曲线钢-混组合箱梁桥车桥耦合振动及支座受力研究

曲线钢-混组合箱梁桥已经建设较多,在设计中因对其车桥耦合振动认识有限,相关支座反力因弯扭耦合效应引起的变化情况等尚未很好解决。基于ABAQUS有限元软件,利用傅里叶级数描述车辆平、竖曲线运动,实现了曲线梁桥车桥耦合振动的数值分析,并基于既有试验和理论成果验证了方法的准确性。以某4跨曲线钢-混组合箱梁桥为例,分析了车辆在内、外侧车道以不同速度行驶及超高条件下对桥梁支座反力的影响。结果表明:当车辆沿着曲线梁桥内侧或外侧车道行驶时,另一侧箱梁的外支座会出现脱空的现象。车速对支座峰值反力的影响较小,但可以通过较低的车速减轻支座脱空。超高对支座反力的影响较小,车辆沿着内侧车道行驶时,缓解了外侧箱梁部分支座脱空;沿着外侧车道行驶时,加重了内侧箱梁支座脱空。

小曲率半径钢混组合梁预制叠合与架设施工技术

本文针对海域互通匝道小曲率半径钢混组合梁桥架桥机架设施工难题,从钢混组合梁预制叠合施工工艺与线形控制、大横坡运梁设备改造与运梁技术、小曲率半径架桥机设计与架设工艺等方面展开研究,并对关键施工工况进行了模拟计算,系统研究了小曲率半径钢混组合梁桥后场叠合与架桥机架设施工技术,保障了杭甬高速公路复线滨海枢纽工程施工的顺利实施,也为后续小曲率半径梁桥架设提供了参考经验。

装配式小半径曲线梁桥力学性能及施工技术研究

横隔梁错位、高空现浇施工难度大甚至引起横隔梁开裂是传统混凝土T梁、小箱梁装配建造中存在的顽疾。尤其对于曲线半径为50m到300m的小半径曲线梁桥,在纵坡和横坡叠加时上述病害尤为明显。文章针对典型的小半径曲线梁桥,采用有限元数值分析的方法系统研究了不同曲线半径、横坡条件下横隔梁刚度对结构挠度的影响,进一步与采用钢横隔梁时结构的力学性能进行对比,提出减少小半径曲线梁桥病害的装配建造整体式解决方案。研究结果表明:①横隔梁刚度由100%降低至40%时,结构横向传力性能变化较小,但当横隔梁刚度降低至20%以下时,结构横向传力性能急剧下降;②4种钢横隔梁中,三点式钢横隔梁力学性能最优,在设计荷载作用下,相较于混凝土横隔梁,采用三点式钢横隔梁时直接受力主梁横向分布系数仅增加5.74%,并且局部应力满足规范要求;③采用分阶段误差自适应调整的施工方法,能够实现基于高强螺栓的三点式钢横隔梁高精度装配制造。

复杂竖曲线宽幅组合梁桥大跨度顶推施工控制技术

广西柳州凤凰岭大桥为(96+124+3×130+90)m连续钢-混组合梁桥,主梁为等高双箱单室钢-混组合梁,由槽形钢箱梁和混凝土桥面板构成,梁宽46.6 m,该桥竖曲线由3段圆曲线和2段直线组成。钢梁采用连续步履式顶推、跨间不设临时墩的方案施工,最大顶推跨度达130 m。由于该桥竖曲线线形复杂、顶推悬臂长度较大、桥面板及体外预应力束施工工序繁杂,为确保施工中结构安全、成桥线形和内力满足设计要求,从线形控制、导梁过墩控制、桥面板安装控制等方面进行施工控制。钢梁顶推施工时,采用几何状态传递法对各梁段安装线形进行预测与控制,确保成桥线形满足设计要求;分析临时拉索张拉、环境温度改变与导梁前端位移响应关系,计算临时拉索张拉力,通过张拉临时拉索实现导梁顺利过墩;桥面板施工时,对皮尔格铺装法进行优化,改变桥面板安装顺序,确保了钢梁及桥面板应力满足要求,并缩短了工期。通过以上施工控制,该桥钢梁顺利顶推完成,全桥线形平顺,实测主梁线形满足设计要求,成桥状态良好。

大跨径超长曲线钢箱组合梁顶推施工控制研究

为高效完成钢箱组合梁安装,分别对左、右两幅钢箱梁采用步履式千斤顶多点协作顶推施工。钢箱梁在加工厂分节段加工制作,在桥台后的路基上合理布置胎架位置,通过在胎架上拼装钢箱组合梁达到纵平曲线设计值,以确保钢箱组合梁成型后的线形要求;利用胎架和左、右两幅墩顶盖梁上的联体支架满足顶推过程中超长曲线钢箱组合梁大范围横移量,减少顶推过程中的横向移动次数,加快施工进度;采用步履式千斤顶多点协同长距离顶推,可缩短上部结构施工时间,减少场地占用,提高施工效率;利用有限元软件MIDAS/civil建模,计算顶推施工过程中钢箱组合梁的受力状态,以确保顶推施工安全。

组合连续梁桥负弯矩区段抗拔不抗剪连接件布置方案优化

以某钢-混凝土组合曲线连续梁桥为工程背景,采用ABAQUS软件建立负弯矩区节段精细化模型,对采用抗拔不抗剪连接件(URSP连接件)的钢-混凝土组合曲线连续梁桥负弯矩区段的力学行为进行研究,并基于力学行为分析结果进一步优化负弯矩区段连接件布置方案。结果表明:在负弯矩区布设URSP连接件将导致在不同连接件交界处区域,普通栓钉连接件有较大的剪力集中现象。过渡段URSP连接件呈“W”型布置将有效改善普通栓钉连接件剪力集中问题,连接件内力最大值减小17%左右,且对混凝土桥面板拉应力影响仅为2%左右,提出的过渡段设计方案具有必要性和可行性。

混凝土收缩徐变效应对曲线钢-混凝土箱形结合梁桥的影响

为了研究混凝土收缩徐变效应对曲线钢-混凝土结合箱形梁桥的影响,采用Sap2000商用软件,分析了一实桥结构,在三维建模时分别以壳单元、弹簧单元、梁单元和筋单元等模拟钢箱、钢箱与桥面板之间的剪力连接键、外横隔梁和预应力钢筋等,以多层混凝土壳单元模拟了桥面板,并对施工过程进行了仿真模拟。分析结果表明:混凝土收缩徐变大大增加了桥梁的挠度,不但使跨中正弯矩区混凝板的压应力不断增大,也使负弯矩区混凝土板的压应力不断增大,这一效应对防止负弯矩区混凝土板的开裂是有利的;混凝土桥面板中的普通钢筋对收缩和徐变效应有明显的影响,设计时应认真加以考虑;收缩徐变效应持续时间较长,计算时其作用时间宜取10年以上;另外,曲线梁桥收缩徐变效应也伴随着扭转效应。

槽形组合钢梁桥顶推施工线形控制

为取得高精度的顶推施工槽形组合钢梁桥线形,提出采用传递矩阵法对顶推施工过程中各工况的线形进行预测与控制,选择节段间预拼角及梁段末端倾角作为线形控制参数,对顶推施工过程中各种线形状态之间的传递关系进行分析,并给出了描述拼装状态线形及顶推状态线形的传递方程表达式。以钱江八桥实际工程为对象,将所提出的方法应用于槽形组合钢梁顶推施工的线形控制,并对线形控制效果进行分析和评估。工程实践结果表明:测点线形误差为±1.0cm,成桥及安装状态等各工况的线形满足要求,采用的基于传递矩阵思想的理论方法可以实现对槽形钢梁顶推施工线形的高精度控制。

延崇高速砖楼特大桥主桥上部结构设计

延崇高速砖楼特大桥主桥为曲线上承式拱形变高钢桁组合连续梁结构,跨径布置为(65+120+65)m,单幅桥宽13 m。钢桁梁为2片主桁结构,桁间距9 m,桁高6~18 m。桥面板采用分块预制板+现浇板的结构形式,板厚约33 cm。钢桁梁通过节点弯折改变相邻主桁杆件之间的夹角,以直代曲的方式实现曲线钢桁连续梁桥的建造。桥面超高过渡通过钢桁梁和混凝土板二级横坡变化实现。主桥采用先对称悬臂拼装杆件至钢梁合龙,后安装混凝土板的施工方案。采用有限元软件MIDAS Civil对该桥进行结构计算分析,结果表明该桥结构刚度大,静力、稳定及动力特性均满足规范要求。

有轨电车钢-混组合曲线梁桥剪力钉受力分析

武汉市东湖创新示范区有轨电车T2实验线工程,跨武黄高速公路段采用三跨钢-混组合曲线连续梁桥,曲率半径为150 m,钢箱梁与桥面板采用均布式剪力钉连接.由于桥梁呈小曲线半径,曲线段桥面板受弯扭复合作用,剪力钉不仅受顺桥向剪力作用,同时也承受横桥向剪力,剪力钉受力十分复杂,因此,研究钢-混组合曲线梁桥剪力钉受力特性是十分必要的.文中采用ABAQUS有限元软件,通过弹簧单元Springs/Dashpots模拟剪力钉、实体单元C3D8模拟混凝土桥面板、壳单元S4R模拟钢箱梁,桁架单元T3D2模拟预应力筋,建立了全桥精细化空间有限元模型,研究四种工况组合下桥梁剪力钉空间受力特性.结果表明,在四种工况作用下桥梁剪力钉顺桥向剪力,在边跨跨中、 D6和D7支点附近最大,最大值为61.38 kN;剪力钉横桥向最大值在D7墩附近,为23.33 kN;与直线段相比,桥梁曲线段剪力钉存在明显的横桥向作用,在弯扭复合作用下,剪力钉受力复杂;在四种工况作用下最大剪应力为66.3 kN,小于剪力钉抗剪强度,满足规范要求.

曲线钢-混凝土组合箱梁桥的爬移行为

钢-混凝土曲线组合梁广泛应用于市政桥梁建设中,由于曲线桥的复杂受力特征,钢-混凝土组合梁桥会在运营期随时间的增长产生横向“爬移”现象.针对曲线钢-混凝土组合箱梁桥产生爬移行为的问题,对梁体爬移机理及预防措施进行研究;利用通用有限元分析软件Abaqus为平台,采用Python语言参数化建模的方式对曲线钢-混凝土组合箱梁桥的爬移行为展开大规模影响因素分析;研究了梁体爬移行为的影响因素及各因素的影响程度;针对曲线组合箱梁桥的爬移机理提出了三种处置措施,并基于数值分析模型验证了处置措施的有效性.结果表明:温度变化是造成爬移的重要因素,车辆离心力作用可促进爬移行为的发展,同等跨度下梁体曲率半径越大,爬移行为越弱.

小砂沟大桥大孔径PBL剪力键试验研究

为研究组合梁桥中钢腹板与混凝土顶、底板连接部位处的不同类型剪力键的力学性能,以小砂沟大桥为背景,共设计A（圆形开孔剪力键）、B（倒梯形开孔剪力键）、C（角钢剪力键）3类10组,共计30个试件,采用推出试验及有限元分析相结合的方法,分析了A、B、C 3类剪力键的荷载～滑移曲线特征及力学性能,将3类剪力键的荷载～滑移曲线特征及承载能力的有限元分析结果与试验结果进行对比。结果表明：由剪力键的荷载～滑移曲线特征可知,A、C 2类剪力键的力学性能相似,表现出较好的延性性能,B类剪力键的塑性段的发展过程较短,其延性性能较A、C 2类差;A类剪力键基于大孔径混凝土榫的力学性能优于小孔径混凝土榫的力学性能,且两者的破坏机理不同;由仿真分析与试验结果对比可得,3类剪力键荷载～滑移曲线在弹性阶段吻合较好,在塑性阶段偏差稍大。

武汉二七长江三塔结合梁斜拉桥疲劳特性分析

利用大型有限元软件Midas/Civil建立武汉二七长江大桥全桥三维有限元模型.根据成桥阶段内力计算,确定了主跨跨中截面、主跨1/4跨截面、边跨混凝土主梁结合段、中塔最外侧斜拉索和边塔最内侧斜拉索作为疲劳破坏最危险部位.选取英国规范BS5400、美国规范AASHTO、欧洲规范Eurocode1和我国的6轴标准疲劳车,分别对疲劳破坏最危险部位进行加载计算,获得了运营期内各最危险部位的疲劳应力谱.结合武汉二七长江大桥的设计交通流量,计算得到了疲劳车辆年平均日交通流量.选取不同材料的疲劳S-N曲线,利用疲劳累积损伤准则计算得到了最危险部位的年累计损伤度.比较四种标准疲劳车在疲劳寿命评估中的准确性,最后综合评估武汉二七长江大桥的疲劳性能.结果表明,该桥100年运营期内不会发生疲劳破坏.

怀化鸭嘴岩大桥主桥设计

怀化鸭嘴岩大桥主桥为(200+74+45)m曲线独塔双索面混合梁斜拉桥,采用支腿与主梁固结,桥塔、辅助墩及两侧边墩均采用双向活动支座,横向设置抗风支座的新型组合式刚构体系。主梁采用钢-混混合梁结构,桥面宽36 m,主跨采用正交异性钢桥面板流线型扁平钢箱梁;边跨采用预应力混凝土箱梁。桥塔由塔柱和支腿组成,塔柱采用空间曲线形式,横桥向呈曲线式A形构造,桥面以上采用钢箱塔柱,桥面以下采用预应力混凝土空心塔柱;支腿采用预应力混凝土矩形空心截面。斜拉索采用标准抗拉强度1770 MPa的高强平行钢丝,空间双索面扇形布置。桥塔墩采用中间设系梁的分离式承台+嵌岩钻孔灌注桩基础。结构计算结果表明,大桥结构刚度及应力均满足要求。主跨钢箱梁采用桥面吊机节段悬臂拼装,边跨预应力混凝土梁采用支架现浇施工,钢塔柱采用塔吊节段拼装,混凝土塔柱和支腿采用支架现浇施工。

考虑滑移和剪力滞的曲线组合箱梁理论模型研究

针对曲线钢-混凝土组合箱梁在静力荷载下的力学响应问题,基于曲线组合箱梁截面内应变与基本变形之间的关系,提出考虑界面滑移和剪力滞的曲线组合箱梁理论模型。基于该模型,利用伽辽金法得到曲线组合箱梁的竖向挠度、滑移变形和轴向应力等力学参量的近似解。同时以某简支曲线组合箱梁为例,对比本文理论结果和有限元模拟结果,验证本文理论模型的正确性和适用性。研究若干关键参数对曲线组合箱梁竖向挠度和剪力滞系数的影响,并预测最优滑移刚度。

复杂曲线钢混组合梁线形控制关键技术

简要介绍了山区复杂曲线钢板-混凝土组合梁结构特点与施工方案,分析了钢板-混凝土组合梁线形控制难点,针对钢板-混凝土组合梁线形控制开展了预拱度计算、工厂制造预拱度设置技术、吊装节段制作线形控制技术、顶推施工线形控制技术以及落梁过程的预拱度及线形控制技术等方面研究,解决了山区复杂曲线钢板-混凝土组合梁线形控制难题。

曲线双工字钢组合梁桥横梁受力分析研究

为了研究主梁腹板纵桥向翘曲变形对横梁内力的影响,在现有横梁框架模型基础上,根据符拉索夫薄壁结构理论得到集中荷载作用下简支曲线双工字钢组合梁桥翘曲变形、结构扭转角等物理参数沿跨径的分布规律。利用主梁腹板与横梁的变形协调关系分析横梁的纵桥向变形,得到横梁内力组成以及截面正应力分布规律并进行有限元分析验证。结果表明:基于符拉索夫薄壁结构理论分析得到的横梁截面正应力分布规律与有限元计算得到的规律基本一致;靠近加载点的横梁正应力以“竖向弯曲效应”为主导,靠近支座截面的横梁“腹板变形不一致效应”大于加载点截面附近横梁;加载点截面两侧腹板翘曲变形方向相反,导致横梁的截面正应力分布规律相反;横梁竖向弯曲变形产生的应力与主梁弯矩分布规律类似,纵桥向弯曲变形产生的应力与扭率分布规律类似。

双工字钢-混组合连续弯梁桥有效宽度

由于中外现行设计规范缺乏针对钢-混组合连续弯梁桥桥面板有效宽度的规定,以小半径双工字钢-混组合连续弯梁桥为研究背景,首先对比分析了中外典型规范对钢-混组合连续直梁桥有效宽度的计算结果,然后基于数值模拟,分析研究了小半径双工字钢-混组合连续弯梁桥的剪力滞效应和有效宽度,探讨了曲率半径和布载方式的影响规律,最后考虑内、外侧主梁对应的桥面板剪力滞差异,提出了有效宽度的简化计算方法。研究结果表明:桥面板横断面正应力分布受弯扭耦合效应的影响较大,导致内、外侧主梁对应的桥面板正应力分布失去对称性,曲率半径越小,这种不对称性也越大,而车道外偏布置也会导致这种不对称性变大,工程设计计算中宜分别计算内、外侧主梁所对应的桥面板有效宽度;本文所提的简化计算方法能较好地包络有限元分析结果,且计算结果偏保守,可为同类桥梁的设计计算提供参考。

钢箱-混凝土组合曲线梁桥长期爬移分析方法

为了分析钢箱-混凝土组合曲线梁桥的长期爬移规律及其影响因素,并提出可能的防控措施,采用Abaqus有限元软件建立了钢箱-混凝土组合曲线梁桥的有限元分析模型,分别提出了支座摩擦滑移、长期精细温度场以及车辆离心力的模拟方法,分析了在这几种因素共同作用下曲线梁桥支座连续2 a的切向、径向位移变化规律,为钢箱-混凝土组合曲线梁桥的爬移防治提供了理论依据.

逐跨施工的钢板组合梁桥施工控制关键技术

针对逐跨施工的钢板组合梁桥施工过程体系转化次数多、刚度变化大、施工控制难等问题,以全国最长的钢板组合梁桥——西乡泾洋河特大桥为工程背景,对该类桥型施工控制关键技术展开研究。提出了基于成桥弯矩和误差控制两大参数的吊装节段划分原则,并运用无应力状态基本理论进行了施工控制计算和施工阶段误差修正,最后结合桥梁施工过程的监测任务和结构特点制定了相应监测措施。实践证明,按照文中提出的施工控制技术实施效果良好,可为类似工程提供参考。