钢箱梁正交异性板加劲肋计算分析

正交异性钢箱梁具有抗扭刚度大、横向抗弯刚度大、整体性强、工厂化程度高、工期短等优点。同时顶板还可以兼做桥面系梁使用,总用钢量较同跨度钢箱梁少,在各种桥型中得到了广泛的应用。然而正交异性钢箱梁顶板所用钢板较薄,是典型的薄壁结构,在轴向压力较大时容易产生畸变或过大的局部变形,从而导致桥梁垮塌。运用有限元计算软件建立模型对钢箱梁正交异性板加劲肋进行计算分析,发现纵向加劲肋中心间距的变化对顶板跨中处的最大横向应力不产生影响却对第二体系应力影响较大,钢箱梁正交异性板的最大计算应力随着加劲肋间距的增大而增大,但被加劲板的控制应力则随着加劲肋间距的增大而减小。

公铁同层大挑臂钢箱梁正交异性桥面板疲劳特性研究

为深化认识大挑臂钢箱梁正交异性钢桥面板的疲劳问题,以世界首座公铁同层大挑臂钢箱梁斜拉桥——金海大桥为背景,采用ANSYS软件建立钢箱梁节段精细化有限元模型,分析了多种工况下箱梁在有挑臂和无挑臂处顶板、U肋及横隔板关键疲劳细节的应力状态、应力影响面等,并对比分析了箱梁疲劳特性在横桥向的差异。结果表明,大挑臂钢箱梁的顶板-U肋细节应力影响面长宽约为2个U肋和2道横隔板,与普通闭口钢箱梁无异,而横隔板-U肋细节应力影响面长宽约为7个U肋和3道横隔板,远超普通闭口钢箱梁同类细节应力影响范围;箱梁在不同区域的部分同类疲劳细节受力状态存在明显差异,沿纵桥向,分别在有挑臂和无挑臂处的横隔板开孔底边细节应力差距高达85.4%;沿横桥向,靠近箱梁中心线的内侧车道为最不利加载车道,该车道内横隔板侧边开孔细节最不利应力幅可高出其他车道57%;箱梁各疲劳细节对轮载横向分布位置十分敏感,其沿横桥向疲劳特性差异主要由横梁整体弯剪变形引起,同时,邻车道疲劳荷载对横隔板侧边开孔细节应力幅影响超过38%。因此,多车效应不宜忽略,根据重车车流量统计推算,本桥多车效应系数建议取值1.05。

我国大跨径钢箱梁桥正交异性板疲劳损伤研究现状

针对我国大跨径公路及铁路钢箱梁桥中正交异性板的疲劳损伤问题,总结20世纪80年代以来我国在该课题上的研究成果,其主要集中在疲劳损伤机理等基础理论、疲劳损伤和疲劳寿命评估方法以及疲劳车辆荷载模型等方面。结合相关研究成果,对今后正交异性桥面结构在开裂机理分析、研究方法、检测加固等方面的发展提出相关建议与展望:优化构造细节,发展新型结构和改进制造工艺,以减小运营过程中开裂的机率;改进疲劳研究方法、试验手段和疲劳寿命评估方法,以提高疲劳性能研究的精度;针对已开裂的桥梁,进一步探索快速有效的检测加固手段。

正交异性钢箱梁桥面第二体系结构优化设计

在力学分析的基础上 ,建立了正交异性钢箱梁桥面铺装体系的力学模型 ,通过有限元计算 ,研究了正交异性钢桥面板铺装体系的力学特性 .从铺装层厚度、材料、横隔板间距、钢板厚度以及梯形加劲肋刚度等方面 ,探讨了在弯沉值、应力、应变等约束条件下正交异性钢箱梁桥面第二体系的优化设计方法 ,给出了正交异性钢桥板各个参数的合理数值界限 .将本文的结果与已建成的同类型桥相比较可知 ,本文的设计结果合理 。

公路悬索桥正交异性板钢箱梁桥面局部应力简化计算方法初步研究

选取公路悬索桥正交异性板钢箱梁典型结构,根据顶板厚度、主梁高度、横隔板间距以及吊杆纵向间距内横隔板节间数等4个参数对结构进行研究。用有限元法试算确定最不利荷载位置后,分别对各结构的节段模型进行加载计算,研究钢箱梁桥面的顶板纵向最大拉应力与最大压应力、顶板横向最大拉应力与最大压应力、纵肋纵向最大拉应力与最大压应力,并由计算结果推导出公路悬索桥正交异性板钢箱梁桥面局部应力简化计算公式,初步验证该公式具有一定的计算精度与简便性。

悬索桥钢箱梁桥面正交异性板局部承压试验与理论分析

正交异性板局部承载力对钢箱梁结构非常关键,我国桥梁设计规范也没有相关规定。以广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁局部承压试验为例,介绍了钢箱梁桥面正交异性板局部承压试验的内容、方法和实际加载方案等,通过对实测结果与理论计算值进行对比研究,进而对正交异性板承载力计算理论进行分析。

钢箱梁斜拉桥正交异性桥面板的受力性能

以青岛海湾大桥红岛航道桥为工程背景,对钢箱梁斜拉桥桥面板进行受力性能分析。将桥面板分为3个基本受力体系:桥面板作为主梁截面的一部分承受车辆运营荷载(第一基本体系);由桥面板和纵横向加劲肋组成桥面结构,承受桥面车轮荷载(第二基本体系);支承在纵横加劲肋上的钢桥面板直接承受车轮局部荷载(第三基本体系)。建立空间杆系模型和空间板壳模型对桥面板进行有限元分析,得到各体系下结构的受力特性,针对3个体系下桥面板正应力进行叠加。结果表明:钢箱梁顶板的最大压应力为87.7 MPa,满足规范要求;运用应力叠加进行钢桥面板计算是一种近似的方法,计算得出的结果一般偏于保守,但其精度可以满足设计要求。

夹芯钢板覆盖法(SPS)在钢箱梁桥正交异性桥面板维修加固中的应用

前言 在目前世界上所应用的桥梁建设方法中．对于大型跨度与中型跨度的钢桥．应用最普遍的是正交异性钢桥面板，这种桥梁架构在世界范围内的通行．也让它的维修加固工程引起了普遍的关注。正交异性钢桥面板在长期的车辆载荷下．常见于其钢箱梁桥病害就在于其面板由于疲劳性而造成的开裂。在世界范围内．这种现象已经有很多，在我国．如何维护加固好钢箱梁桥正交异性钢桥面板已经有了一定成果。

正交异性钢箱梁桥面超薄高性能混凝土铺装施工技术

通过对海河大桥正交异性钢桥面板疲劳裂纹进行实地调查,发现由于正交异性钢桥面板刚度较小、应力集中,引起了局部变形,钢桥面铺装及正交异性板钢和焊缝有不同程度开裂。针对海河大桥的病害,湖南大学研究成功的超高性能混凝土材料可用于其加固技术,采用桥面板局部刚度加强的维修方法,可改善钢箱梁和桥面铺装的局部受力,提高抗疲劳性能。

曲线钢箱梁桥面板力学行为及构造优化研究

研究目的:小半径曲线钢箱梁桥正交异性钢桥面板构造繁复,弯扭耦合作用下受力特性极为复杂。为了探究该类型桥面板力学特性,并提出合理构造优化建议,本文依托西安市某立交小半径曲线钢箱梁匝道桥,采用数值分析方法研究局部荷载作用下曲线钢箱梁桥面板力学行为,并基于正交试验方法,利用IntelliJ IDEA软件开发曲线钢箱梁桥面板构造优化程序,实现桥面板多目标构造参数优化。研究结论:(1)边跨最大正弯矩截面为大多数控制细节的最不利荷载控制截面,其中车轮荷载作用于边跨最大正弯矩位置时控制细节3(横隔板过焊孔圆弧位置)的主应力明显大于最大负弯矩和零弯矩位置,且车轮荷载作用于曲线钢箱梁外侧会增大桥面系应力;(2)车轮荷载作用于纵肋正上方和中间时产生的各控制细节主应力较相近,但作用于横隔板中间与正上方造成的局部应力具有显著差异,进而确定曲线钢箱梁正交异性桥面板各控制细节的最不利荷载作用位置;(3)通过多目标优化构造运算确定的曲线钢箱梁正交异性组合桥面板的合理构造,可显著改善桥面板力学特性;(4)本研究成果可为曲线钢箱梁正交异性桥面系构造设计和养护方法提供优化建议。

大跨度铁路钢箱梁斜拉桥正交异性桥面疲劳试验研究

正交异性桥面钢箱梁具有良好的整体性能与抗风性能,在大跨度公路斜拉桥及悬索桥中应用广泛,但在大跨度铁路斜拉桥上应用极少。以国内首座大跨度铁路钢箱梁斜拉桥为背景,建立全桥杆系及局部箱梁有限元模型系统分析铁路正交异性桥面疲劳受力特性,基于应力等效原则优化设计出2U肋+2V肋的足尺疲劳试验模型,并实施560万次的疲劳加载试验。结果表明:钢箱梁正交异性桥面在列车荷载下以第二三体系受力为主,承受高周低幅疲劳作用;模型实测应力值同理论值相符良好,大部分测点在560万次疲劳试验中保持弹性受力状态,结构总体疲劳性能良好;U肋与横隔板连接处附近母材在150万次疲劳后发生开裂;V肋总体应力低于U肋,其疲劳性能优于U肋。

公路钢箱梁正交异性板桥面国内外规范荷载作用局部应力计算与比较

针对适于公路钢箱梁正交异性板桥面局部应力计算的车辆轮轴荷载,分析中国、美国、加拿大、日本、英国和欧洲桥梁设计相关规范之间的差异。选择8种规范荷载,根据车轮触地面积,考虑50mm厚铺装层对荷载的扩散效应,确定各规范荷载的加载面积。选择钢箱梁典型结构,计算各荷载作用下桥面局部应力,对吊索中点加载模式,比较该位置顶板顶、底面横向应力和纵肋底面纵向应力;对吊索支点加载模式,比较顶板顶、底面纵向应力。最后,不考虑铺装层扩散效应,进一步计算比较各荷载作用下的上述应力。研究表明,按照我国公路I级荷载计算所得桥面局部应力偏低,加载面积的形状和大小对桥面局部应力影响明显。

铁路钢箱梁正交异性桥面加劲肋疲劳性能研究

甬江特大桥是国内首座铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥。目前国内外大部分疲劳模型试验研究都仅针对单一纵肋形式下正交异性钢桥面板的疲劳特性,不同纵肋形式下的对比研究较少。因此,结合弗拉索夫薄壁杆件理论,提出了加劲肋疲劳敏感部位面内疲劳应力的解析公式,分析了解析公式各疲劳影响因素的影响程度及作用机理,并同有限元模拟及2U+2V模型测试结果进行对比分析。研究表明:解析公式结果同有限元模拟以及试验测试结果一致,其中V型加劲肋疲劳敏感部位疲劳应力小于U型加劲肋,模型试验中U型加劲肋疲劳敏感部位出现裂纹,因此,在铁路列车荷载作用下,V型加劲肋疲劳敏感部位比U型加劲肋具有更好的抗疲劳性能。

钢箱梁正交异性板局部振动特性研究

为研究初始几何缺陷和焊接残余应力对正交异性板动力特性的影响,以港珠澳大桥江海直达船航道桥为工程背景,运用有限元软件ANSYS建立正交异性板的空间板壳计算模型,采用子空间迭代法进行动力计算,分析了初始几何缺陷和焊接残余应力对钢箱梁正交异性板的前10阶自振频率及1阶振型的影响。结果表明:初始几何缺陷对钢箱梁正交异性板的局部振动特性影响很小,工程中可以忽略;而焊接残余应力对钢箱梁正交异性板的局部振动特性影响非常明显,工程中须加以考虑;初始几何缺陷和焊接残余应力两者对模态的作用可以叠加,没有明显的相互作用。

某正交异性板钢箱梁斜拉桥UHPC组合桥面改造方案研究

某跨江大桥为主跨460m的斜拉桥,运营多年后正交异性板钢箱梁出现大量裂纹,提出采用超高性能混凝土(UHPC)组合桥面(由配钢筋网的UHPC层与钢桥面板通过短栓钉组合而成)进行改造。为选择合适的改造方案,采用有限元法建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁(UHPC层厚4.5,5.5,6.0cm)模型,分析各疲劳细节应力及UHPC层应力;开展UHPC层配置钢板条的组合结构模型试验,验证其疲劳性能。结果表明:UHPC组合桥面降低了钢箱梁各疲劳细节最大应力幅,降幅为11%~88%,顶板疲劳细节处裂纹尖端最大应力幅降幅达92%;疲劳荷载作用下,UHPC层顶面应力较低,钢桥面板开裂后UHPC层底面应力较大;采用钢板条对5.5cm厚UHPC层的组合结构加强后,UHPC层名义开裂应力达43.2MPa,200万次疲劳寿命达22.1MPa,疲劳性能满足要求,选择该方案进行改造。

大跨度悬索桥正交异性板钢箱梁施工中横向应力分布规律研究

以郑州潮河大桥为工程依托,对正交异性板钢箱梁施工过程中的空间应力状况进行现场实测和有限元模拟,对比分析其横向应力分布特点。结果表明,现场实测与有限元计算所得分布规律基本吻合,施工过程中钢箱梁横向应力具有较大的安全储备;沿桥跨方向,主塔截面位置顶、底板横向应力值较大;沿横截面方向,横截面中心位置横向应力较大;钢箱梁横向处于下挠状态;完成桥面铺装时钢箱梁顶、底板横向应力沿桥跨方向分布更均匀。

公路正交异性钢桥面板抗疲劳优化设计研究

基于有限元软件ANSYS建立传统正交异性钢桥面板有限元模型,以最大主应力和面外变形为评价指标,研究3处典型细节的疲劳特性,研究不同顶板厚度、纵肋厚度、横隔板厚度、铺装层弹性模量对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响。研究结果表明:各构件厚度的增加可以使疲劳易损细节的最大主应力和面外变形减小;铺装层弹性模量的增大可使疲劳易损细节的最大主应力减小,按照45°角考虑车轮荷载扩散效应的不带铺装层的有限元模型当其铺装层弹性模量为1225 MPa时计算误差相对较小。

大桥正交异性板钢箱梁裂缝处治与加固技术

以某长江公路大桥为例,对桥梁运营阶段正交异性板钢箱梁裂缝病害成因进行分析,通过对交通量和车辆轴载分析,以及钢箱梁疲劳开裂有限元计算,提出综合处治方案,并进行结构理论计算。通过对试验段应变监测实测数据分析,进一步优化加固方案。

正交异性钢箱梁加劲肋形式及布置的承载能力研究

以某正交异性钢箱梁立交桥为背景,利用ANSYS针对不同形式的加劲肋建立有限元模型进行研究,并在优化后模型的基础上对不同间距的加劲肋模型进行参数分析及加劲肋的极限承载能力研究,从而得到合理的加劲肋形式和布置方式,对今后正交异性钢桥面板设计具有一定的借鉴意义。

正交异性板闭口钢箱梁相关问题探讨

正交异性板闭口钢箱梁在国内大跨径桥梁中得到大量应用,其优势相当明显,但其应用效果和存在的问题却很少引起人们的关注。根据多年的实际经验,对正交异性板闭口钢箱梁存在的问题进行探讨,供同行参考。