变截面波形钢腹板连续箱梁合龙方案研究

合龙段施工是变截面波形钢腹板连续箱梁施工过程的关键环节之一,对成桥后梁体的内力分配以及线形状态有决定性作用。论文以某南水北调特大桥施工为工程背景,介绍了合龙方案、控制性参数的计算方法和施工要点等内容,同时结合现场测量监控结果,对方案的合理性和适用性进行了验证,为此类桥梁的设计和施工提供参考。

单箱双室变截面波形钢腹板组合梁剪应力分析

为了研究单箱双室变截面波形钢腹板组合箱梁(CBBCSW)的剪应力分布规律,分析了单箱双室变截面CBBCSW的顶底板与波形钢腹板(CSW)的承剪问题。基于微元体平衡和切应力互等定理推导了变截面CSW的剪应力计算公式,并与等截面CSW剪应力计算公式进行了对比。对各项剪应力的性质展开了研究,针对变截面CBBCSW的顶底板和参与承剪机理进行了分析,提出了底板承剪比例计算公式。以室内模型试验梁和一座单箱双室变截面CBBCSW为例,采用ANSYS有限元软件分别建立了试验梁与实桥的有限元模型,研究了不同约束体系下,剪应力在CSW上的分布以及顶底板与CSW参与承剪的规律。对比不同荷载情况下,有限元计算结果与理论公式计算结果的差异,分析不同荷载工况对顶底板与CSW参与承剪的影响。此外,分析了横隔板对单箱多室CBBCSW剪力分配的影响。研究结果表明:所提公式的理论结果与试验实测结果和有限元结果吻合较好,且底板参与承剪的比例不可忽视;变截面引起的“附加剪应力”是影响剪力传递的直接原因,弯矩的大小会直接影响底板参与承剪的比例;对称荷载下中腹板与边腹板的剪力分布几乎相同,而横隔板会改变CSW上剪力分配,靠近横隔板处的部位剪应力分布更均匀。研究结果可以为实际工程中变截面CSW的剪应力和承剪比的分析提供参考依据。

节段预制拼装波形钢腹板连续组合箱梁抗弯性能试验研究

为研究波形钢腹板连续组合箱梁在整体现浇和节段预制拼装施工工艺下抗弯性能的差异,对一片节段预制拼装变截面波形钢腹板连续箱梁和一片相同尺寸的整体式波形钢腹板连续箱梁进行了抗弯性能试验,分析了接缝的存在对节段预制波形钢腹板连续梁不同特征截面上应变的分布、荷载-挠度曲线变化、预应力增量的影响,并对两片梁的破坏形态进行了分析,试验结果表明:加载初期,接缝的存在对试验梁刚度影响较小,两片梁的应变和变形接近。开裂后节段拼装梁节段接缝间的混凝土应变相对整体梁偏小,但接缝处的混凝土应变较大,接缝位置的塑性变形使得内力重分布现象更加明显;整体梁出现典型的弯曲裂缝,而节段拼装梁裂缝数量在整个过程中相对较少,集中出现在节段两侧接缝位置;在塑性阶段,节段梁变形主要发生在接缝位置,梁体变形相对较大,而边跨相对于中跨挠度变化较小。节段拼装梁的预应力筋相比于整体梁发挥了更大的作用,应力增长速率更快,且节段拼装梁有效高度变化小于整体梁。提出了节段预制拼装波形钢腹板连续箱梁抗弯承载力计算公式,且公式计算值与试验结果吻合程度较好。

变截面波形钢腹板连续梁的抗弯性能试验研究

为研究变截面波形钢腹板连续组合箱梁的抗弯性能,本文使用液压伺服系统通过逐级加载的方式,对一片三跨波形钢腹板连续模型梁进行了静力试验,研究了在对称荷载与偏心荷载作用下波形钢腹板连续箱梁的破坏模态和变形、不同截面上应变分布、体外预应力束增量以及极限承载力等,从而明确波形钢腹板连续组合箱梁的破坏失效过程。研究结果表明:在弹性范围内,边跨与中跨的混凝土顶底板纵向应变呈线性变化,符合箱梁理论中提出的“拟平截面”假定;中跨偏载作用下,边跨处的偏载效应大于中跨,这不仅与边跨跨径较短有关,同时与横隔板数量和位置有关。试验梁的开裂荷载为破坏荷载的30%,中跨与边跨挠度变化速率均在底板混凝土开裂后变大,边跨跨中混凝土顶底板应变在中支座开裂后应变发生突变,增长速率变大,并一直持续至加载结束;最终破坏时刻,在中跨加载点位置混凝土顶底板出现斜向裂缝并发生断裂,钢腹板发生屈曲破坏;体外预应力筋在破坏阶段承载了较高的应力,对模型梁的抗弯性能贡献较大。试验研究成果可为波形钢腹板连续组合箱梁的工程应用提供一定参考。

变截面波形钢腹板连续组合箱梁破坏试验研究

研究目的:波形钢腹板组合箱梁在受力特点上因具有显著优势,近年来得以迅速发展并在铁路上已经得到应用。本文依托波形钢腹板连续组合箱梁的模型试验,对波形钢腹板连续组合箱梁全过程试验下的弯剪受力性能和破坏机理进行深入研究,从而明确波形钢腹板连续组合箱梁的破坏机制和失效过程。研究结论:(1)波形钢腹板连续组合箱梁正截面弯曲破坏过程可分为弹性加载阶段、中跨跨中截面开裂阶段、中支座截面开裂阶段和中跨跨中截面钢筋屈服阶段四个阶段;(2)波形钢腹板连续组合箱梁剪力主要由波形钢腹板承担,梁体截面开裂和破坏对梁体的抗剪承载力影响较小;(3)试验梁体外预应力增量与中跨跨中截面挠度基本呈线性相关;(4)本研究成果可为波形钢腹板连续组合箱梁的工程运用提供技术参考。

大跨度变截面波形钢腹板组合箱梁桥设计研究关键要点

在新世纪,桥梁工程建设取得了良好的成绩,施工方案更加完善,施工技术更为先进,有效提高了桥梁工程质量。通常,在大跨度变截面波形钢腹板组合箱梁桥设计工作中,必须准确把握关键要点,借助先进的信息化技术,搭建有限元模型,优化桥梁扭转性能计算方法,对桥梁的竖向位移进行准确分析。本文将以某桥梁工程为例,简单分析大跨度变截面波形钢腹板组合箱梁桥设计方案,希望能为桥梁工程建设提供参考与借鉴。

单箱双室变截面波形钢腹板组合连续箱梁自振特性试验研究

为研究单箱双室变截面波形钢腹板组合连续箱梁的自振特性,以鄄城黄河公路大桥为原型按照1∶9缩尺制作三跨(2.6+4.8+2.6)m单箱双室变截面波形钢腹板试验梁,通过室内动力试验得到前三阶自振频率和振型。利用ABAQUS软件建立试验梁和等规模混凝土腹板梁有限元模型进行摄动分析,并与试验值对比,分析横隔板和边中跨径比对其自振特性的影响。结果表明:试验梁前三阶自振频率试验值和有限元计算值吻合度良好;试验模型梁的一阶自振频率小于等规模的混凝土箱梁;现行规范关于连续梁桥基频估算公式不适用于此类桥梁,修正公式计算值与试验值相差约12.3%,修正公式计算值误差比规范值小3.4%左右,修正公式更合理;中支点设置横隔板能够有效改善试验模型梁的动力性能;适当增加边中跨径比有助于提高试验模型梁前三阶自振频率。

波形钢腹板箱梁高墩连续刚构桥抗震性能研究

为了解波形钢腹板箱梁高墩连续刚构桥的抗震性能,以某最大墩高85.14 m的波形钢腹板箱梁三跨连续刚构桥为背景进行有限元分析。采用Abaqus软件建立该桥有限元模型,基于反应谱法分析其在E1和E2地震各向(横桥向、顺桥向、竖向)作用下的桥梁结构受力及变形性能,并与等效预应力混凝土箱梁连续刚构桥模型的计算结果进行对比。结果表明:波形钢腹板箱梁连续刚构桥与等效预应力混凝土箱梁连续刚构桥的主梁沿地震输入方向上的位移大于其它2个方向的位移,相较于等效预应力混凝土箱梁桥,波形钢腹板箱梁桥的抗震性能更优,但其边跨底板正应力更大,需要重点关注。

变截面波形钢腹板连续组合箱梁的剪切性能试验研究

为了探究变截面波形钢腹板连续组合箱梁抗剪力学性能,制作了一片三跨变截面波形钢腹板连续梁的缩尺模型,对其在不同加载工况下的抗剪力学性能进行了研究,得到了中跨对称加载、中跨三分点偏载、边跨单点加载3种不同荷载工况下不同断面的剪应力分布规律和荷载-挠度曲线。结果表明:中跨1/4断面波形钢腹板剪应力沿梁高均匀分布,且试验梁的剪力主要由波形钢腹板承担的;对于中支座断面,波形钢腹板的剪应力值沿着梁高方向变小,靠近底板位置的腹板剪应力值略大于该断面腹板其他高度位置的相应值,在设计时,应对该位置的抗剪能力进行考虑;在中跨对称加载时,中跨跨中1/4处的剪应力值随着荷载的增大而显著增大,而中支座处的剪应力增长较为缓慢;试验梁边跨承受荷载时,对中支座位置的剪应力影响较小,且中跨1/4断面的剪应力变化规律与中跨对称加载时变化规律基本一致;与等截面梁相比,变截面连续梁附加剪应力的影响更为显著,当荷载越来越大时,偏载作用下试验梁的扭转对钢腹板的剪应力影响也越来越大;在中跨对称荷载作用下,试验梁的挠度受波形钢腹板剪切变形影响较小,在中跨偏载作用下,试验梁的挠度受钢腹板剪切变形的影响,并随着荷载的增大而减小;推导出波形钢腹板连续梁在考虑钢腹板剪切变形影响下的挠度计算公式值,并与试验值吻合较好。

波形钢腹板-混凝土组合箱梁截面变形的拟平截面假定及其应用研究

为使波形钢腹板-混凝土组合箱梁的正截面弯曲应力计算能够应用平截面假定,根据该组合箱梁模型试验在弹性阶段的应变实测数据和空间有限元计算结果,忽略波形钢腹板的抗弯贡献,假设上、下翼板的混凝土纵向正应变在弹性阶段符合“拟平截面假定”,并运用变分法理论进行了证明。算例表明据“拟平截面假定”计算的翼板应力计算值与有限元法计算结果吻合。“拟平截面假定”为波形钢腹板-混凝土组合箱梁的弯曲应力计算及抗弯承载力计算在理论上提供了必要的变形协调条件。

波形钢腹板变截面连续体系梁桥钢腹板承剪分析

为了了解波形钢腹板变截面连续体系梁桥钢腹板的弯曲剪应力及剪力传递效率,基于组合有限元思想,采用有限元软件建立大桥精细模型,首先对组合箱梁拟平截面假定进行验证,然后选取12个控制截面,分析自重、自重＋预应力荷载作用下各控制截面的波形钢腹板剪应力及剪力传递效率。计算结果表明：弯曲作用下变截面波形钢腹板组合箱梁截面满足平截面假定,波形钢腹板中的剪应力沿板厚均匀分布,自重及预应力作用下变截面波形钢腹板组合截面的剪力传递效率为50%~80%,且变截面效应带来的梁高和底板厚变化会使波形钢腹板参数相同的梁段剪力分配比例有明显变化。

变截面波形钢腹板PC箱梁桥的动力特性分析

研究目的:为研究变截面波形钢腹板PC连续箱梁桥的动力特性的特点,选择已建的变截面波形钢腹板PC箱梁桥——鄄城黄河公路大桥的两跨,按1∶10的比例缩尺制作(3+3)m变截面波形钢腹板PC室内模型试验梁,采用模型试验及ANSYS有限元仿真分析的方法对模型试验梁的动力特性进行研究。研究结论:通过研究得出如下结论:(1)横隔板数量的改变对变截面波形钢腹板PC连续箱梁桥扭转振动频率的影响较大,对其弯曲振动频率的影响较小;(2)采用《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中连续梁基频的估算公式对室内试验梁的竖向基频进行了计算,并与实测值及有限元值对比后发现现行规范中连续梁竖向基频的估算公式不适用于该类型桥梁竖向基频的计算;(3)在现行规范估算公式中考虑波形钢腹板剪切变形的影响后,得到了适用于变截面波形钢腹板PC连续箱梁桥竖向基频计算的修正估算公式;(4)该研究成果可为公路桥梁工程中变截面波形钢腹板PC连续箱梁桥动力特性的分析提供参考。

变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力及剪力传递效率分析

依据变截面波形钢腹板组合箱梁特点,考虑梁高、底板厚度的变化,从弹性微元段的受力平衡出发,推导钢腹板剪应力计算公式,结果表明,箱梁剪力由混凝土顶、底板和波形钢腹板共同承担,变截面波形钢腹板梁中的剪应力除了由截面剪力引起外,还包括有截面弯矩和轴力引起的附加剪应力;通过与等截面计算公式和有限元数值计算结果对比验证,表明笔者给出的计算公式具有较高计算精度;最后在此基础上考虑3种荷载工况,给出一变截面波形钢腹板箱梁的剪力传递效率.

变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算研究

为研究变截面波形钢腹板组合箱梁腹板的剪应力计算和承剪比问题,考虑梁底线形变化,选取一个变截面微元段进行受力分析,计入弯矩、剪力和轴力的共同作用,推导变截面波形钢腹板组合箱梁的腹板剪应力计算的通用公式,方便工程应用。为验证公式的准确性,结合一座实际工程,分析集中荷载和自重作用下有限元结果与通用公式计算值的差别,由此获得腹板承剪比例。研究结果表明:通用公式计算结果与有限元结果吻合良好,剪应力计算中变截面效应引起的"附加剪应力"不可忽视;同时钢腹板承剪比受梁底线形变化的影响较大,越靠近根部截面,随着梁底线形指数n的增加,钢腹板承剪比下降迅速;梁底线形采用1.8次和2次抛物线时,在自重作用下,根部截面腹板承剪比在50%左右,与简化计算方法相比腹板的强度和稳定均有很大富余,明显偏于保守。

变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算及分布规律研究

利用微元体平衡方程,推导了适用于变截面波形钢腹板组合梁的剪应力计算公式。通过与实体有限元进行比较,说明了推导的公式具有较好的精度。变截面波形钢腹板悬臂梁算例分析表明,变截面梁的剪应力分布规律与等截面梁有较大差异,由腹板承担的部分剪力转移至底板上,使腹板剪应力大大减小,而底板剪应力则显著增加。上述现象也会给变截面波形钢腹板箱梁的挠度计算带来较大影响,值得引起注意。

均布荷载作用下变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力的分布与计算

为研究变截面波形钢腹板组合箱梁在均布荷载作用下的剪应力分布规律,运用铁木辛柯经典材料力学理论、微元体的受力平衡及剪应力互等定理,推导了均布荷载作用下处于弹性阶段变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算公式。揭示了变截面波形钢腹板组合箱梁在均布荷载作用下剪应力在梁截面高度方向的分布规律,并与ANSYS三维有限元分析结果进行了比对,结果吻合良好,表明推导的剪应力计算公式具有较高的精度。

变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的比拟杆法求解

为研究变截面波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应,充分考虑该组合箱梁的结构和受力特点,推导加劲杆等效面积和波形钢腹板剪力流的计算公式,建立剪力滞控制微分方程,并基于给定的边界条件对微分方程进行求解,由此建立用于分析变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的修正比拟杆法。选取两根变截面梁作为数值算例,包括单箱单室悬臂梁和单箱三室悬臂梁,对提出的理论方法进行验证,理论解与数值解吻合良好,表明该理论方法可准确分析变截面波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应,且适用于单箱单室和单箱多室截面形式。在此基础上,分析加劲杆个数对修正比拟杆法计算精度的影响,并探讨宽跨比、梁高比和荷载形式等因素对变截面波形钢腹板悬臂箱梁剪力滞效应的影响规律。结果表明:修正比拟杆法的计算精度对加劲杆个数不敏感,但加劲杆个数越多能更好地反映正应力沿横向的分布规律,建议将混凝土顶、底板分别等效为9根和5根加劲杆;随着宽跨比和梁高比的增加,剪力滞效应会更为突出;荷载形式对剪力滞效应有显著影响,并会改变正、负剪力滞区段分割点的位置。

波形钢腹板箱梁剪力滞效应的变分法求解

变分原理通常适用于箱形截面梁剪力滞效应弹性分析.基于波形钢腹板组合箱梁在弯曲荷载作用下的"拟平截面假定",运用变分原理推导了波形钢腹板箱梁在集中荷载作用下翼板的正应力和剪力滞系数计算公式,并与有限元分析结果进行了对比.分析结果表明:变分法算得的翼板正应力和剪力滞系数和有限元法结果吻合,该法可为今后波形钢腹板组合梁桥的设计计算提供参考.

大跨度变截面波纹钢腹板PC连续梁桥的设计

波纹钢腹板桥梁是一种新型的桥梁结构形式,具有受力合理、施工方便、经济指标好的优点,具有很好的发展前景。我国波纹钢腹板桥梁的研究、设计、制造等正处于起步阶段,积累不充分,为此,以南京长江第四大桥项目中的滁河大桥(53m+96m+53m三跨变截面连续梁)为背景,通过吸取国内外经验、对波纹钢腹板结构进行理论分析和实体元计算,总结出大跨度变截面波纹钢腹板PC连续梁桥的总体设计思路,并通过受力和耐久性分析对构造细节进行设计,以期为今后波纹钢腹板桥梁的设计建造提供有益的建议。

大跨度变截面波形钢腹板组合箱梁抗扭性能研究

以某波形钢腹板组合箱梁桥为工程背景,建立三维有限元模型,以结构形式、墩高、墩高差以及波形钢腹板的厚度布置方式为变量,研究了这些变量对波形钢腹板组合箱梁桥抗扭性能的影响。研究结果表明扭转正应力的最大值主要出现在跨中截面附近,在桥墩截面附近也有较大的扭转正应力;波形钢腹板连续刚构桥的桥墩不高时,抗扭性能接近于波形钢腹板连续梁桥;波形钢腹板连续刚构桥的抗扭性能与墩高、墩高差成反比;波形钢腹板变厚度布置相比于采用最大厚度等厚度布置可以有效保证桥梁抗扭性能的同时减小桥梁运营过程中的挠度,另外还可以节省钢材。