基于黏滞阻尼器的大跨钢桁组合梁桥抗震性能研究

文章以大跨钢混组合梁为背景,根据桥梁自振特性及场地效应,生成地震波,建立全桥有限元模型,运用非线性时程分析法,分析了黏滞阻尼器阻尼系数和速度指数对桥梁内力、位移的影响。研究结果表明,在大跨钢桁组合梁上设置纵向黏滞阻尼器可有效降低桥墩墩底截面的内力、位移,合理优化阻尼参数后可有效提升阳尼器位移和弯矩减震率。

大跨度双层钢桁组合梁结构的关键施工技术

以上海闵浦大桥主桥施工为例,对大跨度双层钢桁组合梁结构公路斜拉桥关键施工技术作了深入的研究。从桥梁大体积承台施工技术、边跨双层钢结构桁架梁与混凝土混合结构施工技术、中跨双层正交异性桥面板结合钢桁架梁施工技术等关键技术着手,解决了大跨度双层钢桁组合梁结构公路斜拉桥施工的关键技术难题,确保了工程质量,大幅度缩短了工期,同时降低了施工成本,取得了显著的经济效益。

高速铁路上承式连续钢桁组合梁合理设计参数研究

为给高速铁路上承式连续钢桁组合梁的结构设计提供理论支撑,以某高速铁路主跨172 m跨运河上承式连续钢桁组合梁桥为背景,进行合理设计参数研究。分析桁高、边中跨比及桥面板是否设置预应力筋对结构静力特性以及用钢量的影响,并进行车-桥耦合振动分析。结果表明:主桁桁高合理取值为主跨跨径的1/12,此时桥梁结构能够获得较好的技术及经济指标;边中跨比取0.4~0.5时,结构静力特性均能满足规范要求,取0.5时最为合理;混凝土桥面板不适宜设置纵向预应力筋,为避免中支点附近桥面板开裂,采用UHPC超高性能混凝土是较好的解决方案;该桥型在上述设计参数下,列车运行速度在350 km/h及以下时,舒适性指标可达到“优秀”。

下承式钢桁组合梁桥纵梁不同施工次序下横梁受力分析

公路下承式钢桁组合梁桥多采用纵横梁桥面系,若采用常规施工方案,桥面系横梁会产生相当大的面外弯矩,对结构受力不利。文章结合工程实例,分析该弯矩产生的主要原因,并对比分析了4种不同的纵梁施工次序下横梁的受力状态,结果表明:改变纵梁的连接时机,将会改变横梁面外弯矩,若再在预制桥面板上施加压重,则还可以减少或消除2期恒载甚至活载对横梁的面外影响,改善横梁的受力状态,研究结果可为同类设计结构提供参考。

新型大跨径连续钢桁组合梁桥设计关键技术

对于连续组合梁桥支点负弯矩区桥面板受拉是设计的关键控制点,对于大跨径钢桁组合梁桥这一点尤为突出。同时,负弯矩区桁架下弦杆的内力突变亦应引起设计的注意。以某实际工程为依托,详细介绍了新型大跨径连续钢桁组合梁桥设计的关键技术,通过制定合理的施工工序重点解决了混凝土桥面板开裂问题;通过在下弦杆灌注混凝土形成双重组合截面重点解决了下弦杆的受压稳定问题。

公铁合建斜拉桥钢桁-混凝土板组合梁受力特性

以某主跨808 m的公铁合建新型钢桁-混凝土板组合梁斜拉桥为背景,采用ANSYS软件建立局部组合梁细化的全桥多尺度有限元模型,分析其在不同工况下双层组合梁的受力传力特性和混凝土桥面板荷载分配比,并讨论混凝土桥面板厚度t_(b)、横梁刚度变化系数λ_(K)和钢与混凝土弹性模量比λ_(E)对组合梁受力传力的影响规律。结果表明:最不利组合工况下,钢桁架最不利Von Mises应力为183.6 MPa,混凝土桥面板最大拉应力为5.3 MPa,均满足结构受力要求;沿纵向路径,钢桁架和混凝土桥面应力在节间横梁间均呈“波形”分布;上下层混凝土桥面板顶、底面应力沿横向近似呈“W”和“M”状分布,表明桥面板承受一定沿横向不均匀分布弯矩;公路及铁路混凝土桥面最大剪力滞系数分别为1.45、1.36,更宽的公路混凝土桥面剪力滞效应更显著;公路及铁路混凝土桥面分别承担上、下层结构57.46%~79.99%和33.21%~62.81%的轴向荷载,为组合梁的主要传力构件;混凝土桥面板的应力随t_(b)及λ_(K)的增大而增大,随λ_(E)的增大而逐渐减小;混凝土桥面每层平均荷载分配比ξ与t_(b)成正比,与λ_(K)及λ_(E)成反比;当t_(b)、λ_(K)和λ_(E)参数的取值范围分别为0.8~1.4、0.4~1.6以及4~10时,组合梁混凝土桥面应力及荷载分配比ξ较为合理。

全装配式钢桁-混凝土组合梁剪力件焊缝疲劳分析

为了研究全装配式钢桁-混凝土组合梁桥剪力连接件焊缝疲劳问题,基于全装配式钢桁-混凝土组合梁传力机制,提出了全装配式钢桁-混凝土组合梁非连续传力模型理论,利用该理论计算得到了组合梁界面滑移值和剪力值,并进一步得出组合梁在荷载上限的焊缝剪应力幅值,以此来评价焊缝的疲劳性能.通过设计一实桥缩尺负弯矩区段模型进行疲劳试验,观察全装配式钢桁-混凝土组合试验梁剪力件焊缝在全熔透无损伤情况下的疲劳情况并和非传力模型计算结果进行对比分析.结果表明:随着疲劳加载次数的增加,试验模型桥面板和钢桁的应变值变化在7%以内,未发生应变突变,表明结构整体性良好,未发生焊缝疲劳失效;通过非传力模型计算出组合梁最大剪应力幅值为32.90 MPa,小于组合梁剪力连接件的容许抗力值69.56 MPa,焊缝剪应力幅值远远低于抗力值,不会产生焊缝疲劳问题,这与试验所得结果一致,为之后研究全装配式钢桁-混凝土组合梁的疲劳问题提供了参考.

基于全息挠曲线的钢桁-混凝土组合梁损伤识别

开展钢桁-混凝土组合梁无损及多种有损工况下的试验研究,对桥梁损伤进行有效识别与判断。首先利用视觉测量装置获取沿跨度范围内不同荷载作用下组合梁的全息挠曲线;然后通过数据重构得到各截面的挠度影响线,构造Hankel矩阵并进行奇异值分解;最后利用奇异值斜率峰值与斜率变化率突变点识别指标进行多种损伤工况的识别判断。结果表明:基于全息挠曲线的损伤识别方法对不同损伤工况的识别结果与试验加载前人为设计的损伤情况大致相同,该方法能有效识别结构的损伤位置与程度。

装配式钢桁-混凝土组合梁变形性能的试验及计算方法

为了研究装配式钢桁-混凝土组合梁(PSTC)负弯矩区段的变形性能,针对某依托工程桥梁设计制作了一根变截面PSTC试验梁,开展了负弯矩区段变形性能试验研究。针对此梁,提出了一种挠度简化计算方法:将钢桁腹杆等效为钢腹板,从而计入其剪切变形对组合梁刚度的影响,并同时考虑钢与混凝土之间的界面滑移影响。结果表明,该新型组合梁表现出显著的三阶段受力特征。根据简化计算结果,在20 t和47 t荷载作用下,梁的挠度为3.96 mm和8.31 mm,相比试验测试值4.03mm和8.39 mm,计算结果准确,可为同类桥梁提供参考。

基于奇异信号的钢桁-砼组合梁损伤识别

提出了一种基于挠度影响线奇异信号的损伤识别方法,利用静力作用下结构挠度影响线与刚度的关系,结合Hankel矩阵与奇异值分解的信号处理方法,建立了以各截面影响线奇异值为识别因子的损伤识别模型。编写了以Matlab为主控程序的损伤识别算法,同时完成了对一片装配式钢桁-砼组合梁进行多种损伤工况下的试验。结果表明:利用影响线奇异值作为损伤定性指标,结合其斜率变化率最大峰值位置与数值可有效识别组合梁损伤位置与程度。相比其他方法,该方法的损伤位置识别准确度高且抗噪性能强,损伤识别结果较为理想。

装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥受载性能试验研究

为探析剪力连接布置形式对装配式钢桁-混凝土组合梁的性能影响,制作剪力栓钉水平布置(PSTC-H)与竖向布置(PSTC-V)两种不同形式的钢桁-混凝土组合(PSTC)梁试件,通过两点加载负弯矩试验,观察组合梁的荷载开裂、弹性恢复、关键点位移,分析其力学规律。研究结果表明:各组试验梁的初始裂缝均位于加载点附近的桥道板顶面侧边;PSTC组合梁开裂后,板内裂缝发展较慢,组合梁能够在较长的荷载范围内继续工作;整个加载过程中PSTC-H与PSTC-V梁的剪力连接件工作状态均较好,钢桁架与道板预埋钢板间未见破损及开裂;同级荷载水平下,PSTC-H的破坏最大挠度值、滑移值、裂缝宽度均明显小于PSTC-V。综合来看,栓钉水平布置的PSTC-H剪力连接方式性能更优。

钢桁—混凝土连续组合梁桥设计

抚顺市永安桥加宽扩建上部结构采用一联长 35 2m ,预制安装式钢桁—混凝土连续组合梁 ,跨径布置为 2 4m +2× 2 0m +8× 33m +2 4m。本文介绍该桥工程概况、结构型式的选择、组合梁结构的计算成果及设计。

钢桁-混凝土组合连续梁桥面板负弯矩区抗裂技术研究

为解决大跨度连续组合桁架桥面板负弯矩区开裂问题,分别以主跨80,120 m的钢桁-混凝土连续组合梁为研究对象,采用midas Civil 2021软件建立空间杆系模型,并分别按优化施工顺序法、预加荷载法、施加预应力法、抗拔不抗剪剪力钉连接技术,以及综合抗裂技术等方法进行抗裂性能对比分析。结果表明,采用优化施工顺序使桥面板负弯矩区拉应力降低明显,但由于钢桁梁节点处的剪力集中效应,全桥桥面板拉应力仍较高;预加荷载法在预加力超过一定限值后,对负弯矩区抗裂能力再无贡献;施加预应力法可直接解决负弯矩区开裂问题,但预应力产生的次内力对主桁受力影响较大;抗拔不抗剪连接件可有效释放负弯矩区拉应力,但难以降低桥面板整体拉应力水平;综合抗裂技术在采用抗拔不抗剪连接件的同时,优化施工顺序,分期张拉钢束并改变桥面板的叠合时机,具有良好的的抗裂性能。

水苏沟钢桁-混凝土组合连续梁温度效应

针对钢-混凝土组合梁中混凝土和钢材的导热系数相差过大,温差会在结构中产生较大的温度应力和变形的问题,采用有限元数值仿真,选取水苏沟钢桁-混凝土组合连续梁为研究对象,由桥址昼夜最大温差确定整体升降温的数值,分析了整体升降温对支座反力和变形的影响。通过分析计算发现,在变形和桁杆应力中,整体升降温对结构跨中的影响最大。因此,在钢桁-混凝土混合连续梁桥结构分析和运营期检测中应考虑温度效应影响,尤其关注温度效应对跨中的不利影响,防止跨中下挠过大,应力过大等不利影响,引起结构破坏。

钢桁-砼组合连续刚构桥墩梁固结构造及分析

针对中等跨径的钢桁-砼组合连续刚构桥,通常可采用整体吊装的施工方法[1]。对比分析了现有的墩梁固结形式,结果表明现有形式不利于整体吊装施工,因此提出一种新型的墩梁联结构造,并通过有限元方法,将不同的墩梁联结形式在施工阶段及成桥阶段的力学行为进行了对比分析。结果表明,新型墩梁联结构造有利于钢桁-砼组合连续刚构桥的整体吊装施工,且能有效地改善墩顶处钢桁构件及桥墩的受力性能,具有较好的可行性和安全性。

碳氢火灾下钢桁-混凝土组合梁耐火试验研究

为研究钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能,开展了三榀简支下承式钢桁-混凝土组合模型梁的碳氢火灾试验。采集测点的时变温度,获得模型梁的温度场和传热模式;分析关键断面挠度变化规律和模型梁的破坏模式,揭示热-力耦合作用下的结构响应和破坏机理。研究结果表明:热-力耦合作用会使混凝土桥面板产生大量裂缝,并从中释放水蒸气,在裂缝较少的区域则会出现由于混凝土内部水蒸气压力过大导致的混凝土爆裂现象;混凝土板的隔火作用会使模型梁的温度场呈现出显著的分层现象,并在主桁斜杆高度方向上引起显著的温度梯度效应;横、纵梁下翼板会阻隔部分火焰,形成热辐射盲区,呈现出干扰式传热效应;模型梁的挠度历程可分为初增、缓增和急增3个阶段,当跨中挠度达到L/28后,难以持荷,可认为模型梁达到极限状态,表现为大挠度破坏;当外荷载水平降低10%、模型梁桁架高度增大25%时,分别可将耐火时间提高44.7%和33.3%。建立了经耐火试验验证的热-力-结构耦合数值分析模型,提出了针对钢桁-混凝土组合梁的四阶段损伤-破坏路径及其特征。

装配式钢桁-混凝土组合梁抗裂性能研究

为解决常规钢-预制混凝土桥道板组合梁剪力键预留孔和板间现浇接缝易开裂的问题,提出了带预埋抗剪栓钉(PCSS)剪力键的装配式钢桁-混凝土组合梁(Prefabricated Steel Truss-concrete Composite Beam,PSTC),为考察其抗裂性能,在介绍基本概念的基础上,阐述了PSTC组合梁的制作方法,进行了1组3个带预应力的PSTC组合梁负弯矩区段加载试验,并分析了在负弯矩作用的开裂极限状态下PSTC组合梁截面应变的构成特征;依据考虑滑移影响后的截面应变协调条件和PCSS联结构造的剪力-滑移本构关系,分别建立了PSTC组合梁微段内混凝土板和钢梁的静力平衡方程,推导得到了考虑滑移后PSTC组合梁的开裂弯矩计算公式。研究结果表明:PSTC组合梁首先需要在预制混凝土板内预埋带栓钉的剪力传递钢板,然后在钢桁梁上安装预制混凝土板并施加纵向预应力,最后对剪力传递钢板与钢桁梁顶面的纵缝施焊联结形成组合梁;PSTC试验梁初始裂缝出现在加载点附近的混凝土板边,开裂荷载随混凝土板预应力的增大而增大,相邻预制板间接缝的初始裂缝均略晚于板内首条裂缝出现,PSTC组合梁无明显的抗裂薄弱部位;得到的计算公式计算结果与试验数据吻合良好,可为同类桥梁提供参考。

基于正交试验的钢桁-混凝土组合梁优化设计

为加快绿色交通建设,降低钢桁架结构桥梁建造中的碳排放,实现钢桁-混凝土组合梁结构快速经济合理的设计,提出同时考虑结构位移、构件应力和建材用量的整体结构多目标优化设计方法。以经济效益和结构整体性能提升为目标函数,以钢桁-混凝土组合梁中各构件设计参数为设计变量,结合钢桁-混凝土组合梁挠度和材料强度等约束条件,构建钢桁-混凝土组合梁多目标优化设计数学模型。选取钢桁架竖向高度、纵向节间长度、弦杆截面宽度和高度、斜腹杆截面宽度和高度以及桥面板厚度关键设计参数,分析整体结构主要截面挠度和关键构件最大应力对关键设计参数变化的敏感性。以敏感性分析结果为基础,选取关键设计参数作为正交试验因素,设计32组正交试验。提出钢桁-混凝土组合梁层次分析优化评定系数计算方法,并对32组正交试验结果进行评定,确定设计参数对优化评定系数影响的主次顺序,明确钢桁-混凝土组合梁设计中结构性能与经济效益之间的关联规律,获得其最优设计参数组合。研究结果表明:优化后结构钢材质量为976.03 t,与优化前相比节省用钢质量约5.1%,结构竖向挠度降幅约11.38%,杆件应力最大降幅为14.09%。基于正交试验的结构优化设计方法适用于钢桁-混凝土组合梁结构多目标优化设计,可助力国家“双碳”战略目标的实现。

延崇高速砖楼特大桥主桥上部结构设计

延崇高速砖楼特大桥主桥为曲线上承式拱形变高钢桁组合连续梁结构,跨径布置为(65+120+65)m,单幅桥宽13 m。钢桁梁为2片主桁结构,桁间距9 m,桁高6~18 m。桥面板采用分块预制板+现浇板的结构形式,板厚约33 cm。钢桁梁通过节点弯折改变相邻主桁杆件之间的夹角,以直代曲的方式实现曲线钢桁连续梁桥的建造。桥面超高过渡通过钢桁梁和混凝土板二级横坡变化实现。主桥采用先对称悬臂拼装杆件至钢梁合龙,后安装混凝土板的施工方案。采用有限元软件MIDAS Civil对该桥进行结构计算分析,结果表明该桥结构刚度大,静力、稳定及动力特性均满足规范要求。

孟加拉国帕德玛大桥施工关键技术

孟加拉国帕德玛大桥为双层桥面公铁两用桥,主桥为连续钢桁组合梁桥,桥跨布置为6×(6×150)m+1×(5×150)m。单个桥墩基础采用6根∅3.0 m、倾斜度为1∶6的大直径钢管斜桩;上部结构为全焊接连续钢桁梁-胶拼桥面板组合梁结构。钢管斜桩采用岸上分段制造,浮运至墩位处采用水上定位平台+多层导向架分2节插打的方案施工;上部结构钢桁梁采用整孔制造、整孔架设、逐孔合龙的方案施工。施工过程中下部结构采用水上定位平台及多层导向架施工技术,确保了钢管斜桩的快速插打和施工精度;通过桩内取土置换以及桩侧、桩底压浆技术,提升了桩基承载力,有效解决了桥址地质条件差等问题。大跨度连续钢桁梁采用工厂全焊接整孔制造、现场整孔架设技术,保证了钢梁制造质量和架设工期;桥面板施工采用岸上预制、现场安装的方法,减少了桥上现浇作业量及高空作业风险,保证了施工质量。