钢桁腹预应力混凝土组合梁桥静动载试验研究

介绍了中国首座钢桁腹预应力混凝土组合梁桥——江山桥荷载试验的主要内容和方法,并结合理论计算,对该桥的实际应力、挠度以及自振频率等进行对比分析。试验结果表明:该桥的理论分析和设计方法可行,整体性能良好。研究结果可为中国钢桁腹预应力混凝土组合梁桥的进一步深入研究和发展奠定良好的基础。

钢桁腹预应力混凝土组合梁桥的剪滞效应

钢桁腹预应力混凝土组合梁桥在截面形式上采用桁式腹杆和混凝土顶底板,由于剪切变形的不均匀性,使得组合箱梁在纵向弯曲时产生较为明显的剪滞效应。以某钢桁腹混凝土组合梁桥为例,利用空间实体模型分析了剪滞效应和有效宽度分布规律,并研究了顶底板厚度及钢管壁厚对剪滞效应的影响,为今后同类桥型的设计提供参考。

变截面钢桁腹混凝土组合梁-钢腹杆剪应力计算

基于弹性梁微元法,考虑混凝土顶底板对组合梁的抗剪贡献,在轴力、剪力及弯矩共同作用下,推导变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算公式,并结合算例和有限元进行验证,对比分析在集中荷载作用下理论值与有限元值的相对误差,验证计算公式的适用性。研究结果表明:解析法和有限元法计算结果吻合良好,在变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算中变截面效应的影响不可忽略。在集中荷载作用下,等截面梁与变截面梁等效钢腹板的承剪比最大差值约79.75%;从悬臂梁端部到根部,钢腹杆的剪应力在减小,钢腹杆的承剪比从81.48%降低至10.90%。

钢桁腹-混凝土组合梁桥受弯性能分析

基于欧拉-伯努利梁理论,分析钢桁腹-混凝土组合梁桥的受弯性能。考虑到腹杆在纵向的不连续性,通过对腹杆进行受力分析,将腹杆的受力等效为轴力和面内弯矩,分别作用在顶板和底板上。引入奇异函数建立梁挠曲的微分方程,根据支座边界条件和腹杆节点的位移协调方程求解出所有的未知系数,得到了顶板和底板在不同荷载下的挠曲函数以及腹杆的轴力。根据腹杆的轴力确定腹杆的破坏荷载以及破坏形式。最后通过ANSYS建立实体有限元模型,对比了不同腹杆倾角下顶板的挠度和腹杆轴力,计算结果与有限元结果误差在5%左右。说明该方法能计算在弯曲荷载下,任意点的挠度和所有腹杆的轴力,计算方法既简单又能满足精度要求。

钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点静载试验及极限承载力计算研究

为了解钢桁腹-混凝土组合箱梁(顶、底板为混凝土结构,腹杆为钢结构)外接节点在水平荷载作用下的受力性能,以某钢桁腹-混凝土组合箱梁桥方案为背景,选取钢腹杆轴力最大节点设计、制作缩尺比为1∶3的钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点试件(由混凝土弦杆、方形钢腹杆、节点板组成,原混凝土板简化为混凝土弦杆)并开展静载试验,分析外接节点试件静载试验现象及破坏模式、荷载~位移曲线,以及混凝土弦杆、节点板和钢腹杆的应力分布规律,并基于有效宽度法及撕裂面法与最大强度准则提出外接节点极限承载力计算方法。结果表明:外接节点试件的破坏模式为节点板拉剪断裂失效,极限承载力为设计荷载的5.71倍,承载能力满足要求;混凝土弦杆压应力沿加载方向逐渐减小,沿竖直方向从上往下逐渐增大;节点板应力沿加载方向总体上先增后减,外露节点板是节点受力的关键构件;外接节点极限承载力由节点板和钢腹杆中较弱者控制,采用所提出的计算方法得到的外接节点极限承载力计算值与试验结果相差小于6%。

内衬混凝土对波形钢腹板组合梁桥力学性能的影响

为了解设置内衬混凝土波形钢腹板组合梁桥的剪切性能、轴向性能、弯曲性能和稳定性能及内衬混凝土参数对其力学性能的影响,以某三跨波形钢腹板组合连续箱梁桥为背景,采用ANSYS软件建立空间有限元模型,分析设置内衬混凝土后波形钢腹板组合梁桥的结构挠度、轴向应力、剪切应力、弯曲性能和稳定性,研究内衬混凝土的长度、厚度变化对结构稳定性、轴向性能及弯曲性能的影响,并给出内衬混凝土的合理长度与厚度建议。结果表明:内衬混凝土能显著降低支点区域波形钢腹板的剪应力和预应力施加效率,提高结构稳定性能;混凝土桥面板压应力随着内衬混凝土长度和厚度的增加而减小;实桥设计时,建议内衬混凝土长度不小于中支点梁高,厚度最大不小于0.07倍中支点梁高,最小满足混凝土浇筑及构造要求。

高速铁路钢桁腹混凝土组合梁斜拉桥设计研究

以包银高铁乌海黄河桥为背景,采用调研与有限元分析相结合的方法,针对钢桁腹混凝土组合梁斜拉桥桥型,从控制因素、结构体系、主要参数、受力性能、施工方案等方面展开深入的研究。结果表明:该桥型能够满足桥址的控制条件要求;主桥结构构造及主要参数选择合理,结构具有良好的刚度和受力性能;采用钢桁腹降低了主梁自重,能够有效降低地震响应,从而降低下部结构的设计难度;施工时采用"钢结构杆件悬臂拼装+混凝土顶底板平台现浇联合施工法",充分发挥主梁钢结构的临时支撑作用,具有显著的经济性;桥体具有良好的通透性和景观效果。该桥型在高速铁路高烈度震区的大跨度桥梁中具有较广阔的应用前景。

波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭性能研究

以波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁为研究对象,开展抗扭性能试验和理论分析,并与波形钢腹板-钢管桁式弦杆组合梁和波形钢腹板-钢管混凝土弦杆组合箱梁抗扭性能进行对比;研究波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁的扭曲破坏形态、截面类型、管内混凝土对组合梁抗扭性能的影响,并探讨波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法。结果表明,波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可等效为闭口箱形截面。扭曲破坏形态为混凝土桥面板沿与梁轴线呈45°方向斜向开裂,且纵向钢筋发生屈服。管内混凝土对组合梁抗扭刚度和抗扭承载能力具有一定的贡献度。基于线性刚度叠加方法,提出钢管混凝土组合抗扭刚度计算方法。根据波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁可能发生的四种扭曲破坏形态,提出波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁抗扭承载能力计算方法,并将采用该文所提出的组合梁抗扭承载能力计算方法得到的理论计算结果与试验和有限元分析结果进行对比,误差不超过8.5%。

波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁桥疲劳性能的多尺度有限元分析

对波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁进行了多点约束界面连接及多尺度有限元建模,通过计算分析和理论公式对比,验证了疲劳寿命预测精度和计算分析效率。采用多尺度模型对波形钢腹板-钢管翼缘连接部位应力特性进行了分析,比较了波形角以及波形转角曲率半径与波形高度比值对连接部位应力特性的影响。结果表明:采用多尺度模型可在不影响疲劳寿命预测精度的前提下,较为有效地提高波形钢腹板-钢管组合梁疲劳分析的计算效率,其计算分析时间比精细化模型可节约28.9%,而寿命预测相对误差可控制在2%以内;对于梁结构建模,采用多尺度模型计算分析时间比精细化模型可节约40.7%,而寿命预测相对误差可控制在5%以内;多尺度模型模拟连接部位主应力分布规律与精细化模型一致,最大主应力值相对误差在5%以内;该方法可较好地实现对波形钢腹板与钢管混凝土翼缘连接部位不利应力状态的模拟,可为波形钢腹板-钢管混凝土翼缘组合梁的相关疲劳损伤分析提供参考。

波纹钢腹板体外预应力混凝土组合梁桥

本文首先对波纹钢腹板体外预应力混凝土组合梁桥的发展概况进行了回顾。

钢桁腹-混凝土组合梁桥的力学性能研究

钢桁腹-混凝土组合梁桥是桥梁结构的轻型化和工业化理念下催生的新结构,在现今中等跨径新桥型中具有一定竞争力。本文拟以该类桥梁为研究对象,研究分析合理节点形式,探讨该类桥梁的可施工性和力学性能;研究钢桁腹-混凝土组合梁桥的空间受力行为,揭示点支撑下混凝土桥面板受力特性,提出钢桁腹-混凝土组合梁桥整体结构的设计理论与优化措施。

支点位移法在钢-混凝土连续组合梁桥施加预应力中的应用研究

钢-混凝土连续组合梁桥的中间支点附近为负弯矩区,会导致桥面混凝土开裂,缩短使用寿命。支点位移法可以对混凝土桥面施加一定的预应力,从而避免桥面混凝土因受拉而开裂。结合张家界至南充国家高速公路湖北省宣恩(李家河)至咸丰段小模枢纽互通主线钢-混凝土连续组合梁桥的设计施工,分析研究支点位移法。

新型钢桁腹预应力混凝土组合梁性能分析

为了更清楚新型钢桁腹预应力混凝土组合梁桥的力学性能,以一座钢桁腹预应力混凝土组合梁桥为工程背景,采用精细化空间梁格模型进行了比较分析。研究表明:恒载作用下全桥各个截面都存在明显的剪力滞效应,但顺桥向位置不同其不均匀性也有差异;由于桥面板局部刚度较低,钢腹杆节点疲劳问题较为突出;取消了上下钢弦杆,顶底板混凝土的预应力效率大幅提高。

变截面连续钢-混凝土组合梁桥拼宽设计研究

为促进钢-混凝土组合梁结构在公路改扩建工程中的应用,文章以扬溧高速丹徒枢纽主线上跨沪宁高速主线桥拼宽设计为例,对老桥采用钢-混凝土结构进行拼宽设计。解决桥梁净空受限、新老桥变形协调、施工周期控制严格等问题,能为国内同类桥梁的拼宽设计提供借鉴。

钢-混凝土组合梁桥的抗震性能分析及优化设计

钢-混凝土组合梁桥集钢材高强度与混凝土耐久性于一体,表现出优良的承载能力与抗震性能。它的组成是由钢梁与混凝土桥面板组成。从抗震角度来看,组合梁桥虽然能有效地分散地震力,但是也有不利之处并且有很多因素影响着它的抗震性能,其中主要有结构参数、材料特性等。评估方法主要有理论分析、数值模拟、试验研究等。优化设计策略突出以性能为本的设计理念,从改善结构细节、材料选择等方面增强桥梁整体性能。文章旨在对钢-混凝土组合梁桥抗震性能及优化设计进行探究,以期对桥梁工程起到一定借鉴。

钢桁腹混凝土组合梁试验与承载力设计方法研究

设计制作两片相同的钢桁腹混凝土组合梁进行静力加载试验,研究其在对称荷载作用下的受力性能;利用有限元软件ABAQUS建立与试验梁相同的有限元分析模型,对其受力性能进行分析;根据钢桁腹混凝土组合梁的破坏模式,提出不同破坏模式下承载力的计算公式,并与试验结果、有限元分析结果进行对比,验证公式的准确性。结果表明:钢桁腹杆与混凝土顶底板协同工作,整体性能良好且具有较好的延性。钢桁腹混凝土组合梁在试验过程中未出现腹杆屈曲破坏及节点的剪切破坏,表现出良好的剪切屈曲稳定性。本文提出的钢桁腹混凝土组合梁承载力计算方法简单可靠。

钢-混凝土组合梁桥温度场及温度效应研究

为研究钢-混凝土组合结构梁桥的温度场及温度效应,以一座钢-混凝土组合梁桥实际工程为研究对象,对其温度场进行了实测,并通过最小二乘法拟合得到沿截面竖向的最不利温度梯度模式,与我国现行规范中规定的温度梯度模式进行对比,最后通过建立实桥的有限元模型分析了两种温度梯度模式作用下的桥梁结构响应。研究结果表明:钢-混凝土组合结构混凝土桥面板与钢梁接触的局部范围内存在较大温差;由实测温度场拟合得到的温度梯度模式与我国现行规范规定的温度梯度模式形式上有所差别。

波形钢腹板组合桥梁内衬混凝土抗剪性能研究

波形钢腹板组合桥梁墩顶根部通常设置有一定厚度的内衬混凝土与波形钢腹板共同承担截面剪力,但钢-混组合腹板的剪力分配关系尚不明确,以滁河大桥为背景,通过理论计算和有限元分析研究了内衬混凝土的厚度对波形钢腹板抗剪性能的影响。结果表明:内衬混凝土能够增加腹板的有效抗剪面积,为波形钢腹板分担剪力,当内衬混凝土厚度大于20cm时,其腹板所承受的剪力大部分由内衬混凝土承担。

油罐车火灾下钢-混凝土组合梁桥结构响应研究

采用数值模拟方法,研究钢-混凝土组合梁式公路桥在大型车辆火灾下的结构响应,考察桥梁形式、火灾工况及荷载比的影响。首先以规范给定的烃类火灾升温曲线及CFD模拟实际油罐车火灾所得到的升温曲线作为温度边界条件,用ABAQUS建立了8个有限元模型进行计算,得出了构件内部温度场,发现实际火灾下斜交桥受火跨最高温度低于正交桥的,但整体温度更高;实际火灾较规范火灾下结构升温更快,最高温度更高;随后以受火升温结果作为温度荷载,通过恒载升温分析,考察了共计18个案例的结构响应,发现正交桥和斜交桥在火灾下的破坏模式有较大差别,前者出现不适于继续承载的变形,同时伴随着远端支座腹板屈曲的局部破坏,而后者主要体现为远端支座腹板严重屈曲;最后提出了针对钢-混凝土组合梁桥抗火措施和设计思路的建议。

腐蚀环境下钢-混凝土组合梁桥疲劳寿命计算

随着车重和车流量的增长,我国公路桥梁的疲劳安全问题日益突出。对环境腐蚀下桥梁疲劳问题展开了研究。基于S—N曲线和Miner线性累积损伤理论,考虑了不同疲劳车车重、日均车流量和环境腐蚀的作用,计算了某钢-混凝土组合梁桥的疲劳寿命。定义了疲劳修正系数并提出了用该系数考虑环境腐蚀对桥梁疲劳寿命影响的计算方法。研究结果表明:随着疲劳车车重或日均车流量的增长,腐蚀对疲劳寿命的影响逐渐减小。对于B类疲劳细节,在轻度、中度和重度腐蚀环境下,腐蚀引起疲劳寿命的最大降低比例分别为5%、9%和44%。疲劳修正系数可用于考虑腐蚀影响的组合梁桥的疲劳设计和评估,其取值与疲劳细节类别、环境腐蚀等级和无腐蚀环境下疲劳寿命有关。