钢-STC轻型组合桥面大跨径钢箱梁步行廊桥结构分析

步行廊桥布孔形式为(58.6+110+58.6)m,上部结构为变截面连续钢箱梁,采用钢-STC轻型组合桥面结构。用有限元软件建立桥梁空间模型对其进行了整体分析;并建立局部模型研究钢-STC轻型组合桥面结构对正交异性钢桥面板应力的影响。结果表明该桥强度刚度均满足规范要求,钢-STC轻型组合桥面结构可以提高桥面板局部刚度,且可减少桥面板应力,应力降幅约23.2%~40.5%,为类似的梁桥设计提供参考依据。

钢-STC轻型组合桥面螺栓连接接头区域设计

为解决正交异性钢桥面板疲劳开裂和铺装层易损的难题,提出钢-STC轻型组合桥面结构方案。此结构方案应用于含有钢箱梁栓接的旧桥桥面维修时,螺栓连接区域由于存在拼接钢板,导致局部接头区域STC层厚度骤减,刚度下降,受力变形趋于不利,易出现早期开裂现象,需进行局部优化设计。针对这一问题,就接头区域局部提出2项强化构造措施(①局部加密剪力钉、②部分纵向钢筋与拼接钢板局部焊接),并进行足尺条带模型试验。以礐石大桥螺栓连接区域为例,对拟同时采取上述2项措施的情况进行验算。研究结果表明:2项措施均在不同程度上阻滞了STC层顶面接头区域内微裂纹宽度的发展,延缓了开裂,尤其当采取第2项措施或同时采取2项措施时,STC层顶面接头区域晚于一般区域开裂,即接头区域不再是设计计算中需要控制的不利区域;STC层顶面可能出现的最大拉应力为11.5 MPa,小于试验开裂荷载对应的名义开裂应力17.7 MPa,满足设计要求,即钢-STC轻型组合桥面结构方案应用于礐石大桥桥面维修可行。

温度作用下钢-UHPC轻型组合桥面疲劳性能研究

文中以宜昌长江大桥钢桥面加固改造工程为背景,通过有限元计算,分析不同温度作用下组合桥面疲劳易损细节的应力变化规律.结果表明:相比传统沥青钢桥面,钢-UHPC轻型组合桥面能够在不增加桥梁恒载情况下,降低疲劳细节应力幅值,改善钢桥面抗疲劳性能;不同温度作用下,相比传统沥青钢桥面,钢-UHPC轻型组合桥面各疲劳易损细节应力的降幅达15%~46%.

钢-STC轻型组合结构桥面新技术应用的保证体系

钢-STC轻型组合结构桥面新技术能综合解决正交异性板钢桥面普遍存在的钢面板开裂和桥面铺装层易损坏的技术难题,具有明显的技术优势,可大力推广和应用。该文通过介绍新技术的特点及其应用的保证体系,可了解新技术的内涵,增强行业内对应用该技术的信心;同时,也提出了在新技术推广和应用中应做好的相关工作。

钢-STC轻型组合结构桥面技术在株洲枫溪大桥的应用研究

钢-STC轻型组合结构桥面是基于超高韧性混凝土(STC)基础上研发的一种超级桥面结构;它通过剪力连接件的作用,使密配筋的STC层与正交异性桥面板协同受力,大幅度降低了钢桥面的疲劳应力幅,并有效解决了钢桥面铺装层易破损的世界难题。该文通过株洲枫溪大桥的运用实例,对钢-STC轻型组合结构桥面的施工技术及工艺要点进行总结和归纳,为推动该项技术的应用发展提供经验。

钢-超薄UHPC层轻型组合桥面性能研究

提出一种钢-超薄UHPC（Ultra-High Performance Concrete）层轻型组合桥面,既使得该组合桥面能运用于铺装层较薄的桥面结构,又降低了正交异性钢桥面的疲劳开裂风险,避免了沥青铺装的病害问题。以某大桥为工程背景,从有限元分析和试验两方面对此结构的性能进行研究。结果表明：35 mm UHPC层对正交异性钢桥面板受力性能改善明显,顶板应力幅下降达到68.72%,U肋和横隔板接近14.74%~34.11%,可大大降低钢桥面板疲劳开裂风险。试验得出的UHPC层横桥向开裂强度26.3 MPa,大于有限元计算下车辆荷载作用产生的最大应力7.36 MPa,证明了此组合桥面结构的可行性。

钢-超薄UHPC轻型组合桥面短钢筋连接件抗剪性能研究

为解决钢-超薄UHPC轻型组合桥面板由于UHPC层过薄而难以采用常规剪力连接件的问题,提出一种新型剪力连接件-短钢筋连接件。通过静力推出试验以及疲劳推出试验对短钢筋连接件的抗剪性能进行初步研究。静力推出试验结果表明:①该试验存在焊缝剪断和UHPC局部破坏(短钢筋拔出)两种破坏模式;②短钢筋连接件承载力随着焊缝长度增加而提高;③短钢筋连接件抗剪承载力高于栓钉,略低于钢筋网焊接件。疲劳推出试验结果表明:80MPa剪应力幅下,3个试件疲劳寿命分别为194.2、271.0、195.8万次,去掉最大值,剩余两者平均疲劳寿命为195万次,略低于规范相应的200万次。通过Miner-Palmgren线性累积损伤理论对不同应力幅下的疲劳次数转化,可得200万次疲劳下的剪应力幅为79.6MPa。仿真结果表明:在纵横向间距200mm×200mm布置方式下,两类疲劳细节(连接件位置与钢顶板位置)均能够满足抗剪疲劳设计要求。文章研究成果可为今后实桥应用提供理论依据。

悬索桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系设计优化

杭瑞高速岳阳洞庭湖大桥为(1 480+453.6)m双塔双跨钢桁梁悬索桥,主梁为采用了钢-STC轻型组合桥面的板桁结合型钢桁加劲梁,钢-STC轻型组合桥面支承体系由横向桁架支承及桥面纵、横梁支承组成。采用ANSYS软件建立主梁节段有限元模型,针对组合桥面支承体系,从横向桁架结构形式、桥面纵横梁体系及其结构尺寸等方面进行设计优化。结果表明,带竖腹杆的横向桁架结构形式在桥面刚度、构件应力水平方面均具有较大优势;多横梁体系桥面刚度大,桥面构件应力水平低,适用于钢-STC轻型组合桥面。洞庭湖大桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系采用带竖腹杆的横向桁架,纵横梁支承体系采用在横向桁架竖腹杆位置设置边纵梁、次横梁间距2.8m的多横梁体系,能够很好地兼顾结构刚度、应力水平及钢材用量。

钢-UHPC轻型组合桥面受模拟行车扰动后抗裂性能研究

为探明钢-超高性能混凝土(Ultra-HighPerformanceConcrete,UHPC)轻型组合桥面结构在施工中受行车扰动后的抗裂性能,以重庆鱼嘴长江大桥为背景,进行了理论和试验研究.首先通过有限元计算获得施工中行车引起的UHPC层顶面最大拉应变(以下简称扰动幅度),计算结果表明:该桥UHPC层在施工中受到的最大纵、横向扰动幅度分别为144με和60με;接下来,依照实桥结构,设计并制作6个模型试件;然后,将试件平均分为两组,每组设1个不受扰动的对照试件和2个在UHPC凝结过程中接受扰动的扰动试件,两组试件的设计扰动幅度分别为160με和240με;最后,通过四点负弯矩静力试验对比了对照试件和扰动试件的抗裂性能.试验结果表明:幅度不大于160με的扰动对试件的抗裂性能无明显影响;幅度大于160με的扰动对试件的UHPC层造成损伤,导致试件的名义开裂强度降低,因此,建议在实桥施工过程中将行车扰动幅度的限值取为160με.

大跨度自锚式悬索桥钢-STC组合桥面箱形加劲梁抗风性能试验研究

以株洲枫溪大桥为工程背景,采用有限元计算和节段模型试验相结合的方法,研究大跨度自锚式悬索桥STC组合桥面钢箱加劲梁的抗风性能。研究结果表明:钢-STC组合桥面箱形加劲梁结构在-3°、0°及+3°的3种风攻角下,颤振临界风速均远高于桥位处检验风速,设计方案满足颤振稳定性要求,且有较大富余度。成桥状态下的原型断面在+3°攻角下出现了11.1~16.7 m/s与22.7~33.4 m/s两个竖弯涡振区,其中在第二个竖弯涡振区,其峰值振幅0.188 m超过规范允许值。通过对截面进行局部优化后,涡振均在规范允许值以内。节段模型测力风洞试验基于风攻角为-12°至12°范围内变化,研究了加劲梁断面的静力三分力系数的变化规律。大跨度自锚式悬索桥的钢-STC组合桥面宽幅箱形加劲梁的抗风性能试验研究为类似桥梁的设计提供依据和参考。

桥梁动态称重系统在自锚式独塔悬索桥轻型组合桥面中的试验研究

将桥梁动态称重(BWIM)系统应用在采用球扁钢-超高性能混凝土(STC)轻型组合桥面的自锚式独塔悬索桥中,根据球扁钢-STC轻型组合桥面局部受力显著的特点,通过标定球扁钢加劲纵肋来获取桥梁应变响应,基于BWIM系统算法反算车辆轴重信息。为最大化局部受力效应,选取桥塔截面为测试断面。实桥试验结果表明:采用各趟自身标定影响线的单轴轴重及总重识别误差要优于采用平均影响线的识别误差,但这2种情况均具有较高的轴重识别精度;BWIM系统可以高精度识别车辆单轴轴重以及总重,单轴轴重识别误差平均值为1.8%,总重识别误差平均值为0.2%;BWIM系统应用在采用球扁钢-STC轻型组合桥面的自锚式独塔悬索桥中能有效识别车辆速度、轴数、轴距以及轴重,为车辆超载监管和桥梁健康监测提供了一种有效方法。

钢-STC组合桥面体系材料组分及施工过程

为了解决繁重的交通给大跨径钢桥带来沥青磨耗层破损与钢桥面焊接接头疲劳开裂等传统病害,工程应用过程中提出了将超高韧性混凝土(STC)结构层与钢桥面板通过短栓钉连接形成新的组合桥面体系。在STC层设置剪力钉和密配筋,有效降低了钢桥面的疲劳应力幅。钢-STC组合桥面体系能够根治正交异性钢桥面的两大传统病害,在已应用的70余座桥梁中取得显著的效果。文章以钱资湖大桥为研究背景,介绍了STC材料的基本组分以及钢-STC组合桥面体系的主要施工过程。

大跨径悬索桥超高性能轻型组合桥面施工控制研究

洞庭湖大桥为(1 480+453.6) m双塔双跨板桁结合型钢桁梁悬索桥,该桥首次在大跨径悬索桥中采用了钢-超高韧性混凝土(STC)轻型组合桥面。STC层参与钢桁梁整体受力,为控制STC施工次应力不超过设计要求的0.5 MPa,施工中需采取压重措施,经压重方案比选,浇筑过程中采取了部分压重方案,与全压重相比,大大简化了压重工序,节约压重荷载6 600 t。悬索桥为重量敏感性结构,且STC局部受力性能受厚度和钢筋保护层厚度影响很大,实桥钢桥面存在的较大局部变形,成为控制STC施工精度的难点。该文分析了钢桥面产生变形的因素,发现钢桁梁制造误差对平整度影响最大。针对该问题,施工中提出了"曲线调坡"法和"直线调坡"法,通过调整整平机轨道和整平板,使得STC厚度满足控制要求。两者的区别仅在于整平板的线形是曲线还是直线,"曲线调坡"法拥有更高的调整精确度,"直线调坡"法拥有更便捷的操作性,经比选后选用"直线调坡"法,应用中取得了良好的效果。

钢简支梁的新型桥面连续结构抗弯性能试验研究

简支梁桥桥面伸缩缝多,导致行车不舒适,因而多跨简支梁采取桥面连续的措施被广泛应用。海南铺前跨海大桥引桥跨越地震带,为提高行车舒适性,同时达到强震下保护钢梁梁体的目的,文章提出受力性能优良、易修复的钢-STC(super toughness concrete,简称STC)轻型组合简支变桥面连续结构。为探明该简支梁的新型桥面连续结构的抗弯性能,设计两种方案,并对两种方案分别开展负弯矩区足尺模型试验。结果表明,方案2的裂缝开展集中在螺栓连接带区域,而方案1螺栓带STC基本无裂缝发展。从破坏模式看,方案1为U肋受压屈服,螺栓未剪断;方案2为螺栓剪断,U肋未屈服,这意味着在强震下简支变桥面连续结构可保护钢箱梁主体结构。通过有限元软件对试验进行仿真模拟,计算结果与试验结果吻合良好。在此基础上,对两种桥面连续结构方案进行实桥有限元计算,结果表明,两种方案均能满足正常使用极限状态的使用要求,但方案2中STC层的抗裂安全系数(21.4MPa/19.7MPa=1.09)高于方案1(22.4MPa/22.0MPa=1.02)。通过计算两个方案的设计弯矩,并与试验得到的极限抗弯承载力比较,方案1和方案2的承载力系数分别为1.1和1.8,方案2高于方案1。同时计算得到两个方案的转角刚度基本持平,均高于原简支梁设计方案。综合试验结果和计算结果,方案2优于方案1,目前该方案已应用于海南铺前跨海大桥的引桥工程中。

大跨度斜拉桥轻型组合桥面方案设计与仿真分析

正交异性钢桥面板疲劳开裂和沥青铺装频繁破损已成为钢桥养护领域的难题,其主要与钢桥面局部刚度不足有关。文中以某大跨度正交异性板钢箱梁斜拉桥为背景,针对大桥出现的上述病害问题,提出钢-超高韧性混凝土(STC)轻型组合桥面结构方案,以对该桥钢桥面进行加固维修,并对轻型组合桥面方案建立了全桥整体模型。计算表明,采用钢-STC轻型组合桥面结构方案后,大桥的整体受力变化不大,不会影响其整体安全性。同时对标准梁段建立了局部有限元模型,结果表明,钢桥面典型疲劳细节的应力降幅达24.8%~84.6%,将基本消除钢桥面的疲劳开裂风险。

钢简支梁桥面连续结构抗弯性能试验与参数分析

简支梁桥桥面伸缩缝多,导致行车不舒适,因而多跨简支梁采取桥面连续的措施被广泛应用。以海南铺前大桥为背景,结合钢-超高韧性混凝土STC (Super Toughness Concrete)轻型组合桥面技术,对跨断裂带引桥提出了受力性能优良、震后易修复的简支变桥面连续结构。为探明简支变桥面连续结构的受力性能,对方案开展负弯矩足尺模型试验,结果表明,裂缝开展集中于螺栓连接带区域,破坏模式为螺栓剪断,U肋未屈服。这意味着在地震荷载下简支变桥面连续结构先破坏,从而保护钢箱梁主体结构。在此基础上,建立了实桥ANSYS有限元模型和试验方案的有限元精细化模型,有限元模拟与试验值吻合良好。最后根据前述试验和有限元计算结果,进行了参数分析,另外提出了2种桥面连续方案—端隔板开孔方案(方案1)和增加短肋方案(方案2),并进行了有限元计算。结果表明,2种方案均能满足正常使用极限状态的使用要求。与试验方案相比,方案1和方案2均可以实现保护箱梁主体结构的目的。方案2由于增加了短肋,从而减小了局部轮载下STC层的纵向拉应力,使整体+局部计算结果仅12. 1 MPa,小于方案1的计算结果 21. 3 MPa和试验方案的计算结果19. 7 MPa。从承载力来看,试验方案1和方案2的承载力基本相同,方案1最小。综合来看,方案2更优。

型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面新结构静力与疲劳性能

为解决传统正交异性钢桥面疲劳开裂、铺装层破损难题,研究团队于2010年研发成功钢-UHPC轻型组合桥面体系,并在中国的钢桥上获得了规模化的应用。鉴于UHPC层大幅度提高了钢面板的局部刚度,为简化施工和降低造价,可对传统正交异性钢桥面进一步优化。为此,提出了型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面结构,首次应用在某大跨度拱桥主梁结构中,以实桥为背景展开了桥面方案比选和有限元计算。在此基础上,进行了型钢组合桥面关键部位负弯矩条带静力试验,对UHPC裂缝进行观测和宽度验算;对型钢组合桥面抗疲劳性能做了计算与分析,并针对桥面纵横肋重要连接焊缝开展了负弯矩条带疲劳试验。研究结果表明:负弯矩区UHPC表现出优良的受弯拉韧性,抗拉强度是实桥应力的1.4倍;型钢组合桥面通过新型的纵横肋连接构造,将所有连接焊缝均置于低应力区,将非焊接型钢母材置于高应力区,以达到提高桥面抗疲劳能力目的,型钢组合桥面包含10个钢结构疲劳细节,所有疲劳细节计算应力幅均在常幅疲劳极限以下;型钢组合桥面纵横肋新型连接焊缝在设计疲劳应力幅下等效加载4840万次才发生疲劳破坏,疲劳强度满足实桥应用需求。综上表明,型钢组合桥面具有优良的静力与疲劳性能,加工制造简便,建设成本低,是一种具有竞争力的新型桥面方案。

钢—UHPC组合防撞新装置研究

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)是一种近年兴起的,具有超高强度、超高延性和韧性、高耐久性和体积稳定性良好的水泥基复合材料。由于UHPC具有优异的力学特性(如抗压强度约150 MPa,抗拉强度近30 MPa和良好的延性等),在结构抗冲击领域备受学者们的青睐。且UHPC板具有相当好的抗冲击性能,相对于普通混凝土板爆炸损伤及残余位移都显著地减小。尽管鲜有研究将UHPC运用于防撞领域,但目前UHPC在抗爆中表现出来的优异性能说明了将其用于防撞结构中具有巨大的潜力和前景,尤其是将其作为防船撞结构面板能够充分体现UHPC的抗冲击性能,同时也能显著提高面板的局部刚度。

钢-STC轻型组合结构桥面施工技术及工艺的研发与应用

介绍钢-STC轻型组合结构桥面新技术的特点、施工方法和存在的难题,以及针对施工难题研发的相应施工技术与工艺,并阐述该新技术推广和应用的必要性。

钢-STC轻型组合结构桥面施工技术研究

为了解决钢-STC轻型组合结构桥面施工中的难题,对钢-STC轻型组合结构桥面施工技术展开研究。重点介绍本项技术的施工关键环节与各项工艺,给定施工工艺流程图。针对各个施工环节所研发的施工技术及技术优势进行分析,最后在多个工程实践中应用,具有很好的施工效果。