大跨度钢-混结合梁悬索桥涡激振动控制指标体系研究

为保证已建桥梁发生涡激振动后桥梁结构的安全以及桥上行车和行人安全,提出综合考虑人员舒适性、结构受力和停车线形三方面的大跨度钢-混结合梁悬索桥涡激振动控制指标体系。该体系包含9项指标,分别为驾乘人员舒适度、驾乘人员晕动症、行人舒适度(狄克曼指标)、加劲梁强度、加劲梁应力、加劲梁挠度、桥面纵坡、竖曲线半径和停车视距。以武汉鹦鹉洲长江大桥为背景,分别计算了“限速”和“封桥”2个交通管制措施下9项指标对应的涡激振动振幅限值。在此基础上,将9项指标对应的涡激振动振幅限值的最小值作为涡激振动限值建议取值。结果表明:当该桥发生低阶竖弯涡激振动(VS1、VAS1)时,涡激振动的控制因素为加劲梁挠度指标;当大桥发生VAS2模态的竖弯涡激振动时,涡激振动由驾乘人员晕动症指标和行人舒适度指标共同控制;当大桥发生高阶竖弯涡激振动(VAS3、VAS4)时,涡激振动由行人舒适度指标控制。涡激振动控制指标体系及限值标准的计算框架可适用于不同桥型涡激振动限值的计算。

基于实桥测试的大跨径混合梁钢梁-混凝土梁结合段传力机理

为研究大跨径混合梁钢梁-混凝土梁结合段的传力性能和纵桥向应力传递路径,以韩庄运河特大桥为工程背景,通过实桥测试与数值模拟相结合的方式,分析主梁钢梁-混凝土梁结合段应力分布与传递规律。对钢板和混凝土进行应变监测,获取其应力分布与传递规律;采用软件ABAQUS建立钢梁-混凝土梁结合段精细化有限元计算模型,对比分析实桥数据与计算模型分析结果。结果表明:在钢梁-混凝土梁结合段应力从承压板传递到混凝土梁的过程中,随距承压板距离的增大,应力逐渐减小,混凝土梁段应力最小;承压板的最大应力出现在预应力锚固处,越接近承压板中心和承压板边缘,应力越小;承压板顶部整体应力在吊装阶段较大,底部应力在张拉阶段较大,现场采集数据与有限元模型应力传递规律一致。

横向贯通式中低速磁浮一体轨道梁钢-混结合部试验研究

为解决中低速磁浮分离式轨道梁存在的养护难、构件多,以及无法考虑F轨刚度贡献等问题,提出一种横向贯通式梁轨一体轨道梁结构,针对其钢-混结合部的静力性能开展有限元分析和足尺模型试验研究,并对关键设计参数进行参数分析。结果表明,在5倍设计荷载内,钢-混结合部基本处于弹性状态,承载力满足设计要求,且具备较高富裕量;竖向荷载主要通过钢板承压作用传递至混凝土梁体,焊钉对竖向荷载的传递作用较小;设计参数分析表明,适量提高钢连接件钢板厚度有利于竖向荷载的平顺传递。研究结果可以为梁轨一体轨道梁设计提供参考。

开口断面钢-混结合梁悬索桥颤振特性及颤振形态研究

为准确评估开口断面双边箱钢-混结合梁悬索桥颤振性能和多模态参与效应,以典型的钢-混结合梁悬索桥——怀化洞庭溪沅水特大桥为背景,开展风洞模型试验及数值分析。制作加劲梁节段缩尺模型并进行风洞试验,测试原桥梁结构的颤振性能,分析调整阻尼比、采用气动措施及结构措施对结构颤振特性的影响,采用三维和二维两种颤振分析方法分析设置中央扣结构的颤振模态及多模态参与效应。结果表明:该钢-混结合梁悬索桥存在较明显的颤振起振点,且颤振是以扭转为主的弯扭耦合振动,同时其扭转和竖向振动存在较大的相位差(相差近180°);节段模型风洞试验与三维和二维颤振分析一致得到设置中央扣后,频率较高的正对称扭转模态先于反对称模态发生颤振,且三维与二维颤振分析结果相差不大。

铁路混合梁钢-混结合段受力及理论计算

为研究铁路混合梁钢-混结合段结构的受力及其理论计算公式,在既有公路桥梁钢-混结合段计算公式的基础上,提出铁路混合梁钢-混结合段截面应力、顶底板剪力连接件、承压板传力验算公式;并以主跨335 m汉巴南铁路嘉陵江特大桥为研究背景,采用有限元分析的方法探究结合段受力特性及应力纵、横向分布规律,进而开展结合段受力理论与数值计算对比分析。数值计算结果表明,结合段混凝土均处于受压状态,不同截面位置处结合段钢、混应力横向分布均存在一定的不均匀性。公式验算结果表明:结合段混凝土应力均受压,满足截面应力验算要求;剪力连接件的抗力系数介于1.30~4.49,结合段剪力连接件具有良好的安全储备;承压板抗力系数介于3.18~10.08,表明前后承压板抗力远大于计算传力荷载,并具有优化的空间。理论公式计算的结合段顶底板混凝土应力、剪力钉应力与有限元计算结果总体相近,在修正后可用于钢-混结合段的防开裂/脱离、抗剪受力计算。

缓粘结预应力框架梁-钢次梁混凝土结构施工关键技术

目前,缓粘结预应力框架梁-钢次梁结构体系研究处于起步阶段,在实际工程中几乎没有应用,并且尚未制定相关规范或设计手册。若想充分发挥缓粘结预应力框架梁-钢次梁结构的性能优势,并广泛应用于实际工程中,必须对其施工工艺进行全面总结,归纳施工要点,把握施工质量,形成一套完善成熟的施工体系。该文通过调研,从缓粘结预应力技术、叠合板、混凝土主梁-钢次梁及各部分之间连接方式等几个方面进行了施工工艺研究,指出了施工过程中的注意事项。

高速铁路简支钢-混结合箱梁振动特性研究

对一高速铁路32 m简支钢-混结合箱梁进行锤击试验,分析其振动特性。建立轨道-桥梁垂向耦合有限元模型,利用谐响应分析计算轨道-桥梁系统各板件的速度导纳,与试验结果进行对比,验证模型的有效性后分析振动在梁上的传递特性。采用虚拟激励法得到行车条件下的轮轨力,作用于有限元模型上,讨论钢-混顶板的混凝土厚度、扣件刚度等对钢-混结合箱梁振动的影响。为钢-混结合梁振动的进一步研究提供参考。

80m连续钢桁梁钢板-混凝土组合桥面板的设计分析

钢板-混凝土组合桥面板是轻薄型桥面板,混凝土用量低、承载能力高、施工无模板化、经济效益突出,能够适用于丰富的桥型和满足更大跨径桥梁的需求。以某80m连续钢桁梁为例,结合板桁组合结构的受力特性,对各个体系的受力情况进行具体分析,探讨钢板-混凝土组合桥面板在山区钢桁梁桥中的设计与应用。

钢-混凝土组合梁预制桥面板受力性能研究

以福州某大悬臂钢箱梁-混凝土组合梁结构为研究背景,采用Midas Civil有限元分析软件进行了建模,分析了桥面板吊装过程、轮载最不利布置和抗剪连接的受力性能和裂缝状态。结果表明,工程桥面板各项指标均满足现行规范要求;墩顶桥面板裂缝宽度富余度较小。建议采取跨中压重、支点顶升或加大桥面板配筋等措施减小桥面裂缝宽度。

基于荷载试验检测的钢-混凝土组合梁桥承载力分析与评定

在长期荷载和环境的作用下,桥梁结构存在材料性能退化、结构失稳、承载能力降低的安全风险。以某钢-混凝土组合梁桥为例采用多种检测试验方法对桥梁的外观、材质、恒载变异状况、桥梁动力特性、静力特性进行检测,重点阐述了载荷试验过程中采用的相关方法及注意事项,测试获得的桥梁基频、主截面应力、应表和残余变形的测试结果真实反映出桥梁结构特性,为桥梁实际工作性能客观评价提供了有力支撑,为同类工程的实施提供了有益参考。

铁路刚构-连续组合体系梁桥钢-混结合段静力试验研究

为研究大跨度铁路刚构-连续组合体系梁桥钢-混结合段的力学性能,以新建杭温铁路永嘉右行线跨甬台温特大桥主桥为背景,基于原桥节段有限元模型研究钢-混结合段的应力分布及传力特性,并基于缩尺模型试验对钢-混结合段承载能力、变形性能等进行分析。结果表明:刚构-连续组合体系梁桥钢-混结合段传力较为顺畅,钢-混结合段钢结构、混凝土结构纵向应力横向分布不均匀系数分别为0.72~1.42、0.63~1.31,钢-混结合段内纵向应力横向分布不均匀现象较过渡段更为显著;后承压板在传力过程中起着重要作用,结合段通过后承压板、剪力钉及PBL连接件分别可传递约56.4%、27.4%、16.2%的轴力,钢-混结合段中1.5 m钢格室段及2.5 m伸长段中钢结构分别将28.3%、15.3%的轴力传递给混凝土;结合段在1.8 P(P为设计荷载)作用下仍处于弹性工作状态,具有足够的承载能力,钢、混凝土强度安全系数分别不小于2.7、2.4;钢-混结合段挠度与三次多项式相符较好,变形较为平顺。

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。

部分包覆钢-混凝土组合空腹梁受弯性能试验研究

为了研究部分包覆钢-混凝土组合空腹梁(简称PEC空腹梁)不同构造的效果及优劣,对5根不同构造措施的PEC空腹梁进行四点弯曲试验,研究其破坏形态、承载能力、变形性能、型钢与混凝土应变、型钢翼缘与腹部混凝土之间的滑移量等指标。试验结果表明:静力荷载作用下,5根PEC空腹梁均具有良好的延性和变形能力;从承载力和位移延性系数等来看,π型桁架构造形式较优;蜂窝及空腹构造形式在截面变化处易出现应力集中,使型钢下翼缘发生断裂破坏;型钢、混凝土应变沿截面高度基本符合平截面假定;型钢翼缘与混凝土之间的滑移量不大,对受弯承载力计算的影响可忽略不计。按全截面塑性准则来计算PEC空腹梁的受弯承载力是可行的,理论值与试验值误差较小。

混合梁刚构桥钢-混结合段的构造优化与试验

为了研究钢-混结合段的破坏模式及承载力,为局部构造优化提供依据,采用有限元模型分析钢格室高度变化对结合段受力的影响,设计制作2个结合段缩尺模型,分别测试现有工程和优化后的结合段在压剪耦合作用下的受力性能,得到结合段的受压极限承载力和破坏模式。研究表明:钢格室高度的变化对结合段后承压板承担的轴力比例的影响不大;现有工程的结合段的极限破坏状态由钢梁过渡段控制,钢梁过渡段和结合段的安全储备系数分别为3.30和6.65;优化后的钢-混结合段,钢格室高度降低1/3,局部钢板厚度减小1/3,其极限承载力仍高于钢梁过渡段,且安全储备系数为5.58。在设计混合梁刚构桥的钢-混结合段时,建议合理降低钢格室的高度,且将U形开孔剪力板改为O形开孔剪力板,以提高对填充混凝土的面外约束效应。

高速铁路钢-混结合箱梁桥车致振动与结构噪声预测分析与试验验证

为了高效、快速地进行钢-混结合箱梁车致振动与结构噪声的预测,基于虚拟激励法-辛方法(PEM-SM),将轨道不平顺作为平稳性的随机激励,轨道结构视为无限长的周期性子结构,在频域内求解轨道系统的动力响应,建立有限元-边界元(FE-BEM)、统计能量(SEA)混合预测模型。将一32m高速铁路钢-混结合箱梁声振试验结果作为依据,验证所提方法与预测模型的有效性。分析结果表明:桥梁总振级和总声压级整体随着列车速度的增加而增大;钢梁腹板的总振级和总声压级均大于钢梁上翼缘和底板,腹板也是主要的声辐射构件。

部分包覆T形蜂窝钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

进行了2个主钢件为T形蜂窝钢的部分包覆钢-混凝土组合梁(PECCS-T梁)的静力单调弯矩加载试验研究,并将其与已有的部分包覆H形蜂窝钢-混凝土组合梁(PECCS梁)的试验研究结果进行对比,考察主钢件受压翼缘对组合梁受弯性能的影响,并研究用钢量相近情况下增大蜂窝式主钢件截面扩张比对PECCS-T梁受弯性能的影响。研究结果表明:PECCS-T梁的破坏模式与PECCS梁的破坏模式不同,表现为受拉钢翼缘屈服后受压区混凝土被压碎。组合梁中的受压钢翼缘能有效地约束混凝土,显著提高组合梁的抗弯承载力、变形能力和延性。PECCS-T梁按主钢件最大削弱截面计算得到的理论值Mu与试验值Mtest比较接近。增大T形主钢件的截面扩张比,能够有效提高PECCS-T梁的抗弯承载力,且保持变形能力不降低。

带凹槽剪力墙-混凝土梁节点性能分析

在高层、超高层钢框架-混凝土混合结构核心筒的施工中,滑模、爬模施工工艺得到广泛应用。但在实际工程中,核心筒内部往往采用混凝土次梁,这使得滑模、爬模施工工艺的应用受到限制。针对这一实际问题,提出了带凹槽剪力墙-混凝土梁节点。在对3个不同凹槽尺寸的带凹槽剪力墙-混凝土梁节点进行加载试验的基础上,利用有限元软件ABAQUS模拟3个墙梁节点,将有限元计算结果与试验结果对比。结果表明:带凹槽剪力墙-混凝土梁节点拥有良好的承载能力,且屈服荷载与极限荷载相差较大。凹槽构造可提升节点抗剪能力,且凹槽截面尺寸的大小是带凹槽剪力墙-混凝土梁节点抗剪能力提高的主要原因。

大跨度钢-混凝土组合连续刚构桥施工控制关键技术研究

钢–混凝土组合连续刚构桥因其跨中钢箱梁特殊构造有效控制了主梁自重问题,从而实现了连续刚构桥跨径的突破。其中,钢箱梁合龙质量严重影响着桥梁整体结构的安全性与可靠性,因此跨中钢箱梁整体吊装合龙,对施工控制要求极高。以嘉华嘉陵江轨道专用桥为例,有针对性地阐述了跨中钢箱梁合龙过程中施工控制重难点分析、敏感性分析、施工监测分析等内容,可为类似工程施工提供参考。

非对称钢-混混合梁桥关键技术研究

为给多跨非对称钢-混混合梁桥设计与施工提供参考,以一座4跨非对称钢-混混合梁桥——龙翔大桥主航道桥为背景,采用有限元软件建立该桥杆系结构有限元模型,分析不同合龙顺序、钢箱梁长度对该桥成桥后线形和内力的影响,以及9个关键参数对预拱度及合龙口纵向变形的影响。结果表明:合龙顺序对成桥线形和内力的影响较小,该桥采用2个中跨依次合龙的施工顺序;各墩墩顶负弯矩绝对值和中跨跨中挠度随钢箱梁长度与中跨跨径之比k 1增大而呈线性减小,该桥k 1最终取0.371,中跨钢箱梁长75 m;钢箱梁自重和主梁混凝土弹性模量对预拱度影响较大,前者变化6%、后者变化10%时预拱度变化值分别约为15 mm和13 mm;环境温度对合龙口纵向变形影响较大,环境温度变化10℃时合龙口纵向变形变化12 mm。施工控制时应严格控制钢箱梁自重、主梁混凝土弹性模量,确保按设计温度合龙。

预弯波形钢腹板钢箱-混凝土组合轨道梁设计及截面参数分析

针对跨座式单轨交通系统中钢箱-混凝土(钢-混)组合轨道梁自重大、体外预应力施加困难等问题,提出梁宽为1250 mm的预弯波形钢腹板钢-混组合轨道梁。基于数值模拟方法,初步设计了轨道梁数值模型,对轨道梁进行承载力计算和自振特性分析,验证结构设计的合理性。在结构布置合理的基础上,通过对轨道梁内置钢箱截面参数进行分析,总结轨道梁承载力变化规律,并与初始截面对比获得轨道梁最优截面形式。结果表明:轨道梁结构设计合理,截面参数满足结构强度、刚度要求;轨道梁动力特性满足结构设计要求,在加入横撑与平联结构后可运用于实际工程。由于钢板厚度对轨道梁局部应力具有一定影响,因此提出适用于组合轨道梁的优化设计方案,与初始设计方案相比,用钢量减少了25.3%(约为3.26 t)。