丹江口水库特大桥钢-混凝土组合围堰施工技术

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥,主墩采用整体式承台+大直径群桩基础,主墩承台平面为八边形,尺寸为48 m(横桥向)×26 m(顺桥向)×6.5 m(高),承台底部设置26根直径2.8 m钻孔灌注桩。为适应库区倾斜裸岩地形,降低施工难度及施工费用,主墩围堰采用下部混凝土挡墙围堰+上部单壁钢围堰的钢-混凝土组合围堰方案。下部混凝土挡墙围堰采用衡重式挡墙围堰及抗滑桩挡墙围堰,高3~11 m;上部单壁钢围堰分块设置,其长度与下部挡墙围堰匹配,高8 m。钢-混凝土组合围堰施工时,首先根据地形条件进行挡墙围堰分段,之后采用破碎锤开挖混凝土挡墙围堰基础;混凝土挡墙围堰采用分层、分块施工,顶部圈梁与挡墙围堰同步浇筑;上部单壁钢围堰采用加工厂预制+现场分块安装,并预留竖向型钢接长部分;最后进行单壁钢围堰底部及组合围堰山体连接处止水混凝土施工,完成钢-混凝土组合围堰施工。钢-混凝土组合围堰的应用,有效缩短了基础施工周期,降低了围堰施工难度及施工费用,经济合理,满足现场施工各项要求。

钢-混组合桥梁栓钉腐蚀疲劳失效及力学性能退化机理试验研究

腐蚀环境中钢-混组合桥梁的栓钉连接件可能因腐蚀-疲劳耦合作用而劣化,为此设计制作3组10个栓钉推出试件,分别进行腐蚀后的静力、疲劳性能试验和腐蚀-疲劳耦合试验,研究栓钉的腐蚀-疲劳失效及力学性能退化机理。结果表明:腐蚀作用使得栓钉抗剪刚度显著退化;腐蚀-疲劳耦合作用下栓钉疲劳寿命明显低于腐蚀后疲劳寿命;栓钉初始疲劳裂纹产生于钉杆靠近焊趾截面的剪力作用侧,以剪切裂纹扩展为主,当疲劳裂纹或腐蚀疲劳裂纹发展至约1/2栓钉直径后,栓钉在拉-剪组合应力作用下断裂;影响栓钉损伤发展速率的主要因素为荷载比、腐蚀速率及腐蚀-疲劳耦合作用;腐蚀-疲劳耦合作用下栓钉抗剪刚度退化速度大于疲劳单独作用下,抗剪刚度退化包括快速退化和缓慢退化2个阶段,前一阶段约占栓钉腐蚀疲劳寿命的20%。

钢-混组合梁荷载-温度效应的统一解析模型

基于欧拉伯努利梁理论,提出非均布荷载、轴向力、梁端弯矩和非线性温度分布共同作用下的有滑移组合梁统一解析模型,推导组合梁挠度、界面剪力、滑移及截面应力的计算公式,开展简支组合梁和连续组合梁算例分析,讨论界面刚度和温度作用对界面滑移和挠度的影响.研究结果表明,组合梁温度作用产生的挠度与界面滑移由等效温度滑移应变和等效温度曲率决定,可以通过将桥面板与钢梁的温度分布各自分解为有效温度、竖向线性温差和残余温度等相互独立的3部分进行计算.简支梁和2跨连续梁算例在温度作用下的界面滑移沿梁长呈现反对称分布,滑移主要集中在距端部小于2 m的范围内,受滑移的影响,组合梁端部桥面板底面的拉应力水平较高,可以超过2 MPa,增加了底面混凝土开裂的风险.提出了温度作用下界面滑移组合梁的挠度影响系数,可以用于组合梁挠度的快速计算,其大小不仅与界面完全连接与界面无连接时组合梁的抗弯刚度比和组合效应系数有关,还受温度作用系数的直接影响.

常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载~滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明:在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。

CFRP-PCPs复合筋加固钢-混组合梁负弯矩区抗裂试验与理论计算

为解决钢-混组合梁负弯矩区混凝土板易开裂而造成刚度减弱的行业难题,以预制的CFRP-PCPs(carbon fibre reinforced polymer-prestressed concrete prisms)复合筋作为中支座的腹筋,并以复合筋的数量、预应力张拉水平和截面尺寸为主要参数设计制作了五根复合筋钢-混组合连续梁和一根普通组合连续梁,研究其在单跨单点荷载下负弯矩区的抗裂性能。结果表明:复合筋能显著增强中支座截面刚度,对负弯矩区的裂缝控制能力提升显著;与普通组合梁相比,复合筋梁的开裂荷载提高近30%,裂缝数量与裂缝宽度减少近50%;复合筋面积是提高裂缝控制能力的主要因素,预应力水平和截面尺寸对开裂荷载的影响较弱;复合筋的开裂荷载与预应力水平、面积正相关,其中预应力水平是影响复合筋效用时长的关键因素。基于现有理论和试验数据,本文提出CFRP-PCPs复合筋钢-混组合梁负弯矩区开裂荷载和复合筋的开裂荷载计算公式,计算结果与试验值较为吻合,可为复合筋在钢-混组合梁桥实际工程中应用提供参考。

疲劳荷载作用下钢-混组合梁界面滑移对其性能影响研究

为分析界面滑移对钢-混组合梁疲劳性能的影响,在考虑界面滑移影响的栓钉疲劳刚度退化模型基础上,提出考虑界面滑移损伤的钢-混组合梁疲劳性能分析方法,以某工字钢-混组合连续梁为背景开展缩尺模型试验,建立考虑界面滑移损伤的钢-混组合梁疲劳性能分析模型梁,对比分析疲劳加载过程中试验梁与模型梁的疲劳性能,并进行界面滑移系数影响因素的参数分析。结果表明:疲劳荷载作用下,钢-混组合梁中钢梁下翼缘发生开裂,并最终导致组合梁失效,加载过程中钢-混组合梁跨中挠度及界面残余滑移均呈现明显的三阶段特征;模型梁跨中挠度及界面残余滑移随加载次数的变化趋势分析结果与试验梁吻合良好,验证了考虑界面滑移损伤的钢-混组合梁疲劳性能分析方法的可行性;疲劳荷载作用下钢-混组合梁界面滑移将引起钢梁中应力增加,从而降低组合梁疲劳寿命,建议在疲劳寿命预测中引入界面滑移疲劳折减系数,建议其取值为1.2。

预弯钢-混组合跨座式单轨轨道梁力学性能分析及截面优化

[目的]传统跨座式单轨轨道梁大多采用宽为850 mm的截面形式,针对我国三四线城市的城市轨道交通建设要求,相关企业提出了宽为1250 mm的跨座式单轨列车截面形式。为解决新型跨座式单轨列车的特殊需求,有必要对其轨道梁的力学性能和截面形式进行研究。[方法]采用数值模拟方法,建立了预弯钢-混组合轨道梁模型;基于传统轨道梁截面形式,提出宽为1250 mm的预弯钢-混组合跨座式单轨轨道梁初步截面形式;分析不同荷载组合情况下的截面力学性能,并以用钢量最省为目标,对初步截面形式进行截面参数优化。[结果及结论]随着钢箱梁顶板厚度增加、钢箱梁上翼缘最大正应力呈减小的趋势;随着钢箱梁底板厚度的增加,钢箱梁下翼缘最大正应力值呈减小的趋势;随着腹板厚度的增加,钢箱梁腹板最大剪应力值呈减小的趋势。在最不利荷载工况组合下,所提轨道梁初步截面形式的刚度与强度均满足规范容许限值;优化后的顶板厚度、腹板厚度、底板厚度分别为16 mm、20 mm、16 mm,钢材表面积可节省约29.89%。

简支转连续钢-混组合梁负弯矩区连接构造受力性能试验研究

以国内某座简支转连续钢-混组合梁桥工程为依托,设计了两根负弯矩区具有混凝土横梁连续段的试验梁SCB-1和SCB-2,针对不同荷载作用下两根梁的受力性能进行室内试验研究,同时就试验过程中的构件扭转现象进行了有限元分析。结果表明:极限荷载下试验梁破坏模式为钢筋先屈服,负弯矩区横梁连接栓钉受力约为220MPa,满足使用要求,试验梁裂缝主要集中在横梁中线两侧1/5~1/3计算跨径范围内,是构件抗裂的关键区域;构件设计过程中应尽量避免偏载和不均匀支撑的共同作用;扭转现象使得构件整体受力性能降低约20%,实际工程中建议增加横向连接刚度。

斜岩河床地区无封底混凝土钢-混组合吊箱围堰设计与施工

以青衣江特大桥工程为例,分析了钢-混组合吊箱围堰设计与施工中钢护筒偏位引起的钢护筒下放困难、混凝土底板止水混凝土开裂、钢壁体接缝漏水等问题产生的原因,并提出解决方案。包括围堰结构采用装配式预制混凝土底板-钢壁体组合结构;根据钢护筒偏位情况对预制混凝土底板块进行预偏布置;钢壁体与预制混凝土底板间设置预应力螺杆;装配式钢壁体间采用高强螺栓连接方式。以期为斜岩河床地区无封底混凝土钢-混组合吊箱围堰设计与施工提供参考。

简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区设计及工程应用

以国内某座简支转连续钢-混组合梁桥为依托,提出了一种简支转连续结构负弯矩区构造设计方案。采用有限元分析和实桥试验相结合的方法,对简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区的受力性能进行分析,验证了该构造设计的可行性,最后就负弯矩区改善开裂的措施进行了探讨。研究结果表明,对于钢-混组合连续梁桥,简支转连续的施工方法与焊接连续施工方法相比,可减小墩顶负弯矩;承载能力极限状态时,负弯矩区混凝土最大裂缝宽度满足规范要求;桥面板钢筋直径以及混凝土自身力学特性是影响负弯矩区开裂的关键因素,适当加大桥面板钢筋直径、采用超高性能混凝土可以有效减小简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土的开裂;顶升支座法可以在一定程度上减小墩顶负弯矩,对控制开裂有利。

双层薄壳钢-混组合桥梁钢塔建造线型控制技术

以安阳至罗山高速公路黄河大桥钢塔为例,双层薄壳桥梁钢-混组合塔建造线形控制是较为复杂的过程,需从横断面的分块设计,双层薄壳单元加工的精度控制,塔节段整体组装(预拼装)精度控制,桥位安装线形采用特征点控制,混凝土时间和浇筑量分别予以控制,针对各工序的控制要点,制定行之有效的实施方案,通过该项目的实践,塔壳的线型满足设计要求,为类似结构桥梁钢塔建造线型控制提供借鉴。

钢-混组合梁结构噪声研究

研究目的:为了分析列车高速通过钢-混组合梁桥时因振动产生的结构噪声,本文采用边界元法与统计能量法相结合的方法,建立32 m钢-混组合梁桥有限元模型、31自由度的列车模型及轨道模型,分析列车在轨道不平顺的激励下通过桥梁时的扣件力,并将扣件力作为声学边界条件,进而求解声场中各场点的声压级以及桥梁各板件对峰值声压级的贡献量。研究结论:(1)高速列车通过钢-混组合梁桥时,噪声的峰值声压级为76.5 dB(A);(2)列车以相同时速通过单箱单室和单箱双室钢-混组合梁时,桥梁结构噪声的峰值声压级基本相同,但桥梁各板件对于峰值声压级的贡献量不同;(3)列车通过单箱单室钢-混组合梁桥时,各板件对峰值声压级的贡献量为:腹板>翼缘板>底板>顶板>横隔板;(4)列车通过单箱双室钢-混组合梁桥时,各板件对峰值声压级的贡献量为:翼缘板>顶板>腹板>底板>横隔板;(5)本研究成果可为探究钢-混组合梁桥结构噪声产生机理及减振降噪措施提供参考和借鉴。

桥面板施工顺序对钢-混组合梁桥的受力影响研究及优化

为分析桥面板施工顺序对钢-混组合梁桥成桥受力性能的影响并优化现有的桥面板施工顺序,基于钢-混组合梁桥的受力过程,以交通部颁发的装配化钢-混组合梁通用图为依托,选取3×40 m钢-混组合连续梁桥为对象进行研究。采用桥梁博士软件建立钢-混组合梁桥有限元模型,以桥面板施工工序和结构体系转换时间为变量,分析7种桥面板施工顺序下的结构受力性能。结果表明:钢-混组合截面的受力模式分为一次受力状态和分阶段受力状态,其中采用一次受力状态的施工顺序具有施工方便、成桥整体刚度大、钢梁应力小的优点,但存在支点处桥面板拉应力过大的缺点;分阶段受力状态的施工顺序能有效降低支点处桥面板拉应力,但成桥钢梁应力偏大,结构刚度不足。针对采用上述2种受力模式的施工顺序不能兼顾结构成桥性能(钢梁应力、整体刚度等)较优与控制支点桥面板拉应力的问题,提出优化的混合受力状态的施工顺序,该顺序既保留了一次受力状态较优的成桥性能又显著降低了支点处桥面板拉应力,兼顾了上述2种受力模式的优点,可为钢-混组合梁桥的设计和施工提供参考。

温度作用下大跨度钢-混组合梁剪力滞效应研究

以新建包头至银川高铁中包头至惠农段BYZQ-7标磴口黄河特大桥为研究对象,考虑温度变化对钢-混组合梁的剪力滞影响,求解其温度应力,并建立温度剪力滞系数。通过温度传感器监测全天温度,运用现场实测方法,研究钢-混组合梁温度场分布规律,并计算分析温度作用下,钢-混组合梁的剪力滞效应时程曲线。结果表明,钢-混组合梁温度变化与环境空气温度升降过程一致,温度场分布不均。温度突变对钢-混组合梁的剪力滞系数影响显著,顶板与腹板交接处剪力滞系数峰值为底板与腹板交接处剪力滞系数峰值的163倍。

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。

跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站抗震设计探讨

针对跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站结构抗震冗余度低,在高烈度地区应用较少,为更好地分析高架车站抗震受力全过程,以某跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站工程实例为背景,根据建筑规范和城市轨道交通规范要求设定合理的抗震性能目标,并研究构件抗震受力历时过程中的受力情况。采用大型有限元Midas作为主要计算软件,选取合理的地震波,进行多遇地震和设防地震有限元计算时采用弹性时程分析方法,且对振型分解反应谱法地震作用进行相应的放大,结果分析构件满足抗震性能目标要求。进行罕遇地震计算时,为更好地模拟工程实际情况,计算模型考虑桩土共同作用,采用结构-承台-桩基整体计算建模方法,进行弹塑性时程分析,关键构件采用截面纤维模型进行计算,能够反映关键构件在大震作用下进入破损阶段之后的行为,可以查看关键构件截面混凝土的开裂和压碎历史,钢材或钢筋的屈服和硬化过程。研究结果表明结构构件均满足抗震性能目标:(1)关键构件的钢材纤维受拉受压均未超过屈服强度,保持弹性工作状态,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,同时延性系数D/D1小于1,均说明关键构件满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(2)桩基的钢筋纤维受拉、受压均未超过屈服强度,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(3)地震作用下,带有桩模型与无桩模型的基底剪力有一定差距,表现为带有桩基模型的地震剪力较大,设计时应考虑桩土共同作用。

大跨度斜拉桥钢-混组合梁一维日照温度场高效数值模型构建及试验验证

由于内部材料的分层,钢-混组合梁整体竖向温度梯度分布不均匀,温度场求解困难且模拟精度和效率不理想。该文以傅里叶热传导定律为理论基础,推导了钢-混组合梁的一维日照温度场数值计算通用模型,采用逐次超松弛迭代法进行求解;通过一个钢-混组合梁数值案例,对比分析了该方法与COMSOL的计算精度和效率;基于某大跨度斜拉桥的温度健康监测数据,验证了该方法对于日温度时程和全截面竖向温度梯度仿真的精度,并将竖向温度梯度的仿真结果与我国桥梁规范进行了对比。结果表明:该方法计算精度与物理场仿真软件保持一致,计算效率提升了78.3%,并能准确模拟大跨度斜拉桥钢-混组合梁的竖向温度分布,为大跨度斜拉桥钢-混组合梁温度效应的计算提供了强有力工具。

断索对钢-混组合梁斜拉桥力学性能的影响

为研究拉索断裂对钢-混组合梁斜拉桥力学性能的影响,以某在建钢-混组合梁斜拉桥为工程背景,采用MIDAS/Civil建立有限元仿真模型,将该模型的各参数与设计值及现场实测值进行对比以验证有限元模型的合理性,分析不同位置、不同数量的拉索断裂后主梁线形、拉索索力及索塔位移的变化规律。研究结果表明:边跨断索对主梁挠度、索塔位移的影响大于主跨断索,主跨断索对拉索索力的影响大于边跨断索;长索断裂对主梁线形、拉索索力、索塔位移的影响均为最大;拉索沿主梁跨中对称断裂时,主梁线形、拉索索力、主塔位移表现出对称变化的规律,且两对索断裂时全桥索力符合叠加原理。

钢-混工字组合连续梁桥地震易损性及其影响参数分析

以一座3×40m钢-混工字组合连续梁桥为依托,通过SAP2000建立不同墩高、不同上部结构荷载及不同上部主梁截面等全桥非线性有限元模型。选取峰值地面加速度(PGA)作为地震动强度参数,以桥墩位移延性比为损伤指标确定了完全破坏、严重破坏、中等破坏、轻微破坏、基本完好等5种结构破坏状态,分析了不同PGA作用下的桥墩易损性。研究结果表明:对于钢-混工字组合连续梁桥,相同桥墩截面尺寸、同一峰值地面加速度(PGA)下,桥墩高度越高,各个破坏状态的超越概率越小,其破坏风险越小;在合理的上部结构设计前提下,增加上部结构荷载,会降低桥墩的抗震性能;相同的下部结构布置,上部主梁采用钢-混组合结构,其桥墩易损性破坏概率要比同跨径的钢筋混凝土T型梁桥小,抗震性能更优越。建议桥梁抗震设计时重点关注上述因素的影响。

预制桥面板存放龄期对钢-混组合梁受力的影响分析

为了研究预制桥面板存放龄期对钢-混组合梁受力的影响,以实际工程中两座跨径为5×35 m和40 m+60 m+40 m的钢-混组合连续梁为例,对比研究混凝土收缩、徐变对成桥状态桥面板轴向拉力和裂缝宽度以及预制桥面板的存放龄期对成桥状态钢梁应力的影响。结果表明,可通过延长存放龄期来减小桥面板的裂缝宽度;预制桥面板的存放龄期对成桥状态钢梁上、下缘的应力都有影响。