等厚超薄T型肋钢-混组合桥面板力学性能研究

为研究等厚超薄T型肋钢-混凝土组合桥面板应用在桥梁负弯矩区段的受力性能,进行了足尺模型静力试验,测试了负弯矩作用下桥面板破坏全过程的变形、应变、混凝土裂缝、极限承载力等。研究结果表明:该新型钢-混凝土组合桥面板负弯矩受力呈典型弯曲破坏模式,受载符合平截面假定,板重量和负弯矩承载能力是常规钢-混凝土组合桥面板的约72%和1.36倍。在试验结果的基础上,建立了等厚超薄T型肋钢-混凝土组合桥面板的负弯矩承载能力实用计算公式,试算对比表明该公式具有工程适用性。

桥面板施工顺序对钢-混组合梁桥的受力影响研究及优化

为分析桥面板施工顺序对钢-混组合梁桥成桥受力性能的影响并优化现有的桥面板施工顺序,基于钢-混组合梁桥的受力过程,以交通部颁发的装配化钢-混组合梁通用图为依托,选取3×40 m钢-混组合连续梁桥为对象进行研究。采用桥梁博士软件建立钢-混组合梁桥有限元模型,以桥面板施工工序和结构体系转换时间为变量,分析7种桥面板施工顺序下的结构受力性能。结果表明:钢-混组合截面的受力模式分为一次受力状态和分阶段受力状态,其中采用一次受力状态的施工顺序具有施工方便、成桥整体刚度大、钢梁应力小的优点,但存在支点处桥面板拉应力过大的缺点;分阶段受力状态的施工顺序能有效降低支点处桥面板拉应力,但成桥钢梁应力偏大,结构刚度不足。针对采用上述2种受力模式的施工顺序不能兼顾结构成桥性能(钢梁应力、整体刚度等)较优与控制支点桥面板拉应力的问题,提出优化的混合受力状态的施工顺序,该顺序既保留了一次受力状态较优的成桥性能又显著降低了支点处桥面板拉应力,兼顾了上述2种受力模式的优点,可为钢-混组合梁桥的设计和施工提供参考。

简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区设计及工程应用

以国内某座简支转连续钢-混组合梁桥为依托,提出了一种简支转连续结构负弯矩区构造设计方案。采用有限元分析和实桥试验相结合的方法,对简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区的受力性能进行分析,验证了该构造设计的可行性,最后就负弯矩区改善开裂的措施进行了探讨。研究结果表明,对于钢-混组合连续梁桥,简支转连续的施工方法与焊接连续施工方法相比,可减小墩顶负弯矩;承载能力极限状态时,负弯矩区混凝土最大裂缝宽度满足规范要求;桥面板钢筋直径以及混凝土自身力学特性是影响负弯矩区开裂的关键因素,适当加大桥面板钢筋直径、采用超高性能混凝土可以有效减小简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土的开裂;顶升支座法可以在一定程度上减小墩顶负弯矩,对控制开裂有利。

上跨高速公路钢-混组合箱梁桥设计实践探讨

随着公路建设的高速发展,纵横向交通网络日益加密,河北省高速公路在建设期遇到上跨高速公路问题时采用钢-混组合箱梁桥进行跨越的情况较多,为了解决在具体桥型方案设计中需要考虑满足产权单位的跨越要求的同时仍需满足安全耐久经济适用要求的问题,因此通过探讨归纳工程实例中上跨高速公路的钢-混组合箱梁桥设计实践中的主要影响因素,总结出桥型方案设计时重点考量的相关设计要点,得出上跨高速公路钢-混组合箱梁桥型方案设计应用结论,为以后类似问题的解决提供工程经验参考。

钢-混组合梁桥健康监测系统设计与应用

为研究健康监测技术在钢-混组合梁桥中的应用,文章以山东枣木高速东延段某简支钢-混组合梁桥为背景,重点探讨了结构健康监测系统布设方案、监测传感器和系统平台构建等,提出了钢-混组合梁桥健康监测关键指标。结果表明,该桥健康监测系统布设方案合理,监测数据能有效反映结构运营工作状态,研究成果可为中小跨径钢-混组合梁桥的健康监测提供参考。

钢-混组合梁结构噪声研究

研究目的:为了分析列车高速通过钢-混组合梁桥时因振动产生的结构噪声,本文采用边界元法与统计能量法相结合的方法,建立32 m钢-混组合梁桥有限元模型、31自由度的列车模型及轨道模型,分析列车在轨道不平顺的激励下通过桥梁时的扣件力,并将扣件力作为声学边界条件,进而求解声场中各场点的声压级以及桥梁各板件对峰值声压级的贡献量。研究结论:(1)高速列车通过钢-混组合梁桥时,噪声的峰值声压级为76.5 dB(A);(2)列车以相同时速通过单箱单室和单箱双室钢-混组合梁时,桥梁结构噪声的峰值声压级基本相同,但桥梁各板件对于峰值声压级的贡献量不同;(3)列车通过单箱单室钢-混组合梁桥时,各板件对峰值声压级的贡献量为:腹板>翼缘板>底板>顶板>横隔板;(4)列车通过单箱双室钢-混组合梁桥时,各板件对峰值声压级的贡献量为:翼缘板>顶板>腹板>底板>横隔板;(5)本研究成果可为探究钢-混组合梁桥结构噪声产生机理及减振降噪措施提供参考和借鉴。

钢-混组合梁简支桥面连续处新型构造抗裂分析

基于江西省萍水河特大桥为原型,在定量分析了汽车活载+温度荷载作用下桥面连续处失效机理的基础上,提出了一种钢-混组合梁简支桥面连续处UHPC-NC+剪力钉优化的新型构造.利用ABAQUS有限元软件,建立桥面连续原型与新型构造有限元模型,并将计算结果进行对比分析其抗裂性能.此外进行了UHPC层厚度的参数分析,进一步探究桥面连续处UHPC层厚度的合理取值范围.通过有限元计算及实桥试验结果表明:钢-混组合梁简支桥面连续新型构造能够明显提高负弯矩区的开裂性能,建议在设计活载作用下,负弯矩区UHPC纵向铺设长度为简支梁跨径的5%,UHPC层厚度的合理范围为桥面板截面的20%~56.3%.

火灾对中承式拱桥钢-混组合桥面板结构性能影响分析

以某中承式拱桥为研究对象,采用火灾动力学软件FDS对中承式拱桥钢-混组合桥面板在桥下跨中位置2 m处发生油罐车火灾场景下的温度场进行研究,同时运用ABAQUS有限元软件对钢-混组合桥面板进行热-结构耦合分析,研究火灾作用下中承式拱桥钢-混组合桥面板的结构性能。结果表明:当桥下跨中位置发生火灾时,桥面板跨中部位温度场最高,达1120℃,远离跨中构件温度逐渐下降;火灾作用下桥面板出现严重形变,随火灾时间增长,跨中竖向形变达到331.80 mm;钢梁Mises应力变化云图显示钢梁受火后离火源越近位置应力发展越快,高应力区域主要集中于火源附近的构件上,最大应力可达到323.65 MPa。

狮子洋通道钢-混组合梁桥结构选型研究

狮子洋通道全长约35 km,为高速公路+城市道路双层复合过江通道,过江段采用双层桥梁方案(上层为高速公路,下层为市政道路),多处主线桥设计采用50~80 m跨径桥梁,主梁采用钢-混组合梁结构。通过对简支和连续体系进行比选,该项目采用结构简支、桥面连续的结构体系,并配合暗帽梁的设计方案;通过对工字形钢板组合梁、整体式钢箱组合梁、波形钢腹板组合梁、钢桁腹组合梁、分体式小钢箱组合梁进行比选,选择分体式小钢箱作为该项目钢-混组合梁的钢主梁形式;通过对结构受力性能、经济性、施工便利性、运输便利性和对变宽路段的适应性等综合分析比选,钢主梁采用4片主梁方案,该方案有利于设计、制造及施工标准化,结构受力更合理、造价更经济。从施工场地、设备、工期和安全性等方面分析,该项目施工采用标准化加工钢结构、工厂化预制混凝土桥面板,在桥位上通过湿接缝和集束式剪力钉形成组合结构的方案。

120 m跨钢-混组合连续梁桥施工方案研究

长深高速高青—广饶段小清河特大桥主桥为主跨120 m的钢-混组合连续梁桥。结合该桥施工环境特点以及吊装法、顶推法和悬拼法的适用性,提出采用边跨分节段吊装、中跨悬拼的施工方案。为选择合理的悬拼方案,采用MIDAS Civil软件建立该桥空间杆系有限元模型,对比无支撑悬拼、扣索悬拼与钢桁架辅助悬拼3种悬拼方案的桥梁跨中挠度、应力和材料用量,选择施工速度最快、材料成本最低的无支撑悬拼方案。对无支撑悬拼方案的底板混凝土厚度及铺设长度2个关键设计参数的取值进行了分析,得出底板混凝土厚度取300 mm、铺设长度取9 m时,可有效提升结构整体刚度,减少跨中挠度,保证合龙精度,降低钢梁底板应力。

连续钢-混凝土组合梁桥面板开裂范围及配筋设计研究

对于连续钢-混组合梁桥,混凝土桥面板开裂区和配筋是设计的重难点。我国相关规范对于钢混组合梁桥面板开裂范围和配筋设计要求较为简单,开裂区范围也采用假定值,不考虑组合梁结构形式和形成过程等因素的影响,与实际结构状态有所偏差。本文结合某工程实例,借鉴欧洲规范提出的开裂范围计算思路,对桥面板开裂区进行计算并指导桥面板配筋设计,旨在为以后连续钢-混凝土组合梁桥面板设计起到借鉴作用。

钢-混组合梁桥不同施工方法恒载作用效应分析

为了解恒载组合梁施工与活载组合梁施工两种不同施工方法对混凝土桥面板和钢梁力学性能的影响,分别建立采用不同施工方法的组合梁有限元精细模型,通过对比有限元和试验结果,分析两种不同施工方法下荷载效应的变化规律。结果表明,有限元模拟结果与理论结果所得的钢梁应力值误差在5%以内,混凝土板应力值误差在10%以内。相较于活载组合梁,恒载组合梁钢梁上翼缘最大压、拉应力分别降低了36.2%和12.8%,钢梁下翼缘最大拉、压应力分别降低了5.9%和7.7%。综合考虑,采用有限元软件分析结果可以较好地反映组合梁的应力分布情况且采用恒载组合梁施工能够更好利用钢材与混凝土材料性能。

钢-混凝土组合梁桥负弯矩区高性能材料试验研究

针对钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土板开裂问题,为研究在钢-混组合梁负弯矩采用UHPC、ECC高性能混凝土材料的有效性和可行性,对三片采用不同材料的缩尺试验梁负弯矩区的力学性能进行研究,得到了以下主要结论:组合梁负弯矩区使用高性能混凝土后,组合梁的刚度有一定提高;相较于使用普通混凝土,使用高性能混凝土后的负弯矩区域裂缝分布均匀,不再集中分布于加载点附近,卸载后最大裂缝宽度出现闭合趋势,大量的微裂缝已经闭合,最大裂缝宽度显著减小。

预制钢-混组合桥面板组装式连接静力及疲劳性能试验

桥梁建造由装配化向组装化的转换是未来桥梁工程发展的方向,钢-混组合桥梁是一种与工业化、组装化高度契合的结构形式;活性粉末混凝土等超高性能水泥基材料的应用为钢-混组合结构桥梁的轻型化和组装化提供了新的契机与挑战。提出基于高弹模和高韧性混凝土-粗骨料活性粉末混凝土的预制桥面板及板间组装式连接结构(CSL),从而减轻结构自重、改善预制桥面板间的连接性能,实现桥梁结构的组装化作业,提升桥梁的建造质量和速度。通过四点弯曲试验考察预制粗骨料活性粉末混凝土桥面板及其干式连接结构的结构行为,分析加载全过程挠度的发展特点,探明极限承载能力及疲劳性能。静力试验结果表明:通过CSL连接而成的桥面板具有优异的变形能力和弯曲韧性,破坏均发生在粗骨料活性粉末混凝土板内,CSL的抗弯极限承载力高于粗骨料活性粉末混凝土桥面板;CSL的钢混连接面处弯曲初裂应力值不小于9.0 MPa,接近粗骨料活性粉末混凝土的弯曲初裂应力,并具有良好的裂缝约束能力。疲劳试验结果表明:CSL中的钢结构应力幅较小,经过800万次疲劳加载后,CSL连接桥面板未发生疲劳破坏,桥面板间连接焊缝应力幅仅26.8 MPa,不会出现疲劳破坏;CSL中的预加力对连接结构的静动力性能具有重要影响。

大跨钢桁拱钢-混组合桥面板极限承载力试验

为评估钢-混组合桥面板结构在公路荷载作用下的极限承载力,对其进行极限承载力性能试验研究。根据圣维南原理,选取正负双向弯矩受力的立柱区部分桥面板作为实桥的有限元分析模型,并试验制作了2个等尺模型试件A和B,用于考察钢-混组合桥面板正负双向弯矩区的极限承载力性能。试验结果表明:模型A混凝土板被拉坏,工字钢上下翼缘板、腹板以及纵向钢筋始终未屈服,PBL、钢底板以及横向钢筋均在破坏之前屈服,模型A的破坏荷载为1 750kN;模型B混凝土板被压坏,PBL在破坏之前屈服,模型B的破坏荷载为2 200kN。研究结果可为钢-混组合桥面板极限承载能力设计计算提供参考。

基于WIM的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型研究

为研究钢-混组合梁桥疲劳荷载模型,采用动态称重系统(WIM)获取山东地区高速公路10个月的交通荷载数据,建立有限元模型分析车型、总重对疲劳评估结果的影响规律,基于等效损伤理论对疲劳荷载模型进行推导。研究结果表明:外侧车道存在42.0%的疲劳致伤车辆,其中二轴货车比例最高、六轴货车次之,五轴货车最少;交通荷载总重呈多峰分布特点,峰值集中于30kN、130kN、350kN,超载车辆占比不足1%;提出的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型推导方法可行,建立了总重315kN的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型,供同类型桥梁疲劳评估时参考使用。

铁路新型钢-混凝土组合桁架桥在列车作用下的动力响应分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的铁路新型钢-混凝土组合桁架桥建立了车-桥动力相互作用空间分析模型,它由车辆模型和有限元桥梁模型组合而成,以轨道不平顺作为系统的自激激励源。以西安-平凉铁路上的马屋泾河特大桥主桥为工程背景,对这种新型钢-混组合结构的车桥耦合振动进行了动力仿真分析。对桥梁在重载货车、中速客车、高速客车等不同列车荷载工况下的动力响应进行了数值计算,并对桥上车辆的走行性能进行了评价。计算结果表明:该桥式方案能够满足三种类型列车在不同等级车速范围内安全、舒适的运行,可广泛用于我国货运、普通客运及高速铁路。

考虑温度和湿度变化的钢-混组合连续梁桥徐变效应分析

针对现有规范徐变模型中环境温度和相对湿度未根据实际温度和湿度变化而取固定值的问题,通过研究桥梁实际变化的环境温度和相对湿度,构建环境温度和相对湿度变化函数,嵌入CEB-FIP 90徐变模型,建立考虑混凝土桥梁实际工作环境的温湿变化徐变模型,并通过试验数据验证模型的正确性。研究结果表明:考虑温度和湿度变化的徐变系数与试验值更吻合;采用数值模拟的方法开展港珠澳大桥组合连续梁桥徐变效应分析,明确了成桥10 a间温度和湿度变化对组合连续梁桥的最大应力和长期变形的影响规律,温湿变化徐变模型计算的最大挠度比规范值大10%以上,这表明考虑温度和湿度变化计算徐变的必要性,为合理、可靠进行桥梁结构的徐变效应分析提供了一种新方法。

考虑结构性能退化的钢-混组合梁桥疲劳寿命研究

文章对随机车流荷载作用下的钢-混组合梁桥进行疲劳寿命分析,并考虑结构性能退化对钢-混组合梁桥疲劳寿命的影响;以某钢-混组合梁桥为例,建立该桥的有限元模型;利用车辆动态称重系统采集实际交通量数据,对实际交通流分布特征进行统计分析,并通过Monte-Carlo算法生成钢-混组合梁桥随机车流模型;引入裂缝密度概念来反映桥梁混凝土板的刚度折减情况,根据桥梁现场实际检测情况,对钢-混组合梁桥混凝土板进行裂缝密度统计,在此基础上考虑混凝土板不同开裂程度,对钢-混组合梁桥疲劳寿命进行预测。当钢-混组合梁桥混凝土板开裂程度为轻微、一般、较严重时,混凝土板刚度分别退化10.62%、16.52%、34.22%,组合梁桥的疲劳寿命分别降低16.66%、37.31%、56.61%。混凝土板裂缝扩展引起的结构刚度退化对钢-混组合梁桥疲劳性能影响显著。

既有钢-混组合梁桥概率评估方法及应用

为准确评估既有钢-混组合梁桥的安全性,提出一种基于可靠性的概率评估方法。该方法首先结合使用荷载和极限荷载下的试验结果,采用非线性有限元法对全部结构响应进行参数敏感性分析,得到关键参数,进行模型识别,确定最佳模型;然后引入贝叶斯推断,结合补充试验结果,增加输入参数的可靠性,基于可靠性评估法对结构安全性进行评估。将该方法应用于某钢-混组合梁桥中,结果显示:模型识别和贝叶斯推断提高了模型的准确性,模型参数值接近或高于初始值,变异系数值低于初始值,该桥抗力大于荷载,安全可靠性指标较高。该方法对钢-混组合梁桥以及其它类型的桥梁结构设计和安全评估提供了参考。