脚横隔板相交的角点先达到屈服;当荷载达4.25倍最不利荷载组合时,1/2最不利截面屈服,屈服区域由角点屈服向拱肋上部区域扩展;当荷载达4.71倍最不利荷载组合时,最不利截面大部分屈服,拱肋壁板屈服区域向整个截面扩展,拱肋因屈服区域过大而丧失承载力。拱肋壁板屈服区域扩展过程中,内、外侧加劲肋逐步屈服;设置外侧加劲肋有利于推迟拱肋壁板的屈服。

基于足尺节段模型的正交异性钢桥面疲劳性能

为了研究正交异性钢桥面的疲劳性能,根据新结构细部焊接工艺的研究成果和合理的结构参数,设计了足尺节段疲劳试验模型,通过足尺模型试验确定不同焊接工艺下各疲劳易损细节的实际疲劳抗力。铺装层作为钢桥面板之上的行车功能层,直接承担车辆轮载。分别设计了树脂沥青铺装和浇注式沥青铺装两种铺装结构,进行武汉市江汉七桥铺装层与正交异性钢桥面板协同受力体系的模型试验,并考虑温度的影响。研究结果表明:有铺装层的钢桥面板U肋与顶板构造细节,由于铺装层与钢桥面板的协同作用,其应力幅值相较于无铺装层时显著降低;该应力幅值随着铺装层温度的升高而增大。

PC连续箱梁桥的日照温度效应及合龙温度研究

以云南省某大跨径预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,研究其日照温度效应以及合龙温度的确定。使用ANSYS数值模拟混凝土箱梁的温度场,结合实测值验证其可靠性,并拟合相应的指数型温度梯度曲线;使用Midas研究日照温度模式对混凝土箱梁桥施工中和成桥下的内力和位移影响;基于年温差效应对合理合龙温度进行研究,并针对非设计合龙温度下的合理施工提出相应的改善措施。结果表明,温度场计算理论得出的数据同实测值吻合较好;拟合出指数型的升温和降温模式下的温度效应公式,尤其是对最大悬臂状态的下挠影响显著,最大下挠值达21.6 mm;结构因整体升温或降温产生的横向位移值比竖向位移值大,升温22℃时,最大纵向位移值为-31.2 mm;合龙温度为10℃时,对主梁结构的受力最好,同时升温带来的结构上挠值对结构长期变形有利。

3D摊铺技术在沥青路面施工中的应用研究

为解决传统沥青面层摊铺过程中摊铺平整度、厚度及坡度不满足技术要求等问题,通过引入3D摊铺智能控制技术,不仅使沥青面层摊铺后的平整度、厚度及坡度得到了精准控制,同时也节约了施工成本。结合工程实例,简要介绍了3D摊铺技术原理,通过分析工程检测数据,结果表明:与传统路面摊铺技术相比,3D摊铺智能控制技术的运用使沥青路面平整度合格率达到90%以上、压实面横坡度波动范围较小、路面厚度偏差处于8%设计厚度之内,解决了传统施工摊铺过程中高程控制精度不良及面层平整度提升效果不明显问题,可在后续高等级沥青路面摊铺施工中继续推广。

钢-混组合梁负弯矩区裂缝控制措施探讨

钢-混组合梁具有自重小、抗震性能好且用钢少、刚度大挠度小的特点,钢-混连续组合梁与简支组合梁相比,可以提高负载能力,增强刚度,增大应用跨度。但其墩顶负弯矩区会产生混凝土受拉、钢梁受压的不利情况,通过介绍钢-混连续组合梁桥负弯矩区的裂缝控制措施,从而限制裂缝宽度、防止钢梁失稳的作用,使钢-混组合梁在负弯矩区桥面板受力性能得到有效提升,整体结构更加耐久。

沱江大桥塔梁固结段大体积UHPC温控仿真分析

超高性能混凝土(UHPC)水胶比低,胶凝材料用量大,水化热高,大体积UHPC易形成较大的温度应力,导致结构开裂.基于ANSYS的仿真分析技术,采用ANSYS参数化设计语言(APDL)开发了一套大体积UHPC温度场及温度应力的计算程序,将其应用于沱江大桥塔梁固结段施工期温控分析.分析结果表明,采用分块分层浇筑方式并采取聚氨酯保温和通水措施后,浇筑块开裂风险较低,宜加强底板保温养护和优化实心区水管排布保证温控质量.

Norea矮塔斜拉桥索力优化

为确定柬埔寨Norea三跨双塔单索面混凝土矮塔斜拉桥的最优成桥索力,基于有限元模型,分别采用刚性支撑连续梁法、最小弯曲能法、影响矩阵法对成桥索力进行了分析和优化。结果表明:三种优化方法中以影响矩阵法得到的索力值效果最好,将最终优化索力值与原设计值对比,分析了斜拉桥的内力、位移以及应力变化,在恒荷载或恒荷载+附加荷载组合作用下,优化后的索力分布更加均匀,结构整体的弯矩、位移以及应力均有所减小,矮塔斜拉桥整体受力和线形更加理想。

曲线形预应力混凝土刚构桥施工过程受力特性分析

为明确曲线形桥梁在施工过程中的受力特性,建立了桥梁三维有限元模型,采用生死单元法分析了不同施工阶段中主梁的应力和挠度变化规律。结果表明,由于受到弯扭耦合作用,曲线刚构桥主梁内外侧的应力偏差随着施工的进行逐渐增大;在施工过程中,0#段箱梁的应力大小为0.2MPa~-19.6MPa(“-”表示反向压力);主梁产生偏向内侧扭转变形,使得主梁顶板和底板内侧挠度均大于外侧挠度;随施工过程逐渐进行,曲线刚构桥外侧的剪力滞系数逐渐大于内侧。

非对称独塔斜拉桥索塔锚固区受力机制研究

为研究索塔锚固区的受力机制,以浙江湖州风荷桥非对称独塔式双层钢桁架斜拉桥为背景,基于位移相等理论推导斜拉索水平分力在钢锚梁和混凝土塔柱之间传递比例的计算公式;结合全桥模型分析结果,对索塔锚固区受力最不利节段采用ABAQUS建立有限元模型,分析斜拉索水平分力在钢锚梁和混凝土塔柱之间传递的比例,并对锚固区施加设计荷载,模拟各工况下混凝土塔柱的受拉情况。结果表明,采用位移相等理论推导的水平分力在钢锚梁及塔柱中传递比例计算公式的计算结果与有限元模型模拟结果的误差在1%以内;钢锚箱、钢牛腿的焊接处会产生较大焊接应力,锚垫板及钢锚箱是整体受力较大的构件;跨径较小的斜拉桥混凝土塔柱内不设置环向预应力可满足运营阶段的要求。

板桁结合加劲梁弦杆焊接残余应力影响研究

为明确板桁结合加劲肋弦杆焊接残余应力分布特征,研究弦杆顶板焊接对腹板高强螺栓应力的影响。以温州瓯江北口大桥为背景,基于ABAQUS软件建立加劲梁下弦杆局部三维有限元模型,结合现场焊接顺序对焊接温度场和应力场进行数值模拟。

箱梁竖向预应力损失影响机理及控制措施研究

混凝土箱梁桥腹板竖向预应力损失会造成腹板开裂。竖向预应力损失与施工工艺、机具、控制精度等因素有关。通过对预应力损失5个分项的计算分析,讨论各个分项对腹板竖向预应力损失的贡献值。采用有限元模型展开数值分析,研究了竖向预应力损失对箱梁各个部分的影响机理。得出以下结论:(1)对竖向预应力损失影响最大的是锚具变形和钢筋回缩损失,预应力筋与管道摩擦、混凝土弹性压缩、钢筋松弛、混凝土收缩徐变造成的竖向预应力损失较小;(2)在等截面箱梁中,梁高越小,竖向预应力损失对腹板的受力影响越大;在变截面箱梁中,竖向预应力损失对悬臂端部腹板受力影响较大,对悬臂根部影响较小;(3)竖向预应力控制的重点是优化张拉锚固机具,改进施工工艺。