新型组合波形钢腹板的弹性剪切屈曲强度

为提高波形钢腹板的剪切屈曲强度,提出将2种型号的波形钢腹板相互组合形成一种组合波形钢腹板。以1612型组合波形钢腹板作为主要研究对象,将其与1600型和1200型非组合波形钢腹板进行对比,采用ANSYS参数建模方法建立了四边简支的波形钢腹板模型,计算分析了高厚比和长厚比对3种波形钢腹板弹性剪切屈曲性能的影响规律,并对不同组合类型波形钢腹板的剪切屈曲强度变化规律进行了研究。结合1座实际桥梁,分析了组合波形钢腹板的适用性。结果表明:波形钢腹板的剪切屈曲强度均随腹板高厚比和长厚比的增大而减小;当波形钢腹板高度和长度一定,1200型和1600型波形钢腹板的剪切屈曲强度相差较小时,1612型组合波形钢腹板的剪切屈曲强度较大;随着腹板高度增大,1612型组合波形钢腹板的较大剪切屈曲强度厚度区间减小;1612型组合波形钢腹板的较大剪切屈曲强度厚度区间受腹板长度的影响较小;不同型号的组合波形钢腹板均存在较大剪切屈曲强度厚度区间,随着组合波形钢腹板由大型号转变为小型号,组合波形钢腹板的较大剪切屈曲强度厚度减小;与波形钢腹板组合梁桥一节段波形钢腹板实际对比发现,1612型变截面与等截面组合波形钢腹板的剪切屈曲强度均大于1200型和1600型波形钢腹板。所得结论可为组合波形钢腹板的抗剪设计提供参考。

新型波形钢腹板组合箱梁桥动力性能分析

对一种新型波形钢腹板组合箱梁桥结构开展了动力特性及抗震性能分析;以鄄城黄河大桥跨中箱梁段为例,建立组合箱梁桥的多尺度有限元模型,并与实测值进行了对比,验证了多尺度模型的有效性;基于此设计了该新型波形钢腹板组合箱梁的截面参数,采用多尺度建模方法研究了各参数变化对箱梁动力特性的影响规律,通过地震反应谱法分析了该结构在各向地震作用下的结构响应。结果表明:箱梁横隔板的数量和厚度是结构动力特性的敏感参数,对结构的扭转刚度影响很大;增大波形钢腹板厚度可有效提高结构刚度,且刚度增大对频率的影响程度大于质量增大对频率的影响,建议腹板厚度宜设为20~30 mm;槽形钢板可有效提高截面的抗弯刚度,尤其对结构竖向弯曲模态影响较大;横向地震作用对混凝土顶板和横隔板应力的影响最大,纵向地震力对波形钢腹板应力的影响最大,竖向地震力对混凝土底板和槽形钢板的应力影响较大。

浅议波形钢腹板钢混组合梁的支架法施工技术

为分析支架法在波形钢腹板-混凝土组合箱梁桥施工中的应用,文章以我国西北地区某公路的天桥为研究对象,研究了支架法在实际工程中的施工过程与质量控制标准。基于项目实际情况的分析,结合钢材预处理精度、构件加工误差、钢箱梁组装工艺、防腐涂装设计等,指出钢箱梁的设计应充分考虑现场实际条件控制构件的加工与组装误差,并依据服役条件设计适宜的防腐涂装,以提高桥梁耐久性。以支架法的实际施工过程为例,通过分析支架搭设及预压、钢箱梁吊装施工、桥面板及支点处混凝土施工等关键施工工艺,总结了对应工艺流程及质量控制标准。研究结果表明:结合现场条件细化钢箱梁的设计流程,严格控制钢箱梁的加工与组装精度,采用支架法进行波形腹板钢箱-混凝土组合梁的施工,可实现高质量控制精度、成本、规范化程度。

波形腹板钢-混组合箱梁畸变效应分析

为研究波形腹板钢-混组合箱梁畸变效应,以桑园子黄河大桥引桥简支箱梁为研究对象,将畸变角重新定义,通过计算畸变中心、畸变总势能,确定初始参数,利用势能驻值原理推导与传统扭转分析理论相一致的畸变效应分析方法。根据工程实例,对车道荷载下波形腹板钢-混组合箱梁畸变翘曲应力变化规律进行研究。结果表明,畸变翘曲应力在组合箱梁应力中占比不容忽视,且随着箱梁顶板混凝土厚度增大,翘曲正应力逐渐减小,在钢底板组合箱梁增设铺底混凝土可有效减少畸变翘曲应力。

异步挂篮在大跨径波形钢腹板箱型组合梁中的施工应用

文章以武汉至松滋高速公路武汉段项目施工为例,该项目通顺河3号特大桥设计为(95+170+95)m波形钢腹板箱型组合梁。作为项目关键控制性工程,工期要求紧,项目创新采用新型异步挂篮,实现了波形钢腹板箱型组合梁N-1、N、N+1节段流水化作业,同时水平运输小车配合异步挂篮,有效解决了波形钢腹板水平运输及安装问题,在安全、质量、进度、成本等方面取得了良好的施工效果。

考虑波形腹板剪切的端部固支组合梁挠度分析

波形钢腹板组合梁因其优良性能得到广泛应用,其挠度问题是研究的重点之一,近年来我国对波形钢腹板组合梁挠度计算方法的研究虽有长足的进步,但多集中于静定结构,并且端部固支的超静定结构体系在桥梁工程中应用广泛。为了探讨不同支承下波形钢腹板组合梁滑移附加挠度变化的规律,并为波形钢腹板组合梁的后续研究提供理论基础和参考,在足够刚度的前提下将端部固支波形钢腹板梁简化为两端固支和一端固支一端活动铰支的端部约束条件,推导了其考虑滑移和腹板剪切变形影响时的跨中挠度计算公式,找到适用于实际桥型的挠度计算方法;基于试验梁和有限元模型对本文公式进行了验证,结果表明:端部固支波形钢腹板组合梁的滑移附加挠度占比随剪切刚度的变化趋势显著区别于一端固定铰支一端活动铰支的抛物线型而呈线性变化;不对称约束放大了波形钢腹板组合梁腹板的剪切变形和滑移效应。

单箱双室波形钢腹板-钢底板组合梁滑移效应研究

为了解剪切变形、剪力滞效应及滑移效应对单箱双室波形钢腹板-钢底板组合梁力学性能的影响,基于能量变分原理,推导该类组合梁的总挠度、界面滑移量及正应力解析解。以某等截面简支单箱双室波形钢腹板-正交异性钢底板组合梁为背景,通过理论分析、模型试验和有限元计算相结合的方法,分析考虑滑移效应的组合梁关键截面总挠度、界面滑移量及混凝土顶板横向正应力。结果表明:在集中荷载作用下,组合梁的总挠度、界面滑移量和横向正应力的解析解与实测值及有限元解吻合良好;由于附加弯矩的存在,剪切变形及界面滑移效应对组合梁总挠度的影响均不能忽略;组合梁的总挠度和界面滑移量随剪力钉抗剪刚度的增大不断减小,但减小的趋势逐渐放缓。施工设计时,可将剪力钉的抗剪刚度控制在挠度变化趋于平缓的范围内。

钢底板波形腹板组合箱梁疲劳特性研究

研究目的:结构的疲劳细节对其疲劳破坏至关重要,为了分析钢底板波形腹板-混凝土组合箱梁的疲劳细节及疲劳寿命计算方法,为该类型结构的疲劳设计提供参考,制作缩尺试验梁模型,并对其进行疲劳试验,得到这种新型结构的疲劳破坏特征。结合模型试验,利用数值模拟和断裂力学分析方法,对新型组合箱梁的疲劳寿命计算及疲劳细节分类进行研究,并采用线性损伤理论对结果进行分析验证。研究结论:(1)钢底板波形腹板-混凝土组合箱梁在疲劳荷载作用下,其疲劳裂纹首先出现在底板与两侧腹板焊缝折角处,说明该处是新型组合箱梁重要的疲劳细节;(2)根据线性损伤理论,新型结构的疲劳细节分类总体上位于AASHTO规范疲劳类别的B类与C类之间,高于B′曲线下界值,低于B′曲线中值;(3)采用数值模拟和修正后的断裂力学方法得到的S-N曲线计算出的总损伤累积值误差分别为3%和6%,说明两种曲线均适用于新型钢混组合结构的疲劳寿命计算;(4)本研究成果可为钢底板波形腹板组合箱梁疲劳细节分类及疲劳设计提供参考或借鉴。

考虑翼板局部弯曲及剪力滞效应的波形钢腹板组合箱梁挠度分析

在位移场中引入挠度1阶导数考虑翼板局部弯曲,添加剪力滞强度函数和截面转角计入翼板剪力滞效应和波形钢腹板剪切变形,基于能量变分原理获得波形钢腹板组合箱梁的控制微分方程,进而推导包括挠度在内的综合考虑翼板局部弯曲、剪力滞效应和波形钢腹板剪切变形的位移变量解析解,并分析翼板局部弯曲和剪力滞效应对不同高跨比、腹板高度占比、宽跨比、板宽比组合箱梁挠度的影响。结果表明:该解析解能较精确地计算组合箱梁的挠度;忽略翼板局部弯曲和剪力滞效应将导致组合箱梁的挠度计算结果误差过大;对于波形钢腹板组合箱形连续梁,不考虑翼板局部弯曲和剪力滞效应,跨中挠度将分别被高估13.0%和低估7.0%;剪力滞效应对翼板与波形钢腹板间的剪力分配几乎无影响,翼板局部弯曲会显著降低波形钢腹板剪力承担比,大大减小梁体挠度;剪力滞对挠度的放大效应随宽跨比的增大而增大,而翼板局部弯曲对挠度的减小作用随着高跨比和宽跨比的增大及波形钢腹板高度占比的减小而显著提高;翼板局部弯曲和剪力滞效应对连续梁挠度的影响比简支梁更大。

波形钢腹板PC组合简支箱梁抗火性能与设计

为研究波形钢腹板PC组合箱梁抗火性能及抗火设计方法,采用ANSYS软件建立热-力耦合分析模型,分析了受火工况下组合箱梁的挠度、侧向位移、钢束张力以及抗弯承载能力的变化规律,并以组合箱梁的挠度和腹板侧向位移为判定指标,提出了一种关于波形钢腹板组合箱梁的抗火设计方法。结果表明:荷载比是影响组合箱梁挠度发展的关键因素;受火全过程中,钢束张力的变化对组合箱梁挠度、侧向位移以及承载能力的变化影响较大;组合箱梁受火初期挠度增长缓慢,在横隔板处形成塑性铰后,跨中挠度快速增大,然后在加载处形成塑性铰,随即组合箱梁因顶板被压碎而破坏;采用抗力准则判断组合箱梁的耐火极限偏于不安全;通过在组合箱梁的波形钢腹板转角处增设立柱,能够减缓组合箱梁挠度和腹板侧向位移的发展,有效提高该类组合箱梁的抗火性能,当无立柱组合箱梁达到耐火极限时,有立柱组合箱梁跨中挠度为无立柱组合箱梁跨中临界挠度的64.3%。研究成果可为该类型组合箱梁的抗火设计提供参考。

波形钢腹板组合梁双开孔钢板连接件横向抗弯性能研究

为研究波形钢腹板组合梁双开孔钢板连接件的横向抗弯性能,以地约科1号大桥(波形钢腹板连续刚构桥)为背景,分析波形钢腹板与混凝土顶板双开孔钢板连接件(简称“T-PBL连接件”)在横向弯矩作用下的破坏模式及抗弯性能。以穿孔钢筋直径为变量,设计了3个试件,进行横向抗弯静力试验,并将试验值与现行《波形钢腹板组合梁桥技术标准》(CJJ/T 272-2017)中的理论值进行对比。结果表明:穿孔钢筋直径对T-PBL连接件试件破坏形态影响较小,在横向弯矩作用下试件的破坏形态均为受拉侧底部混凝土拉裂,同时受拉侧混凝土与钢翼缘板发生较大的剥离;试件的荷载~位移曲线分为弹性阶段、弹塑性阶段和屈服阶段;增大穿孔钢筋直径可以提高T-PBL连接件试件横向抗弯承载力,现行行业标准中对于T-PBL连接件的横向抗弯承载力计算方法较为保守,尤其对于大直径的穿孔钢筋试件,其安全储备较高。

波形钢腹板预应力组合梁桥上部结构施工技术

波形钢腹板预应力组合梁桥由于其自重轻、跨高比大、抗震性能好、造型优美等优点,近年来被广泛应用于世界各地新建桥梁工程中。其最大特点是以钢腹板替代了混凝土腹板,以预应力体外索代替了腹板体内索,挂篮悬臂现浇是钢腹板桥最常见的施工工法,为进一步总结论述该工法的经济效益合理性和施工安全可靠性,特对该工法中核心施工方案,包括墩梁临时固结、钢腹板加工运输、钢腹板安装与定位、预应力体外索施工等核心施工技术进行详细论述。该工法被完整应用于伊朗德黑兰北方高速公路BR-06特大桥,以此作为应用案例作分析说明。

考虑多维正应力的波形钢腹板组合箱梁疲劳性能分析

波形钢腹板组合箱梁在偏心荷载下是多维变形模式,基于此,建立综合考虑纵向弯曲正应力与约束扭转和畸变翘曲正应力的多维疲劳应力分析方法。结合桥梁实例分析表明,多维应力状态更加符合梁体实际的受力情况,其中约束扭转和畸变效应引起的翘曲正应力值在弯曲正应力值中的占比高达35%左右。针对波形钢腹板组合箱梁实例,拟合得到疲劳细节处的S-N曲线,并从多维应力角度对曲线进行修正;最后提出波形钢腹板组合箱梁疲劳细节在相关设计规范中的分类参考。

波形钢腹板PC组合梁桥前吊后托模架设计及应用研究

文章根据广西飞龙大桥的桥梁工程经验,在模架关键点上进行技术改进和工艺优化,模架后托部分采用了预应力锚固牛腿支架作为支撑,结合贝雷梁完成对1#节段施工平台搭设,并结合挂篮前吊施工,形成前吊后托体系。整个施工工艺流程方便简单,能有效缩短施工时间,提高材料周转率,具有良好的社会效益和经济效益。研究成果可为同类型的波形钢腹板桥梁施工提供参考和依据。

无预应力波形钢腹板组合箱梁桥的结构力学行为分析 ——以福州鹅头溪大桥为例

为降低传统波形钢腹板箱梁自重,提高箱室整体性与可施工性能,避免箱梁混凝土底板开裂,采用平钢底板替代传统的混凝土底板,取消纵向预应力的设置,降低了施工的复杂性。为了使该结构适用于主跨40m以上的桥梁建造,同时降低桥面标高,采用变截面连续梁结构形式,最终形成无预应力变截面波形钢腹板组合箱梁桥。该新型桥梁结构自重轻、结构受力合理、造型美观,具有很好的发展前景。文章以无预应力波形钢腹板组合箱梁桥——福州鹅头溪大桥为例,建立主梁受力计算模型分析恒载和活载内容,进行了结构安全性验算。研究结果表明:该桥各项设计指标均满足相关规范要求,无预应力波形钢腹板组合箱梁桥结构受力合理,研究成果可为同类桥梁设计与验算提供参考。

波形钢腹板组合箱梁自振特性与试验研究

为了精确计算波形钢腹板组合箱梁的振动频率,根据能量变分原理,推导了振动频率公式,得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解。对一试验波形钢腹板组合箱梁进行了动力测试,得到了实际自振频率,并与简单梁理论、本文理论公式与三维有限元模型的计算频率进行对比。结果表明:剪力滞效应及剪切变形对波形钢腹板组合箱梁的振动频率影响较大,考虑剪力滞及剪切变形影响后的波形钢腹板组合箱梁的振动频率有所降低,且降低程度随着计算频率阶次的增加而迅速增加,因而在波形钢腹板组合箱梁振动频率的计算中须计其影响。

波形钢腹板组合箱梁在对称加载作用下剪力滞效应的试验研究

按照比例尺 1∶ 1 2对一实例桥进行缩尺并经适当调整 ,制成波形钢腹板组合箱梁模型。对模型梁进行对称加载弯曲试验 ,实测箱梁翼板纵向正应力分布 ,同时进行了空间有限元数值分析和能量变分法理论分析 。

波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的理论与试验研究

基于能量变分法原理推导了波形钢腹板组合箱梁在集中荷载和均布荷载作用下的剪力滞效应计算公式,讨论了波高区混凝土的合理计算宽度取值问题;制作了2根模型梁、并进行了在集中荷载和均布荷载作用下的加载试验,通过实测箱梁翼板的纵向应力分布来研究这种组合结构在外荷载作用下的剪力滞效应的变化规律;在此基础上利用空间有限元分析程序进行了数值分析。结果表明:剪力滞系数的理论值、模型实测值以及空间有限元计算值吻合良好,波高区混凝土按1倍波高进行取值计算时结果偏于安全;集中荷载相对于均布荷载而言,其剪力滞系数较大;结果证明了本文公式可用于波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应计算。

体外预应力波形钢腹板组合箱梁徐变性能研究

为了研究体外预应力波形钢腹板组合箱梁在长期荷载作用下的徐变性能,制作了2根模型梁,通过205 d的持续静态观测,得到其徐变应变和徐变变形的变化规律;采用徐变率法,结合不同的混凝土规范进行了徐变效应的分析,理论结果和实测结果吻合较好;并针对徐变的影响因素进行了参数分析,结果表明:相对普通混凝土箱梁而言,波形钢腹板组合箱梁能有效减小长期徐变引起的反拱.

新型波形钢腹板组合箱梁等效阻尼比计算方法

为确定新型波形钢腹板组合箱梁等效阻尼比的合理取值,基于阻尼等效前后复频率相等原则,利用复频率和组合结构材料阻尼比之间的关系,提出新型波形钢腹板组合箱梁各阶模态等效阻尼比计算方法。采用有限元软件建立3个新型波形钢腹板组合箱梁的动力分析模型,利用该方法计算得到该新型组合结构等效阻尼比并与实测结果进行对比。结果表明:采用该方法求得的新型波形钢腹板组合箱梁等效阻尼比与试验测试结果吻合较好,进一步可说明该方法物理意义清晰明确,能够较准确地反映新型波形钢腹板组合箱梁的阻尼耗能特性。建议在对新型波形钢腹板组合箱梁进行动力特性分析时,等效阻尼比取为0.03。