公铁同层大挑臂钢箱梁正交异性桥面板疲劳特性研究

为深化认识大挑臂钢箱梁正交异性钢桥面板的疲劳问题,以世界首座公铁同层大挑臂钢箱梁斜拉桥——金海大桥为背景,采用ANSYS软件建立钢箱梁节段精细化有限元模型,分析了多种工况下箱梁在有挑臂和无挑臂处顶板、U肋及横隔板关键疲劳细节的应力状态、应力影响面等,并对比分析了箱梁疲劳特性在横桥向的差异。结果表明,大挑臂钢箱梁的顶板-U肋细节应力影响面长宽约为2个U肋和2道横隔板,与普通闭口钢箱梁无异,而横隔板-U肋细节应力影响面长宽约为7个U肋和3道横隔板,远超普通闭口钢箱梁同类细节应力影响范围;箱梁在不同区域的部分同类疲劳细节受力状态存在明显差异,沿纵桥向,分别在有挑臂和无挑臂处的横隔板开孔底边细节应力差距高达85.4%;沿横桥向,靠近箱梁中心线的内侧车道为最不利加载车道,该车道内横隔板侧边开孔细节最不利应力幅可高出其他车道57%;箱梁各疲劳细节对轮载横向分布位置十分敏感,其沿横桥向疲劳特性差异主要由横梁整体弯剪变形引起,同时,邻车道疲劳荷载对横隔板侧边开孔细节应力幅影响超过38%。因此,多车效应不宜忽略,根据重车车流量统计推算,本桥多车效应系数建议取值1.05。

钢箱梁正交异性桥面板球扁钢纵肋球头朝向和横隔板空孔的优化

某钢箱梁正交异性桥面板行车道范围内采用球扁钢纵肋,在横隔板对应部位设置空孔让纵肋连续通过,为研究横隔板的空孔圆弧、空孔与纵肋连接端部等两个细节部位的受力特性,以某立交桥F匝道为工程背景,建立全桥有限元模型,对称荷载作用,对比横隔板对称位置空孔应力分布,分析纵肋球头朝向和背对邻近腹板两种布置对空孔受力的影响。荷载位于不同横向位置,分析横隔板空孔面内受力。荷载位于不同纵向位置,分析横隔板空孔面外受力。对横隔板空孔圆弧半径进行参数分析。研究表明,球扁钢纵肋球头背对邻近腹板和适当增大空孔圆弧半径等措施,可明显改善横隔板空孔圆弧部位受力,但对空孔与纵肋连接端部效果不够明显,需采取进一步措施以改善该细节部位的受力性能。

钢箱梁正交异性桥面板构造优化

钢箱梁采用正交异性桥面板是目前钢桥主梁最常用的构造方式,但在箱梁腹板顶部附近沥青混凝土桥面铺装时常出现开裂等病害。为了避免该病害的发生,在满足施焊空间的前提下,提出在邻近腹板的U肋与腹板间加一字形(或球头钢板)短肋和在腹板上方顶板局部加厚的两种构造方案,并采用数值模拟方法对方案进行分析。结果表明,上述方案均能有效减小腹板顶部与其邻近区域的刚度突变,提高腹板附近桥面板的刚度,进而减小腹板附近桥面板的横向应力和转角,可在一定程度上避免腹板顶部铺装层开裂。

基于波形钢板的钢箱梁正交异性桥面板静力特性研究

提出一种基于波形钢板的新型钢箱梁正交异性桥面板结构形式,该新型桥面板结构包括上顶板、波形钢板加劲肋、下顶板和横肋。通过有限元方法对新型正交异性板的横向传力特性进行分析,并研究了顶板厚度、横肋间距、横肋厚度等参数变化对新型结构疲劳热点应力的影响规律。研究结果表明:新型正交异性板具有双向受力的特点,与传统正交异性桥面板的受力模式明显不同,因此结构设计时需要加大横肋间距,才能充分发挥桥面板较明显的荷载横向分配特性;同时,基于构造参数的影响,提出了适合新型结构的构造参数,以充分发挥新型结构的优势,避免过于复杂的焊接构造。

大型公路钢箱梁正交异性桥面板工地接头连接新工艺

大型公路钢箱梁正交异性桥面板工地接头即箱梁节段之间的连接，过去均采用全焊或高强度螺栓连接。各国实桥运营经验表明．这两种连接方式各有不足。全焊连接时，U形肋嵌补段对接焊和肋角角接焊均处于仰焊位置施焊．而仰焊工作条件恶劣，施工周期较长．仰焊焊接质量比俯焊难以保证，经过一段时间运营后在这些焊接处容易产生疲劳裂纹。

大型公路钢箱梁正交异性桥面板的可行性分析

大型公路钢箱梁正交异性桥面板工地接头即箱梁节段之间的连接，过去均采用全焊或高强度螺栓连接。各国实桥运营经验表明，这两种连接方式各有不足。所以，随着施工技术的不断进步，钢桥面板工地接头构造细节也再演变。本文介绍了大型公路钢箱梁正交异性桥面板工地接头构造细节的演变，并通过两个足尺试件的静载和疲劳试验，以及有限元分析，证明正交异性桥面板工地接头采用焊拴连接具有足够的刚度、承载力和耐久性。

公路钢箱梁正交异性桥面板的试验研究

大型公路钢箱梁正交异性桥面板工地接头即箱梁节段之间的连接,过去均采用全焊或高强度螺栓连接。各国实桥运营经验表明,这两种连接方式各有不足。所以,随着施工技术的不断进步,钢桥面板工地接头构造细节也再演变。本文介绍了大型公路钢箱梁正交异性桥面板工地接头构造细节的演变,并通过两个足尺试件的静载和疲劳试验,以及有限元分析,证明正交异性桥面板工地接头采用焊栓连接具有足够的刚度、承载力和耐久性。

大型公路钢箱梁正交异性桥面板

本文结合工作经验，对正交异性标面板工地接头构造细节的演变进行论述，并对该接头的足尺试件进行了有限元分析。

正交异性钢-钢纤维混凝土组合桥面板疲劳极限状态研究

为了解正交异性钢-钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete,SFRC)组合桥面板的疲劳性能及失效机理,以川南城际铁路临港长江大桥为背景,设计、制作正交异性钢-SFRC组合桥面板足尺模型进行疲劳试验,采用ANSYS软件建立试件有限元模型,研究关键细节的疲劳应力和开裂等情况。基于有限元模型,分析不同设计参数(钢顶板厚度、栓钉布置、SFRC抗拉强度及层厚)下组合桥面板疲劳极限状态的失效模式,并提出了主要控制参数取值建议。结果表明:200万次疲劳加载后足尺模型的实测最大裂缝宽度为0.136 mm,出现在SFRC层上缘,钢结构未开裂,组合桥面板疲劳性能良好;组合桥面板疲劳极限状态主要由SFRC层开裂控制,钢顶板厚度、栓钉布置对组合桥面板疲劳性能的影响较小,SFRC抗拉强度和层厚对组合桥面板疲劳性能影响较大,为主要控制参数;在常规正交异性钢桥面板上铺设薄层(厚度不超过50 mm)SFRC时,SFRC抗拉强度不应小于5 MPa,在常规正交异性钢桥面板上铺设普通SFRC(钢纤维体积含量不高于1%,抗拉强度不高于3 MPa)时,SFRC层厚不宜低于100 mm。

移动荷载作用下正交异性桥面板应力响应分析

研究目的:正交异性桥面板在钢结构桥梁中的应用愈发普遍,但在往复车辆荷载作用下容易引发疲劳开裂。准确评估桥面板在移动荷载下的应力响应是后续开展疲劳分析的基础,因此显得尤为必要。鉴于此,本文建立连续三跨正交异性桥面板实体-板壳多尺度有限元模型,采用Fortran语言编制Dload子程序实现移动荷载施加,全面分析桥面板在不同加载工况下的应力动态响应过程,以便明确典型构造细节的受力状况,为正交异性桥面板的疲劳性能评估与改善提供科学依据。研究结论:(1)加载中心线接近盖板-U肋连接焊缝或U肋开口正上方时是钢桥面板的最不利加载位置;(2)对于盖板-U肋节点,单轮加载分析即可较好地反映其应力响应状态,而对于U肋-横隔板连接处以及横隔板弧形切口区,双轮加载导致的应力影响不可忽略;(3)不同加载工况下,横隔板弧形开口区总是处于高应力态,属于钢桥面板的最不利受力部位,容易引发疲劳破坏;(4)本研究成果可用于钢桥面板结构在车辆移动荷载作用下的应力状态评估。

桥上爆炸作用下正交异性钢桥面板的破坏模式研究

桥上爆炸作用下正交异性钢桥面板的破坏模式研究简介正交异性钢桥面板广泛应用于以悬索桥和斜拉桥为代表的大跨度钢桥,作为交通生命线上的咽喉工程,大跨度钢桥极易遭受军事打击和恐怖袭击导致的爆炸荷载。爆炸荷载作用下桥面板结构可能发生局部破坏,甚至整桥发生倒塌,严重威胁桥梁的通行性能。而已有研究主要局限于爆炸作用下钢板/加劲钢板等简单结构的破坏模式,对于具有复杂结构布置的原型正交异性钢桥面板的破坏模式研究较少。

混凝土铺装层开裂对正交异性钢桥面疲劳性能劣化作用研究

为合理评估混凝土铺装层开裂对正交异性钢桥面板疲劳性能劣化的影响,开展足尺模型疲劳试验并进行数值仿真分析,得到铺装层开裂后钢桥面板典型易损细节疲劳应力,并提出疲劳应力增大系数量化分析裂缝尺寸对各细节疲劳应力的影响效应。结果表明:混凝土裂缝深度不超过其厚度20%时,正交异性钢桥面典型细节疲劳应力增幅很小;混凝土层正下方的横隔板-U肋-顶板及横隔板-U肋细节疲劳应力对混凝土裂缝长度、深度变化较敏感,混凝土开裂对横隔板弧形开口处及U肋圆弧处的影响较小;纵桥向裂缝对疲劳应力的影响比横桥向裂缝显著,且多裂缝会明显增大疲劳细节处应力水平,会加速桥面结构疲劳性能劣化,因此须设钢筋网阻滞裂缝扩展。

曲线钢箱梁桥面板力学行为及构造优化研究

研究目的:小半径曲线钢箱梁桥正交异性钢桥面板构造繁复,弯扭耦合作用下受力特性极为复杂。为了探究该类型桥面板力学特性,并提出合理构造优化建议,本文依托西安市某立交小半径曲线钢箱梁匝道桥,采用数值分析方法研究局部荷载作用下曲线钢箱梁桥面板力学行为,并基于正交试验方法,利用IntelliJ IDEA软件开发曲线钢箱梁桥面板构造优化程序,实现桥面板多目标构造参数优化。研究结论:(1)边跨最大正弯矩截面为大多数控制细节的最不利荷载控制截面,其中车轮荷载作用于边跨最大正弯矩位置时控制细节3(横隔板过焊孔圆弧位置)的主应力明显大于最大负弯矩和零弯矩位置,且车轮荷载作用于曲线钢箱梁外侧会增大桥面系应力;(2)车轮荷载作用于纵肋正上方和中间时产生的各控制细节主应力较相近,但作用于横隔板中间与正上方造成的局部应力具有显著差异,进而确定曲线钢箱梁正交异性桥面板各控制细节的最不利荷载作用位置;(3)通过多目标优化构造运算确定的曲线钢箱梁正交异性组合桥面板的合理构造,可显著改善桥面板力学特性;(4)本研究成果可为曲线钢箱梁正交异性桥面系构造设计和养护方法提供优化建议。

钢箱梁正交异性桥面板疲劳评估全空间S-N曲线研究

全空间S-N曲线是利用时序准则进行钢箱梁正交异性桥面板疲劳评估的基础。首先基于钢桥设计规范给出的有限疲劳寿命区S-N曲线,从理论上推导了覆盖低周疲劳寿命区、有限疲劳寿命区和高周疲劳寿命区的一般全空间S-N曲线模型。进一步针对小型汽车和日常风等荷载引起的低水平应力幅以及地震和强风等荷载引起的高水平应力幅,引入高周疲劳损伤累积因子和低周疲劳强度调整因子分别对低水平应力幅和高水平应力幅造成的疲劳损伤进行计算,提出一种适用于钢箱梁正交异性桥面板疲劳评估的全空间S-N曲线模型。在此基础上对模型参数的几何意义进行了解释。最后采用正交异性桥面板顶板-U肋疲劳试验数据对模型参数进行了估计,得到了具有最佳拟合度的全空间S-N曲线和具有99%保证率的疲劳评估全空间S-N曲线。研究结果表明,该文提出的全空间S-N曲线模型能准确描述钢箱梁正交异性桥面板在各种应力幅下的疲劳损伤累积特性。研究结果可为钢箱梁正交异性桥面板的疲劳评估奠定基础。

大纵肋正交异性钢-免蒸养UHPC组合桥面板力学性能研究

为明确大纵肋正交异性钢-免蒸养UHPC组合桥面板的力学性能,进行免蒸养UHPC材料力学性能试验、构件静力模型试验与疲劳模型试验,分析其材料基本力学性能、剪力钉抗剪性能、组合桥面板抗弯性能及疲劳性能。结果表明:免蒸养UHPC材料的弹性模量略高于高温蒸养UHPC材料,其他力学性能指标相较于高温蒸养UHPC材料均有不同程度的降低;免蒸养UHPC中剪力钉的破坏模式表现为剪力钉根部剪断并伴有焊环局部UHPC压溃,组合桥面板名义开裂应力为13.7 MPa,满足结构抗裂性要求;组合桥面板的疲劳破坏模式表现为UHPC结构层开裂,继而纵肋与横隔板连接焊缝焊趾处疲劳开裂,组合桥面板的疲劳寿命最终由焊接细节的疲劳强度所控制;纵肋与横隔板连接焊缝的等效疲劳强度为157 MPa,满足现行规范要求。

正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板抗弯性能分析

为探讨不同类型加劲肋构造对正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板抗弯性能的影响,通过试验和数值模拟方法分析比较了平钢板-混凝土连续组合桥面板(SCCCDs)、带一字肋的正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板(OSCCCDs)和带U形加劲肋的正交异性钢板-混凝土连续组合桥面板(USCCCDs)等3种组合桥面板抗弯性能的异同点,研究了加劲肋数量、加劲肋厚度、钢板厚度、混凝土厚度、配筋率和PBL剪力连接件间距等参数对抗弯性能的影响.结果表明,3种类型钢板-混凝土连续组合桥面板的抗弯刚度和极限承载能力存在显著差异.相比于SCCCDs, OSCCCDs和USCCCDs的极限荷载分别提高了23.1%和74.5%.混凝土板厚度对连续组合桥面板的抗弯性能影响最大,对抗弯刚度和极限承载力的影响率分别为15.70%和22.44%.

钢箱梁斜拉桥正交异性桥面板的受力性能

以青岛海湾大桥红岛航道桥为工程背景,对钢箱梁斜拉桥桥面板进行受力性能分析。将桥面板分为3个基本受力体系:桥面板作为主梁截面的一部分承受车辆运营荷载(第一基本体系);由桥面板和纵横向加劲肋组成桥面结构,承受桥面车轮荷载(第二基本体系);支承在纵横加劲肋上的钢桥面板直接承受车轮局部荷载(第三基本体系)。建立空间杆系模型和空间板壳模型对桥面板进行有限元分析,得到各体系下结构的受力特性,针对3个体系下桥面板正应力进行叠加。结果表明:钢箱梁顶板的最大压应力为87.7 MPa,满足规范要求;运用应力叠加进行钢桥面板计算是一种近似的方法,计算得出的结果一般偏于保守,但其精度可以满足设计要求。

城轨钢箱梁U肋正交异性钢桥面板疲劳应力的正交化计算方法

针对城轨钢箱梁正交异性桥面板关键构造疲劳应力问题,基于有限元方法提出正交化计算方法。首先计算典型正交异性钢桥面构造疲劳应力在城轨A型车和B型车作用下的纵向影响范围及最不利加载位置,并分析减振垫、吊点横隔板、轨下纵梁和道床板等参数的影响。然后根据大量工程实桥设计参数统计提出轨道交通桥梁正交异性板钢箱梁基准计算模型,并建立基准计算模型的空间有限元模型,通过数值计算得到顶板厚度、横隔板高度、横隔板间距、轨下纵梁高度及2种常见开孔形式等关键设计参数的影响系数,基于正交化方法提出不同设计参数条件下正交异性桥面板结构细节的疲劳应力计算公式。最后通过算例验证了正交化计算方法的可靠性和适用性。结果表明:城轨A型车在疲劳荷载作用下结构受力最不利;轨下纵梁刚度对疲劳应力有显著影响。

典型正交异性桥面板病害分析与加固技术研究

为了有效解决正交异性钢桥面板的病害问题,该文依托某钢箱梁斜拉桥桥面加固工程,开展钢桥面板病害分析与加固技术研究。结果表明:钢桥面板病害主要表现为疲劳开裂,疲劳裂缝具有数量多、长度短、开裂深、持续增长等特点,病害不断加重;疲劳应力幅超标是导致钢桥面板疲劳开裂的主要因素,钢桥面板一旦发生开裂,裂缝尖端应力幅不断增长,裂缝将会持续扩展;理论上改进型超高性能混凝土(UHPC)加固方案可使钢桥面板疲劳细节应力幅和裂缝尖端应力幅分别降低86.4%和92.6%(均降至常幅疲劳极限以下)。实桥加固后钢桥面板疲劳应力幅显著降低,疲劳病害得到有效缓解。

钢桥梁正交异性桥面板U肋焊接工艺研发与探讨

结合近些年来几种桥面板U肋角焊缝焊接工艺研发情况,详述了坡口设计、焊接工艺及工艺措施等内容,通过焊缝宏观金相试验检验熔深,分析了各种焊接工艺措施的优势和不足,总结了实施过程中的控制要点,为今后施工提供借鉴。