平钢板-UHPC组合桥面板纵向抗负弯性能试验研究

某大桥次边跨及中跨主梁为钢-UHPC组合梁,钢-UHPC组合梁的桥面板首次采用一种通过PBL剪力键将8 mm平钢板与15 cm的UHPC层连接起来的新型组合桥面体系。为了探究该桥新型钢-UHPC组合桥面板抗负弯矩性能与安全性,完成了2块足尺模型的静力性能试验,进行了桥梁整体受力和桥面板局部受力计算,以及桥面板抗负弯矩极限承载力构成分析。结果表明:UHPC名义开裂强度达8.90 MPa以上,其值远大于实桥荷载作用下UHPC层上缘的纵桥向最大拉应力,组合桥面板负弯矩抗裂性能良好,能满足工程需求;组合桥面板抗负弯承载力的计算,UHPC受拉本构宜采用三折线模型,抗负弯承载力简化计算的UHPC受拉区等效均布应力折减系数可取0.76,抗负弯承载力状态的受压钢板受力仍处于线弹性阶段,抗负弯破坏模式与抗正弯明显不同,为受拉钢筋拉断;PBL剪力键能保证了钢板与UHPC板整体共同受力;组合桥面板在负弯矩作用下的延性良好,裂宽增长缓慢,UHPC的名义极限强度达名义开裂强度的4.1倍以上,到达极限荷载后,组合板承载力没有明显下降。

波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区抗弯性能研究

针对波形钢腹板组合板梁桥,为研究负弯矩区关键设计参数和极限抗弯承载能力计算方法,以某三跨波形钢腹板组合板梁桥为背景,采用ABAQUS软件建立有限元模型,探讨波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区的受力性能,基于参数敏感性分析明确了负弯矩区钢梁设计参数的合理取值范围,揭示了波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区抗弯特性,提出适用于波形钢腹板组合板梁桥的负弯矩区抗弯计算方法。结果表明:支点波形钢腹板厚度由抗剪及屈曲强度控制,负弯矩区受压下翼缘板宽厚比不宜大于28,波形钢腹板抗弯贡献仅约5.7%,实际工程中负弯矩区抗弯承载力计算可忽略波形钢腹板影响。

往复荷载作用下高速公路钢板组合梁变形检测研究

高速公路钢板组合梁变形通常比较微小,导致弯矩、变形和横向位移检测结果不精准,为此本文开展在往复荷载作用下高速公路钢板组合梁变形检测方法研究。构建往复荷载作用下的边界面方程,利用该方程计算组合梁连接组件在弹性夹层中的横向作用力,结合横向作用力确定变形量检测值。搭建变形量检测值和真实值之间的误差矩阵,使用卡尔曼滤波方法估计钢板组合梁弯矩,结合弯矩和误差矩阵确定组合梁变形程度,实现高速公路钢板组合梁变形检测。试验结果表明:该方法检测的反向、正向弯矩均为340 kN·m,与试验数据一致;最大横向位移与试验数据仅存在0.01 mm的误差,能够精准检测组合梁变形程度,检测结果更为精准。

基于时变特性的钢板组合梁桥性能退化规律研究

文章依托安徽省50座典型在役钢板组合梁桥,对钢板组合梁桥运营期的时变性能规律展开研究,分析了钢板组合梁桥体系性能的影响因素;综合考虑材料性能、荷载效应及抗力变化规律,形成了钢板组合梁桥的性能退化模型;建立40 m简支钢板组合梁精细化模型,分析了中载、偏载工况下钢板组合梁桥的时变性能退化规律。研究表明,钢板组合梁体系时变性能退化规律可采用乘幂函数曲线形式表达,其规律主要表现为桥梁运营初期性能退化速率较快并逐渐减缓,桥梁运营后期性能基本不发生退化或退化速率极缓。

贵州凯峡河特大桥总体设计

贵州凯峡河特大桥为(180+230)m不对称半飘浮体系独塔结合梁斜拉桥,桥梁依次跨越凯峡河河谷和U形溶蚀槽谷。主梁采用双边“上”字形钢主梁与混凝土桥面板组成的结合梁,全宽30 m,桥面板采用C55高性能混凝土。桥塔采用“人”字形结构,塔高117 m。斜拉索采用环氧喷涂钢绞线成品索,按空间双索面扇形布置,单个索面布置18对,全桥共72根斜拉索。索塔锚固采用钢锚梁;索梁锚固采用锚拉板,为适应空间索面斜拉索锚固,锚拉板与钢主梁腹板采用小角度弯折焊接。桥塔采用爬模法施工,钢主梁采用桥面吊机悬拼。分别采用有限元软件MIDAS Civil和MIDAS FEA对斜拉桥进行总体和局部计算,结果表明该桥各项指标均满足规范要求。

沌口长江大桥主桥边跨结合梁施工工艺分析

沌口长江大桥主桥边跨结合梁施工采用先顶推架设钢槽梁,再安装预制混凝土桥面板,最后浇筑湿接缝的整体施工方案。在沌口长江大桥主桥边跨结合梁施工过程中,根据工程特点提出相应施工方案,在开展具体施工任务时,采取了具有较强实用性的技术措施,显著提升了整个工程项目的施工质量和施工效率,从而保证了施工质量,可为类似工程提供经验参考。

带湿接缝的预制UHPC⁃NC组合板试验与分析

为研究新型装配式超高性能混凝土-普通混凝土(Ultra-high Performance Concrete-Normal Concrete,UHPC-NC)组合湿接缝板受力性能,设计制作了1块UHPC-NC组合湿接缝板模型,开展四点弯曲性能试验,并通过ABAQUS软件进行精细化建模分析。结果表明:组合湿接缝板主裂缝位于弯剪段预制板部位,发生弯剪破坏,湿接缝部位未产生较大破坏,结构抗弯性能良好;通过有限元模拟及参数分析计算,组合湿接缝板的底层UHPC板厚改变对组合板整体抗弯性能影响不大,增大UHPC层配筋率后组合板的屈服荷载和极限荷载有所提升,提升幅度分别为8.3%-31.5%、12.5%-49.1%,高配筋率(3.91%-5.11%)下提升幅度分别达到43.6%-46.5%、111.8%-153.6%。为避免发生界面破坏,湿接缝UHPC层配筋率建议取值不低于2%;综合考虑接缝性能与施工便捷,建议采用企口形湿接缝构造。

外包U形钢组合梁与双钢板组合墙连接节点抗震性能试验研究

为了研究不同连接方法对外包U形钢组合梁与双钢板组合墙连接节点性能的影响,设计、制作了3组6个节点试件,完成了梁端加载拟静力试验,分析了试件的破坏形式、荷载、位移、应变等.结果表明,试件破坏位置均为梁端,组合墙无损伤.正向加载时,钢板开裂引起承载力与延性降低,延性系数为1.56~2.12;负向加载则不受此影响,延性系数为2.55~2.79.6个试件的强度退化系数最小值为0.7.正向与负向加载时,分别有94%和97%的组合梁钢腹板达到屈服强度.采用截面塑性方法计算承载力时,试验值与理论值之比为0.88~1.08.设计的6个节点均可有效连接组合梁与组合墙,且采用U形连接板后破坏位置外移,可以更好地保护墙体.

中小跨径超宽钢板组合梁桥整孔吊装技术研究

整孔吊装钢主梁是实现中小跨径钢板组合梁桥工厂化、装配化和快速建造的关键技术。已安装跨钢主梁受力变形导致悬臂端偏离竖直拼接面,会影响钢主梁精准拼接和高效施工。以新平河特大桥为例,建立钢主梁挠度理论计算模型,结合ABAQUS数值模拟和现场挠度监测对悬臂位移变形量准确预测,为悬臂拼接提供可靠的数据支持,并给出中小跨径超宽钢板组合梁桥整孔吊装的详细施工方法。结果表明:简化的力学计算模型具有较好的适用性,理论计算挠度值与数值分析结果、现场监测值相吻合;钢主梁悬臂端位移变形量理论计算值和数值计算值分别为88.58 mm和91.87 mm;钢主梁前后起吊点初始高度差以200 mm为宜。新平河特大桥是国内山区首次采用整孔吊装的多主梁钢板组合梁连续桥,可为类似工程实践提供参考。

某立交桥加固改造设计与施工

某立交桥为7跨20 m预应力空心板简支梁桥,运营多年后发现主梁整体性不足,单梁受力状况突出,桥面板出现纵向开裂等病害,同时桥墩盖梁出现弯曲裂缝,侧向挡块破损严重。针对病害情况,确定采用外包钢板加固盖梁、钢-混组合梁替换旧桥部分薄弱梁体、中部三跨由简支到三跨连续的结构体系转换等方法对桥梁进行加固改造。加固改造设计验算结果表明:加固改造完成后的桥梁承载能力能够满足目前的设计需求,具备较高的安全储备。加固改造施工时,采用人工配合风镐拆除旧桥桥面板,吊除梁体;按照设计的加固位置采用外包钢板加固盖梁;钢-混组合梁施工采用先吊装单根钢梁、后吊装横向联系梁的方案;按施工工序进行钢-混结合部和桥面铺装施工。该桥加固改造完成后桥梁运营状况良好。

常规跨径钢板组合梁桥中欧规范汽车荷载效应对比研究

钢板组合梁可充分发挥钢材和混凝土的材料优势,为给我国桥梁设计人员设计海外钢板组合梁桥提供建议,对《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)及欧洲桥规(Eurocode—Basic of Structural Design、Eurocode 1:Actions on Structures—Part 2:Traffic Loads on Bridges)中常规跨径钢板组合梁汽车荷载效应进行对比。分析了中欧桥梁设计规范中汽车荷载模式、横向多车道折减效应、冲击系数、荷载组合等规定的异同,采用2种规范计算常规跨径钢板组合梁在汽车荷载及基本组合、频遇组合作用下的主梁弯矩。结果表明:欧洲桥规规定4种汽车荷载模式,已考虑冲击系数和横向车道折减,中国桥规规定了车道荷载和车辆荷载2种汽车荷载,计算汽车荷载效应后期需考虑冲击系数和横向车道折减;2种规范极限状态和设计状况规定一致,区别在于作用分项系数和可变作用组合系数取值;多片主梁钢板组合梁的边梁弯矩最大,单独考虑汽车荷载时,欧洲桥规计算的主梁最大弯矩比中国桥规大35%~36%;在考虑荷载组合时,欧洲桥规主梁最大弯矩计算结果在基本组合作用下比中国桥规大21%~22%,在频遇组合作用下比中国桥规大6%~9%。

组合梁桥负弯矩区预应力张拉范围研究

为了探究使用以预应力为主要抗裂方式的群钉预制板抗裂措施时的预应力张拉范围,同时为连续组合梁桥预应力张拉范围提供参考,依托某三跨连续组合梁桥工程,建立了双箱连续组合梁桥Midas模型,按照欧洲规范的迭代算法确定纵梁的开裂范围,研究跨径、边中跨比与梁高对负弯矩区预应力构件预应力张拉范围的影响。研究结果表明:边中跨比对于开裂的分布存在较大的影响;跨径、高跨比与边中跨比都会影响开裂区域的长度,但引入开裂比例α可以弱化边中跨比的干扰,使设计时更容易确定开裂区域长度。

高铁斜拉桥组合梁桥面板有效宽度系数研究

为研究斜拉桥组合梁混凝土板在拉索轴向压力和弯矩共同作用下有效宽度系数沿桥跨长度方向的分布规律,以一座高速铁路组合梁斜拉桥为实例,建立有限元模型,计算跨中及桥塔位置组合梁段混凝土有效宽度系数,并与规范推荐值进行对比验证。同时,计算压弯综合作用对混凝土正应力的影响。结果表明:拉索轴向压力作用下,混凝土有效宽度系数由跨中向桥塔逐渐增大;弯矩作用下,混凝土有效宽度系数由跨中向桥塔逐渐减小;采用有限元模型计算得到的斜拉桥组合梁混凝土有效宽度系数能够综合考虑拉索轴向压力和弯矩,比规范推荐值更安全;压弯作用下的有效宽度系数能够较好评判混凝土正应力横向分布不均匀程度。

钢-板组合梁桥面板架设关键技术

目前山区桥梁桥面板架设工艺主要采用专用架板机或门机在桥面上进行架设,具有安拆费用高,效率低等显著缺点。结合工程实际特点,提出履带吊上桥逐跨安装的施工工艺,通过特制的履带吊行走搭板结构,保证了履带吊荷载均匀传递至钢主梁上,实现桥面板在不受履带吊荷载的工况下完成桥面板架设的工作。解决了履带吊直接上桥对桥面板造成破坏的问题,为山区钢板组合梁桥面板架设提供了一种新的思路。

基于ANSYS的简支钢板组合梁极限承载力研究

双肋钢板组合桥梁是一种新型的组合结构桥梁,其主要特征是主梁采用双工字钢,主梁与砼桥面板通过剪力钉连接。选取一跨双肋钢板组合简支桥梁(1m×35m)作为研究对象,采用ANSYS建立其有限元模型,分别计算不同横梁间距、不同底板厚度及不同主梁间距下桥梁的极限承载力。研究结果表明:从承载力及经济性角度综合考虑,35m简支钢板组合桥梁横梁间距取为5m时,各项指标最优;随着底板厚度增加,35m简支钢板组合梁极限承载力逐渐增加;主梁间距增大到10.6m时,跨中下缘挠度最大。

钢板-混凝土组合加固带损伤钢筋混凝土T梁的抗弯性能试验

为了研究钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土T梁在静载作用下的抗弯性能,对带损伤的2片混凝土T梁组合加固后进行了抗弯承载力试验,得到了构件破坏时的极限抗弯承载力以及受力特性,揭示了钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土T梁的弯曲破坏机理;建立了钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土T梁的有限元模型,并进行了非线性静力计算。结果表明:考虑材料非线性的静力计算结果与试验结果吻合良好;采用塑性分析方法建立的试验梁极限抗弯承载力简化计算公式的计算结果与试验结果吻合良好。

三门峡黄河公铁两用大桥主桥钢桁结合梁设计

三门峡黄河公铁两用大桥主桥为(84+9×108+84)m的11跨连续钢桁结合梁桥,采用双层桥面布置,下层桥面通行4线铁路(双线蒙西通道+双线运三铁路),上层桥面通行双向6车道高速公路。该桥主梁采用密横梁体系钢桁结合梁,横向布置3片主桁,主桁采用三角形桁式。下层铁路桥面采用密横梁体系的正交异性整体钢桥面板,钢轨处设置倒T形小纵梁;上层公路桥面采用C60的钢筋混凝土结合板,通过湿接缝和剪力钉与钢主桁上弦杆及横梁结合为整体;主桁横向未设置联结系,仅在两端的公路横梁底设置板式桥门架。采取选择合理的混凝土板结合及顶落梁工序、选择合适的预制板存放龄期、湿接缝处理和加强预制板配筋等措施改善结合梁负弯矩区混凝土板受拉开裂的问题。主桥钢桁梁采用拖拉式顶推的方法施工。

三主桁连续板桁组合桥空间计算方法研究

针对三主桁连续板桁组合桥的构造特点,通过构造结合梁单元的位移模式,利用势能原理推导结合梁单元的刚度矩阵,提出2种结合梁法,结合梁法一的特点是把桥面板作为主桁架弦杆的上翼缘并与主桁架弦杆形成钢-混结合梁,结合梁法二的特点是把桥面板作为纵、横梁的上翼缘并与纵、横梁形成钢-混结合梁;而常规的板梁组合法的特点是桥面板为连续各向同性的薄板并与纵、横梁组成桥面系共同承受荷载;并通过试验结果与理论结果的比较分析验证了3种空间计算方法的有效性及结果的正确性。

开口桥梁断面颤振及气动措施的数值与试验研究

针对典型开口桥梁断面颤振抑振措施进行了风洞试验和数值模拟研究.风洞试验结果表明,原型断面在较低风速即发生了颤振失稳现象.通过数值模拟方法进行了颤振模拟,与风洞试验得到了一致的颤振临界风速,并研究了其颤振机理,即高折减风速下断面下表面产生的旋涡脱落及其漂移与断面扭转位移相匹配,产生了与断面运动方向相同的气动扭矩,导致了颤振发散.数值模拟显示,下稳定板可以有效阻碍断面下表面旋涡的脱落和运动,使得气动力在断面运动周期内做功为负,抑制颤振发散.节段模型风洞试验和全桥模型风洞试验结果显示,下稳定板是开口桥梁断面颤振的有效气动抑振措施.

预应力CFRP板加固钢-混凝土组合梁受弯性能试验

为研究钢-混凝土组合梁经预应力碳纤维板加固后的受弯性能,设计4根预应力碳纤维板加固试件和1根不加固的对比试件. 5根试件均为工字形钢-混凝土组合简支梁,采用四点弯曲静力加载.锚固装置为自主研发的装配式预应力碳纤维板锚固系统,碳纤维板与钢梁之间的锚固主要依靠端部锚具,并辅之以专用环氧胶的黏结作用.试验中考虑碳纤维板的加固量和预应力水平两种因素对加固效果的影响.结果表明:加载全过程截面应变基本符合平截面假定;增大碳纤维板的加固量能提高钢-混凝土组合梁的抗弯极限承载力;增大碳纤维板的预应力有助于提高钢-混凝土组合梁的屈服承载力,对结构抗弯刚度贡献有限;破坏阶段碳纤维板有断裂和剥离两种形式,其强度利用率可达到80%以上.所采用的锚固系统锚固力大、可靠度高,工程实用价值大;预应力碳纤维板加固钢-混凝土组合梁,能有效提高结构的抗弯承载力,是一种补强效果很好的主动加固技术.