横向四滑道步履式顶推宽幅钢箱梁局部应力分析

采用横向四滑道步履式顶推的宽幅钢箱梁,其与顶推支撑接触区域的局部受力特性如何缺乏研究,且对能否确保顶推安全与顺利至关重要。以泸州沱江四桥变曲率竖曲线钢箱梁顶推施工为背景,采用通用有限元软件ABAQUS建立典型不利工况下"梁-壳-实-接触"混合有限元模型,对局部受力最不利的L5临时墩滑道处钢箱梁的应力及其对材料参数、施工误差的敏感性进行了分析。结果表明:典型不利工况下滑道处钢箱梁线弹性局部稳定安全系数和应力满足规范要求;无应力状态横向四滑道顶面标高相同,梁底横向标高相同;在钢箱梁自重作用下,横向四滑道支反力不等,内外侧滑道支反力分配比为1.69∶1;垫块在采用设计面积条件下,等效弹模降低至钢材的60%,滑道处钢箱梁局部受力最佳;滑道处钢箱梁主要受力构件应力对横向四滑道顶升不同步、转角偏差较为敏感;竖向顶升高差的安全阈值为±5 mm,外侧钢垫块顶面标高宜比内侧钢垫块顶面标高高2 mm;《公路桥涵施工技术规范》顶推施工轴线偏位的允许值为10 mm,对横向四滑道的钢箱梁顶推施工具有一定的富余度。

步履式顶推宽幅钢箱梁局部应力双参数控制研究

为了保证钢箱梁的安全性能以及钢箱梁步履式顶推过程的安全实施,以某简支宽幅钢箱梁桥为例,对步履式顶推四支点宽幅钢箱梁局部应力进行分析,定量确定了施工中较为关注的横向偏位和竖向顶升不同步两个单参数相关控制阈值,基于单参数控制研究提出双参数动态控制阈值范围。计算结果表明:钢箱梁支承区域各主要构件的应力对竖向不同步较为敏感,横向偏位对该区域局部应力有一定影响;对比单参数分析和双参数分析计算得到的控制阈值范围,双参数控制阈值有一定程度的减小,能识别常规单参数控制下所不能识别的顶推风险,可以相对更好地反映顶推钢箱梁局部受力情况。双参数分析为步履式顶推施工提供了更为可靠的手段,是对常规单参数控制的必要补充。

浇注式沥青混合料摊铺中宽幅钢箱梁温度应力分析

以武汉某大跨宽幅斜拉桥扁平钢箱梁为例,采用有限元软件模拟计算浇注式沥青混合料高温摊铺过程中宽幅钢箱梁的温度应力变化。结果表明,浇注式沥青混合料摊铺期间,大跨径宽幅钢桥在跨中横截面处的钢桥面顶板变形较明显,竖向最大位移为0.0096 m,比普通大跨径钢桥跨中竖向最大位移高约28%;钢桥面顶板纵向应力的峰值均位于横隔板正上方,最大纵向拉应力为121 MPa,最大纵向压应力为202 MPa;U形加劲肋处于上缘受压、下缘受拉的正弯矩应力状态,上缘压应力为53.0 MPa,下缘拉应力为60.2 MPa;斜拉索附近的横隔板受力最为不利,最大横向拉应力位于摊铺区正中心,为161 MPa,最大横向压应力位于非摊铺区,为23.1 MPa。

钢箱梁斜拉桥斜拉索应力幅的偏载系数研究

随着交通基础设施建设的发展,出现了桥宽较宽的斜拉桥,桥宽加大使得斜拉桥的空间效应越来越明显,增加了设计和施工的难度。结合工程实例建立了空间梁单元和空间板单元两种模型来研究汽车荷载偏载对大跨度钢箱梁斜拉桥斜拉索应力幅的偏载效应。研究表明:不同位置处斜拉索的偏载系数不同,在空间梁单元模型中采用中心加载方式且设定统一固定的偏载系数不合理;而边跨的两对尾索,几乎不受汽车偏载效应影响,偏载系数为1。

自锚式悬索桥吊索与钢箱梁锚固区的局部应力分析

吊索锚固结构是自锚式悬索桥中的关键节点,锚固结构一般采用锚箱式、锚管式和销铰式等连接方式,受力状态复杂,局部应力集中现象突出,依靠平面杆件计算软件难以模拟实际复杂的应力状态,通常采用有限元建模分析的方法进行计算,本文以一座自锚式悬索桥吊索锚固结构为研究对象,利用空间有限元程序MIDAS/civil建立锚固结构的三维模型,通过三维空间模型对锚固结构进行细部分析。

车轮荷载下钢箱梁疲劳构造细节应力等级评定

针对车轮荷载作用下钢箱梁的疲劳构造细节等级评定问题,基于应力影响线,研究钢箱梁9种疲劳构造细节的局部疲劳应力。根据等效损伤原理对最大应力幅进行修正,并以此为依据划分钢箱梁疲劳构造细节。结果表明:车轮荷载对钢箱梁9种疲劳构造细节的应力影响范围均较小,横隔板与顶板、纵肋相交处的应力影响范围为横隔板间距;顶板与纵肋相交处、纵肋对接处以及顶板对接处,应力影响范围为横隔板间距的1/2。钢箱梁横隔板与纵肋相交处的修正等效应力幅最大,纵肋对接处的修正等效应力幅最小。考虑受力和施工质量,钢箱梁疲劳构造细节可划分为5个疲劳应力等级,并给出9种疲劳构造细节对应的等级。

钢箱梁顶推施工过程内力分析

为确定钢箱梁在顶推过程中的最不利状态,采用大型桥梁结构分析软件对钢箱梁和导梁的整个顶推过程进行了数值模拟仿真,有针对性地分析钢箱梁和导梁的受力和变形,系统地分析了在恒载作用和恒载与风荷载共同作用两种工况下钢箱梁的受力状态。在实际施工中还要不断进行理论模型的修正,使理论模型结果与结构的实际状态最大限度一致。

铁路钢箱梁疲劳应力分析

正交异性钢桥面板构造复杂，由于焊接造成的残余应力、结构本身存在的缺陷、施工质量、以及直接承受车轮荷载的反复作用等综合因素的影响，易于遭受疲劳损伤。依托某在建钢箱混合斜拉桥，采用ANsYs有限元方法分析钢箱梁第二第三体系疲劳应力幅，并与其他软件计算的第一体系应力幅叠加得到钢箱梁疲劳应力幅，可以为设计提供一定的参考。

宽幅钢箱梁顶推局部受力分析与控制

为了解决宽幅钢箱梁步履式顶推施工中结构局部应力变化较为复杂的问题,对宽幅钢箱梁顶推局部受力与控制进行研究。以中卫卫民黄河大桥为背景,首先,通过有限元软件Midas/Civil建立顶推模型,进行顶推过程动态仿真分析;然后,以临时墩支反力、前导梁挠度作为控制指标,确定顶推过程中的典型不利工况;最后,结合ABAQUS建立梁-壳-实-接触混合有限元模型,分析钢梁支承区域的应力情况,提出了对钢箱梁底腹板进行局部加厚处理及增焊角隅加劲肋两种控制措施。实验结果表明:关键工况下两种控制措施可有效地改善钢箱梁局部受力;钢箱梁应力和局部稳定系数满足相关规范要求,且具有足够的安全储备,该方法可为同类施工提供有益借鉴。

某正交异性板钢箱梁斜拉桥UHPC组合桥面改造方案研究

某跨江大桥为主跨460m的斜拉桥,运营多年后正交异性板钢箱梁出现大量裂纹,提出采用超高性能混凝土(UHPC)组合桥面(由配钢筋网的UHPC层与钢桥面板通过短栓钉组合而成)进行改造。为选择合适的改造方案,采用有限元法建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁(UHPC层厚4.5,5.5,6.0cm)模型,分析各疲劳细节应力及UHPC层应力;开展UHPC层配置钢板条的组合结构模型试验,验证其疲劳性能。结果表明:UHPC组合桥面降低了钢箱梁各疲劳细节最大应力幅,降幅为11%~88%,顶板疲劳细节处裂纹尖端最大应力幅降幅达92%;疲劳荷载作用下,UHPC层顶面应力较低,钢桥面板开裂后UHPC层底面应力较大;采用钢板条对5.5cm厚UHPC层的组合结构加强后,UHPC层名义开裂应力达43.2MPa,200万次疲劳寿命达22.1MPa,疲劳性能满足要求,选择该方案进行改造。

钢箱梁疲劳裂纹气动冲击法维修效果评估

以实桥疲劳裂纹为研究对象,从应力和应力强度因子角度评估气动冲击维修方法的现场实施效果.对维修前后疲劳裂纹尖端附近的应力分别进行24 h数据采集,并采用雨流计数法,探讨裂纹尖端应力幅的变化规律.结合应力强度因子测试理论,对比研究裂纹尖端应力强度因子幅的变化规律.研究结果表明:本测点疲劳裂纹为典型的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,维修后疲劳裂纹尖端张拉和剪切应力幅均得到有效降低,改善了裂纹尖端受力条件.高应力强度因子幅的循环次数显著降低,表明气动冲击维修技术对于制约复合型裂纹扩展具有良好效果.

城市立交桥异形钢箱梁疲劳性能研究

异形钢箱梁桥结构复杂,在车辆荷载反复作用下容易出现疲劳破坏。鉴于此,文章分析了疲劳应力、应力循环次数、应力集中等因素对异形钢箱梁桥疲劳破坏的影响。同时,以某城市立交桥为研究对象,利用有限元软件ANSYS建立计算模型,分析了横向轮迹分布和铺装层对异形钢箱梁疲劳应力幅的影响规律,研究成果可为类似项目的设计提供科学的理论指导。

武汉青山长江公路大桥主桥主梁受力特性分析

武汉青山长江公路大桥主桥为主跨938 m的混合梁斜拉桥。该桥中跨主梁采用整体式钢箱梁,边跨主梁采用钢箱结合梁,主梁桥面总宽48 m。为研究该大跨度桥超宽主梁在重载交通下的受力特点,采用有限元软件建立全桥“鱼骨梁”模型进行整体受力分析,建立主梁节段局部模型对中跨桥面系、边跨结合段钢梁、混合接头进行局部受力分析;计算主梁纵向应力不均匀系数,分析宽幅主梁的应力分布特点;对重载交通下正交异性钢桥面进行疲劳性能分析。结果表明:主梁结构整体刚度大,整体、局部计算指标均满足规范要求;边跨主梁边、中腹板剪力分配与腹板面积相关性低;主梁不同位置处断面纵向应力不均匀系数差异性大;主梁疲劳易损细节的抗疲劳设计满足设计寿命期内使用要求。

塔梁弹性支座刚度对三跨连续悬索桥结构体系影响的研究

为研究塔梁竖向弹性支座刚度对三跨连续弹性支承钢箱梁悬索桥结构静动力特性的影响,以主跨926 m的浙江秀山大桥为依托,采用有限元通用软件midas Civil 2013建立4种方案模型,并对比4种方案结构静动力特性,提出合理的塔梁竖向弹性支座刚度控制因素。结果表明,随着塔梁弹性支座刚度增大,梁端和塔梁支座处钢箱梁转角、钢箱梁塔梁支座处和跨中位移也随之减小,但塔梁支座处钢箱梁的弯矩和应力会随之增大;成桥恒载状态下塔梁弹性支座反力也逐渐增大,其相邻的长吊索索力减小60%,但只有合适的塔梁弹性支座刚度,才可显著减小相邻长吊索的应力幅;钢箱梁底板应力和长吊索应力幅是塔梁弹性支座刚度取值的控制因素;结构基频有轻微减小,结构横向刚度有所降低。

大跨度连续下承式钢箱拱桥设计

为满足桥梁的景观和功能要求,小浪底坝后保护区交通桥上部结构采用(95+152+95)m三跨连续下承式钢箱拱结构。主梁为预应力混凝土π形梁,采用钢管桩+贝雷梁法施工。拱肋为钢箱提篮拱,结构用钢采用Q345D钢板,先工厂预制再现场焊接成型。吊索采用7根Ф15.2环氧喷涂无粘结钢绞线,缠包后热挤HDPE,抗拉强度标准值1 860 MPa。下部结构采用柱式台、倒V形实体薄壁墩、高桩承台、钻孔灌注桩基础。采用非线性程序TDV进行计算分析,结果表明,该桥的强度、刚度和稳定性以及抗震性能均满足规范要求。

轮迹横向分布对异形钢桥面板疲劳性能的影响

以温岭市某座异形钢箱梁为研究对象,对车辆在右转弯时轮迹的横向分布进行统计分析,得到其车辆轮迹横向分布概率模型;采用数值模拟方法,分别分析了实测轮迹横向分布及规范(JTG D64—2015)的轮迹横向分布对异形钢箱梁桥面板4种典型疲劳构造细节的疲劳应力幅的影响并进行了比较。结果表明:虽然转弯时轮迹中心线的分布宽度较直行时大,但在某个横向分布区间内表现出更大的集中性;车辆右转弯时,桥面板典型疲劳构造细节的疲劳应力幅受轮迹横向分布的影响十分显著;对于所选取的4种疲劳构造细节,在采用实测轮迹横向分布模型时其等效应力幅均小于规范规定的轮迹横向分布模型的等效应力幅,说明按规范(JTG D64—2015)的轮迹横向分布模型计算偏于安全。

带板肋的钢-UHPC轻型组合桥面疲劳性能理论与试验研究

该文提出了一种新型的带板肋的超高性能混凝土轻型组合结构,通过有限元建模的方法分析了其应用于浙江五一大桥时的抗疲劳性能并与原U肋加劲的钢桥面板进行对比分析。针对该结构在负弯矩作用下UHPC的抗弯拉疲劳性能以及组合结构层间栓钉抗剪疲劳性能开展了足尺模型疲劳性能试验。结果表明:(1)带板肋的组合桥面结构完全解决了传统钢桥面中部分细节疲劳抗性不足的问题;(2)负弯矩疲劳试验得到板肋轻型组合桥面中UHPC层在10MPa弯拉应力幅的作用下经过500万次疲劳荷载作用后裂缝宽度仅为0.09mm,对结构整体性能无明显影响;(3)板肋组合结构中栓钉连接件在90 MPa疲劳应力幅作用下经过50万次循环荷载作用后,未见任何破坏迹象及层间滑移裂缝,换算得到实桥中栓钉抗剪疲劳寿命不小于76 293万次;(4)板肋组合结构中加劲肋在193MPa疲劳应力幅作用下经过50万次循环荷载作用后发生断裂破坏,换算得到实桥中加劲肋疲劳寿命为5 616万次。

跨既有高速公路连续钢箱梁滑移施工合龙控制技术研究

跨既有高速公路变截面连续钢箱梁受现场环境条件制约,不能采用顶推法或支架法进行安装,因此提出了无导梁滑移施工方法。基于无应力状态法施工控制理论,介绍了无应力状态法一般静力平衡方程,验证了分阶段成形和一次成形结构内力和位移的差异来源于在形成连续结构时构件合龙单元的无应力状态量不同。以大仁烟三号桥为背景,提出了合龙前对主梁进行顶升、纵移的方式来改变合龙段的无应力状态量,从而实现跨中无应力合龙,计算表明:调整后成桥状态的内力和位移与一次成桥相吻合,满足设计目标。