The study of temperature effects on steel box girder for Taizhou Bridge

Using the temperature gradient which was proposed by continuously measuring flat steel box girder of Runyang Bridge, temperature effects of flat steel box girder were studied for Taizhou Bridge. With three temperature gradient models (JTG D60-2004 specification, BS5400 specification and the temperature gradient which was proposed in this paper), the stress of control sections was calculated by finite element program ANSYS. The calculated result indicated that the temperature gradient that was put forward in JTG D60-2004 specification and BS5400 specification for calculating the stress of flat steel box girder was not suitable to apply to flat steel box girder. The temperature gradient on flat steel box girder which was proposed in this paper was reasonable.

连续变截面箱梁主墩0号块复杂受力模式与力学仿真分析

连续变截面箱梁是钢箱梁桥中应用较多的型式,具有受力复杂、施工变形控制难的特点.依托雄安新区骨干路网京雄高速高碑店连接线白沟河特大桥项目,结合钢箱梁结构异性结构设计理论,采用线性监测、毫米波雷达监测、埋设应变片应力监测与数值仿真分析相结合的方法,获得连续变截面箱梁主墩0号块各项受力变形数据,得到了连续变截面箱梁主墩0号块复杂受力模式的工作机制.结果表明:1)针对线性监测、内应力监测与毫米波雷达监测,提出了连续变截面箱梁主墩0号块控制阀值范围,内应力变化范围为0.71~12.58 MPa,沉降量0.78~-0.2 mm;2)对比分析线性监测与内应力监测数据,并对其进行拟合回归,构建了主墩0号块变形受力模型;3)通过提取主墩0号块毫米波雷达波谱图,获取其变形异常点数据,分析得出了连续变截面箱梁主墩0号块失稳破坏工作机制.上述研究成果可为连续变截面箱梁主墩0号块设计参数优化、主墩施工质量控制与施工工艺优化提供理论支撑与技术指导.

公铁合建钢混板-桁斜拉桥悬挑式钢锚箱受力特性及结构优化

为研究大跨度公铁合建钢混板-桁斜拉桥主梁悬挑式索梁钢锚箱结构的受力特性及结构优化,以主跨808 m的洪奇沥特大桥钢锚箱为背景,采用仿真分析方法,研究钢锚箱3个设计方案主要板件应力、焊缝应力以及推荐方案锚箱节点的传力特性和锚箱参数对钢锚箱受力的影响。结果表明:锚箱尺寸较大、顶底板加肋方案的主要板件应力最大为300 MPa,小于其他2种方案,且6条焊缝的最大应力和应力不均匀系数较优,因此确定该方案为最终设计方案;索力首先由锚垫板直接向钢锚箱顶、底板和内外腹板较为均匀传递,最终边弦杆底板、内腹板和外腹板分别承担了22.2%,46.4%和31.4%的索力;节点处副桁斜杆、近桥塔侧和远桥塔侧边弦杆、混凝土桥面、节点横梁分别传递约66.71%,9.72%,9.32%,9.68%和4.56%的斜拉索竖向分力;板件应力随顶底板厚度增加而减小,顶底板深入边弦杆长度增加可以降低底板-内腹板焊缝峰值应力,顶底板间距减小可降低内外腹板和顶底板与锚垫板接触区域应力;顶底板厚44 mm、锚箱顶底板深入边弦杆长度1800 mm、顶底板间距660 mm时较为合理。

单箱双室变截面波形钢腹板组合梁剪应力分析

为了研究单箱双室变截面波形钢腹板组合箱梁(CBBCSW)的剪应力分布规律,分析了单箱双室变截面CBBCSW的顶底板与波形钢腹板(CSW)的承剪问题。基于微元体平衡和切应力互等定理推导了变截面CSW的剪应力计算公式,并与等截面CSW剪应力计算公式进行了对比。对各项剪应力的性质展开了研究,针对变截面CBBCSW的顶底板和参与承剪机理进行了分析,提出了底板承剪比例计算公式。以室内模型试验梁和一座单箱双室变截面CBBCSW为例,采用ANSYS有限元软件分别建立了试验梁与实桥的有限元模型,研究了不同约束体系下,剪应力在CSW上的分布以及顶底板与CSW参与承剪的规律。对比不同荷载情况下,有限元计算结果与理论公式计算结果的差异,分析不同荷载工况对顶底板与CSW参与承剪的影响。此外,分析了横隔板对单箱多室CBBCSW剪力分配的影响。研究结果表明:所提公式的理论结果与试验实测结果和有限元结果吻合较好,且底板参与承剪的比例不可忽视;变截面引起的“附加剪应力”是影响剪力传递的直接原因,弯矩的大小会直接影响底板参与承剪的比例;对称荷载下中腹板与边腹板的剪力分布几乎相同,而横隔板会改变CSW上剪力分配,靠近横隔板处的部位剪应力分布更均匀。研究结果可以为实际工程中变截面CSW的剪应力和承剪比的分析提供参考依据。

偏载作用下薄壁箱梁空间整体效应的综合分析

为了研究斜腹板箱梁在竖向偏心荷载作用下的受力性能,在合理构造各翘曲位移函数的基础上,用能量变分法建立全面反映竖向弯曲变形以及剪力滞、约束扭转、畸变等翘曲变形的控制微分方程,通过对既有文献中的模型梁进行计算分析,明确剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力在竖向弯曲应力中的占比情况,并揭示各翘曲广义内力的分布规律。结果表明:按文章解析法求得的模型梁应力理论值与实测值吻合良好,从而验证文章方法的合理性;在偏载作用下箱梁的约束扭转微分方程与畸变微分方程是相互耦联的,这在已有文献中往往被忽略;在剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力中,畸变翘曲应力占据主导地位,剪力滞和约束扭转翘曲应力相对较小,但仍不可忽略,在控制截面上因各种翘曲变形引起的应力放大系数达到1.362;偏心集中荷载引起的各翘曲广义内力均具有快速衰减的分布规律,剪力滞和约束扭转广义内力分布范围很小,而畸变广义内力分布范围广阔。建议在桥梁设计规范相关条文及实际箱梁桥设计中,对畸变效应给予充分重视。

立交匝道小半径钢混组合连续梁桥受力特性分析

以立交小半径匝道桥为工程实例,建立有限元模型,对钢箱梁和混凝土桥面板受力分析。针对墩顶负弯矩区域提出双重组合、先铰接后固结和优化施工顺序3项改善措施。结果表明,各个施工阶段钢箱梁应力和混凝土桥面板横向受力均满足规范要求。采用双重组合和先铰接后固结技术可以降低钢箱梁底板压应力约27.7%和9.8%,优化施工顺序措施能使混凝土桥面板在短期荷载组合下保持受压状态。

1-50 m单箱双室钢箱梁桥支架搭设与受力验算

依托1~50 m单箱双室钢箱梁桥施工背景,通过有限元分析软件midas对钢箱梁支架建立有限元模型,对支架结构进行强度、刚度、稳定性方面的验算,并对支架基础进行承载力验算。主要研究内容如下:(1)支架的材料、荷载分析;(2)支架受力分析,包括支架各结构剪应力、支架各结构弯曲应力;(3)支架基础承载力验算,具体包括基底反力计算、底板内力计算、基础抗冲切验算。研究表明:结构最大剪切应力为0.48 MPa,最大弯曲应力为5.14 MPa,最大位移为1.5 mm,均满足支架材料及结构受力要求,稳定性也符合要求。支架在加工及安装时应保证按相关规范要求执行,以保证支架结构安全。

车道荷载作用下箱梁应力放大系数的解析法研究

为了便于用解析法分析偏心车道荷载作用下考虑箱梁扭转和畸变翘曲应力影响的应力放大系数,基于薄壁箱梁约束扭转和畸变控制微分方程的初参数解,得到偏心车道荷载作用下简支箱梁同时考虑约束扭转和畸变翘曲内力的解析解,进一步得到相应翘曲应力。结合简支薄壁箱梁数值算例,分析偏心车道荷载作用下计入扭转和畸变翘曲应力后的总应力相对于弯曲应力的应力放大系数。研究结果表明:算例薄壁箱梁跨中截面腹板与底板交点处的正应力放大系数达到1.27,水平形心轴处腹板的剪应力放大系数达到2.21;针对畸变翘曲应力的计算结果表明:跨中截面腹板与底板交点处畸变翘曲正应力约为扭转翘曲正应力的5倍;畸变翘曲剪应力在薄壁箱梁底板、腹板及悬臂板内均较大。

多箱式小箱梁模型横向受力试验研究

为研究多箱式小箱梁桥的横向应力分布规律,通过设置开展不同数量内横隔梁的小箱梁模型横向静力静载试验,测定不同工况下的横向应变,并结合梁格法及三维实体有限元分析等方法综合比对,验证各种方法应用于多箱式小箱梁横向受力分析的适用性。研究认为,增设内横梁对多箱式小箱梁横向受力的改善效果具有边际效应,可根据实际截面刚度大小综合考虑。

循环弯矩下考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度研究

[目的]为充分考虑焊接初始变形和残余应力在内的完整初始缺陷,需开展不同循环弯矩下的箱型梁塑性变形分布和极限强度研究。[方法]首先,选用各向同性的强化材料模型与Chaboche材料模型,采用Python语言编制程序并直接在有限元软件中施加初始变形;然后,采用ABAQUS软件针对箱型梁开展多种循环弯矩模式下的极限强度非线性有限元数值模拟,同时考虑焊接初始变形、残余应力、材料强化及鲍辛格效应的影响。[结果]研究结果表明:单向循环弯矩下,箱型梁抗弯刚度和极限强度将随着循环次数的增加而不断下降,塑性变形将从箱型梁的上顶部向侧部区域扩展,其中同时包含焊接初始变形与残余应力缺陷的箱型梁有限元模型处于极限状态时的塑性变形区域更广;相较于单次加载,经过3次双向循环之后,仅考虑初始变形的箱型梁极限强度下降了10.44%~15.15%,而考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度下降了8.41%~14.50%。[结论]在循环弯矩下考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度的下降趋势更为缓和,所得成果可为循环弯矩下箱型梁的极限强度研究提供参考。

CRTSⅢ型板式无砟轨道-PC简支梁长期变形研究

研究目的:以CRTSⅢ型板式无砟轨道-PC简支梁体系(梁-轨体系)为研究对象,开展混凝土收缩徐变作用下梁-轨体系的长期变形研究,分析底座板、自密实混凝土及扣件长期受力特点。研究结论:(1)相较于单独箱梁(将无砟轨道转化为均布荷载作用),梁-轨体系下箱梁徐变上拱反而有所增大;(2)箱梁长期变形导致无砟轨道上拱,引起钢轨与轨道板、底座板与自密实混凝土部分区域产生竖向变形差,进而导致底座板和自密实混凝土脱空;(3)底座板和自密实混凝土的纵向拉应力、扣件竖向附加力均较小,但梁端处部分扣件纵向力达到极限值;(4)小阻力扣件能够有效削弱梁轨相互作用,减小箱梁长期变形引起的无砟轨道纵向应力和扣件竖向力;(5)本文研究成果揭示了梁-轨体系长期变形协同工作机理,可为CRTSⅢ型板式无砟轨道结构运营期间的维养提供一定的理论依据。

钢箱梁斜交顶推受力与变形分析

为研究钢箱梁在斜交顶推过程中的受力与变形特点,结合实际工程分析斜交顶推过程中导梁前端挠度、各顶推支架支反力的变化情况,并对不利工况下钢箱梁构件应力情况进行分析。分析表明:受自重与非对称支座反力的影响,钢箱梁在顶推至L4支架后,导梁前端左右两侧的挠度便不再相同,导梁左右两侧的最大挠度差达到79.91 mm。钢箱梁顶推经过L4支架过程中不会对L1支架的支反力造成突变的影响,对L2、L5支架影响较小,仅对L3支架支反力影响明显。L1支架的脱空对L2支架的支反力影响很大,在施工过程中应予以重视。

临时扣塔辅助顶推的钢箱梁结构参数分析

为研究临时扣塔辅助顶推施工中大跨钢箱梁、导梁和临时扣塔的受力行为,依托主跨为90m的汾水河大桥,建立了有限元分析模型,开展了最大悬臂状态下结构自重、扣塔高度与刚度、扣索位置、索力及刚度等参数的敏感性分析。结果表明:扣索位置为导梁前端下挠的敏感性参数,当外侧和内侧扣索水平投影长度均增大20%时,导梁前端下挠分别减小73%和38%,外侧扣索宜设置在其水平投影长度为60%~80%最大悬臂长度的区域;扣索索力为扣塔偏位的敏感性参数,当外侧和内侧扣索索力分别增大33%和50%时,扣塔偏位分别减小169%和136%;导梁自重为钢箱梁应力的敏感性参数,导梁自重增加20%,钢箱梁拉应力和压应力分别增大43%和37%。研究成果可为同类型桥梁施工提供借鉴。

桥梁顶升施工有限元分析

山东省青岛市辽阳路桥是一座预应力混凝土连续箱梁桥。为实现与新建桥梁的衔接,现需该桥的46#桥梁顶升655~1218mm。利用ANSYS软件建立46#桥梁有限元计算模型,分析其在同步顶升工况、千斤顶失效工况下,顶升至最高点时所需的最大顶升力以及箱梁桥和分配梁的受力和变形情况,以确保桥梁顶升过程中的安全性。结果表明桥梁在两类工况下,均具有较大的安全储备,可保障桥梁顶升过程中的安全可行性。研究成果可为其他同类型桥梁顶升施工工程提供案例参考。

宽幅现浇箱梁门洞式支架受力性能研究

为解决宽幅现浇梁在跨越道路交叉口时的支架设计难题,以杭州市通城大道快速路(机场高速—通彩互通)工程宽幅现浇箱梁施工为例,提出了2种不同的门洞式支架方案,建立其力学简化模型,对其整体受力、变形和稳定性进行验算。结果表明,方案A和方案B的分配梁和贝雷桁架主梁的验算结果一致,而采用方案A需要对圆心钢管的验算指标较多,需要满足截面正应力、柔度和压弯构件正应力的要求;方案B只需对贝雷桁架立柱做抗剪强度验算即可,且贝雷桁架具有装配化的优点,可以快速安装,稳定性强,在实际工程中可以优先选用方案B:贝雷桁架立柱式门洞支架。

高速铁路32m简支箱梁墩台横桥向沉降静力影响及损伤评级

针对高速铁路桥梁新旧线并行修建引起的横桥向墩台不均匀沉降的问题,利用ABAQUS有限元分析方法,选取高速铁路常用的32 m标准双线多跨简支梁桥,建立CRTSⅢ型单元板式无砟轨道-桥梁-墩台空间静力耦合模型;考虑不同沉降类型和沉降幅值,研究横桥向桥墩不均匀沉降对轨道结构层间受力及其轨面变形规律,在此基础上提出适用于该桥型的单、双墩横桥向不均匀沉降静态损伤分级及维修建议。结果表明:横桥向墩台不均匀沉降对轨面高低不平顺影响最大,其次为扭曲和水平不平顺,且沉降墩顶处易出现变形极值;横桥向墩台仅单侧沉降时,单墩沉降差10、15、20 mm,伤损等级依次为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级;需要关注桥墩横桥向双侧沉降情形,损伤比单侧沉降更严重;当沉降差达到20 mm时,自密实混凝土层横向拉应力超过C40混凝土抗拉强度限值,轨道结构存在开裂风险。建议日常保养时单、双墩横桥向不均匀沉降控制在10 mm及以下,应避免出现沉降15 mm及以上的不利情形。

现浇预应力混凝土箱梁桥受力性能分析与预应力设计

对多跨现浇混凝土连续箱梁桥预应力分析与设计方法进行论述,以某高速公路预应力混凝土连续梁桥为工程实例,对其进行现浇后张法预应力混凝土多跨连续箱梁受力性能分析研究。在现行设计规范荷载作用下,根据箱梁受力状态进行纵向预应力钢束设计方法,使其具有良好的使用性能,满足现行设计规范要求,并结合实例对现浇混凝土连续梁预应力设计给出优化建议。

公铁平层斜拉桥钢箱梁双悬臂施工控制技术

宜宾临港长江大桥主桥为(72.5+203+522+203+72.5)m双塔双索面钢箱梁斜拉桥,公铁平层,3号塔两侧钢箱梁采用双悬臂施工,4号塔边跨侧钢箱梁采用顶推施工,中跨侧钢箱梁采用单悬臂施工。基于无应力状态法控制理论,采用SCDS软件建立主桥有限元模型进行施工控制计算。主梁双悬臂拼装时利用边、中跨侧桥面吊机对称同步起吊待安装梁段并调整其空间位置,采用相邻梁段相对高程控制法进行精匹配;斜拉索索力以无应力索长张拉进行控制;中跨侧悬臂端临时辅助压重措施,完成钢箱梁跨越式过辅助墩和顶升式上过渡墩的施工。该施工控制技术确保了钢箱梁双悬臂施工和边跨2次上墩顺利完成,保证了塔梁临时竖向锚固束受力合理,桥梁结构受力和塔偏未超限,结构线形和索力偏差满足要求。