文山马鹿塘特大桥主桥设计关键技术

文山马鹿塘特大桥主桥为(63+137+480+137+63)m双塔双索面斜拉桥,大桥单侧与连拱隧道相接。主梁采用双工字形钢-混组合梁,桥面全宽32.2 m;桥塔采用钻石形混凝土塔,两岸桥塔塔高分别为247 m和254 m;斜拉索按空间双索面对称布置。整幅式桥梁桥隧顺接采用双线分离设计,避免了桥梁整体加宽或设置整体式大跨隧道,同时缩短了连拱隧道长度。为降低汽车、温度和风等荷载作用下的结构响应,在塔梁间设置了弹性刚度为12 MN/m的纵向弹性约束体系,静、动力作用下梁端位移分别下降37.4%和35.9%、桥塔塔柱底纵向弯矩分别降低19%和20%,静力作用下钢主梁应力减小约30 MPa、桥面板抗裂应力储备提高1.13 MPa。辅助墩墩顶主梁采用10 cm落梁设计,墩顶组合梁桥面板抗裂应力储备提升117.7%,且其它主体结构受力未发生显著变化。组合梁采用双节段循环施工方案,有效缩短了主梁施工工期。

正交异性钢桥面板足尺模型疲劳试验

20世纪90年代后,正交异性钢桥面板在我国斜拉桥、悬索桥等大跨公路桥梁建设中得到广泛的应用。然而,由于受设计、制造水平所限以及越来越大的交通荷载影响,多座钢桥在运营10年左右即出现了较严重的正交异性钢桥面板疲劳病害,大大影响了钢桥的安全性及耐久性。为此开展正交异性钢桥面板足尺模型疲劳试验研究,模型纵向为1.0m+3.5m+1.0m的三跨结构,横向宽度3.0m,包括5个U型纵肋。模型所采用的结构形式、制造工艺、边界条件反映了我国大跨钢桥常用的扁平钢箱梁使用现状,另外在U肋-横梁交叉处采用几种新型构造。试验总计完成600万次常幅疲劳加载,试验结束时在U肋嵌补段对接接头处发现肉眼可见的疲劳裂纹。以测点应力突变作为疲劳敏感部位疲劳失效的准则,采用距离焊趾10mm处的测点应力作为参考应力,U肋嵌补段对接接头、与U肋焊接处的顶板疲劳强度等级均相当于欧洲规范Eurocode中的71类细节。

混凝土梁桥疲劳安全监测与评估

采用动态称重技术,对崾岘大桥进行了35 d的交通荷载监测,研究了车辆荷载对混凝土桥梁疲劳寿命的影响;利用声发射技术,进行了连续16 d的在线监测,并通过对典型位置的数据信号统计给出了该桥的工作状态;通过21 d的疲劳应力监测,采用S-N曲线和线性累积损伤理论计算受拉主筋寿命为1 239 a;依据断裂力学评估模型估算的疲劳寿命约为245 a。研究表明:荷载监测、疲劳应力监测、声发射监测和疲劳寿命评估技术的融合应用,可更为全面地评估既有混凝土梁桥的使用安全。

正交异性钢桥面板足尺疲劳试验

以某大跨径斜拉桥采用的正交异性钢桥面板为工程背景,进行钢桥面板疲劳性能试验研究,足尺疲劳试验循环次数累积达到1 020万次。试验结果表明:加劲肋与盖板连接部位出现了纵向疲劳裂纹;加劲肋与横隔板连接的焊缝端部出现了在焊趾处萌生并沿加劲肋腹板扩展的疲劳裂纹;受焊接残余应力影响,处于疲劳荷载压应力区的腹板与横隔板连接焊缝端部也萌生了疲劳裂纹;横隔板挖孔部位无疲劳裂纹;若以测点应力发生变化为疲劳失效判据,则加劲肋与横隔板连接端部的疲劳细节高于AASHTO中D类和Eurocode的63类细节等级,加劲肋与盖板连接的疲劳细节高于AASHTO中D类和Eurocode的71类细节等级;若以出现疲劳裂纹为疲劳失效判据,则其疲劳细节高于AASHTO规范中D类和Eurocode的80类细节等级。

正交异性钢桥面板横隔板挖孔型式

为提高正交异性钢桥面板的抗疲劳性能,建立了4种常用横隔板挖孔型式的精细化数值分析模型,并通过足尺钢桥面板静力试验,校准了隔板挖孔细节的有限元模型。通过有限元参数分析,讨论了横隔板挖孔型式和几何尺寸对挖孔处应力分布的影响。数值分析结果表明,Haibach孔和圆形孔的分析点应力分布较合理,挖孔自由边的半径是影响其应力分布的主要因素。基于数值分析结果提出了改善钢桥面板挖孔应力的有效措施,为钢桥面板抗疲劳设计提供了技术依据。

带混凝土铺装层的钢桥面板应力测试与分析

车辆荷载作用下,正交异性钢桥面板的疲劳开裂对结构的疲劳性能以及使用安全性能具有较大的影响。钢桥面板中复杂的焊接连接细节成为疲劳裂纹集中出现的区域。盖板与纵肋连接的纵向焊缝、纵肋拼接嵌补段焊缝以及横隔板挖孔细节均是疲劳裂纹易于产生的细节部位。本文以西铜高速公路项目为依托,依据现场带混凝土铺装钢桥面板静力实测结果,研究分析钢桥面板疲劳敏感细节的应力特性与应力分布,为改善钢桥面板疲劳细节设计提供相关的数据基础。

钢箱梁桥桥面板疲劳应力实测与分析

正交异性钢桥面板在车辆荷载的直接作用下,很容易疲劳开裂。本文以西铜高速改扩建项目为依托,对聂冯立交钢箱梁正交异性钢桥面板盖板与纵肋连接处、横隔板挖孔边缘、纵肋拼接段等疲劳细节进行了现场测试。对测试数据进行了详尽分析,结果显示出各疲劳细节部位的纵向应力影响线都较短;车辆作用的横向位置对疲劳细节部位的应力影响较大。对铺装前后疲劳细节部位应力幅进行了对比,发现桥面铺装有效的降低了疲劳细节部位的应力水平。