SIMPLIFIED ANALYSIS METHOD FOR ULTIMATE LOAD CAPACITY OF WEB PLATES OF BOX GIRDERS

The prosperous post buckling load capacity of web plates of box girders can be used.In this article,the post buckling behaviour of web plates of box girders under different loading conditions is theoretically analyzed and on the basis of domestic and overseas design codes of steel structures,the corresponding simplified analysis methods are put forward for the engineering design or code revision.It is proved that the simplified methods are safe,efficient and practicable through the comparison between several results.

简支波形腹板钢箱组合截面与传统截面箱梁桥抗震性能对比分析

为研究波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥(CW-SBCCGB)与传统箱梁桥抗震性能的异同,基于截面等效原理,根据某实际工程CW-SBCCGB的单箱截面,等效出波形腹板混凝土箱梁桥(CW-CBGB)和混凝土箱梁桥(CBGB)的单箱截面,再结合动力分析理论和ABAQUS有限元模型对比分析3种截面简支梁桥动力特性和抗震性能的不同。结果表明:3种截面简支梁桥前五阶振型不变,CW-CBGB和CBGB前三阶频率相比于CW-SBCCGB有所下降,但相差不超过1Hz,第四阶及以后频率差异逐渐变大;剪滞效应对CW-SBCCGB和CW-CBGB动力特性影响较大,对CBGB影响较小;在纵桥向+竖桥向和横桥向+竖桥向地震作用下,CW-SBCCGB和CBGB的墩顶位移和跨中位移均大于CW-CBGB结构,CW-SBCCGB主梁跨中截面剪力最小,CW-CBGB跨中截面弯矩最小,说明CW-SBCCGB和CW-CBGB的抗震性能均优于CBGB的抗震性能。

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。

波形钢腹板-钢底板组合箱梁耐火极限与设计

研究目的:近年来交通量的增加,由车辆碰撞或易燃物品运输车辆引起的桥梁火灾时有发生,不容忽视。为了解火灾下波形钢腹板-钢底板组合箱梁的火灾响应,采用ANSYS建立三维热-力耦合分析模型,分析火灾下组合箱梁温度场分布状态与抗弯承载力衰变规律,研究不同受火场景对组合箱梁耐火极限的影响,提出抗火设计方法。研究结论:(1)火灾下组合箱梁截面抗弯承载力呈三阶段发展;不同受火范围下跨中挠度随受火时间延长均呈两阶段发展;随着受火长度的增加,组合箱梁挠度增长幅度越大,受火初期受热弯曲效应作用越显著;(2)与抗力准则相比,采用挠度破坏准则判定组合箱梁的耐火极限较安全;(3)在组合箱梁底板增设不同类型的加劲肋形式,均可提高组合箱梁的耐火极限,当加劲肋材料用量相同时,与增设通长加劲肋相比,增设底板局部加劲肋对组合箱梁的耐火极限改善效果更好;(4)本研究成果可为波形钢腹板-钢底板组合箱梁的耐火极限理论分析与抗火设计提供参考。

新型波形钢腹板组合箱梁桥动力性能分析

对一种新型波形钢腹板组合箱梁桥结构开展了动力特性及抗震性能分析;以鄄城黄河大桥跨中箱梁段为例,建立组合箱梁桥的多尺度有限元模型,并与实测值进行了对比,验证了多尺度模型的有效性;基于此设计了该新型波形钢腹板组合箱梁的截面参数,采用多尺度建模方法研究了各参数变化对箱梁动力特性的影响规律,通过地震反应谱法分析了该结构在各向地震作用下的结构响应。结果表明:箱梁横隔板的数量和厚度是结构动力特性的敏感参数,对结构的扭转刚度影响很大;增大波形钢腹板厚度可有效提高结构刚度,且刚度增大对频率的影响程度大于质量增大对频率的影响,建议腹板厚度宜设为20~30 mm;槽形钢板可有效提高截面的抗弯刚度,尤其对结构竖向弯曲模态影响较大;横向地震作用对混凝土顶板和横隔板应力的影响最大,纵向地震力对波形钢腹板应力的影响最大,竖向地震力对混凝土底板和槽形钢板的应力影响较大。

随机车流下波形腹板组合箱梁桥疲劳寿命评估

为研究运营期内波形腹板组合梁桥的疲劳安全问题,基于WIM系统实测车辆荷载数据对桥梁疲劳寿命进行评估。利用某高速公路桥梁WIM系统实测车流数据建立随机车流模型,运用ANSYS有限元软件分析随机车流作用下波形腹板组合箱梁桥的疲劳应力,通过疲劳寿命评估方法评估波形腹板组合箱梁桥疲劳寿命,并探讨车流量变化对疲劳寿命的影响。研究结果表明:在随机车流作用下,波形腹板组合箱梁桥钢底板与波纹腹板焊缝相同折角处的应力值内侧比外侧大,导致内侧的疲劳损伤比外侧大,疲劳寿命较短;车流量变化对桥梁的疲劳损伤影响较大,随运营时间的增长,桥梁的疲劳寿命快速下降。因此,在运营期内需对桥梁运行车辆采取一定的限流限载措施。

波形腹板钢箱-混凝土组合梁横向内力计算与分析

为精确分析波形腹板钢箱-混凝土组合梁(SBCCGCW)的横向内力,考虑波形钢腹板特性和箱梁的畸变效应,利用框架分析法推导SBCCGCW的横向弯矩计算公式;通过两座实桥横向弯矩的有限元和实测结果对所提公式的正确性进行验证;对SBCCGCW横向内力的影响因素进行研究,并根据有限元分析结果提出SBCCGCW横向内力的简化计算公式。结果表明:利用所提公式获取的横向弯矩值与有限元结果和实测结果吻合较好,误差在10%以内;横隔板会大幅度减少荷载作用点处的横向弯矩;宽高比、混凝土顶板厚度、荷载作用位置对混凝土顶板横向弯矩的影响较大,钢底板厚度变化对混凝土顶板横向弯矩的影响较小。研究成果可为SBCCGCW的横向内力计算与分析提供参考。

新型波形钢腹板组合箱梁畸变效应

为研究新型波形钢腹板(CSW)组合箱梁的畸变效应,以板梁框架法和位移法为基础,建立单箱多室新型CSW组合箱梁的畸变控制微分方程和边界条件,得到畸变正应力解析解,并采用有限元法检验推导结果的正确性。应用推导结果对比分析新型CSW组合箱梁与传统CSW组合箱梁的畸变性能,以及截面高度、箱室宽度和钢底板厚度对新型CSW组合箱梁畸变效应的影响。结果表明:解析解计算得到的畸变正应力与有限元模型计算的结果吻合较好,畸变角的变化规律与有限元模型计算结果一致;与传统CSW组合箱梁相比,新型CSW组合箱梁的畸变翘曲刚度减小了38.89%,畸变框架刚度减小了71.84%,抗畸变能力减弱;随着截面高度和箱室宽度增加,新型CSW组合箱梁跨中畸变角和跨中畸变双力矩均逐渐增大,且箱室宽度的影响更为明显;随着钢底板厚度增加,新型CSW组合箱梁跨中畸变角逐渐减小,跨中畸变双力矩逐渐增大。

钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点静载试验及极限承载力计算研究

为了解钢桁腹-混凝土组合箱梁(顶、底板为混凝土结构,腹杆为钢结构)外接节点在水平荷载作用下的受力性能,以某钢桁腹-混凝土组合箱梁桥方案为背景,选取钢腹杆轴力最大节点设计、制作缩尺比为1∶3的钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点试件(由混凝土弦杆、方形钢腹杆、节点板组成,原混凝土板简化为混凝土弦杆)并开展静载试验,分析外接节点试件静载试验现象及破坏模式、荷载~位移曲线,以及混凝土弦杆、节点板和钢腹杆的应力分布规律,并基于有效宽度法及撕裂面法与最大强度准则提出外接节点极限承载力计算方法。结果表明:外接节点试件的破坏模式为节点板拉剪断裂失效,极限承载力为设计荷载的5.71倍,承载能力满足要求;混凝土弦杆压应力沿加载方向逐渐减小,沿竖直方向从上往下逐渐增大;节点板应力沿加载方向总体上先增后减,外露节点板是节点受力的关键构件;外接节点极限承载力由节点板和钢腹杆中较弱者控制,采用所提出的计算方法得到的外接节点极限承载力计算值与试验结果相差小于6%。

考虑温度和剪切变形的改进型波形钢腹板组合箱梁动力特性研究

为了精确分析温度效应和剪切变形效应对改进型波形钢腹板组合箱梁自振特性的影响,提出一种考虑温度效应和剪切变形效应的改进型波形钢腹板组合箱梁自振特性分析方法。综合考虑温度、剪切变形和波形钢腹板刚度修正的影响,运用应力等效原则推导出改进型波形钢腹板组合箱梁的自振频率解析公式;利用实桥ANSYS有限元分析结果和试验实测结果对自振频率解析公式的正确性进行了验证;分析了温度等效轴向偏心力变化、弹性模量变化、剪切变形效应、不同高跨比和不同宽跨比下温度效应对该桥型自振频率的影响。结果表明:温度效应对改进型波形钢腹板组合箱梁的基频影响较大,计算该桥型的基频时需要考虑温度效应的影响;波形钢腹板的剪切变形效应对该桥型自振频率的影响较为显著,从第4阶自振频率开始剪切变形的影响已超过50%;不同高跨比下温度效应对基频的影响较大,且随着高跨比的增大呈线性急剧增大;不同宽跨比下温度效应对自振频率的影响较小,可以忽略不计。研究成果可为改进型波形钢腹板组合箱梁的自振频率计算和分析提供参考依据。

横州飞龙大桥主桥设计

横州飞龙大桥主桥为(100+2×185+100)m波形钢腹板连续刚构桥,主梁为单箱单室波形钢腹板组合箱梁,桥面宽13 m,中支点梁高10.9 m,跨中及边跨梁端梁高4 m。腹板采用1800型波形钢腹板,相比传统1600型腹板具有更高的整体屈曲应力;波形钢腹板防屈曲构造采用内衬混凝土和纵、横向加劲肋混合布置的方式,减少了内衬混凝土长度,减轻了结构自重;波形钢腹板与顶板采用长孔型开孔板连接件,与底板采用外包型连接,提高了结合部施工便捷性和耐久性。主梁采用波形钢腹板悬臂自承重施工工法,先边跨后中跨合龙,采用研发的钢架吊篮与智能吊机组合的挂篮形式,提高了施工效率。

半分离式斜腹板双箱梁大跨单肋拱桥颤振临界风速分析

为研究低扭弯频率比大跨度桥梁的颤振性能,以某主跨180 m的半分离式斜腹板双箱梁大跨单肋拱桥为背景(主梁扭弯频率比接近1.0),进行颤振临界风速分析。采用有限元法分析该桥动力特性,计算桥梁颤振稳定性;对比《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01—2018)推荐的3组理想平板颤振临界风速估算公式,基于Scanlan半逆解法的理想平板颤振临界风速,考虑主梁形状与攻角修正系数确定颤振临界风速范围;采用强迫振动数值模拟识别颤振导数,获得精确颤振临界风速,进一步计算半分离式斜腹板双箱梁的形状和攻角系数。结果表明:该桥主梁扭弯频率比较低,颤振稳定性低于500 m级大跨度双肋拱桥;规范推荐的理想平板颤振临界风速估算公式在小扭弯频率比时差异较大;半分离式斜腹板双箱梁形状修正系数小于分离式双箱梁而大于P-K梁、带斜腹板箱梁,攻角修正系数略大于这3种形式主梁。

公路桥梁预制小箱梁标准化施工控制腹板水波纹研究

公路桥梁的预制小箱梁结构因其承载能力强、施工速度快等优点,广泛应用于各类桥梁工程中。然而,在实际施工过程中,常常会遇到腹板水波纹的问题,严重影响了桥梁的外观和质量。本文针对公路桥梁预制小箱梁腹板水波纹的问题,从施工角度深入探讨了其成因,并提出了以标准化施工为重点的解决措施。通过标准化施工的严格实施,可有效控制腹板水波纹的产生,提高桥梁的施工质量。

铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁力学性能分析

W形腹板箱梁具有典型桁式体系受力特征,更符合单索面斜拉桥的受力要求,目前已在公路桥中推广应用。为指导铁路桥相关设计,通过采用有限元软件建立计算模型,对某铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁设计开展系统分析,研究不同设计参数对箱梁各板件内力的影响、荷载作用下箱梁截面横向受力性能、以及箱梁截面剪力滞效应。研究结果表明,同梁高、不同斜腹板倾角的铁路W形截面顶板、内腹板均受拉,底板与外腹板均受压;随着边斜腹板倾角减小和内腹板倾角增大,顶板、外腹板轴力变大,内腹板轴力减小,底板轴力则基本不变;根据计算分析得到不同位置处的W形截面在铁路荷载作用下,预应力筋合理的布置方式;剪力滞效应方面,荷载作用下,支点及拉索附近的剪力滞效应较为明显,剪力滞系数约为1.1。通过研究,对铁路荷载作用下该种新型截面形式有了系统全面的认识,合理选择截面参数的同时应考虑剪力滞效应以提高结构经济性。

桥梁钢箱梁腹板设计研究

为达到强化桥梁整体性能的目的,以某公路桥梁四跨变截面钢箱连续梁桥结构为例,结合某桥梁工程项目的基本情况,详细总结了案例工程项目中桥梁钢箱梁腹板设计方案,并对其中的结构设计思路、部件计算等相关内容展开进一步研究。最终的结构验算结果证实,该研究提出的桥梁钢箱梁腹板设计方法有助于提升案例桥梁的整体稳定性,值得进一步推广。

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。

浅议波形钢腹板钢混组合梁的支架法施工技术

为分析支架法在波形钢腹板-混凝土组合箱梁桥施工中的应用,文章以我国西北地区某公路的天桥为研究对象,研究了支架法在实际工程中的施工过程与质量控制标准。基于项目实际情况的分析,结合钢材预处理精度、构件加工误差、钢箱梁组装工艺、防腐涂装设计等,指出钢箱梁的设计应充分考虑现场实际条件控制构件的加工与组装误差,并依据服役条件设计适宜的防腐涂装,以提高桥梁耐久性。以支架法的实际施工过程为例,通过分析支架搭设及预压、钢箱梁吊装施工、桥面板及支点处混凝土施工等关键施工工艺,总结了对应工艺流程及质量控制标准。研究结果表明:结合现场条件细化钢箱梁的设计流程,严格控制钢箱梁的加工与组装精度,采用支架法进行波形腹板钢箱-混凝土组合梁的施工,可实现高质量控制精度、成本、规范化程度。

氯盐腐蚀环境下波形腹板钢箱组合梁疲劳性能试验研究

为揭示氯盐腐蚀环境下波形腹板钢箱组合梁的疲劳性能,设计制作2片简支组合箱梁缩尺模型,分别进行常幅和分级变幅疲劳试验,研究未腐蚀和腐蚀模型梁的疲劳性能,基于非线性损伤理论进行波形腹板钢箱组合梁的疲劳损伤及疲劳寿命预测。结果表明:未腐蚀和腐蚀组合箱梁在经历200万次常幅循环加载后均未发生疲劳破坏,疲劳荷载引起的弯曲附加变形随加载循环次数的增加而增大;弯矩作用下组合梁满足“拟平截面假定”;未腐蚀梁和腐蚀梁分别经历了314.6万次和288万次分级变幅循环加载后发生疲劳破坏,试验梁底板与左右两侧腹板焊缝折角处是该类组合箱梁的疲劳易损部位;考虑多级变幅荷载相互作用影响的改进Corten-Dolan模型能够较好地预测波形腹板钢箱组合梁的疲劳寿命,且多级变幅荷载之间的相互作用对结构疲劳寿命的影响随腐蚀程度的增大而减小。

基于能量变分法的新型波形钢腹板箱梁横向内力研究

基于能量变分法的基本原理,考虑箱梁畸变和波形钢腹板受力特性,建立以新型波形钢腹板箱梁桥面板剪力差T为未知量的控制微分方程,利用比拟的弹性地基梁法求出剪力差,得到新型波形钢腹板箱梁横向内力的能量变分法解。详细分析波形钢腹板倾角及波高变化对横向弯矩的影响规律。结果表明:按本文计算公式求解出的新型波形钢腹板箱梁横向内力解析解与ANSYS数值解能够很好地吻合,说明本文理论推导是准确可靠的;随着腹板倾角θ的增大,计算点A和载荷作用位置F处的横向弯矩急剧增大,离载荷作用位置较远的计算点B处的横向弯矩逐渐增大,当θ约为35°时,MA=MB;随着波形钢腹板波高dw的变高,角点A和角点B处的横向弯矩呈逐步增大的趋势,而载荷作用点F处的横向弯矩值则不断减小,且始终存在MF>MA>MB的关系。

宽幅波形钢腹板组合箱梁异步悬臂施工挂篮研究

以安徽省淮河特大桥为依托,对宽幅波形钢腹板组合箱梁异步悬臂施工工艺流程进行分析。通过理论分析与数值模拟相结合的方式,对挂篮合理结构形式及受力性能等进行研究。研发分别满足分块吊装和整体吊装要求的Ⅰ,Ⅱ型异步挂篮结构,对其结构参数、优缺点等进行分析。研究结果表明,宽幅波形钢腹板组合箱梁结构适合采用异步施工方法进行悬臂施工;对于工期不受限和受限的情况,可分别优先考虑采用Ⅰ,Ⅱ型挂篮结构进行施工;淮河特大桥采用的Ⅰ型挂篮结构刚度和强度满足施工要求,组合箱梁悬臂端部波形钢腹板及顶板、底板受力状态良好。