S形曲线钢箱梁斜拉桥沥青混凝土摊铺温度效应分析

大连滨海大道西延伸线张柏2号高架桥主桥为(50+96+192+70)m S形曲线钢箱梁斜拉桥,桥面铺装层采用热浇注式沥青混凝土摊铺方法施工,摊铺过程中出现了结构位移和应力较大等异常情况。为了解异常情况产生的原因,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型(钢箱梁采用壳单元模拟),分析摊铺过程中温度引起的桥塔纵、横向位移,以及主梁纵向、竖向位移和纵向应力。结果表明:摊铺温度导致结构产生较大的位移和应力,主梁和桥塔纵向位移均达22.8 cm,主梁最大竖向位移为25.9 cm,钢箱梁最大拉应力为143 MPa;摊铺过程中,结构纵、横向均存在较大的位移差和应力差,导致变形不协调和局部应力过大;结构位移、应力的计算值与实测值基本一致。该类桥梁施工时应调整摊铺工艺,降低摊铺温度效应。

正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳试验研究

针对正交异性钢桥面板的纵肋腹板与面板连接构造易出现疲劳裂纹的问题,通过不同纵肋腹板与面板厚度配合及制造工艺共5组48个连接构造试件的疲劳试验,研究正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳性能及疲劳设计S-N曲线。研究结果表明:当12mm厚的面板搭配8mm厚的纵肋腹板时,试件发生沿面板厚度方向的剪切破坏,疲劳性能较差;当面板厚度从14mm增至16mm时,试件的疲劳性能有所提高;当面板厚度从16mm增至18mm、纵肋腹板厚度从8mm增至9mm时,试件的疲劳性能基本无改变;双侧熔透焊对疲劳试件的疲劳性能无改善,反而略低于单侧熔透75%焊。对连接构造试件的疲劳试验数据进行S-N曲线回归分析表明,连接构造可归为铁路桥梁钢结构设计规范中的IX类构造,当破坏循环次数为2×106时,其应力幅为71.9MPa。

桥梁断面的气动导数和颤振临界风速的数值计算

选取有代表性的大海带东桥、南京二桥流线型闭口箱梁断面和荆沙桥钝头开口板梁断面 ,用动网格法考虑流体和结构的耦合作用 ,用有限单元法求解原始变量二维不可压粘性流体的N S方程 ,计算其气动导数 ,并用半逆解法确定颤振临界风速。计算结果和实验值相当吻合。

正交异性板U肋与桥面板焊缝连接的静力及疲劳试验研究

为了研究正交异性钢桥面板中闭口纵肋与桥面板连接处纵向焊缝的疲劳性能,分别以焊缝形式、对接间隙、焊接方式和加载方式为变化参数,设计了14个U肋试件,进行了静力和疲劳加载试验,得到了各个试件在不同应力幅值下的疲劳循环次数,并通过统计回归分析,分别得到了U肋和桥面板处角焊缝连接和熔透焊缝连接的疲劳S-N曲线及其疲劳分级。试验结果表明:角焊缝试件的疲劳初始裂纹多出现在肋板焊趾处,而熔透焊试件的初始裂纹多出现在面板焊趾处。

正交异性钢桥面板焊接接头疲劳评估方法

传统正交异性钢桥面板疲劳性能评价方法评估精度不足,为准确评估其焊接接头的疲劳性能,基于线性累积损伤理论,探讨了结构应力法、切口应力法用于正交异性钢桥面板焊缝疲劳性能评估的可行性和准确性.以典型正交异性钢桥面板为研究对象,采用足尺模型试验和仿真分析,并结合已有试验数据对上述评估方法进行验证.研究结果表明:与结构应力法相比,采用切口应力法或传统名义应力法评价正交异性钢桥面板的疲劳性能时,评价结果的离散性大;采用结构应力法(离散度为3倍标准差的主S-N曲线时)更准确,适用于正交异性钢桥面板焊接接头疲劳性能评估.

正交异性钢桥面板焊缝疲劳应力影响因素分析

针对正交异性钢桥面板焊缝构造细节,开展疲劳应力有限元分析,探讨不同影响因素的疲劳效应,为钢桥面板抗疲劳设计和维护提供参考。通过顶板与U肋焊缝细节二维平面模型,设置不同焊趾过渡半径、过渡角与焊瘤缺陷参数,研究焊缝疲劳应力的变化情况。建立钢桥面板节段模型,考虑不同荷载工况组合加劲肋构造对U肋与横隔板细节裂纹萌生点疲劳应力的影响。研究结果表明:焊趾应力集中随过渡半径或过渡角的增加而降低。随焊瘤高度的增加,焊瘤宽度对应力集中的影响减弱;随焊瘤宽度的增加,焊瘤高度对应力集中影响增强。设置横隔板加劲肋可降低U肋与横隔板细节裂纹萌生点应力,提高该细节疲劳性能。

对称悬臂浇筑中满堂支架计算与安全校核

大跨度连续刚构桥采用对称悬臂施工时,0#块一般采用满堂支架法,0#块的施工质量对桥梁的质量有至关重要的作用,本文结合工程实例,对满堂支架的各个组成部件进行受力分析与安全校核,以确保施工质量。

正交异性钢桥面板顶板竖向加劲肋焊接接头疲劳性能试验研究

正交异性钢桥面板的疲劳问题是目前研究的主要热点之一。该文针对国内钢桥面板顶板竖向加劲肋焊接接头的构造细节,通过振动型疲劳试验机开展了18个试件的弯曲疲劳试验,研究了普通角焊缝和熔透角焊缝在不同加载应力幅下的疲劳性能,分析了焊接接头的应力集中系数,并与有限元分析结果进行了对比,得到了普通角焊缝和熔透角焊缝焊接接头疲劳寿命大小;同时采用BS5400、JSSC、Eurocode 3以及我国钢结构设计规范(GB 50017—2003)规定的S-N曲线对试验结果的疲劳强度进行了评定。研究表明:钢桥面板竖向加劲肋焊接接头熔透角焊缝的疲劳性能总体上优于普通角焊缝,对我国钢桥面板竖向加劲肋焊接接头的开裂前的疲劳性能建议采用BS5400-F2的S-N曲线(35MPa)进行设计和评价;并且两者焊接接头的应力集中系数约为2.4左右,其中熔透角焊缝受到焊接工艺的影响其应力集中系数较大,须在焊接后对其进行焊趾表面处理,以进一步提高疲劳性能。

疲劳裂纹的跨尺度分析

为了准确模拟正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展行为,提出基于约束应力区的三维表面半椭圆跨尺度裂纹模型.采用有限元法求解应力强度因子,将跨尺度应力强度因子作为疲劳裂纹从微观到宏观扩展的控制参量,使用统一模型描述正交异性钢桥面板疲劳破坏全过程.对正交异性钢桥面板的疲劳失效行为进行数值模拟,并与试验应力-寿命曲线进行对比分析.结果表明:疲劳裂纹扩展跨尺度模型能正确反映正交异性钢桥面板纵肋与桥面板焊接部位的疲劳破坏过程,并可模拟疲劳裂纹扩展从微观到宏观的跨尺度行为.由于微观效应对疲劳寿命有显著影响,当考虑到材料的微观效应时,该模型可解释疲劳寿命试验数据的离散现象.

预应力复合材料模壳-混凝土组合桥面板疲劳性能

针对一种新型预应力纤维增强复合材料(FRP)模壳-混凝土组合桥面板,研究了该组合桥面板在变化应力水平下的疲劳性能。试验针对疲劳破坏形态、应力状态、界面形态和疲劳寿命等因素进行了系统研究。结果表明:组合桥面板疲劳破坏主要由于受压区混凝土压碎控制、部分构件发生复材模壳局部疲劳撕裂,并且组合桥面板中预应力板条在疲劳荷载下保持良好性能。组合桥面板在发生疲劳破坏后,均保持较高的残余强度,为结构提供安全储备。通过数据拟合得到组合桥面板的荷载水平-疲劳寿命(S-N)曲线,可预测在不同荷载下的疲劳寿命。

正交异性钢桥面板横隔板局部模型疲劳试验研究

正交异性钢桥面板U型加劲肋与横隔板连接处是该类结构较为重要的疲劳易损部位之一。以横隔板弧形切口最小截面处的疲劳细节为研究对象,针对性地提出一种简化的横隔板局部试验模型,通过数值模拟与桥面系足尺模型进行对比,验证了试验模型的合理性。采用该试验模型对3种常用横隔板孔型进行疲劳试验,分析了该试验模型的疲劳破坏模式以及细节处的疲劳性能,最后得到S-N曲线并与各国规范进行比较。结果表明,不同孔型条件下疲劳裂纹容易在弧形切口最小截面处发生。Eourcode3推荐的铁路孔型和传统椭圆孔在弧形切口最小截面处的疲劳性能十分接近,均优于Eourcode3推荐的公路孔型,并且三种孔型的疲劳细节均高于我国钢桥规范和Eourcode3的71类细节等级。综合建议采用Eourcode3推荐的铁路孔型,在考虑保证率为97.7%的前提下,该细节的循环200万次的疲劳强度可取135 MPa。

组合梁斜拉桥增加辅助墩处桥面板压应力的技术

针对边跨采用支架法施工的组合梁斜拉桥,现有增加辅助墩处桥面板压应力的技术存在不经济且施工繁琐等局限,基于无应力状态法基本原理,提出支架支点释放法。应用该技术时,首先在边跨所有梁段安装完后释放支架部分支点,使其脱空;然后进行边跨顶推合龙;最后进行中跨合龙及边跨斜拉索张拉,边跨线形恢复至设计状态。将该技术应用于望东长江公路大桥工程中,无需增加新的材料和施工措施,通过有限元法确定释放支架的7个支点,分析支点释放前后组合梁挠度、应力增量和索力变化,实测辅助墩处组合梁应力,得到支点释放后辅助墩处混凝土桥面板上、下缘的压应力分别增加约0.6MPa、0.3MPa,施工过程中组合梁位移、应力以及斜拉索索力均处于安全状态。

MP-5薄层罩面在水泥混凝土桥面“白改黑”中的应用研究

通过自制的高性能复合改性沥青和多点支撑骨架状态理论(V-S法)设计出一种用于水泥混凝土桥罩面的薄层沥青混合料MP-5(Micropavement-5),并将其和目前广泛应用的几种薄层罩面沥青混合料(SMA-5、SUP-5以及Novachip-5)的路用性能进行了对比.结果表明:自制的复合改性沥青粘度大、施工和易性好;确定了薄层罩面沥青混合料MP-5的级配和油石比范围(5.4%-6.0%).MP-5施工简便,具有良好的高温性能,尤其构造深度大,抗滑性能好.

大跨径双层钢桁梁悬索桥主桁杆件疲劳寿命评估

为了探明大跨径双层钢桁梁悬索桥主桁杆件疲劳寿命,以某双层悬索桥为工程依托,采用MIDAS/Civil建立双层悬索桥全桥空间有限元模型,以荷载影响线原理为依据,获得了主桁各杆件应力幅最大单元的位置。通过ANSYS Workbench数值模拟出钢桁梁焊接交叉部位过焊孔构造细节S-N曲线,并确定出200万次循环对应的疲劳强度。悬索桥计算模型中以中国最新公路规范中的标准疲劳车为加载车辆,探明了主桁杆件200万次等效应力幅,并与理论计算出的S-N曲线200万次疲劳容许应力对比。结果表明主桁杆件最大应力幅小于200万次循环对应的疲劳强度,主桁杆件疲劳寿命满足设计要求,为桥梁的安全运营提供理论依据和技术支持。

公铁两用桥防护棚架设计与快速施工技术研究

为保障在不中断铁路正常运行的情况下进行公铁两用桥公路桥面升级改造,防护隔离技术应运而生,伴随着这项技术的发展,如何在有限的天窗点内实现防护隔离棚架的快速施工成为一个新的课题。结合九江长江大桥和南京长江大桥公路桥面升级改造工程,从既有公铁两用桥梁的边界条件及棚架结构功能方面进行分析,对棚架结构的整体性设计、分块化设计以及各主体结构的快速施工技术进行研究,提出了一套在天窗点内实现防护隔离棚架快速施工的技术。

东胜景观大桥50m宽桥面支架施工

在简述东胜景观大桥概况的基础上,详细介绍了桥面支架搭设的方案和注意事项。

兰武铁路古浪河大桥结合梁施工技术

结合古浪河大桥的工程概况,确定了总体施工方案,从脚手架的施工、上下滑道的布置、横移梁、落梁的施工等方面介绍了结合梁跨既有铁路线架设要点,阐述了桥面板的施工技术,对确保既有线铁路安全经营具有重要意义。

斜截面钢箱梁提篮拱桥桥面结构施工技术研究

结合斜截面钢箱梁提篮拱桥桥面结构,以绵阳科技城涪江大桥为工程背景,针对该类桥梁在桥面结构施工中所遇到的斜截面主梁外侧支座脱空和倒T形横梁面外屈曲两大技术难题,通过分析研究创新提出处理措施:主梁通过设置预偏角可解决拼装斜截面主梁时因其向内偏转而造成外侧支座脱空的问题,并给出主梁预偏角计算公式及设置方法;在横梁跨中增设支架并主动顶升,可大幅提高横梁的面外稳定性能,确保其在施工过程中不会出现失稳,并基于数值模拟给出满足稳定性要求的顶升力下限值。本文提出的两项施工技术已成功应用于绵阳科技城涪江大桥,保障了我国首座斜截面钢箱梁提篮拱桥桥面结构的顺利拼装。

钢-UHPC组合桥面板中焊接栓钉的疲劳性能及设计布置方法

钢-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)组合桥面板中焊接栓钉在实现UHPC层协助正交异性钢桥面板受力进而缓解疲劳开裂方面发挥着重要作用。为探究组合桥面板中栓钉的疲劳性能,开展了钢-UHPC组合桥面板足尺节段梁式疲劳试验,揭示了栓钉的疲劳破坏模态。基于梁式疲劳试验结果,分别采用线性回归法及考虑溜号样本影响的极大似然法建立了栓钉抗剪S-N曲线,并与UHPC层中栓钉推出疲劳试验的S-N曲线进行了对比。探讨了现有设计规范中栓钉抗剪S-N曲线与所建立的S-N曲线的差异。针对混凝土材料性能对栓钉疲劳性能的影响,提出了可量化该影响因素的栓钉抗剪统一的S-N曲线。研究结果表明:疲劳破坏发生在栓钉-钢顶板焊接热影响区附近;破坏模态可分为单一型模态及复合型模态,破坏模态不受混凝土材料性能、试验方法(梁式试验或推出试验)及栓钉几何尺寸的影响。基于极大似然法具有95%存活率的S-N曲线略高于线性回归法,且2种方法200万次疲劳寿命对应的抗剪疲劳强度分别为162、158 MPa,远高于推出疲劳试验值103 MPa。现有设计规范在应用于钢-UHPC组合桥面板栓钉的设计时过于保守。根据栓钉抗剪统一的S-N曲线得到的200万次疲劳寿命对应的抗剪疲劳强度与试验值的偏差在10%以内,证明了该曲线具有较好的预测精度。此外,基于组合作用及栓钉抗疲劳2个控制条件,提出了钢-混组合桥面板中栓钉的设计布置方法;该方法可考虑U肋几何尺寸、横隔板间距及混凝土力学性能的影响,并给出了计算实例。

钢板条-UHPC组合桥面结构静力及疲劳试验

应用UHPC加固正交异性钢桥面时,由于钢面板存在贯穿型裂缝导致UHPC底面抗裂无法满足要求,提出一种新型钢板条-UHPC组合桥面结构。对12个正弯矩作用下钢板条-UHPC组合桥面构件进行静力参数试验,讨论构件的破坏模式及裂缝的发展与分布;对4个构件进行抗弯疲劳试验,研究构件在不同荷载幅作用下的刚度衰减、裂缝扩展、剩余强度,并提出适用于该类构件的S-N曲线。研究结果表明:带钢板条构件裂缝宽度达到0.05mm时,具备超过20.1~28.0MPa的名义开裂强度,相比无钢板条构件的7.2~9.7MPa,对UHPC的抗裂性能强化作用明显;提高钢板条宽度对于UHPC的开裂抑制作用明显,可有效降低平均裂缝间距而延缓裂缝宽度的持续扩展;提高钢板条宽度与UHPC层厚均可大幅提高组合桥面构件的刚度,使得构件在弹性极限后进入更高的强化阶段;钢板条-钢面板连接方式对于构件的破坏模式和裂缝发展无影响;荷载比S≤0.43时,构件在1000万次疲劳作用后,刚度未现折减,裂缝宽度仅0.03mm,可认为当S<0.43时,构件具备无限疲劳寿命;S≥0.76时,构件早期存在极高的损伤积累,当刚度开始衰减后,短期内即会达到疲劳寿命极限;对于S为0.43~0.76的构件,UHPC裂缝扩展缓慢,开裂后在短期内不会出现明显刚度衰减,剩余疲劳寿命较高;直接采用目前的疲劳寿命评估方法对4个构件的进行评估,结果差别较大;结合试验结果,提出了针对钢板条-UHPC组合构件的S-N曲线,可为类似结构的疲劳寿命评估提供参考。