钢-混凝土组合简支桥面连续结构横向应力分析

针对钢-混组合简支梁桥的桥面连续结构开裂等病害,围绕桥面连接板的横桥向应力问题,采用线弹性理论和板的偏微分方程进行分析,得出了桥面连接板挠度和应力的分布函数,建立非线性有限元模型,并进行实桥荷载试验.通过比较理论解、有限元解和实测试验结果,证实了理论解和有限元的有效性.根据得到的分布函数,发现横桥向和纵桥向上的最大拉应力出现在钢梁端部位置的连接板的上缘.此外,还分析了连接板区域尺寸变化对横桥向应力峰值的影响,包括纵梁端部距支座的长度、纵梁的间距以及连接板区域整体尺寸变化.结果表明:较小的纵梁间距和较长的纵梁端部与支撑之间的距离会导致连接板中的横向拉应力峰值增加,并提高横向拉应力在总应力中的占比,从而导致桥面连接板早于设计荷载开裂.因此对于纵梁间距较小、梁端长度较长的钢-混组合简支梁桥桥面连续结构,仅计算其纵桥向受力性能会导致计算结果偏危险,建议按照本文方法考虑横桥向应力对桥面连接板的影响.

钢—混凝土组合桥面系收缩徐变效应研究

在总结分析混凝土和钢—混凝土组合梁收缩徐变的计算理论基础上,并考虑按龄期调整的有效模量法,研究了钢—混凝土组合桥面系收缩徐变的有限元分析方法,提出了这种桥面系的收缩徐变分析方法。利用该方法对某钢桁桥的钢—混凝土组合桥面系进行了收缩徐变效应分析,研究了应力重分布的影响。分析结果表明:采用梁格体系+空间梁单元模拟钢—混凝土组合桥面系方法简单直观,可以较好地利用相关的研究成果。

济南长清黄河公路大桥主桥钢——混凝土组合桥面系方案研究

济南长清黄河公路大桥主桥为102 m+4×168 m+102 m的连续钢桁梁桥,横桥向两片桁布置,桁间距27 m,其主跨跨度及桁间距在目前已建公路钢桁梁桥中都位居前列。桥面系采用钢一混凝土组合体系,混凝土桥面板与主桁下弦、纵梁、横梁全部结合,提高了主桁的竖向刚度,显著降低了主桁下弦的应力水平,增强了主桁的横向刚度和稳定性,从而取消了下平联构造。

钢-STC组合桥面体系材料组分及施工过程

为了解决繁重的交通给大跨径钢桥带来沥青磨耗层破损与钢桥面焊接接头疲劳开裂等传统病害,工程应用过程中提出了将超高韧性混凝土(STC)结构层与钢桥面板通过短栓钉连接形成新的组合桥面体系。在STC层设置剪力钉和密配筋,有效降低了钢桥面的疲劳应力幅。钢-STC组合桥面体系能够根治正交异性钢桥面的两大传统病害,在已应用的70余座桥梁中取得显著的效果。文章以钱资湖大桥为研究背景,介绍了STC材料的基本组分以及钢-STC组合桥面体系的主要施工过程。

基于BP-LSTM混合模型的钢-混组合桥面系空间温度场及温度效应实时评估及预测

考虑到传统健康监测系统与有限元方法的不足,为实现钢-混组合桥面系温度及温度效应的实时评估及预测,提出基于多层前馈--长短期记忆(BP-LSTM)混合模型的实时评估及预测方法。研究过程中,以某桥为工程背景,采用其健康监测系统数据,并利用有限元法热力耦合分析扩充数据,构建包含"结构特征、时间特征、环境特征--温度、温度效应"映射的样本库,并通过实测数据验证有限元计算的准确性;设计BP-LSTM混合模型结构,对LSTM网络以考虑时间权重的均方误差(MSE)损失函数加以改进,读入样本库数据进行训练、验证、测试,从而获得输出精度较高的混合模型;最后,分别给出利用BP-LSTM混合模型进行温度及温度效应实时评估与预测的方法。结果表明:基于气象数据的结构温度场有限元计算结果与实测基本一致,"结构特征、时间特征、环境特征--温度、温度效应"映射具有高度非线性,单独BP网络或LSTM网络效果不佳,而BP-LSTM混合模型精度较高;根据本文提出的实时评估及预测方法,混合模型输出值与目标值的决定系数最低为0.930,最高为0.993,精度较高,可用于钢-混组合桥面系空间温度场及温度效应实时评估及预测。

钢-混凝土组合梁的非线性杆系有限元分析

根据截面应符合平截面假定等基本假设提出了预应力钢 混凝土简支组合梁全过程工作中钢梁下翼缘应力达到0.2fsy、钢梁下翼缘初始屈服、钢梁腹板下翼缘0.3hw高度处屈服及构件正截面破坏这4个特征状态的弯矩、曲率计算公式。基于这些特征点,运用最小二乘法分析得到组合梁截面弯矩 曲率关系的解析表达式。此外,利用该解析表达式建立了组合梁的有限元分析模型,推导了组合梁的单元刚度矩阵,编制了相应的非线性全过程分析程序。该方法考虑了混凝土压碎、钢梁材料硬化对结构性能的影响,计算简单,易于在计算机上实现,计算结果与实测结果较吻合。

钢管混凝土拱—钢腹板PC箱型系梁组合桥梁

为减轻钢管混凝土拱梁组合体系桥的自重,提出了采用钢腹板(平钢腹板或波纹钢腹板)代替PC箱形系梁的混凝土腹板,从而形成钢腹板PC箱形系梁。以一座已建成的钢管混凝土拱梁组合体系桥为原桥,进行了钢腹板PC箱形系梁的试设计研究。结果表明,试设计桥由于减小了自重下的内力,降低了面内自振频率,从而改善了原桥的静力和抗震性能。此外,试设计桥经济性好且方便施工,说明钢管混凝土拱—钢腹板PC箱型系梁组合桥梁是可行的。

不同系杆形式的部分组合钢-混凝土受弯构件试验研究

针对现行部分组合钢-混凝土构件中系杆易于脱落的问题,提出两种系杆改进形式,设计了4根梁试件进行试验研究,考察纯弯与剪弯受力状态下梁的性能表现。试验结果表明:X型与C型系杆均能较好地拉结受压翼缘,受压翼缘在弹性段内没有屈曲;采用了这两种系杆的试件承载能力基本一致;与C型系杆相比,X型系杆对混凝土的约束作用更强,混凝土整体性更好,并且能抑制斜裂缝;纯弯试件与剪弯试件破坏部位的现象主要以混凝土的压溃、受压翼缘屈曲为主,剪弯试件破坏部位还观察到了受拉翼缘的开裂。此外,按照边缘屈服和全截面塑性假定计算得到的试件抗弯承载力小于试验实测值,用其来估计类似截面的承载能力是可行的。

钢-混组合桥面系截面设计参数研究

钢-混凝土组合桥面系在大跨度桥梁中的应用日趋广泛,其结构及形式多借鉴于建筑结构。以某大跨悬索桥钢-混组合桥面系为例,结合ANSYS有限元程序的Workbench平台Design-Exploration模块进行实验设计,对组成钢混组合桥面系的混凝土板、钢纵梁及钢桁架等结构参数对组合截面力学性能的影响进行了相应研究。结果表明:混凝土板厚度的变化对钢-混组合桥面系力学性能影响较为明显,钢纵梁厚度和钢桁架高度变化产生的影响相对较小。混凝土板的高度和钢纵梁厚度变化时产生的效应基本相同,组合桥面系竖向挠度和钢纵梁应力极值随着混凝土板厚度或者钢纵梁厚度增加而增加;钢桁架高度在从低到高的变化过程中,组合桥面系竖向挠度逐渐减小,钢纵梁极值压应力和极值拉应力分别出现先增大后减小和先减小后增大的现象。

新型钢-混组合桥面系模型试验研究

为了研究新型钢-混组合桥面系的受力性能,以某大跨度钢-混组合桥面系悬索桥为工程背景,对该桥面系3个节段的1/4缩尺模型进行静载试验。然后,采用大型有限元软件ANSYS,对试验模型进行数值模拟。研究结果表明:数值模拟结果能够与试验数据很好地吻合,并起到验证的作用;该桥面系在静载试验过程中充分发挥了各自的材料性能,表现出较高的抗弯刚度和承载能力;新型钢-混组合桥面系在静力荷载作用下能够协同受力且受力均匀,不易产生局部应力过大的现象。

一种新型SCS钢—混组合桥面系力学性能分析

为应对既有正交异性桥面系在工程应用中出现的诸多病害,结合钢箱梁的构造特点,提出了一种新型钢板夹心混凝土(SCS)钢—混组合桥面系,为明确该新型SCS钢—混组合桥面系的力学特性,基于等效刚度法、结合大型通用有限元程序Ansys,分别建立了新型SCS钢—混组合桥面系与传统正交异性钢桥面系的节段力学模型,并对两个节段力学模型的受力特性进行了对比分析研究。结果发现,在汽车车轮集中荷载作用下,新型SCS钢—混组合桥面系的局部抗弯刚度明显优于传统正交异性钢桥面系,桥面系纵横向刚度比值更趋于接近1.0,结构受力变得更加均衡,局部未出现过大变形,改变了传统钢桥面系的正交异性特征,改善了桥面系结构的受力,表明该新型SCS钢—混组合桥面系具有良好的力学性能。

边界约束对钢-混组合结构桥面系温度梯度效应的影响研究

钢-混组合桥面系的边界约束条件有一定的特殊性,有别于其他组合结构。为确定模型计算时边界约束对钢-混组合桥面系的影响,文中以某钢-混组合桥面系为研究对象,运用ANSYS有限元程序建立精细化有限元计算模型,分析连续结构和简支结构两种边界约束条件对钢-混组合结构桥面系温度应力的影响。结果表明,中国JTG D62-2004规范中的竖向温度梯度模型及参数取值与美国AASHTO规范有明显差异,在温度效应计算时应对中国规范中取值按地区差异进行调整;在相同温度梯度条件下,采用连续结构约束的结构对应的温度应力更为均匀。

基于扩展有限元的钢-STC组合桥面开裂性能研究

采用H型钢-超高韧性混凝土(STC)板的组合结构形式可有效改善传统正交异性钢桥面-超高韧性混凝土组合桥面结构中存在的结构疲劳开裂问题。为了研究不同结构参数对H型钢-STC组合桥面结构开裂性能的影响规律,基于ABAQUS以及扩展有限元方法(XFEM)建立了考虑裂纹扩展的组合梁有限元模型,对不同桥面板厚度、配筋率条件下开裂性能以及延性的变化规律开展了有限元模拟研究。研究结果表明,与采用普通混凝土(C50)相比,不同混凝土板厚度条件下,采用STC对开裂强度与延性的提升效果最大分别为175.0%与446.3%,而不同配筋率条件下的提升效果最大可达205.1%与1330.3%。为H型钢-STC组合桥面结构在实际桥梁工程中的应用提供相应的技术支撑与建议。

聚氨酯-环氧沥青混凝土钢桥面铺装体系性能研究

为了研究聚氨酯-环氧沥青混凝土钢桥面铺装体系的路用性能,将聚氨酯-环氧沥青混凝土和进口环氧沥青混凝土的路用性能进行对比研究,测试了不同防水粘结材料与铺装层的结合强度,研究了3种聚氨酯-环氧沥青混凝土铺装体系的组合结构性能。结果表明:1)聚氨酯-环氧沥青混凝土具有比进口环氧沥青材料更加优异的路用性能; 2)相对TOPEVER和Chem Co环氧粘结剂,自制二阶反应环氧防水粘结剂的粘结效果最优,宜作为聚氨酯-环氧沥青混凝土铺装体系的防水粘结材料; 3) 3种聚氨酯-环氧沥青混凝土铺装组合结构均具有优异的层间粘结性能和高温稳定性,其疲劳耐久性尤为突出。

钢-混凝土组合梁桥面铺装现浇层力学性能分析

钢-混凝土组合梁桥预制桥道板与桥面铺装现浇层存在龄期差异,针对这种差异引起的收缩徐变的不同,用错位法对现浇层的应力状态及层间剪力进行了分析,得出了桥面铺装现浇层应力及其层间剪力的计算公式。最后通过实例计算,得到了钢-混凝土组合梁桥面铺装现浇层收缩徐变所产生的应力。计算结果表明,随着现浇铺装层龄期的增加,铺装层的拉应力逐渐增大,可致混凝土开裂,因此应采取适当的防裂措施。

大跨度桥梁超高性能混凝土-钢组合桥面铺装应用技术研究

以武汉军山长江大桥、沪苏通长江大桥主航道桥、遵余高速飞龙湖乌江大桥等大跨度桥梁为例,对超高性能混凝土(UHPC)组合桥面体系特征、材料性能以及铺装应用技术进行研究。结果表明,配有钢筋网的高强高韧UHPC薄层通过栓钉与钢桥面板结合形成组合桥面结构,根据大跨度桥梁的坡度设置,新拌UHPC扩展度宜控制在500~600 mm,钢纤维与硬化基体粘结形成受力共同体,具有致密的内部微结构,高温蒸汽养护与自然保湿养护环境下的UHPC性能均可稳定增长;与冷拌环氧树脂(ERE)铺装体系相比,UHPC组合桥面板顶板底部、U肋底部、横隔板开口处最大应力幅分别降低58.9%、41.3%、24.9%。将UHPC的固体组分提前预混,采用专业的机械化设备可实现UHPC在大跨度桥梁中的快速化大规模生产应用。

基于响应面法的钢-混组合桥面系优化设计

对桥梁结构进行优化设计和可靠性研究时,采用传统的设计方法可能会遇到计算工作量繁重的问题,应用响应面法进行优化设计是有效解决该问题的途径之一。以某大跨悬索桥钢-混组合桥面系为研究对象,结合节段缩尺模型试验研究,以有限元软件Workbench为计算平台,建立相应的参数化有限元模型。以组合桥面系重量最轻为经济目标,最大变形及最大弯曲应力为约束,基于响应面法对其进行多参数优化设计,并对优化结果进行了有限元分析验证。计算结果表明:节段缩尺模型静力试验结果与有限元分析结果吻合较好,建立的有限元模型很好地反映了试验模型实际的受力状态;基于响应面法优化设计后组合桥面系质量减小了3.57%,在满足力学性能要求的同时,减轻了结构自重,降低了工程造价,为钢-混组合桥面系设计提供了良好的概念设计模型。

纵向预应力对下承式组合桥面系钢桁架拱桥受力性能的影响研究

针对下承式组合桥面系钢桁架拱桥桥面系设计的3种思路,即增设柔性系杆、施加桥面板纵向预应力和通过加强配筋来控制桥面板裂缝,以一座组合下承式桥面系连续钢桁架拱桥为背景,以不施加纵向预应力的方案为比较基准,通过全桥有限元模型计算,分析多种工况下纵向预应力对拱肋、钢系梁、混凝土桥面板的受力性能的影响。研究表明:纵向预应力明显分担了拱脚推力,但增强了拱肋、钢系梁的温度敏感性;纵向预应力大多分配到了钢结构上,作用效应频遇组合工况下,桥面板难以达到A类预应力混凝土构件的控制要求。

创启路大桥超高性能组合钢桥面铺装体系施工技术

为解决超高性能组合钢桥面铺装体系施工难题,以创启路大桥钢桥面铺装体系施工为依托,介绍了STC超高韧性混凝土、防水粘结应力吸收层材料特性、施工工艺及施工关键技术,总结了实际施工过程中的质量控制要点。创启路大桥的工程实践表明,超高性能组合钢桥面施工技术能保证该类型钢桥面铺装体系安全、便捷施工,确保施工质量满足要求。

基于正交试验设计的钢-混组合桥面系参数敏感性分析

利用大型有限元软件Workbench,建立某大跨悬索桥钢-混组合桥面系节段有限元模型,基于正交试验设计了多种组合桥面系方案,计算了自重作用下组合桥面系的挠度及应力,利用直观分析和方差分析法对构造参数进行了敏感性分析。结果表明:自重作用下组合桥面系的最大挠度出现在钢桁架上,混凝土桥面板厚度及钢桁架高度变化对最大挠度有显著影响,减小桥面板厚度或增加钢桁架高度有利于减小组合桥面系的挠度;混凝土桥面板厚度、混凝土弹性模量及钢纵梁腹板高度对钢梁最大等效应力影响显著,最大等效应力随着混凝土桥面板厚度及混凝土弹性模量的增大而增大;混凝土弹性模量的变化引起的混凝土板最大拉应力的变化最大。