正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区抗弯性能分析

为探究正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区的抗弯性能,对3块正交异性钢-混凝土组合板进行了抗弯静载试验和非线性数值分析,研究了不同因素对混凝土负弯矩开裂荷载和组合板整体抗弯极限承载力的影响.结果表明:正交异性钢-混凝土组合板呈现典型的弯曲破坏形态;当钢纤维体积分数为1%时,钢-混凝土组合板开裂弯矩的提升率最大,但钢纤维体积分数的改变对整体抗弯极限承载力影响较小;正交异性钢-混凝土组合板的开裂弯矩与正交异性钢板强度无关,极限弯矩则随钢板强度的增加而增大;增加混凝土板厚能提高组合板开裂弯矩和极限弯矩,当混凝土板厚度与正交异性钢板高度比值为0.8时,开裂弯矩的提升率最大.

刚性基层对正交异性钢-混凝土组合桥面板受力性能影响

文章提出在正交异性钢桥面板上铺设刚性基层的正交异性钢-混凝土组合桥面板结构,并依托广东某曲塔曲梁钢混混合梁斜拉桥,采用有限元分析方法,重点研究了该组合桥面板在车轮荷载作用下3个关注点应力及对应的应力集中系数,并比较分析了刚性基层厚度和弹性模量对关注点应力及应力集中系数的影响。得出如下结论:铺设刚性基层的正交异性钢-混凝土组合桥面板刚度明显提高,轮压荷载下关注点应力降低,且关注点3处应力降幅较其他2个关注点小;铺设刚性基层能降低关注点1和关注点2处应力集中系数,但是关注点3处应力集中系数反而提高;刚性基层厚度增加,关注点应力值降低,但应力集中系数增大;刚性基层弹性模量增加能降低组合桥面板极值应力及关注点应力,降低关注点应力集中系数,但刚性基层自身拉应力增加。

正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板抗弯性能分析

为探讨不同类型加劲肋构造对正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板抗弯性能的影响,通过试验和数值模拟方法分析比较了平钢板-混凝土连续组合桥面板(SCCCDs)、带一字肋的正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板(OSCCCDs)和带U形加劲肋的正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板(USCCCDs)等3种组合桥面板抗弯性能的异同点,研究了加劲肋数量、加劲肋厚度、钢板厚度、混凝土厚度、配筋率和PBL剪力连接件间距等参数对抗弯性能的影响.结果表明,3种类型钢板-混凝土连续组合桥面板的抗弯刚度和极限承载能力存在显著差异.相比于SCCCDs, OSCCCDs和USCCCDs的极限荷载分别提高了23.1%和74.5%.混凝土板厚度对连续组合桥面板的抗弯性能影响最大,对抗弯刚度和极限承载力的影响率分别为15.70%和22.44%.

混凝土层切缝对大跨斜拉桥正交异性钢-混组合桥面板受力性能影响

为分析混凝土层切缝对大跨斜拉桥正交异性钢-混组合桥面板负弯矩区混凝土拉应力消减效果,并比较不同切缝方式(切缝宽度、深度和位置)对桥面板受力的影响,依托川南城际铁路临港长江大桥,采用有限元方法建立了全桥有限元模型和组合桥面板节段有限元模型,模拟了在斜拉桥的辅助墩处桥面混凝土层切缝的方法和受力性能的影响。结果表明:在最不利工况下,辅助墩处桥面混凝土层纵向拉应力可达10MPa,容易开裂。桥面混凝土层切缝对钢桥面受力行为影响不大,可大幅度减小混凝土层的纵向拉应力,降低其开裂风险。以对切缝宽度、深度和位置的参数分析表明:切缝深度须达到混凝土层厚度,切缝宽度(5~20cm)对组合桥面板受力影响不大。综合考虑切缝对混凝土层拉应力的消减效果和切缝构造后期养护维修的不利影响,宜只在辅助墩处切缝,成果可为大跨度斜拉桥正交异性钢-混组合桥面板混凝土层切缝设计提供参考。

超高性能混凝土-钢正交异性板组合桥面受力性能研究

针对柔性铺装正交异性钢桥面板存在的钢板疲劳开裂和铺装层极易损坏的问题,提出超高性能混凝土(UHPC)-钢正交异性板组合桥面体系。以武汉军山长江大桥为背景,通过ANSYS有限元仿真计算分析该组合桥面体系正交异性板相对于柔性铺装正交异性板受力性能的改善情况,并通过单U肋2跨连续梁足尺模型试验对UHPC层的受力性能进行研究。研究结果表明:采用组合桥面后正交异性板各构造细节的应力大幅下降,其中面板应力降幅最大,加劲肋次之,横隔板最小;采用UHPC-钢正交异性板组合桥面体系后正交异性板主要构造细节最不利热点应力幅降至常幅疲劳极限以下,理论上具有无限疲劳寿命;模型试验显示在实桥最不利应力作用下,UHPC层未发现可见裂纹,当名义应力达到18.79 MPa时在模型中支撑板顶部UHPC上发现0.05mm宽的裂纹。

超高性能混凝土—钢正交异性板组合桥面试验研究

针对钢桥面板疲劳开裂和铺装层破损两大技术性难题,提出一种超高性能混凝土(UHPC)-钢正交异性板组合桥面体系。该体系由配有钢筋网的UHPC薄层与钢桥面板通过短剪力钉组合而成。对该组合桥面体系短剪力钉抗剪性能、静力承载性能、开裂强度影响参数、疲劳承载性能、抗水渗透性能开展试验研究,结果表明:UHPC超高的力学性能及耐久性能能够满足组合桥面体系的使用需求;通过合适的设计可保证UHPC层与钢正交异性板的可靠连接;在设计荷载作用下,组合桥面体系UHPC层能够满足抗裂性能要求,且具备较大的静力承载能力富余度;500万次疲劳加载后,组合桥面体系受力状态良好,未出现明显疲劳损伤;组合桥面体系抗渗性能满足P20等级要求。

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。

松浦大桥正交异性钢-SSDC组合桥面设计与试验

结合上海松浦大桥改扩建工程特点,针对其新建上层公路桥面系,开发了一种无需高温蒸汽养护、施工简单方便的低收缩高强韧性混凝土SSDC,并提出一种正交异性钢-SSDC组合桥面。该组合桥面由80 mm厚的SSDC层和正交异性钢桥面板组成,两者通过∅13 mm×50 mm圆柱头焊钉连接。对开发的3种不同性能指标的SSDC进行材料性能试验,并对正交异性钢-SSDC组合桥面进行静、动力试验及湿接缝接头试验。结果表明:3种SSDC的抗压强度、抗弯拉强度等关键力学性能比普通C50混凝土有较大提高,满足设计参数需求;SSDC混凝土收缩徐变与普通C50混凝土相当;正交异性钢-SSDC组合桥面具有良好的力学性能和抗疲劳性能;湿接缝接头为桥面板薄弱环节,采用高压水枪处理凿毛施工工艺可显著提高湿接缝接头开裂荷载。

正交异性组合桥面板界面滑移效应研究

钢-混组合桥面板常规计算中忽略了钢桥面板与混凝土桥面板界面间的相对滑移,无法反映由相对滑移导致的组合效应降低以及层间的荷载重分配。为研究界面滑移模拟方法、界面滑移对钢-混组合结构的组合效应以及受力性能的影响,基于钢桥面板与混凝土桥面板的受力特性和变形协调条件,推导界面相对滑移微分方程,给出考虑滑移条件下的挠度计算公式;并依托海口东海岸如意岛跨海大桥项目,选取包含1个纵肋的单梁,通过有限元分析和足尺模型试验对跨中挠度、钢-混界面和栓钉滑移等进行分析。结果表明:随着荷载增大,界面滑移不断增大,且增加的速度越来越快,对组合效应的削弱和对受力性能的影响也更为明显;为得出准确的受力和变形结果,应考虑界面滑移效应;文中提出的界面滑移模拟方法能揭示界面滑移对组合效应和受力性能的影响规律。

新型钢-混凝土组合板的力学性能研究

以加劲肋形式、组合板厚度和栓钉布置为参数,进行了9块新型组合板的力学性能试验.试验结果表明,组合板的正截面承载力可按基于修正平截面假定的极限状态计算;组合板的跨中挠度,可在按现行规范计算的基础上,加上考虑界面滑移影响的附加变形值予以修正.

正交异性板道砟桥面钢桁梁设计

以96 m正交异性板道砟桥面钢桁梁为研究对象,根据主桁下弦杆为拉弯构件的受力特点,设计中适当增大主桁下弦杆的竖向抗弯刚度。通过取消传统的钢混组合式道砟槽板,采用新型MMA防水体系+CAP轻质垫层+钢挡砟墙桥面系布置,减小二期恒载30%以上,有效减小了主桁用钢量。为了解决正交异性钢桥面板活载加载计算工作量大的问题,提出了正交异性板桥面系虚拟影响面加载法。钢桁梁的各项刚度指标分析结果表明:本桥具有较大的整体刚度,满足200 km/h的列车行车速度要求。结合桥址实际情况,在钢桁梁小夹角上跨既有铁路状况下,采用转体施工法进行钢桁梁架设。

面板结构设计对正交异性板疲劳性能的影响研究

为量化面板结构形式对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响,以军山长江大桥钢箱梁正交异性板为例进行研究。采用有限元分析软件ANSYS建立4节段钢箱梁仿真分析模型,研究采用5种面板结构形式时正交异性板各疲劳构造细节的最不利应力幅和疲劳寿命系数。研究结果表明:面板刚度增加对面板开裂构造疲劳性能改善作用最大,对加劲肋开裂构造疲劳性能改善作用次之,对横隔板开裂构造疲劳性能改善作用最小;与增加面板厚度相比,采用钢-混组合桥面结构可以大幅降低正交异性板各构造细节疲劳应力幅,提高其疲劳寿命,这一点值得进一步深入研究。

钢-混凝土组合桁架外接式节点优化分析

钢-混凝土组合桁架外接式节点由钢腹杆和上下混凝土弦杆组成,节点板包括内置混凝土部分和外露部分。采取荷载位移曲线对是否考虑钢节点板内置部分与混凝土之间的粘结效应进行对比分析。利用弦杆近加载端荷载位移曲线对影响节点承载力的单因素进行分析。采用数理统计中的正交试验方法对影响节点承载力的因素进行多因素多水平正交分析,同时讨论因素之间的交互作用并给出最优解。在特定弦杆截面尺寸下,研究结果表明:钢节点板厚度和钢腹杆壁厚对节点的承载力影响较大,二者间存在明显的交互作用。研究成果可为以后实际工程设计以及理论研究提供帮助。

连续正交异性板模型在楼板抗振设计中的应用

将双向多跨连续楼板简化为有限数量的正交异性板,提出一种简化的连续正交异性板模型,有限元动力分析与现场实测结果表明:简化连续正交异性板模型能够较好地模拟连续梁板组合楼盖动力学特性,所得设计结果精确可靠,设计过程简便易行,适于在工程中推广应用。

悬索桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系设计优化

杭瑞高速岳阳洞庭湖大桥为(1 480+453.6)m双塔双跨钢桁梁悬索桥,主梁为采用了钢-STC轻型组合桥面的板桁结合型钢桁加劲梁,钢-STC轻型组合桥面支承体系由横向桁架支承及桥面纵、横梁支承组成。采用ANSYS软件建立主梁节段有限元模型,针对组合桥面支承体系,从横向桁架结构形式、桥面纵横梁体系及其结构尺寸等方面进行设计优化。结果表明,带竖腹杆的横向桁架结构形式在桥面刚度、构件应力水平方面均具有较大优势;多横梁体系桥面刚度大,桥面构件应力水平低,适用于钢-STC轻型组合桥面。洞庭湖大桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系采用带竖腹杆的横向桁架,纵横梁支承体系采用在横向桁架竖腹杆位置设置边纵梁、次横梁间距2.8m的多横梁体系,能够很好地兼顾结构刚度、应力水平及钢材用量。

钢桁腹-混凝土组合梁等效计算模型及自振频率研究

为分析钢桁腹-混凝土组合梁这种非连续腹板结构的力学性能,基于结构等效的理念,考虑钢桁腹杆结构在不同方向上的有效弹性模量,将不连续的钢桁腹杆梁腹结构等效为正交异性板梁腹结构;运用薄壁箱梁的弯曲振动和扭转振动频率公式,可计算出钢桁腹-混凝土组合梁的弯曲振动频率和扭转振动频率,并对有限元计算结果与理论公式计算得到的理论解进行对比分析,讨论了横向刚度对有限元求解方法和理论求解方法结果产生的影响;分析组合梁高度、钢桁腹杆截面积、悬臂端长度等结构尺寸因素对钢桁腹-混凝土组合梁自振频率的影响。结果表明,利用等效原理计算钢桁腹-混凝土组合梁自振频率误差在10%以内,具有较高精度,可为工程实践提供一定的理论依据;在顶底板结构尺寸保持不变的情况下,弯曲振动频率受其他结构参数影响的变化很小,扭转振动频率受钢桁腹杆截面积、悬臂端长度的影响变化明显,随着钢桁腹杆截面积的增大而增大,随着悬臂端长度的增大而降低。

组合梁栓钉对高性能混凝土约束收缩效应研究

为探究高性能混凝土在栓钉约束作用下的收缩特征及开裂行为,制作了钢-混凝土组合构件,通过试验研究了不同栓钉因素对高性能混凝土约束收缩应变、约束度及开裂风险的影响规律,运用正交试验方法研究了栓钉直径、间距、高度对高性能混凝土约束收缩的影响,得到了主要敏感因素。结果表明:高性能混凝土较普通混凝土的约束收缩应变发展趋势更为平滑;各栓钉因素对约束收缩的敏感性影响的主次顺序依次为直径、间距、高度;混凝土收缩在组合梁高度方向上呈现出一定的收缩梯度,混凝土约束收缩应变随高度增加而增大,但栓钉高度在30 mm处、间距在75 mm处、直径在150 mm处对高性能混凝土约束收缩几乎没有影响;栓钉对混凝土的约束作用可定义为3个阶段,即约束增强阶段、约束下降阶段和约束稳定阶段;组合梁构件最大开裂风险发生在栓钉的根部,当栓钉间距由150 mm减少到75 mm,直径由13 mm增加到22 mm时,最大开裂风险分别增加了20.03%和36.05%,栓钉高度的改变对最大开裂风险没有影响;采用高性能混凝土以及直径小、高度高的栓钉布置方式可以有效减小混凝土的收缩及开裂风险。

基于等效原理的波形钢腹板组合箱梁桥动力特性分析

为了简化波形钢腹板组合箱梁的三维有限元建模过程,通过刚度和位移等效的方法将三维波形钢腹板有限元模型简化为二维正交各向异性板的有限元模型.简化之后的有限元模型几何外形简单,单元和自由度的数量大幅降低,减少了计算时间,提高了计算效率.通过对比三维波形钢腹板组合箱梁有限元模型的自振频率计算结果、二维等效正交各向异性板组合箱梁有限元模型的自振频率计算结果以及实测频率值,发现三者吻合良好,验证了等效模型有限元建模方法的正确性和可靠性.研究结论可为波形钢腹板组合箱梁桥提供一种简单的有限元建模方法.

考虑组合楼板变形的高层钢结构地震作用分析

本文基于正交异性板壳有限元理论,分析了组合楼板对结构平面布置不规则的高层钢结构受力性能的影响。通过有限元分析,确定了发生平面内剪切变形时组合楼板的有效高度。结合两个工程实例,分别按弹性正交异性楼板、刚性楼板两种假定对整体结构进行水平地震作用分析。两种模型计算结果的对比分析表明,弹性正交异性板壳单元模型能更准确地分析结构的周期、内力、位移等参数。

钢管桁架预应力混凝土叠合板设计方法

钢管桁架预应力混凝土叠合板是一种新型的叠合板,为了便于推广使用,介绍了一种设计方法。在施工阶段,叠合板是由钢管桁架和混凝土底板构成的预制底板,按单向板进行设计。在使用阶段,叠合板预应力方向与垂直预应力方向的刚度存在显著差异,针对这种正交异性,提出了简化的设计方法。预应力方向按单向板进行设计,垂直于预应力方向按普通现浇混凝土双向板进行设计。详细介绍了叠合板施工阶段和使用阶段计算单元与截面的选取、荷载选取与组合、内力值及预应力的计算、主要的验算内容以及连接构造。最后给出了具体算例,通过理论计算对叠合板施工浇筑阶段和使用阶段进行设计和验算,并采用有限元模拟验算施工脱模阶段。该设计方法趋于保守,但思路明确,便于设计使用。