新型空心管状翼缘钢板组合梁设计理念与力学性能

工字钢组合梁桥正朝着少主梁、精简横向联系的方向发展。与传统多主梁复杂横向联系组合梁桥相比,双主梁桥由于采用了开口截面的结构形式,极大地削弱了其抗扭能力,在偏载作用下会产生较大的变形及翘曲应力,使钢主梁处于弯扭耦合的受力状态。空心管状翼缘钢板组合梁采用空心钢管取代传统的平板上翼缘,提升了稳定性,改善了结构性能。本文通过理论分析和实体有限元法的计算,研究了单梁在自重与横向风荷载作用下的稳定性;对非组合截面的组合体系下的稳定性能进行了分析与比较,并分离出扭转翘曲应力和纵向正应力,研究了不同跨径下扭转效应的影响。最后,对横向联系、加劲肋的影响进行了分析。研究结果表明,空心管状翼缘钢板组合梁桥扭转刚度大于传统工字形截面组合梁扭转刚度,自身横向稳定性好,并且需要较少的横向联系与加劲肋,可实现单梁吊装,避免采用过多临时加固及支撑措施,提高施工效率。

中等跨径钢板组合梁截面布置优化

为了实现钢板组合梁的标准化设计,达到进一步推广应用的目的,以跨径30 m的先简支后桥面连续钢板组合梁桥为研究对象,结合目前中国钢-混组合梁桥的设计规范,以全桥造价及全桥钢材用量为目标函数,以钢板组合梁截面尺寸布置参数和主梁数量为设计变量,并以应力、变形、局部稳定和规范构造要求为约束条件,建立钢板组合梁截面参数的优化模型,并采用遗传算法展开优化分析.优化结果表明:所提算法稳定可靠、效率高,依托工程的结构截面布置有较大的优化空间.当桥宽和车道布置不变时,采用6梁式截面的全桥造价最少,相对原始设计截面可节省约13%的费用;采用4梁式截面的全桥钢材用量最少,为128.65 kg/m^(2),相对原始设计截面可节省约27%的钢材用量.优化结果可为中等跨径钢板组合梁桥的截面设计提供参考.通过经济性分析发现,当主梁间距分别取约2.3、3.2、4.8 m时,跨高比的经济取值分别为20~23、18~21、14~17.

装配式槽钢组合梁中开孔钢板连接件力学性能

为研究新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中开孔钢板剪力连接件(PSP剪力连接件)的力学性能,设计7组标准试件并开展推出试验,对比分析不同参数PSP剪力连接件的受剪承载力和破坏模式。利用ABAQUS非线性有限元模型对PSP剪力连接件的破坏模式和受力机制进行数值模拟,并与试验结果对比验证计算结果的可靠性。在此基础上,进一步分析开孔钢板厚度、开孔直径、混凝土强度、穿孔钢筋及连接件间距对PSP剪力连接件力学性能的影响。结果表明:除10 mm厚度的PSP剪力连接件外,所有4 mm与6 mm厚度的PSP剪力连接件均发生明显弯曲变形,试件破坏时连接件周围混凝土均出现斜向裂缝;开孔直径和穿孔钢筋对受剪承载力和抗剪刚度影响较小,而增加开孔钢板厚度、混凝土强度能提高剪力连接件受剪承载力和抗剪刚度;对于双排PSP剪力连接件,增大连接件间距能够显著提高单排PSP剪力连接件平均承载力,当间距为250 mm时,单排平均承载力达到单个PSP剪力连接件的91.2%。根据试验及有限元荷载滑移曲线提出装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中单个PSP连接件荷载滑移曲线计算公式,为装配式双拼槽钢混组合梁的设计提供参考。

基于Kriging模型与FORM的钢板组合梁桥结构优化设计

考虑材料参数的不确定性以及设计变量多重约束条件的影响,提出了基于可靠性分析的钢板组合梁桥结构优化设计方法。首先,利用拉丁超立方试验设计(Latin hypercube design,LHD)构建试验组合方案,并通过有限元分析获取试验设计组合下的最大挠度响应值。基于获取的训练样本,构建能够表征结构最大挠度值与随机输入之间映射关系的Kriging代理模型。基于建立的代理模型,以钢结构截面积最小化为目标函数,建立符合规范要求与可靠度约束的优化数学模型,并采用一阶可靠性方法(first order reliability method,FORM),实现设计变量优化。通过比较具有相同设计变量上限,但下限分别为初始值的80%和70%两种优化设计方案,评估了两者在相同阈值以及不同阈值下设计变量的优化结果。最后对方案二在阈值为17 mm下的优化结果进行极限状态验算。结果表明:两个优化设计方案在阈值为17 mm下的优化结果更具合理性,并且方案二在同一阈值下具有更高的优化程度。随着阈值增加,优化程度增加,且腹板高度在较大阈值下对结果影响更大,而翼缘宽度在较小阈值下影响更大。

中小跨径简支钢板组合梁桥荷载横向分布研究

为评价经典荷载横向分布计算方法对中小跨径简支钢板组合梁桥的适用性,首先利用实桥荷载试验结果,验证了基于ABAQUS软件的三维有限元模拟方法;然后以计算跨径、主梁数量、主梁间距为研究参数,设计了108个分析模型,分别采用修正的刚性横梁法、刚接梁法、G-M法以及有限元法计算荷载横向分布影响线,进而得到单车道和多车道作用下各主梁的荷载横向分布系数;最后基于线性相关系数、横向分布影响线吻合程度指标及横向分布系数相对误差,进行横向分布线性判断及各理论计算方法的误差分析。结果表明:当钢板组合梁桥宽跨比B/L小于0.34时,各主梁在荷载作用下挠曲呈直线变形,即认为钢板组合梁桥B/L<0.34时为窄桥;利用理论计算方法计算横向分布系数时,单车道布载下,当B/L<0.2,宜采用修正刚性横梁法、刚接梁法、G-M法,当0.2<B/L<0.3,宜采用刚接梁法、G-M法,当0.3<B/L<0.75,宜采用G-M法;多车道布载下,当B/L<0.3,宜采用修正刚性横梁法、刚接梁法、G-M法,当0.3<B/L<0.45,宜采用刚接梁法、G-M法,当0.45<B/L<0.75,宜采用G-M法;提出了修正的刚性横梁法、刚接梁法、G-M法计算精度判定条件,控制理论计算结果与有限元计算结果相对误差在10%以内;研究成果可为中小跨径钢板组合梁桥的荷载横向分布计算方法选取提供依据。

浅析钢板混凝土组合梁的加固

以钢板混凝土组合梁加固方法为主要的研究对象,总结了组合梁的类型和特点,归纳了国内相关研究学者对钢板混凝土组合梁结构承载力降低或由在外力作用下结构遭受破坏的情况下,包钢加固法,粘贴钢板法,锚粘(焊)钢板加固法等3种加固措施方法,为钢板混凝土组合梁加固提供理论基础和实践应用,同时提出了进一步的完善相关施工工艺规范或标准的建议。

预制桥面板钢板组合梁桥合理结构体系设计研究

预制桥面板钢板组合梁桥的结构形式简单,构件适合工厂化、预制化批量生产。因此,为了适应组合梁桥快速施工的要求,构件制作必须做到标准化。但是,当前关于预制桥面板、钢板梁、横隔梁制作的标准化研究并不多,故针对该问题,通过比较不同主梁间距和根数的钢板组合梁桥结构性能差异,对适应桥梁快速施工要求的钢板组合梁桥的合理桥宽、跨径、主梁根数的设计进行了研究,并认为采用单跨跨径为30 m的4车道(桥宽16.25 m)、少主梁(3根主梁)体系是各钢板组合梁桥中力学性能最优的结构形式;另外,为适应标准化制作预制桥面板钢板组合梁桥各结构构件还给出了一定的建议。

往复荷载作用下高速公路钢板组合梁变形检测研究

高速公路钢板组合梁变形通常比较微小,导致弯矩、变形和横向位移检测结果不精准,为此本文开展在往复荷载作用下高速公路钢板组合梁变形检测方法研究。构建往复荷载作用下的边界面方程,利用该方程计算组合梁连接组件在弹性夹层中的横向作用力,结合横向作用力确定变形量检测值。搭建变形量检测值和真实值之间的误差矩阵,使用卡尔曼滤波方法估计钢板组合梁弯矩,结合弯矩和误差矩阵确定组合梁变形程度,实现高速公路钢板组合梁变形检测。试验结果表明:该方法检测的反向、正向弯矩均为340 kN·m,与试验数据一致;最大横向位移与试验数据仅存在0.01 mm的误差,能够精准检测组合梁变形程度,检测结果更为精准。

钢板-混凝土组合桥面板组合梁桥受力性能分析

为探明钢板-混凝土组合桥面板(SCCD)组合梁的抗弯性能与传力机理,明确组合桥面板底钢板的受力作用,建立经理论计算和试验模型验证的SCCD组合梁和普通钢混组合梁实体单元模型,并对比两者的受力性能。结果表明:与理论分析和模型试验结果相比,建立的实体单元模型计算结果的误差均在10%以内;将弹性设计方法与实体有限元计算结果进行对比,两种方法得到的SCCD组合梁屈服荷载和弹性极限刚度仅差5.17%和5.79%;由荷载-挠度曲线可知,SCCD组合梁破坏时,由于底部钢板的作用,使混凝土的荷载下降段较平缓,且应变增长量较大,而普通钢混组合梁下降段趋势明显。SCCD组合梁具有较好的延性和结构安全性。

装配式建筑预制工字形钢板组合梁设计与应用研究

研究装配式建筑中预制工字形钢板组合梁的设计与应用。首先,对预制工字形钢板的设计进行了详细分析和研究。通过对不同厚度、不同长度和不同边缘形状的工字形钢板进行测试和对比,确定了合适的设计参数。其次,利用ABAQUS有限元软件对装配式建筑预制工字形钢板组合梁柱进行有限元分析,验证采用有限元模拟的准确性及真实性。结果表明,在装配式建筑中采用预制工字形钢板组合梁,可以大幅提高工程施工的效率和质量。

某高速公路25 m跨钢板组合梁设计与数值模拟研究

钢板组合梁结构轻质高强、施工快捷、全生命周期内绿色环保,是实现桥梁上部结构工业化建造的有效途径之一。以某高速公路25 m中等跨径钢板组合梁为工程背景,首先介绍了结构设计情况,然后基于有限元数值模拟软件,研究了结构受力特点,并计算得到了结构基频和最不利状态下的钢板应力。计算结果可为类似结构提供参考。

高速公路钢板组合梁结构设计研究

钢板组合梁因具有构造简单、施工方便、结构轻巧的特点,在国内高速公路桥梁上的应用越来越广泛,一方面能够很好地适应工业化建造的要求并能满足桥梁的受力要求,另一方面钢板组合梁也具有良好的经济性。然而,在桥面板施工期及运营期的裂缝问题是制约钢板组合梁发展和运用的关键。以杭绍甬高速公路杭绍段为研究背景,对钢板组合梁的使用情况、设计参数进行了介绍,并分析了混凝土桥面板中支点处裂缝、现浇湿接缝施工期收缩裂缝产生的原因及控制措施,最后给出了基于标准化设计的混凝土桥面板设计方案。

双主梁钢板组合梁斜拉桥涡振的数值模拟

双主梁钢板组合梁斜拉桥的主梁是由混凝土板和两根纵向的工字型钢梁叠合而成的组合梁结构体系。该体系整体刚度较小,开口型的断面破涡效果较差,容易发生低风速下的涡激共振。本文基于跨淮河的某钢板组合梁斜拉桥,首先计算了该桥的结构动力特性,然后基于大变形动网格和有限体积法实现了桥梁断面的流固耦合模拟,实现了准确识别涡激共振的发生区间和共振频率。使用独创脚本语言引擎,建立涡激振动流体模型,基于大变形动网格和有限体积法研究流固耦合效应,识别出钢板组合梁截面的涡振响应。结果表明:钢板组合梁主梁截面涡激振动模拟结果表明,在阻尼比为0.008时,锁定风速为17.816~20.140 m/s,竖向涡激振幅在锁定区间内先增大后减小。绘制锁定风速下的涡度图和压力云图,锁定风速下尾部交替脱落的涡旋可能导致涡激共振,由尾流区域涡旋脱落形成的周期性压力变化会产生较大的气动力,推测是钢板组合梁截面发生涡振的原因。

钢板组合梁桥混凝土温度效应研究

本研究聚焦于钢板组合梁桥的温度效应,通过调整设计参数系统研究了在整体升降温和温度梯度下的受力性能。结果表明,整体升降温对主梁剪力和扭矩影响微小,但弯矩显著,达到荷载作用下的10%。曲率半径的变化可调控组合梁桥的弯曲程度,影响弯桥在荷载下的弯扭耦合效应。在温度梯度下,主梁的内力变化相似,整体升降温对主梁弯矩的影响显著。这些研究成果为优化设计提供了参数敏感性规律。

密肋式钢板组合梁设计研究及应用

新建项目上跨道路时,常采用大跨径桥梁跨越,大跨径混凝土结构无法采用标准化施工,工期较长,钢结构桥梁的应用较为广泛.钢箱梁结构的建筑高度较低,但用钢量大,工程造价较高;而常规钢板组合梁用钢量小,经济性较好,但其建筑高度较大,引桥规模较大.本文提出一种介于两者之间的密肋式钢板组合梁结构,可有效降低主梁梁高,缩小桥梁规模,节省工程造价.本文在两个高速公路项目中,对简支正交密肋式钢板组合梁和连续斜交钢板组合梁的梁高取值及构造拟定均进行了研究应用,并进行设计验算,结果表明构件各项验算结果均满足相关规范要求.

双主梁钢板组合梁扭矩分布规律的参数敏感度分析

双主梁钢板组合梁桥空间结构特性明显,受力情况较为复杂。文章采用ABAQUS软件建立一联双主梁钢板组合梁桥精细化非线性实体有限元模型,以钢主梁高跨比为变量,研究在车道、温度等荷载作用下主梁扭矩变化规律对于高跨比的敏感性。结果表明:不同荷载形式下钢主梁最大扭矩值出现的位置不同;车道荷载及其布置形式对钢主梁中扭矩的大小及其分布规律影响显著;温度荷载及其分布形式(整体升降温和梯度温度)在钢主梁中产生的扭矩较小,但对扭矩分布规律的影响也较为敏感。

可拆装配化钢板组合梁桥总体设计与选型研究

将可拆高强螺栓连接件应用在钢混组合梁中,可提高组合梁的管养效率,降低维修成本,但目前尚缺乏全面的相关研究和设计规范。为此,将UHPC-NC叠合桥面板代替预制桥面板,采用高强螺栓代替预制板剪力钉,形成的新型组合梁桥,并通过有限元模拟进行深入研究验证其可行性。结果表明:该梁桥成桥状态钢主梁墩顶压应力水平从原有的208.8MPa减小到195.6MPa,跨中的拉应力水平从183.4MPa增大到193.9MPa,满足设计要求。为新型可拆装配化钢板组合梁设计提供了参考。

基于时变特性的钢板组合梁桥性能退化规律研究

文章依托安徽省50座典型在役钢板组合梁桥,对钢板组合梁桥运营期的时变性能规律展开研究,分析了钢板组合梁桥体系性能的影响因素;综合考虑材料性能、荷载效应及抗力变化规律,形成了钢板组合梁桥的性能退化模型;建立40 m简支钢板组合梁精细化模型,分析了中载、偏载工况下钢板组合梁桥的时变性能退化规律。研究表明,钢板组合梁体系时变性能退化规律可采用乘幂函数曲线形式表达,其规律主要表现为桥梁运营初期性能退化速率较快并逐渐减缓,桥梁运营后期性能基本不发生退化或退化速率极缓。

基于点云数据的钢板组合梁桥线形计算

传统方法采集和处理桥梁线形数据效率低。文章提出利用三维激光扫描技术,获取钢板组合梁桥点云数据,建立点云模型,通过点云处理技术提取桥梁线形的方法,重点对数据获取的具体作业方法、数据处理技术及桥梁线形结果进行分析,并通过某在建大桥,验证了该方法的可行性和有效性,较全站仪测量桥梁线形效率提升75%。

基于抗扭刚度的钢板组合梁桥横向稳定性研究

钢板组合桥梁性能优异,但在偏载作用下有可能发生横向失稳,因此保证其横向稳定性十分重要。文章采用有限元分析研究了考虑抗扭刚度的钢板组合梁桥的横梁间距对内偏及外偏布载下钢板组合梁桥横向稳定性的响。结果表明横梁间距对内偏及外偏作用下纵桥向弯矩无明显影响,外偏布载相较于内偏布载对钢板组合桥梁横向稳定性的影响更显著,因此需严格控制车道外偏荷载的大小。该研究能够为今后钢板组合梁桥的设计提供参考。