公铁平层斜拉桥超宽幅钢箱梁节段模型试验及活载作用效应研究

为研究公铁平层斜拉桥超宽幅钢箱梁受力特性和活载作用效应,以宜宾临港长江大桥宽度为63.9 m的超宽幅钢箱梁节段为研究对象,设计制作相似比为1∶10的全截面缩尺模型开展静载模型试验,并进行有限元计算分析,分别研究恒载状态、公路车辆荷载作用、铁路列车荷载作用及不同活载组合作用下超宽幅箱梁受力特性,纵、横向正应力分布情况及梁体变形特征。结果表明,该桥超宽幅钢箱梁横向弯曲受力行为显著,梁体在活载作用下表现为挑担式支撑梁力学特性和变形特征,其中梁体中箱在铁路列车荷载作用下表现为正弯矩简支梁受力特性,梁体两侧边箱在公路车辆荷载及人群非机动车辆荷载作用下表现为负弯矩悬臂梁受力特性,梁体横截面设计合理,活载作用机理明确,中、边箱结构传力清晰。研究成果为超宽幅钢箱梁的设计和施工提供了重要的参考和设计依据,并为类似桥梁设计提供指导。

钢-混组合结构抗剪栓钉的群钉效应研究

栓钉剪力连接件是组合结构中保证组合效应不可或缺的关键部件,在使用过程中总是同时使用多个栓钉连接件。因此,为研究栓钉群钉效应作用时的不均匀系数与抗剪性能,采用Ansys APDL进行参数分析,改变栓钉的间距和钢板厚度,以?22 mm栓钉群钉为研究对象。此外,为研究栓钉群钉的损伤后行为,设置不同间距,分别减小栓钉端部、中部、尾部的有效截面。计算结果表明,由于摩擦力的存在,与单钉相比,只要是多钉的推出试验,都会存在抗剪性能下降的情况,并不全是受群钉效应影响;弹性阶段不均匀剪力演高度呈月牙状,但是随着间距减小,塑性阶段不均匀剪力由月牙状向线形转变,端部的不均匀系数不断降低,尾部的不均匀系数提升,沿高度最大不均匀系数差异接近10%;弹性阶段钢板厚度改变时,不均匀系数仅发生5%变化,塑性阶段约1%,相比于栓钉间距,钢板厚度对不均匀系数的影响有限;栓钉的平均抗剪承载力随栓钉间距变化呈指数关系,栓钉的平均抗剪刚度随间距变化呈线性关系,间距越密集,平均抗剪承载力和平均抗剪刚度越低,拟合公式与计算结果吻合,相关系数均大于0.9;栓钉间距与直径比值大于6.8时,抗剪性能变化已不显著;对于越密集的栓钉群,削弱尾部的栓钉会带来更不利的抗剪性能退化情况。

高铁声屏障连接螺栓松弛对疲劳寿命的影响

螺栓的疲劳寿命和松弛寿命影响着螺栓的使用寿命,在疲劳和松弛的共同作用下,柱脚处连接不断退化,为探究高铁声屏障连接螺栓松弛对疲劳寿命的影响,以某速度为400 km/h高铁声屏障非对称排布和对称排布螺栓为研究对象,利用ANSYS建立柱脚螺栓有限元模型,通过降温法施加预紧力,并施加正负单位弯矩荷载,计算柱脚最不利螺栓在不同预紧力作用下的应力幅,提出了应力幅随预紧力变化的拟合关系式;利用Midas建立声屏障整体模型,分析列车在400 km/h行驶速度下结构动力响应特性,提取柱脚螺栓弯矩时程结果,对仅考虑疲劳失效的螺栓寿命和考虑松弛疲劳共同影响下的螺栓寿命进行比较.研究结果表明:螺栓松弛会使预紧力下降,导致两种柱脚模型的螺栓应力幅增大;在已有的柱脚螺栓时程计算中,考虑松弛疲劳共同影响下的疲劳寿命比仅考虑疲劳作用时大大降低,当松弛导致预紧力下降至55%以后,将会产生疲劳效应,该结果可为连接结构领域设计人员定量评估螺栓寿命以及对螺栓的维修养护方面提供参考依据.

钢-混组合结构桥梁2019年度研究进展

钢-混凝土组合结构是土木工程中一种主要组合结构,能充分发挥混凝土和钢材的性能,可作为一种可持续发展的桥梁结构。近年来,随着绿色建造以及可持续建造理念的普及,钢-混组合结构桥梁在公路、铁路桥梁中所占比例逐步提高,学者们从多个方面开展了对钢-混组合结构桥梁的科学研究和工程应用。为了促进对该结构更加全面、深入的研究,指导钢-混凝组合结构在桥梁建设中更切合实际的应用与推广,对2019年度钢-混组合结构整体力学行为、钢-混组合结构剪力键、钢-UHPC组合结构、钢管混凝土结构及波形钢腹板混凝土组合结构5个方面的最新研究进行梳理与总结,并对未来钢-混组合结构研究热点和方向进行展望。

钢-混组合结构桥梁2020年度研究进展

钢-混组合结构桥梁作为能实现可持续桥梁工程的结构形式之一,有良好的综合技术经济效益和社会效益,日益受桥梁工程界欢迎。钢-混组合结构能充分发挥混凝土和钢材各自的材料性能优势,以其整体受力的合理性、经济性、便于施工等突出优点,已广泛应用于结构工程许多领域。为促进桥梁建设向装配化、绿色化及智能化的转型升级,在中小跨度桥梁中推广使用钢-混组合结构面临机遇与挑战。从两大类方向对2020年度文章进行搜集、分类、回顾、综述,包括各式常用剪力件研究以及组合梁研究。剪力连接件研究内容涵盖栓钉连接件、PBL连接件、螺栓连接件、连接件的基本力学性能,以及连接件的耐久与退化性能;组合梁研究进展包括理论模型、组合效应与空间行为、组合梁负弯矩区性能、组合梁动力特性、组合梁劣化性能与检测加固、组合梁施工方法等方面的研究。

基于振动响应的高铁声屏障结构体系研究

为了研究不同开口形式的封闭式声屏障在高速列车所产生风压作用下的受力特征,以某高铁声屏障为研究对象,利用有限元软件Midas建立顶部不同开口间距的双侧封闭式声屏障及顶部不同覆盖长度的单侧封闭式声屏障整体模型;将速度为350 km/h的列车驶过时产生的脉动风压激励时程作用于声屏障结构整体模型,计算得到声屏障结构的静力响应和动力时程曲线;最后计算动力放大系数.研究结果表明:双侧封闭式声屏障顶部增加开口间距和单侧封闭式声屏障顶部覆盖长度减小都有利于风压的释放,改善结构受力情况,随着开口间距增加或覆盖长度减小,有利作用愈加明显;对于双侧封闭式声屏障,开口2 m时立柱最大动应力是开口8 m时立柱最大应力的1.15倍,放大系数也增加0.12;对于单侧封闭式声屏障中,覆盖8 m时立柱的最大动应力是覆盖2 m时立柱的最大动应力的1.28倍,放大系数也增加0.37.

列车风激励下高铁声屏障连接螺栓经时松弛研究

高速铁路声屏障受通行高速列车的列车风反复激励,连接螺栓会发生松弛。为预测反复横向剪切荷载长期作用下高速铁路声屏障螺栓的松弛程度,利用软件ANSYS建立考虑螺纹螺旋效应的三维有限元模型,利用降温法施加预紧力,加载交变横向力,研究不同横向力幅值、初始预紧力及螺纹螺距相应的松弛速率。结果表明,横向力幅值越大、初始预紧力越小、螺纹螺距越小,松弛速率越快。通过引入部分假设,建立了一种简易方法用于预测确定荷载谱下声屏障螺栓的松弛程度,研究成果对声屏障螺栓维护有指导意义。

钢管混凝土桁架焊接T型管节点热点应力集中系数研究

运用有限元软件ANSYS建立钢管混凝土桁架焊接T型管节点模型,进行支管轴向拉力作用下管节点热点应力集中系数(Stress Concentration Factor,SCF)研究。结果表明:T型管节点的主管冠点处SCF与管径比、径厚比和壁厚比均成正相关,而主管鞍点处SCF虽与径厚比和壁厚比成正相关,但与管径比呈负相关;相比于主管,支管SCF整体水平较低,且随几何参数变化幅度较小;主管SCF沿管节点相贯线的分布模式与管径比、径厚比相关,但受壁厚比的影响很小;管节点SCF最大值与径厚比、壁厚比成正相关,随管径比的变化规律与径厚比的取值有关;基于有限元计算结果,可推导出钢管混凝土桁架焊接T型管节点SCF最大值计算式。

380 km·h^(-1)以上高速铁路插板式声屏障动力特性及响应分析

随着高速铁路的发展,行车速度不断提升,对于声屏障的结构性能要求也逐步提高。基于数值分析方法,运用有限元软件Midas Civil,建立6种常用结构形式插板式声屏障模型,进行380 km·h^(-1)以上高速铁路插板式声屏障动力特性及响应研究。结果表明:不同结构形式的插板式声屏障在增设1 m高通透隔声板后自振基频减小;在车速为380,400和420 km·h^(-1)条件下,插板式声屏障立柱的横向位移、组合应力和纵向弯矩放大系数在未设置1 m高通透隔声板时均随车速的增大而增大,而在增设1 m高通透隔声板后则随车速的增大先增后减;在相同车速下,增设1 m高通透隔声板后,立柱的横向位移、组合应力和纵向弯矩放大系数均增大。针对增设1 m高通透隔声板的声屏障,设计时除需重点关注420 km·h^(-1)车速时的结构动力响应外,还需额外关注400 km·h^(-1)车速时的结构动力响应。

高速铁路钢管混凝土拱桥拱轴线型比较分析

研究目的:为探讨钢管混凝土拱桥拱轴线型对结构力学行为的影响,以某高速铁路上承式钢管混凝土拱桥为工程背景,采用Midas Civil建立有限元模型,对比分析恒载或ZK活载作用下不同拱轴线型对结构变形、内力以及稳定性的影响,并探究其影响规律,从而为高速铁路钢管混凝土拱桥的相关设计、施工和运营提供参考或借鉴。研究结论:(1)该结构具有良好的线弹性,不同荷载作用下拱轴线型对结构力学行为的影响规律保持较好的一致性;(2)拱轴线型对结构靠近拱脚区段弯矩、剪力和组合应力影响显著,对跨中区段轴力影响明显,而对L/8截面和L/2截面竖向变形影响明显;(3)高速铁路桥梁面内面外刚度要求高,整体稳定较好,失稳形式主要表现为局部杆件失稳;(4)该研究结果有助于优化钢管混凝土拱桥拱轴线选型以及结构杆件设计。

变刚度组合连续梁有效宽度研究

为研究变刚度组合连续梁的有效宽度,采用有限元软件AnsysAPDL建立3跨变刚度组合连续梁空间有限元模型,计算组合梁关键截面混凝土板的有效宽度和纵向应力分布,进行4种常用中外规范的适用性评估,以及变刚度区域底板混凝土构造和钢与混凝土界面的抗剪刚度对混凝土顶板有效宽度和纵向应力分布的影响分析。结果表明:在边跨跨中截面和中跨支座截面,用英国规范和日本规范计算出的混凝土顶板有效宽度与有限元的计算结果较为吻合,差距在15%以内;在中跨支座附近的变刚度段内,底板的栓钉抗剪刚度变化只对中跨截面顶板的有效宽度有影响;全桥栓钉的抗剪刚度退化至0.1倍初始刚度之前,对顶板的有效宽度和纵向应力分布影响较小,变化在5%以内;当各关键截面栓钉抗剪刚度分别降低时,仅相应截面处的有效宽度和顶板纵向应力分布受影响,相同退化条件下,支座截面受影响最大。

高速铁路上承式钢管砼拱桥地震响应差异比较

以跨径为240m的西溪河大桥为工程背景,建立实桥三维有限元模型。在拱桥前6阶周期点与平台期附近,以备选地震波反应谱与设计反应谱谱值相对误差最小为双控指标(小于20%)选取时程分析波。分别采用时程分析法和反应谱法,对结构响应特点进行分析与总结。研究表明:纵、竖向位移主要由纵桥向激励贡献,横向位移则主要由横桥向激励贡献;纵桥向地震动与横桥向地震动基本不耦合;激励方向对响应特征影响较大,纵、横桥向激励下内力响应峰值差值可达20倍,而位移响应差值可以达到6倍,在进行该类桥梁抗震分析时需要加以重视。

钢管混凝土桁架Y型管节点热点应力研究

为研究主管支撑条件及支管与主管夹角对钢管混凝土桁架(CFST)Y型管节点热点应力分布的影响,利用ANSYS采用20节点实体单元,考虑相贯线焊缝建立Y型管节点空间有限元模型,计算分析在一端固定,一端铰接、两端固定、两端铰接3种边界条件下,支管不同角度变化时(20°, 40°, 60°, 80°, 90°),支管轴压作用下主管和支管焊趾处,热点应力集中系数沿相贯线焊缝分布情况。有限元分析结果与已有试验结果进行对比,验证模型的可靠性。研究结果表明:相同约束条件下,随支管角度增大,主管和支管沿焊缝的热点应力集中系数表现为增大,主管热点应力集中系数最大值始终发生在冠点,支管热点应力集中系数最大值由冠点向鞍点移动;同一角度时,随着主管两端约束的加强,主,支管热点应力集中系数分布有所减小,主管鞍点附近受约束条件影响很小。由于局部和整体的刚度同时影响SCF,可以考虑改变节点形式或者减少计算长度、加强固端约束达到降低SCF的目的。

钢管混凝土桁架焊接节点热点应力集中系数研究

钢管混凝土桁架焊接节点构造复杂,焊缝区域应力集中程度高,是疲劳易损部位。根据钢管混凝土桁架2种主要节点构造形式——焊接管节点和管-板焊接节点,利用有限元软件ANSYS分别建立了K型相贯节点、管-板节点和扫把型节点空间模型,基于国际焊接协会(IIW)和挪威船级社(DNV)提出的热点应力计算方法,进行节点连接焊缝处热点应力的数值分析。分别讨论了主管受拉、支管在典型荷载作用下,焊接节点焊趾处的热点应力集中系数。结果表明:管节点热点剪应力幅很小,热点正应力集中系数较大;管-板节点应力集中程度低,最大热点应力集中出现在管-板节点的节点板端部;扫把型节点应力集中特性与管-板节点相似,但构造相对复杂。依照基于热点应力S-N曲线的疲劳性能评估方法,钢管混凝土桁架结构采用管-板节点时,具有较好的抗疲劳性能。

跨既有线T构桥转体施工控制关键技术研究

文章结合跨芜宣高速特大桥T形刚构转体施工控制过程,介绍转体体系,总结称重试验现场经验,分析球铰应力分布特点。总结得出:通过有效的施工控制措施,使梁体安全顺利转体,确保了转体后线形和应力状态满足预期要求;称重试验可同时测球铰水平和竖向位移来选择更准确荷载位移曲线;通过配重使一侧撑脚刚好接触四氟乙烯板,保证转体过程平稳而又不致增大撑脚摩阻;考虑将球铰局部承压钢筋网加密、球铰包裹钢板包裹范围增大和增厚钢板来改善球铰接触部位应力集中现象。

钢-混凝土组合结构PBL剪力键疲劳损伤演化机理分析

为研究反复荷载作用下钢-混凝土组合结构PBL剪力键的疲劳损伤演变及破坏机理,以开孔直径、钢板厚度和贯穿钢筋直径为影响参数,设计3因素2水平的正交试验模型,完成6组24个PBL剪力键模型疲劳试验。以相对滑移量为指标,研究了PBL剪力键的疲劳破坏机理,建立了疲劳荷载与疲劳寿命之间S-N关系曲线,讨论了PBL剪力键构造参数和疲劳荷载对其疲劳性能的影响。