Reinforcement and numerical analysis on the corbel of a halfthrough arch bridge

Corbels support the crossbeams of half-through arch bridges. They are prone to cracking easily due to their characteristics and complicated loading conditions. Based on a practical diagnosis of a bridge crossbeam,we bonded steel plates onto bridge corbels to strengthen them. We carried out a numerical analysis on the effectiveness of the reinforcement by using the commercial software ANSYS. The numerical analysis shows that the stresses near the section break increased slightly,but the variation amplitude was small and all the stresses were within an allowable range. The loading test indicates that it is feasible to strengthen the corbel with vertical bonded steel plates. Therefore,the reinforcement is effective and economical. This reinforcement method is suitable for this type of corbel and can be applied in similar cases.

波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响

为了探索波纹钢形状对加固盖板涵承载力的影响及填充混凝土的拱效应形成机制,采用室内试验与数值分析相结合的研究方法,以一个室内模型试验结果为基准,建立了72个箱形、圆弧及其之间的过渡形状的波纹钢加固盖板涵的数值模型,探明了加固体系承载力随波纹钢形状参数的变化规律;基于合理拱轴的概念,探明了填充混凝土的拱效应形成机理,并采用5个数值模型进行了验证。结果表明:拱腋半径保持不变时,加固体系的承载力随着拱顶、侧墙半径的增加而减小;拱顶、侧墙半径不变时,加固体系的承载力随着拱腋半径的增加而增大;提升加固体系承载力最有效的方式是增加拱腋半径,其次是减小拱顶和侧墙半径;填充混凝土的拱效应与荷载类型有关,当波纹钢的形状能保持拱轴连续并且在素混凝土刚性角以内时,加固体系的承载力最高。在设计波纹钢加固盖板涵结构时,应根据实际工程需要综合考虑波纹钢形状与填充混凝土的拱效应,尽量避免紧贴原盖板涵的加固设计。

带加强圈的多跨钢波纹板拱涵施工力学行为试验研究

以4孔跨度9m钢波纹板拱涵为背景开展现场试验研究,针对拱背浇筑泡沫混凝土和拱顶回填土体施工过程,分析不同拱跨、有无加强圈断面关键位置的受力和变形特征。主要结论为:不同拱跨与有无加强圈对拱涵位移影响较小,且拱涵变形总体较小,最大约为4mm,应力满足设计标准,但拱脚截面应进行重点监控;不对称回填和不同回填材料造成边中跨、边跨两侧应力存在差异,在拱顶回填中,边跨钢波纹板、钢筋和加强圈内混凝土的应力均比中跨对应位置要大,最大差值分别为31.06,27.29,1.93MPa;加强圈仅在拱顶回填时充分参与受力,能显著减小拱脚波峰位置钢波纹板应力,减小量约为其设计强度的10%。

引江济淮淠河总干渠渡槽桥概念设计

引江济淮淠河总干渠渡槽桥是安徽省1号工程引江济淮河道上的一座通水、通航桥梁,桥上水体重量约4万吨,且旱、涝水位变幅极大,属于超量级可变重载。针对该桥竖向刚度和竖向位移、开口断面抗扭能力以及先建后挖的边坡稳定和基础变位等难以控制的问题进行概念设计。该桥采用左右分幅、上桁下拱的结构方案,有效控制了下挠和上拱值,较好地解决了竖向刚度和竖向位移变幅问题;采用上开下合布置形式,梁式U形槽下设置2个拱片+M形横联,有效控制了侧倾和压弯下挠,解决了U形槽的横向变形和扭转问题;采用外桁内波布置,创造性地采用了一种波形板槽壁,通过叶摆式支撑板连接在桁架桥上,解决了水槽与桥体传递力线、水凉钢热的温差效应、水体与桥槽的流固耦合等问题,并采用水工试验等验证了结构的减振作用;采用分阶段的土体开挖施工方案,形成时间差,解决了先建后挖的边坡稳定和基础变位问题;设置分流岛结构、观景平台和监控景观塔,解决了大体量桥体景观设计问题。充水试验结果表明桥梁结构状态良好。

波形钢板管涵的刚度计算方法

结合波形钢板管涵的弹性力学性能与加拿大波形钢桥涵规范,以半圆弧拱为例推导了波形钢管涵结构变形的计算方法。利用此方法计算了典型尺寸的波形钢板管涵结构在填土作用下结构竖向、横向变形随填土高度的变化规律,并与工程实测结果进行了对比。对比结果显示,提出的计算方法能基本模拟波形钢板管涵结构的形状变化,除填土高度较小时拱顶竖向变形差距较大外,其余工况下提出的方法计算结果与实测值基本吻合,表明提出的波形钢板管涵结构的变形计算方法具有较高的合理性,可作为波形钢板管涵结构设计的参考。

加强圈对钢波纹板拱涵受力行为的影响研究

为研究大跨度钢波纹板拱涵在增设混凝土加强圈后的受力行为,建立考虑土–拱相互作用的精细化有限元模型,并与CHBDC的分析方法进行对比。在此基础上,研究加强圈承担的截面内力及其在拱脚、拱腰和拱顶等部位的分布规律,并讨论加强圈厚度、间距和宽度对拱涵力学行为的影响。研究表明:采用CHBDC方法计算钢波纹板拱涵时,轴力将被低估,其与精细化有限元计算结果的比值为0.38~0.48;钢波纹板拱涵的轴力起控制作用,加强圈使得最大轴力减小了22.14%;在拱脚位置,加强圈承担的截面轴力最大,占比50.32%;加强圈各部位的轴力贡献度与其设计参数呈正相关,增大加强圈宽度优于增加厚度和减小间距。

波形钢腹板组合箱梁动力特性分析

以哈密顿原理为基础,综合考虑剪力滞、手风琴效应的影响,推导了组合箱梁的控制微分方程及其闭合解,分析了剪力滞、手风琴效应等参数对组合箱梁动力特性的影响。结果表明:计算结果与有限元值吻合良好;剪力滞和手风琴效应对组合箱梁的竖向刚度有减小作用;随箱梁高跨比的增大,频率阶数的升高,手风琴效应和剪力滞的影响表现越明显;不同波纹钢腹板型号对组合箱梁的竖向刚度影响较小。

拱形钢桁梁桥结构分析与构造细节设计

钢桁架结构通常节点密集,设计复杂多样。现结合绍兴市某拱形下承式钢桁梁桥,介绍其总体布置、结构设计,并基于有限元分析理论,采用通用有限元软件ANSYS对该桥的活荷载计算模式、上下弦杆节点、梁端节点、横肋与下弦杆及小纵梁相交节点的构造细节设计进行计算对比分析。研究表明,整体式节点设计中节点板处竖杆腹板采用渐变断开式设计,可满足应力、屈曲稳定的要求;拱梁结合点处的应力集中范围与大小受圆弧半径、支点相对位置的影响,支点靠近拱梁结合点对结构受力有利;支撑桥面板的横肋下翼缘可与小纵梁、下弦杆采用半刚性节点,虽一定程度上会增大翼缘断开范围腹板应力,但整体应力水平较低。

双跨波纹钢拱桥力学性能的试验研究

本文研究了一座双跨13 m跨径波纹钢拱桥在静载和动载作用下的力学性能,静载测试了五种工况,动载测试了20 km/h、40 km/h、60 km/h和80 km/h四种车速。通过对截面应变、拱顶位移、动应变和内力分析,得出以下结论:双跨波纹钢拱桥的两跨会相互影响,当车辆作用于一跨时,该跨产生竖向和水平变形,水平变形会使土体挤压另一跨;测试的双跨波纹钢拱桥的轴力较大,不能被忽略,并且轴力大部分表现为拉力;路面结构层对波纹钢拱桥的整体性能有影响,发挥着类似减压板的功效,使整体受力更均匀,弯矩更小;拱顶应变在某一特定车速下达到最大值,车辆作用频率越接近结构自振频率,产生的动态响应越大;应变动力增大系数小于1。

波折钢板-钢覆复合材料防撞设施抗撞性能

为探究撞击作用下波折钢板-钢覆复合材料防撞设施的撞击响应和破坏模式,采用非线性有限元软件LS-DYNA,建立了船-防撞设施-桥碰撞的数值仿真模型,比较计算结果与试验结果,验证数值模拟方法的有效性,并通过参数分析探明了船舶冲击速度、钢面板厚度、冲击角度对防撞设施防护性能的影响规律。结果表明:有限元方法可以准确模拟碰撞产生的钢箱变形,考虑钢材应变率效应方法获得的钢箱凹陷深度和加速度峰值与试验值误差均小于10%;冲击速度、钢面板厚度、冲击角度对防撞设施在实际应用中的防护效果有较大影响,防撞设施在不同撞击作用下均起到良好的防护效果,展现出其良好的抗冲击性能和广泛的适用性。

重庆凤来特大桥总体设计

重庆凤来特大桥主桥为计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥。该桥设计过程中,选取主跨710 m单跨悬索桥、主跨600 m斜拉桥和计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥3个方案,从结构特点、施工技术和经济性3个方面进行分析比选。由于计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥方案具有结构简洁、整体刚度大、对V形河谷地形适应性好、上部结构施工难度低和造价最低的优势,因此最终采用该桥型方案。主拱拱轴线采用悬链线,计算矢高116 m,计算矢跨比1/5,拱轴系数2.0,拱肋采用双片主桁,上、下游两榀主桁平行布置,横向中心间距20.2 m;主桁上、下弦杆采用箱形截面,截面内宽1.8 m,内高1.8 m。结合原位试验和基坑有限元计算结果,拱座采用重力式拱座,扩大基础,自然山体两侧基坑边坡开挖后,采用预应力锚索和喷锚支护。拱上立柱采用等截面钢箱排架结构。拱上主梁采用工字形钢板梁+预应力混凝土桥面板的组合梁。通过结构计算,拱肋、平联和斜撑等各钢结构杆件强度和整体刚度、稳定性均满足要求。采用斜拉扣挂、缆索吊装方案进行主拱节段、立柱单元以及主梁构件安装。

波纹钢-混凝土组合结构在圬工拱桥加固中的应用研究

依托一座5跨圬工拱桥,在考虑原拱桥的二次受力以及界面接触属性的基础上,利用ABAQUS研究采用波纹钢-混凝土组合结构加固的圬工拱桥力学性能的变化。结果表明:加固后混凝土为主要受力构件,波纹钢和原拱圈的内力相当;车辆荷载作用下拱顶轴力降低85.7%,挠度降低79.5%;加固后关键截面应力均小于规范限制,达到了预期的加固效果。此外,施工过程中波纹钢板可作为混凝土的浇筑模板,施工便捷,工期明显缩短。本文可为现有圬工拱桥加固提供设计参考和工程借鉴。

广州沥心沙大桥复合防撞装置抗撞性能分析

广州沥心沙大桥主桥为(55+85+55)m T形刚构桥,由于发展需要,将该桥跨越的航道等级由Ⅲ级提升至Ⅰ级(通行3000 DWT船舶)。为提高该桥的防撞能力,提出采用一种固定式波折钢板-钢覆复合防撞装置。该装置主要由钢面板、波折钢板、聚氨酯芯材、GFRP防护层和方形橡胶垫块构成。为分析船舶撞击下该装置的耗能能力和防护性能,以主桥18号墩的防撞设计为背景,将该装置设置在承台,采用有限元软件LS-DYNA建立船-复合防撞装置-桥的碰撞模型,进行船桥碰撞动力计算分析,研究船艏、复合防撞装置及承台损伤情况。结果表明:设置复合防撞装置后,桥梁结构响应明显减小;钢面板是主要的耗能构件,发挥出良好的缓冲吸能作用;在受到船艏碰撞时,仅复合防撞装置迎撞面产生较大变形,船艏发生轻微变形,而承台及桥墩未发生大的变形,混凝土保持完好。该复合防撞装置生产、安装工艺简单,运营维护方便,具有较好的经济性和适用性。

在役刚架拱桥病害分析及加固设计研究

基于某在役刚架拱桥次拱腿断裂及横向连杆脱落等病害问题,通过建立多种工况有限元分析模型,对比分析了不同工况下的内力,进一步了解病害产生原因,提出了对应的加固措施,并开展了桥梁荷载试验。结果表明:该桥病害中破损及缺失构件并非主要受力构件,可以采用粘贴钢板的加固方案对桥梁病害出现的位置及主要受力部分进行加固,以此满足公路Ⅱ级荷载标准。

刚架拱桥旧桥加固方案论证分析

现役刚架拱桥因其结构安全系数低、整体刚度差、横向联系弱等缺点,导致主要受力构件易出现结构性病害,危及桥梁结构安全。综合考虑桥梁结构设计安全等级、施工方便性、经济性及交通量情况,同时采用粘贴钢板方案与减轻上部活荷载方案对桥梁进行加固改造。通过利用有限元软件midas civil,对刚架拱桥加固前、后的受力状态进行分析。结果表明:该方案加固效果较为显著,可以明显减小桥梁跨中竖向位移,提升桥梁承载力安全系数,改善各构件受力状态,保障桥梁安全运营。

波形钢板在钢筋混凝土拱桥中的应用

波形钢板组合拱桥结构是通过在钢筋混凝土拱座预埋地脚螺栓,然后采用角钢与波形钢板底部连接,横向利用高强螺栓拼接形成,最后在其上浇筑钢筋混凝土拱圈的一种新型结构形式。其优点在于,采用波形钢板作为底衬,减少了支模步骤,且波形钢板参与拱圈结构受力,能更大程度上分散荷载的应力集中,达到经济适用目的。

某钢结构双拱轴人行景观桥结构设计

拱桥以独特的曲线形态及多变的造型,广泛应用于景观桥梁中。以上海市临港新城某景观人行桥为例,介绍了钢结构人行拱桥的设计及计算分析。通过对造型设计、结构分析及施工便捷性等研究分析,确定了桥梁结构形式及截面尺寸,可以为相似桥梁设计提供参考。

福州鹅头溪大桥桥型方案比选

鹅头溪大桥跨越现状鹅头溪,是沿溪大道桥涵工程的控制性节点工程,从通航需求和现状河道条件方面考量,本桥无设置超大跨径桥梁的需要。鹅头溪大桥提出了波形钢腹板-平钢底板钢混组合梁桥、预应力混凝土连续刚构桥和下承式斜靠拱桥+预制装配小箱梁桥三种桥型方案。从桥型方案的结构性能、施工工期、视觉效果等方面进行分析,最终确定采用波形钢腹板-平钢底板钢混组合梁桥方案,该桥型方案负弯矩区采用钢混组合桥面板结构,改善了桥面板的受力性能,提高了耐久性能。该结构受力体系合理、整体性能好、造型轻盈,与周边环境相协调,视觉效果良好。

无预应力波形钢腹板组合箱梁桥的结构力学行为分析 ——以福州鹅头溪大桥为例

为降低传统波形钢腹板箱梁自重,提高箱室整体性与可施工性能,避免箱梁混凝土底板开裂,采用平钢底板替代传统的混凝土底板,取消纵向预应力的设置,降低了施工的复杂性。为了使该结构适用于主跨40m以上的桥梁建造,同时降低桥面标高,采用变截面连续梁结构形式,最终形成无预应力变截面波形钢腹板组合箱梁桥。该新型桥梁结构自重轻、结构受力合理、造型美观,具有很好的发展前景。文章以无预应力波形钢腹板组合箱梁桥——福州鹅头溪大桥为例,建立主梁受力计算模型分析恒载和活载内容,进行了结构安全性验算。研究结果表明:该桥各项设计指标均满足相关规范要求,无预应力波形钢腹板组合箱梁桥结构受力合理,研究成果可为同类桥梁设计与验算提供参考。

销轴连接结构的接触应力分析

销轴连接结构是工程中最为常用的一种传力结构,对其进行细致的接触应力分析,研究各参数对接触应力大小和分布的影响,对此类传力结构的设计与应用显得尤为重要。该文以佛山东平大桥为例,在验证有限元模型接触参数设置的基础上,计算东平大桥在竖转脱架状态下销轴连接结构的接触应力,计算结果与实测结果相比,基本反应了接触应力的大小和分布,证明了有限元模型的可靠性。在此基础上,研究了提升力大小、材料本构关系等参数对销轴连接结构接触应力大小和分布的影响,得到以下结果:材料本构关系和提升力大小的选取是影响销轴连接结构接触应力大小和分布的关键因素;接触区域的摩擦因数对计算结果几乎无影响。