钢-混凝土结合桁架拱桥施工控制技术

为了使钢-混凝土结合桁架拱桥成桥后达到合理的内力和线形状态,以成都—贵阳铁路鸭池河特大桥为例介绍了大桥施工全过程控制技术。拱肋钢桁架拼装阶段,重点控制预拼场内胎架上拱肋节段组拼线形和桥位处拱肋节段悬臂拼装线形;拱肋混凝土浇筑阶段,根据模拟分析结果优化拱肋施工过程中的受力,并对关键受力部位进行重点监测;主梁大节段浇筑阶段,对主梁进行一次性总体预拱度设置,对吊杆索力分两阶段张拉控制。成桥后经现场实测,拱肋、主梁高程偏差总体上在50 mm以内,吊杆索力偏差总体上在5%以内,其偏差均在合理范围内,满足规范要求。

叠加空腹桁架的钢-钢骨混凝土组合转换桁架设计分析与监测

针对某上弦为钢骨构件、腹杆及下弦为型钢的钢-钢骨混凝土组合转换桁架结构,采用PKPM软件对组合转换桁架和其上空腹桁架进行了多个整体模型的弹性对比分析及静力推覆分析。结果表明,施工模拟方式、楼面板刚度模拟方式、混凝土空腹桁架构件徐变、中大震下出铰情况对转换桁架和空腹桁架分担的转换荷载计算值均有较大影响,相关因素应予包络、准确地考虑。对多个子结构组合而成的结构体系,应明晰各子结构在整体中发挥的作用,以及各子结构在相关因素变动情况下的定量变化情况,以保证各子结构性能稳定性和整体结构的安全。工程施工阶段监测表明,叠加空腹桁架的组合转换桁架结构变形及构件应变基本与设计预期相符,转换结构安全合理。

车辆荷载作用下钢-混凝土组合梁疲劳应力分析

【目的】随着桥梁服役期延长和车辆荷载增加等多种因素的影响,结构承载力会变得越来越弱,疲劳寿命不断降低,最终可能导致低应力疲劳破坏。因此有必要对车辆荷载下拱桥钢混组合梁的疲劳细节应力进行研究。【方法】采用数值模拟的方法,利用Midas FEA NX软件建立3个标准长度的三维实体精细有限元模型,分析钢混组合梁易损疲劳关键点的位置,并研究车辆荷载横向最不利加载位置和纵向加载下的疲劳细节应力变化规律。【结果】结果表明,组合梁次横梁与中纵梁交点处有三处疲劳关键点;靠近桥梁中线位置是车辆荷载下钢梁疲劳最不利的横向加载位置;四种不同标准的纵向车辆加载时,三个疲劳关键点均出现两次应力峰值,且最大应力幅值均低于常幅疲劳强度的极限值。【结论】研究成果可为钢-混凝土组合梁试验和相关研究提供参考。

高速铁路大跨度钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥稳定性研究

为研究高速铁路大跨度钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定性,依托主跨300 m深茂铁路虎跳门水道特大桥,采用有限元软件ANSYS建立以梁单元为主的空间杆系有限元模型,对铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥开展线弹性稳定分析,并进行考虑几何初始变形及材料弹塑性的非线性稳定性分析。结果表明:在弹性稳定分析下,该桥梁的一阶失稳形式为主梁整体纵飘及塔纵弯失稳,二~四阶均为桥塔处的主梁下弦杆首先出现横向偏位而局部失稳;在运营阶段弹性稳定系数最小为7.639,第二、三阶和第四、五阶稳定系数分别相同且失稳形式为对称失稳;考虑最大几何初始变形(k=L/1 000)后,一阶稳定系数减小6.39%;考虑非线性因素影响后稳定系数降低明显,仅考虑几何非线性因素的影响后一阶、二阶和四阶稳定系数分别降低11.23%、9.01%和10.13%,而考虑几何及材料双重非线性因素影响后,一阶、二阶和四阶稳定系数分别降低67.78%、60.63%和52.56%,表明材料非线性对铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定系数影响更为显著;考虑最大几何初始变形(k=L/1 000)以及双重非线性因素影响后,铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定系数为1.985,大于规范1.7的要求。

波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁桥设计参数分析

为明确波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁桥关键设计参数的合理取值范围,以3×30 m波形钢腹板结合梁桥通用图为研究对象,建立波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁有限元模型进行参数敏感性分析。研究翼缘板宽厚比、波形钢腹板高厚比、横隔板间距及钢梁高跨比等对结构受力性能的影响,并给出关键设计参数合理取值建议。结果表明:波形钢腹板工字钢梁跨中处受压上翼缘板宽厚比小于23、支点处下翼缘板宽厚比小于19时可满足结构稳定性要求;跨中处波形钢腹板高厚比不宜大于265,支点处腹板厚度由抗剪需求控制;波形钢腹板横向刚度大于平钢板,横隔板间距可放宽至支点处翼缘板宽度的35倍;波形钢腹板工字钢结合板梁桥的钢梁高跨比可取1/28~1/18,经济合理高跨比约为1/25。

大跨度钢箱系杆拱桥主拱钢-混结合段受力分析

为明确大跨度钢箱系杆拱桥主拱钢-混结合段的力学性能,以西双版纳澜沧江黎明大桥为研究对象,利用有限元软件建立钢-混结合段局部精细化模型,分析钢-混结合段在不同荷载作用下构件整体及关键部位的变形与应力分布。结果表明:钢-混结合段应力传递平顺,在偏压工况作用下,结合段混凝土最大压应力为25.22 MPa,钢拱肋Von-Mises应力最大值为145.36 MPa,均小于材料容许值,满足结构设计要求;钢-混结合段内各部位变形过度均匀,混凝土拱肋最大变形为0.94 mm,钢拱肋最大变形为3.46 mm,钢-混结合段拱肋的结构刚度与变形均满足要求。在轴压工况作用下,其应力值较偏压工况模型小12.34%~16.10%,其位移值较偏压工况模型小14.29%~19.61%。通过典型工况模型计算结果,为同类型构件实体模型计算提供参考;同时,为解决钢-混结合段内关键截面存在的应力集中问题,本项目采用了锚杆交替锚固的形式,可为同类型结构的设计与施工提供参考。

大跨度系杆拱桥主拱钢-混凝土结合段受力状态分析

以鹰潭市余信贵大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,利用有限元软件分别建立大桥整体数值模型与钢-混凝土结合段局部实体数值模型,计算分析主拱钢-混凝土结合段在设计荷载作用下的受力状态与承载能力。分析结果表明:在持久状况荷载组合下,主拱肋钢-混凝土结合段模型变形连续,最大变形量为0.030 m,主拱肋钢-混凝土结合段结构刚度及变形满足要求;钢-混凝土结合段混凝土最大拉应力为1.63 MPa,钢结构部分Von-Mises等效应力最大值为236 MPa,均小于容许应力,满足结构设计要求;为避免应力集中,须对钢-混凝土结合段的坡口进行细化设计,或调整主跨系杆的张拉力。

某提篮拱桥拱肋下弦钢-混凝土结合段剪力钉分析及优化

某提篮拱桥拱肋充分利用了钢与混凝土结构的受力特点,将钢拱采用混凝土外包,形成钢-混凝土组合结构,拱肋截面突变且结构复杂。采用有限元软件对该钢-混凝土结合拱肋混合接头进行施工过程模拟,对拱肋下弦钢-混凝土结合段的剪力钉进行施工过程的有限元分析,研究该类结构下弦的受力特点及传力规律,并在此基础上对结构进行结构优化。优化后的混合接头结构剪力钉受力得到较大改善,符合相关规范要求。

多跨连拱桥边墩钢-混结合段的区域力学行为分析

目的 研究上承式多跨钢箱连拱桥边墩钢-混结合段区域力学性能。方法 以白沟河特大桥为背景,基于有限元仿真分析和实桥测试的方法,对承受斜向力的连拱桥边墩区域力学形为进行研究。分析构件局部区域的应力,研究不考虑承压板的作用、不考虑开孔钢板端部承压的作用、不考虑PBL连接件的作用等情况下对局部区域应力的影响规律。结果 通过有限元结果对拱脚钢-混结合段进行应力区域划分,将三个应力区域产生的效应力分别定义为劈裂力T_(b,d)、剥裂力T_(s,d)、边缘拉力T_(et,d)。不考虑承压板的作用时,内部接触面的剥裂力T_(s,d)增幅最大,为18.4%;不考虑开孔钢板端部承压作用时,边缘交界处的边缘拉力T_(et,d)增幅最大,为30.6%;不考虑PBL连接件的作用时,边缘交界处的边缘拉力T_(et,d)增幅最大,为31.4%。与既有研究不同的是钢箱拱肋斜插入大体积混凝土中,由于体积差异大又是斜向,因此内力传递扩散更迅速。结论 笔者所提的应力区域为内部裂缝易出现区域,研究结果可为防止混凝土出现结构裂缝提供技术依据。

钢桁架-混凝土组合梁、楼盖研究综述

钢桁架-混凝土组合梁及楼盖由混凝土板与钢桁架通过剪力连接件连接而形成的组合结构,其具备承载力高、自重轻和节省建筑空间的优点。在整理了国内外钢桁架-混凝土组合梁研究的基础上,介绍了关于该结构的力学性能试验、有限元数值模拟、剪力连接件、动力性能方面的研究,又对新型钢桁架-混凝土组合结构的研究进行了梳理,为该结构的研究、设计及应用提供参考。

大跨钢桁架吊杆拱桥地震响应分析

为研究强震作用下大跨钢桁架吊杆拱桥各结构地震响应,以实际桥梁工程为背景,建立三维精细化土-桥梁有限元模型,采用土体非线性本构并考虑土-桥梁结构相互作用,分析了桥墩、承台及桩基础的整体刚度损伤、桥身应力分布以及桥主梁纵向位移,通过不同试验工况进行对比。结果表明:强震作用下,桥梁下部混凝土损伤集中在桥墩与承台连接处、承台与桩基础接触处,且混凝土等级对损伤影响较大;桥身应力集中位置主要分布于两侧桥墩附近,水平地震动方向的改变影响桥身的应力分布,桥身整体应力并未发生明显变化,但竖向地震动对桥身地震响应影响显著,且横向与竖向地震动作用下桥身整体地震响应最大;桥主梁纵向位移最值出现在桥梁两端及主拱中间位置附近,双向地震动对整体桥主梁位移影响更大。研究结论可为大跨钢桁架吊杆拱桥的抗震分析与设计提供科学的参考依据。

斜拉桥钢箱梁-混凝土索塔结合段的试验研究

厦门园博园11号桥为独塔双索面混合梁斜拉桥。为研究该桥梁-塔结合段的内力传递机理和构造措施,完成了钢箱梁-混凝土索塔结合段的施工模拟和局部足尺模型试验。试验前,基于全桥的设计计算结果和结合段整体结构的有限元分析,确定了模型试验的荷载工况和约束条件。模型试验测试的主要内容包括钢梁、混凝土、钢筋和钢绞线的应力以及结构的变形情况。模型试验以及与有限元计算结果的对比分析表明,该桥承压板式结合段传力可靠、构造合理,并具有较强的抗裂性能和较大的承载力储备,是一种合理的斜拉桥梁塔锚固构造形式。

东平大桥钢-混凝土结合段模型试验

为研究钢-混凝土结合段全过程受力性能,结合东平大桥实桥,根据等效原则设计并完成了一榀钢-混凝土结合段模型试验。模型比例采用1∶2.5,混凝土梁肋部分为T形截面,结合段采用钢箱混凝土横梁过渡。钢与混凝土粘结界面采用PBL剪力连接件构造,并辅以纵向预应力筋共同作用。试验过程进行了静力、疲劳和破坏3个阶段的加载。试验结果表明:设计荷载作用下,结合段具有良好的强度和刚度,应力水平较低;疲劳荷载作用下,结合段的混凝土表层会有微小裂纹出现,但结构整体刚度依然良好;破坏荷载相对于设计荷载具有较高的安全储备。

桥塔钢-混凝土结合段剪力键破坏机理及极限承载力

为了研究和开发可用于桥塔钢-混凝土结合段的新型剪力键,针对传统的推出试验无法得出剪力键真实承载力的问题,采用新的试验方法对包括栓钉和两种新型剪力键在内的3大类7个子类共31个试件进行了破坏试验研究。根据试验结果,对各类剪力键的破坏机理进行了研究,并对其极限承载力进行了定量分析,建立了各类剪力键极限承载力的统一计算公式。通过与试验值的对比可知:该公式计算结果与试验值吻合良好,可为新型剪力键的设计和应用提供依据。

钢-混凝土组合梁在旧双曲拱桥改造加固中的应用

钢-混凝土组合梁具有自重轻、承载能力高、抗震性能好等优点,在我国桥梁建设及旧桥改造加固等领域已得到广泛应用,并取得了良好的社会经济效益。结合工程实例,介绍钢-混凝土组合梁在旧双曲拱桥改造加固中的应用。利用组合梁桥自身特点,通过结构体系转换,大幅提高结构承载能力,从而达到桥梁荷载等级提升、运营能力提高的目的,为旧双曲拱桥的改造加固提供一种新思路。

钢-高配筋现浇混凝土结合梁裂缝宽度试验研究

随着结合梁的设计由拉应力限值向裂缝宽度限值的转变 ,如何计算结合梁混凝土板的裂缝宽度已成为一个日益重要的问题。对此 ,国内外目前尚无较成熟的公式 ,大多借用普通钢筋混凝土结构裂缝宽度的计算公式。本文结合芜湖公铁两用长江大桥受拉区裂缝宽度控制的工程实际问题 ,对两根大型钢 高配筋现浇混凝土结合梁T1、T2分别进行了疲劳试验和极限承载力试验 ,研究了结合梁混凝土板裂缝宽度及其发展。研究结果表明 :现有混凝土结构裂缝宽度计算公式对影响结合梁裂缝宽度因素的考虑并不全面 ,所得计算结果与实测结果不能很好地吻合 ;对于钢 高配筋现浇混凝土结合梁 ,除普通钢筋混凝土结构已考虑到的因素外 ,还有许多其他更为复杂的因素应加以考虑 ,其中栓钉数量及布置方式是影响结合梁混凝土板裂缝宽度的重要因素。

钢-混凝土简支结合梁基本动力特性的解析解

考虑钢梁与混凝土板之间的相对滑移,对考虑阻尼的钢-混凝土结合梁基本动力方程进行推导,采用分离变量法得到简支结合梁自振频率与振型的解析解,并对其正交条件进行探讨。将理论分析结果、数值结果及试验结果进行对比分析,结果吻合良好。分析结果表明:由于柔性抗剪连接件的存在,结合梁中钢梁与混凝土板之间发生相对滑移,其动力平衡方程形式更为复杂,表现出与普通梁不同的动力特性。

无格室-承压板钢-混凝土结合部构造的结构特性

为了解无格室-承压板钢-混凝土结合部构造的结构特性,对该类型结合部构造的受力特点及各结构参数影响进行了较系统的研究。通过混合有限元方法建立了无格室-承压板结合部构造的局部计算模型,讨论了其受力特点,并选取混凝土梁预应力、抗剪连接件刚度、抗剪连接件数量、抗剪连接件间距及承压板厚度等5项参数,对该类型的构造进行了较为系统的参数分析。分析结果表明,承压板和钢梁顶底板上的抗剪连接件是该类型结合部荷载传递的主要部件,承压板以承受板厚方向的剪切为主,混凝土梁承担了大部分的结构荷载;在所取的参数范围内,承压板厚度2070 mm的影响很小;混凝土预应力、抗剪连接件刚度和数量对该类型的结合部构造的受力性能影响很大,是设计过程中需重点考虑的问题。

钢-混凝土结合梁试件降温与升温过程的数值计算

根据非稳态导热的控制微分方程,建立了钢混凝土结合梁试件降温与升温过程的数学模型。将恒热流的三维导热问题视为相应的3个一维导热问题的叠加,并采用有限差分法对控制微分方程进行离散,对钢混凝土结合梁试件在强迫对流环境下的降温(25^-45 ℃)和自然对流环境下的升温(-45~25 ℃)中的温度分布进行了数值计算。研究结果表明:在降温与升温过程中,钢混凝土结合梁试件内部各点温度变化速率不相同,导致试件内温度分布不均匀,形成了温度梯度;气温的较大变化会使钢混凝土结构内部温度分布不均匀,由此产生的温度应力可能会破坏桥梁结构。

连续钢-混凝土结合梁桥负弯矩区处理方法研究

北京地铁5号线立水桥-立水桥北站段第2联结合梁桥首次综合施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法对负弯矩区混凝土施加预压应力,施工工序复杂.为判别该施工方法能否有效控制裂缝开展,保证施工质量及安全,分别采用ANSYS数值模拟和施工监测手段对其各施工阶段的应力和变形进行了研究.结果表明,采用现有通用有限元软件可很好地对实际施工过程进行仿真分析,施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法综合使用可有效为负弯矩区施加预应力,其中预加静荷载法最有效,但对钢梁内力及变形影响较大.