曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥改造方案分析

针对某上跨铁路曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥运营中出现桥面变形大的问题,利用桥梁专用软件建立数值分析模型,并结合桥梁静载试验数据,探讨桥面结构变形大的原因;本着少影响下方铁路运行、施工安全可行、节约投资,且能切实改善大桥运营状态的原则,提出简支变连续、加强横撑并增加吊索张拉横梁等措施,对桥面以上部位进行改造,同时对改造步骤给出建议;最后对改造效果进行理论分析.理论分析表明:改造后结构安全,且活载作用下横梁及桥面变形大幅度减小,改造效果显著.

钢管混凝土桁梁桥连续体系受力分析

钢管混凝土桁梁桥的主梁下弦管、上弦管(桥面板)之间几何独立,由各管在跨间约束组成的主梁连续体系形式的选择是该类桥梁设计过程中需要解决的关键问题之一。文章以汶马高速公路汶川克枯大桥为例,分析了强连续体系、中连续体系和弱连续体系下钢管混凝土桁梁力学行为的差异,提出了采用中连续体系时主梁受力最为均衡,为该类桥型设计和理论研究提供借鉴。

钢管混凝土桁梁桥的剪力滞效应分析

为了深入研究钢管混凝土桁梁桥的剪力滞效应,文章以某钢管混凝土桁梁桥为工程背景,建立全桥空间有限元实体模型,分析了桥面板在集中荷载和均布荷载作用下的剪力滞效应。结果表明:桥面板在节间表现为正剪力滞效应,节点处表现为负剪力滞效应;集中荷载越接近支座附近作用时,剪力滞系数越大,在桥跨L/4到3L/4范围内变化不大,均布荷载的分布规律同集中荷载相似,但剪力滞系数均较集中荷载作用时小。

曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥大修改造方案设计

某环城快速路上的跨铁路编组站大桥是一座曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥,由于近年来交通量的增加和车辆超载,主桥结构各构件存在不同程度的损伤。针对该桥的病害及桥位环境,该文提出4种改造方案,经过比选,最终确定了一套系统性的大修改造设计方案,包括桥面系整体改造,上弦杆、腹杆、下弦杆等局部加强等。有限元分析表明:采用的大修改造方案效果显著,预期能达到修复桥梁现有病害、提载及行车道改造的目的。

钢管混凝土桁梁桥连续体系受力分析

钢管混凝土桁梁桥的主梁下弦管、上弦管（桥面板）之间几何独立,由各管在跨间约束组成的主梁连续体系形式的选择是该类桥梁设计过程中需要解决的关键问题之一。以汶马高速公路汶川克枯大桥为例,分析了强连续体系、中连续体系和弱连续体系下钢管混凝土桁梁力学行为的差异,提出了采用中连续体系时主梁受力最为均衡,可为该类桥型设计和理论研究提供借鉴。

部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数

为研究部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥车激动力放大效应,以某3跨连续部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥为研究对象,通过桥梁冲击系数定义求得桁梁桥挠度冲击系数与轴力冲击系数。对比分析了不同车速、桥面不平度、车重、填充系数等因素对桁梁桥冲击系数的影响,并采用MATLAB软件对共867个冲击系数进行拟合优度检验,得到95%保证率下桁梁桥冲击系数统计值。结果表明:部分填充混凝土后能有效降低矩形钢管组合桁梁桥下弦杆动力响应,但并没有降低桁梁桥在车辆荷载作用下的动力放大效应;车速对桁梁桥冲击系数的影响规律不可预测;桥面不平度是影响冲击系数的重要因素,桁梁桥关键截面冲击系数随桥面恶化显著增大,最大增幅约为400%;随着车重降低,桁梁桥关键截面冲击系数增大,最大增幅约为200%;随着混凝土填充系数的增大(下弦杆混凝土填充长度增加),由于桁梁桥下弦杆相对刚度提高,其冲击系数值略有增大;桁梁桥关键截面轴力冲击系数大于挠度冲击系数。在95%保证率下,该部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数统计值为0.223,小于美国规范、澳大利亚规范、英国规范和加拿大规范中的冲击系数取值,但大于中国规范中的冲击系数取值,应引起桥梁设计者的高度重视。

62m钢管混凝土曲弦桁梁桥加固前后抗震性能时程对比分析

以某62m钢管混凝土曲弦桁架桥为研究对象,依据其加固方案,运用通用有限元软件ANSYS建立其加固前后的空间有限元模型,计算该类型桥梁加固前后的自振频率,采用动态时程分析法对比分析其抗震性能。分析结果表明:加固后桥梁的频率值有不同程度的增大,特别是桥梁竖向与扭转频率增幅明显。加固前后桥梁上弦内力中轴力最大,剪力和弯矩较小,内力最大值基本上都出现在上弦两端位置处,此位置应作为桥梁抗震薄弱环节予以重视。在相同工况下,与加固前相比,桥梁加固后的轴力减小约30%,桥梁加固后的位移均有不同程度的减小。加固措施对桥梁横向刚度有所改善,对桥梁竖向刚度有明显提高,特别是对桥面系刚度提高显著。该类型桥梁宜用Taft波动态时程分析结果进行抗震截面验算,用EI-Centro波动态时程分析结果进行挠度验算。

新型矩形钢管混凝土组合桁梁桥结构形式与绿色建造

随着国家践行“双碳”战略和工业化建筑时代的到来,桥梁作为生命线节点工程正在向着装配化、工业化的方向大步迈进,而钢管混凝土组合桁梁桥作为一种高性能组合结构桥梁形式在承载性、承灾性及装配化等方面具有优势,融合“工业化建造”“绿色建材”理念是实现钢管混凝土组合桁梁桥绿色建造的有效手段。为此,从高传力体系、高承载力结构构造及高承载力节点构造等方面阐述了矩形钢管混凝土组合桁梁桥的构造优势,证明其是一种高承载性能桥梁结构形式,从高韧性与高经济性方面进一步论述了矩形钢管混凝土组合桁梁桥的优势所在,并就抗震性能、工程经济性与常规混凝土梁桥进行类比;而后从全预制件装配单元、预制件现场快速拼装角度阐述了矩形钢管混凝土组合桁梁的工业化建造理念,提出与快速拼装相适应的构造措施,并对具有绿色高强优点的碱激发UHPC混凝土应用于钢管混凝土组合桁梁桥进行了构思和设想;最后通过典型工程实践证实了钢管混凝土组合桁梁桥具有轻质高强、力流传递明确的显著特征和高效的装配建造性能。

基于桁梁实桥试验的钢管混凝土界面传力机制

为分析钢管混凝土桁梁桥的承载性能和钢-混凝土组合作用机理,进行了桁梁上、下弦钢管混凝土界面传力行为实桥试验和全桥板壳-实体有限元参数分析;以主跨71 m的简支半穿式钢桁梁桥为依托,沿其上、下弦杆节间长度范围内共布设102个应变测点,测试并分析了加载车作用下钢管轴向应变分布和钢-混凝土界面传力特征;采用ABAQUS软件建立了试验桥板壳-实体有限元模型,经实测挠度与应变数据验证模型的可靠性后,进行了界面连接状态、界面抗剪刚度、钢管厚度、管内混凝土强度等对钢管混凝土界面传力性能的参数影响分析。分析结果表明:钢管轴向应变分布规律可反映钢管混凝土界面传力的基本特征;钢管混凝土桁架上、下弦杆节点区域均出现界面剪力不均匀分布现象,钢-混凝土界面有效传力范围内钢管轴向应变呈负指数函数分布,其他区域钢管轴向应变保持不变;完全脱黏的钢管混凝土桁架弦杆的钢管轴向应变在节点一定范围内呈二次抛物线函数分布;钢管轴向应变因界面连接状态所表现出的不同应变分布规律和剪力传递长度可用于评价钢管混凝土组合作用强弱和界面工作状态;桁架弦杆的剪力传递长度随钢管厚度和管内混凝土强度的增加而增大,钢管厚度的影响更显著;在钢管混凝土桁架弦杆内设置抗剪连接件可缩短剪力传递长度。

基于响应面法的钢管混凝土组合桁梁桥多尺度有限元模型修正

为建立适用于钢管混凝土桥梁的高效、高精度有限元分析模型,提出一种基于响应面法的全桥多尺度有限元模型修正方法。首先以一座钢管混凝土组合桁梁桥为工程背景建立包含全桥、组合桁梁桥面板以及钢管混凝土桁架杆件3个尺度的ABAQUS全桥多尺度有限元模型。在考虑钢管混凝土结构的特点和施工误差的基础上选取桥面板混凝土弹模、厚度,桁架弦杆内混凝土弹模,钢材弹模以及加载车辆荷载5个影响因素作为待修正参数;根据实桥试验条件选择中跨跨中挠度、下弦空管弦杆应力、墩顶钢管混凝土弦杆应力、墩顶受压腹杆应力以及桥面板顺桥向应力5个目标函数。其次采用中心复合设计方法生成了待修正参数的样本集,并将每组参数样本代入有限元模型进行计算。进而采用响应面法建立待修正结构参数和目标函数的2次多项式函数关系,结合参数显著性分析得到响应面方程。最后结合实桥试验结果对多尺度有限元模型3个尺度上的结构参数进行同步修正。结果表明:修正后的参数变化情况与依托工程的实际施工情况相符;采用修正后的参数建立的多尺度有限元模型计算值与实桥试验结果吻合良好;修正后的有限元模型具有较高的精度,可真实反映实际工程中桥梁结构的受力状态。该修正方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。

中等跨径装配式矩形钢管混凝土组合桁梁桥设计

优化了传统混凝土箱梁腹板与底板,提出了装配式桥梁新型结构形式——矩形钢管混凝土组合桁梁桥,从总体设计、主桁选型、横断面选型、桥面板选型、杆件选型、节点选型与连接构造方面介绍了其结构设计优化过程;从桥梁的静力性能与地震响应、桥面板的有效宽度与负弯矩区力学性能方面对矩形钢管混凝土组合桁梁桥进行了有限元分析,并将部分组合技术应用到负弯矩区桥面板连接件的设计中;从技术性与经济性角度将矩形钢管混凝土组合桁梁桥与预应力混凝土箱梁桥进行了工程量和施工便捷性对比。研究结果表明:矩形钢管混凝土组合桁梁桥结构选型符合桥梁预制装配、快速建造的工业化要求,主桁各杆件受力明确,受力形态主要为轴向拉、压力;负弯矩区桥面板有效宽度系数为0.899;采用部分组合技术可使桥面板轴向拉力下降75.3%,有效地提高了桥面板的抗裂性能;矩形钢管混凝土组合桁梁桥初始输入地震力占同等跨度预应力混凝土箱梁桥的58.9%,说明矩形钢管混凝土组合桁梁桥具有良好的抗震性能;钢材用量、混凝土用量、上部结构质量与预应力混凝土箱梁桥的比值分别为1.241、0.485、0.575,说明矩形钢管混凝土组合桁梁桥结构轻巧,材料利用率高,工程造价低,具有经济优势。