新型钢-UHPC组合桥面连续构造性能研究

[目标]为了解决传统桥面连续构造易开裂、耐久性差的难题,充分发挥组合结构的受力特点及超高性能混凝土(UHPC)强度高、耐久性优异的力学性能优势。[方法]提出了钢-UHPC组合桥面连续构造形式。基于有限元法建立桥面系节段模型,分析了传统桥面连续构造的病害机理,对比了新型钢-UHPC组合桥面连续构造和传统桥面连续构造在设计车辆荷载及温度效应作用下的位移及应力响应。[数据]采用钢-UHPC组合桥面连续构造后,桥面连续处转角变得相对平缓,混凝土层最大拉应力从21.0 MPa大幅降低至7.6 MPa,且低于UHPC120材料的弯曲抗拉强度。[结论]分横梁的挠曲变形是桥面连续构造病害的主要原因之一,传统桥面连续构造在轮载作用下,连续缝处顶、底面拉应力较大,极易产生开裂病害。钢-UHPC组合桥面连续构造由于具有较高的弯曲变形能力,UHPC层拉应力能满足抗裂性能要求,且具有较高的强度储备,UHPC层与旧混凝土界面之间的抗剪强度满足规范要求。[应用]桥面连续构造维修完成并运营5 a后,现场实地勘查结果表明维修部位未产生任何病害,维修效果良好。钢-UHPC组合桥面连续构造简单合理、施工便利、无需完全中断交通、全寿命周期成本低廉、高效绿色,具有可观的市场应用前景及重要的社会、经济效益。

钢-混凝土组合简支桥面连续结构横向应力分析

针对钢-混组合简支梁桥的桥面连续结构开裂等病害,围绕桥面连接板的横桥向应力问题,采用线弹性理论和板的偏微分方程进行分析,得出了桥面连接板挠度和应力的分布函数,建立非线性有限元模型,并进行实桥荷载试验.通过比较理论解、有限元解和实测试验结果,证实了理论解和有限元的有效性.根据得到的分布函数,发现横桥向和纵桥向上的最大拉应力出现在钢梁端部位置的连接板的上缘.此外,还分析了连接板区域尺寸变化对横桥向应力峰值的影响,包括纵梁端部距支座的长度、纵梁的间距以及连接板区域整体尺寸变化.结果表明:较小的纵梁间距和较长的纵梁端部与支撑之间的距离会导致连接板中的横向拉应力峰值增加,并提高横向拉应力在总应力中的占比,从而导致桥面连接板早于设计荷载开裂.因此对于纵梁间距较小、梁端长度较长的钢-混组合简支梁桥桥面连续结构,仅计算其纵桥向受力性能会导致计算结果偏危险,建议按照本文方法考虑横桥向应力对桥面连接板的影响.

双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验控制指标研究

针对现行规范未就双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验控制指标做出明确要求,基于实验力学及有限元基本原理建立了双层桥面钢桁架连续梁桥的荷载试验计算模型,利用等效荷载原理分别拟定了以弯矩、轴力作为控制指标下控制截面的静载试验加载方案,比较了关键构件在试验荷载作用下的弯矩、轴力加载效率,明确了双层桥面钢桁架连续梁桥的静载试验的控制指标。研究结果表明:在边、中跨最大正弯矩工况的加载效率满足规范要求的布载方式下,杆件轴力的加载效率最小为1.024,最大为1.259;在边、中跨最大轴力工况的加载效率满足规范要求的布载方式下,杆件弯矩的加载效率最小为0.603,最大为0.992;为确保结构安全,建议双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验应以弯矩作为控制指标。该研究成果对于双层桥面钢桁架梁桥的静载试验提供了一定参考。

铁路上承式连续钢桁梁桥的静力性能

南昆线(南宁—昆明)八渡4号桥主桥结构形式为2×64 m单线上承式栓焊连续钢桁梁桥,侯月线(侯马—月山)浍河特大桥主桥结构形式为3×64 m单线上承式栓焊连续钢桁梁桥,两座铁路桥梁设计图号均为贰桥0003,设计荷载为中-活载。为了检验该类桥梁的承载能力及整体刚度,分析其检验评价方法,对两座桥梁进行了静载试验,并将静载试验数据、理论计算值与规范限值进行比较。结果表明:两座钢桁梁桥的承载能力及整体竖向刚度满足规范要求,测试支座活动正常,符合现有状态下的使用运营要求,但该图号钢桁梁的杆件承载能力储备及梁体竖向刚度储备不高。

钢-混组合梁桥荷载横向分布系数的影响参数分析

荷载横向分布系数的准确性直接关系到多主梁钢-混组合梁桥设计的技术经济性。文章利用有限元软件计算了钢-混凝土组合梁桥的应变及挠度,通过分析组合梁抗弯刚度,分析了荷载横向分布系数的主要影响参数,获取了护栏、曲率、横梁、横坡和桥面连续层等对组合梁荷载横向分布系数的影响规律。结果表明:护栏和桥面连续层对组合梁的荷载横向分布系数影响较大,尤其是边梁,荷载横向分布系数变化可约达20%,当计入护栏影响时,桥面连续层对边梁应变分布的影响减小,而对内梁应变分布的影响增大;当曲率<1/20、横坡<4%、无横梁时,3类参数对组合梁的荷载横向分布系数影响较小。设计时保守考虑,通常忽略护栏和桥面连续层对组合梁刚度和荷载横向分布系数的影响,针对文章所提参数的影响范围,在组合梁设计时可予以参考。

海文跨海大桥设计关键技术

海文跨海大桥是中国首座跨越地震活动断层的跨海桥梁,主桥为独塔半飘浮体系斜拉桥,跨径布置为(230+230)m,跨断裂带引桥为57~60 m不等跨径的简支钢箱梁。针对项目强震、强风、强腐蚀等复杂建设条件,该桥主梁采用自重轻、抗风性能优、疲劳耐久的STC轻型组合扁平钢箱梁结构;桥塔采用承台无系梁的横向“人”字形塔、环向预应力锚固系统;通过与沉井方案比选,提出桥塔基础采用超大直径4.3 m的钢管复合桩,以解决强震作用下基础的受力与微风化花岗岩地质施工的难题;采用提出的钢-STC钢箱梁简支桥面连续构造、三维可调节的钢垫石支撑技术方案,以解决跨断裂带钢箱梁日常行车舒适性与强震下桥梁易修复的难题。开展钢箱梁简支桥面连续构造理论及荷载足尺模型试验、1∶20主桥振动台模型试验、抗风模型风洞试验等相关研究,验证了结构的可靠性及适应性。

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥组合梁设计

港珠澳大桥主体工程采用桥隧组合方案,其中浅水区非通航孔桥采用85m连续组合梁桥形式,全长5 440m,共64孔,跨径布置主要采用6×85m和5×85m2种形式。组合梁采用单箱单室分幅等高连续梁,由开口钢箱梁和混凝土桥面板通过剪力钉联结而成。钢箱梁为倒梯形结构;混凝土桥面板为横向整块预制,在剪力钉处设置预留槽。为改善混凝土桥面板的横向受力性能,该桥组合梁截面设置小纵梁;为保持桥面板的整体性,剪力钉采用集束式布置方式。组合梁采用大型运架一体浮吊整孔安装架设,逐孔合龙。

六线铁路斜拉桥双层双桁钢桁梁设计

新白沙沱长江大桥主桥为(81+162+432+162+81)m六线铁路钢桁梁斜拉桥。大桥采用双层桥面,上层布置四线客运专线铁路,下层布置双线货运铁路。该桥采用半飘浮体系,在主梁和桥塔下横梁之间设置纵向阻尼装置。主桁采用制造安装方便、受力及经济合理的2片主桁直桁矩形断面,N形桁架,桁宽24.5 m,桁高15.2 m,节间长13.5 m。钢桁梁节点横联每侧加设1根斜杆及1根直吊杆。上层桥面采用正交异性板整体桥面,下层桥面采用纵、横梁+道砟槽板体系桥面。为提高列车运行舒适性,减少养护工作量,设计采用钢纵梁连续不设断缝,在纵梁和下平联间设置加密间距的制动联结系。索梁双索锚固采用整体双锚拉板式。在下层桥面设置压重箱集中压重。

连续钢箱梁桥面铺装层结构应力分析

正交异性钢桥面的构造复杂,用理论算法对铺装层进行力学计算,较难得到精确的计算结果。本文利用有限元通用软件对曲线钢箱梁桥浇筑式沥青铺装层进行受力分析,将正交异性钢桥面板、铺装层作为整体,建立有限元模型,研究铺装层受力变形特点。根据钢桥面铺装层常出现的病害,并结合超载及刹车产生的水平荷载对铺装层受力的影响,提出相应的桥面铺装层破坏的综合控制指标。

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。

三门峡黄河公铁两用大桥总体设计及创新

三门峡黄河公铁两用大桥为蒙西至华中地区铁路煤运通道跨越黄河的控制性工程,通行双线重载铁路、双线Ⅰ级铁路及6车道高速公路,全长5 663. 754 m,其中公铁合建段长1 762. 733 m。主桥采用(84+9×108+84) m连续钢桁结合梁,钢桁梁为3片主桁结构,中边桁中心距13. 6 m,每片主桁均采用无竖杆的三角形桁架,桁高15 m,节间长12 m。下层铁路桥面采用正交异性整体钢桥面板;上层公路桥面采用混凝土板与主桁结合的组合结构。钢梁材质采用Q370qE。设计活载合计473. 2 k N/m。桥墩采用圆端形门式空心墩,基础采用钻孔桩基础。主桥采用双曲面减隔震支座及合理的构造处理有效提高了结构抗震性能。钢桁梁采用顶推法施工,公路桥面板采用预制架设法施工。

横隔梁对波形钢腹板PC连续梁桥纵向正应力的影响研究

目前关于横隔梁对波形钢腹板PC连续梁桥纵向正应力的影响,都是基于小梁试验或理论分析的基础,与实际有差别。鉴于此,依托一在建单箱九室波形钢腹板PC组合连续箱梁桥,建立该桥有限元模型,分析3车道偏载作用下有无横隔梁2个工况下箱梁顶、底板的纵向正应力分布规律和剪力滞效应。结果表明:未设横隔梁的桥梁纵向正应力分布变化剧烈,距墩顶越近,顶、底板正应力横向分布变化越大;设置横隔梁后桥梁纵向正应力分布较为均匀,顶、底板正应力横向分布在跨中截面附近变化较大;未设横隔梁与设置横隔梁时顶、底板正应力最大比值分别为1.47、1.32;设置横隔梁的桥梁在汽车荷载下剪力滞效应最大,3车道偏载与6车道对称荷载作用下箱梁顶板剪力滞系数比值为1.04,底板剪力滞系数比值为1.06;横隔梁对改善箱梁正应力分布、降低剪力滞程度具有显著影响。

帕德玛大桥主桥150m跨连续钢-混组合梁施工技术

孟加拉帕德玛大桥为双层桥面,下层为单线铁路,上层为双向4车道公路,主桥上部结构为6×(6×150)m+1×(5×150)m钢-混组合梁。钢主梁为全焊钢桁结构,在工厂整孔制造,纵、横移至码头,利用“天一号”运架一体船吊运至待架孔位,并利用吊架辅助架设,减少了现场焊接接头数量,确保了钢桁梁安装质量,降低了施工风险。公路桥面为预制预应力混凝土桥面板,在岸上横向整幅、纵向分块匹配预制,桥上利用架板机逐块吊装、胶拼,预应力束张拉后与钢桁梁结合,降低了桥面板预应力损失,确保了钢-混凝土结合质量。铁路桥面为铁路纵梁与预制混凝土桥面板组合结构,铁路纵梁及混凝土桥面板在岸上分别制造,每节间的4根铁路纵梁在车间组拼成整体,平板驳上与相应桥面板临时组拼成整体,进行运输、吊装,施工速度快。

中俄同江铁路桥钢桁梁桥面系结构形式研究

研究目的:通常情况下,钢桁梁长度超过80 m时,桥面系应设置纵梁断缝,以减小桥面系参与结构主体的共同受力作用。同江黑龙江铁路特大桥中108 m钢桁梁桥面系采用纵横梁栓接先张法预应力混凝土套轨道床板的轻型桥面结构。为适应套轨道床板布置、提高轨道的平顺性及减少桥梁结构养护维修工作量,通过建立有限元模型进行对比分析,研究在该桥钢桁梁桥面系中设置连续纵梁的可行性。研究结论:(1)采用连续纵梁时,桥面系参与钢梁整体受力的作用增强,可缓解主桁特别是下弦杆的受力状态;(2)纵梁的轴拉力明显增加,从而引起横梁特别是端横梁的面外弯矩增大,水平挠度增大;(3)端节间撑架的设置,引起纵梁轴拉力小幅增加,但却大幅度减小横梁的面外弯矩及水平挠度,纵梁截面需适当增大,以适应其自身强度的需要;(4)按中、俄两国规范检算的结果表明,桥面系杆件受力满足两国规范要求,在本工程中设置连续纵梁可行;(5)本研究成果对桥面系设置连续纵梁的钢桁梁桥的设计具有一定的参考意义。

一种新型跨线桥——连续钢箱梁设计

研究目的:跨越既有线桥梁的结构选型不但要考虑施工方法、施工进度,更重要的是要考虑下方既有铁路的运营安全。合理的结构选型不但能保证工程顺利完工,同时对下方的线路运营干扰达到最小。连续钢箱梁是一种新型的铁路桥梁结构形式,其封闭的结构外形能有效规避施工时杂物坠落,同时具有灵活的配孔条件,且无需临时墩施工,适用于施工空间受限的桥梁,是跨越既有线最优的选择。基于此,本文以大西线联络左线特大桥为工程背景,对钢箱梁的计算方法、温度取值、桥面混凝土断缝方式以及支座处应力集中问题等进行探索。研究结论:(1)按全桥建模和简化计算对全桥进行了计算,并作出了对比;(2)对于不均匀升温,现行规范仅对混凝土箱梁及带混凝土桥面板的钢结构作出了规定,而对钢箱梁结构尚未作出规定,本次设计中参照英国规范BS 5400进行取值;(3)对桥面板混凝土采取部分断开的断缝形式;(4)桥梁支撑处依托底板纵横向加劲肋,在底板支承处局部灌填微膨胀混凝土,钢板与混凝土之间采用密布剪力钉连接,可以充分利用混凝土良好的受压性能及钢材优越的抗拉性能,有效提高该处的支承刚度,显著优化该处的应力分布;(5)该研究成果可为今后同类型桥梁的设计提供参考和借鉴。

轮胎作用下钢-混组合梁桥面铺装动态响应

钢-混组合连续梁桥面铺装层受力十分复杂,桥面铺装层早期破坏与其车辆荷载的动态响应密切相关。建立了实体橡胶轮胎和三跨钢-混组合连续梁模型,轮胎采用Yeoh模型,桥面铺装材料(沥青混合料)采用广义Maxwell模型,将整车后轴悬架动态力施加于橡胶轮胎,求解桥面各铺装层垂向挠度、垂向应力、纵向应力、横向应力及位移谱,并且与移动荷载进行比较。结果表明:三跨钢-混组合梁的每跨垂向挠度比移动荷载大21.3%,4.7%,8%,纵梁垂向挠度比桥面铺装层小8.9%;上面层与水泥混凝土层应力变化趋势相似,下面层应力比较复杂;上面层位移响应频率集中于0~6 Hz范围。文中数据对桥面铺装层结构优化具有较大指导意义。

大跨度钢桁梁柔性拱桥明桥面无缝线路计算分析

以某在建大跨度钢桁梁柔性拱桥为研究对象,运用梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立桥上无缝线路计算模型,提出4种扣件铺设方案并分析其梁轨相互作用。结果表明:(1)对于明桥面无缝线路,桥梁温度跨度和扣件纵向阻力是影响无缝线路纵向力的决定性因素,大跨度钢桁梁柔性拱桥的纵梁体系对无缝线路纵向力的影响有限。(2)若不设置钢轨伸缩调节器,无缝线路钢轨强度检算不能满足规范要求。(3)应根据桥梁梁端最大伸缩位移,选择相应的梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器。

移动荷载作用下三跨钢-混组合连续梁桥面铺装动态响应

为研究移动荷载作用下三跨钢混组合连续梁桥面铺装层响应,建立了一种三跨钢混组合连续梁模型,桥面铺装层采用沥青混合料黏弹属性,移动荷载采用DLOAD与UTRACLOAD子程序实现.结果表明,上面层、下面层、水泥混凝土层及钢板层的最大垂向挠度值比纵梁大17%.由于纵梁与横梁支撑,纵梁的最大垂向挠度比非纵梁小6.6%,横梁最大垂向挠度比非横梁小3.1%.剪力钉与混凝土全接触时的竖向挠度最大,黏结与接触共同作用时的竖向挠度次之,全黏结时的竖向挠度最小.桥面铺装层承受垂向压应力,上、下面层承受横向压应力,钢板层承受横向拉应力,上面层与水泥混凝土层承受纵向压应力,下面层既承受纵向压应力又承受纵向拉应力,钢板层承受纵向拉应力.

大跨长联钢-混组合梁桥面板预制胶拼施工技术

孟加拉国帕德玛大桥主桥上部结构为6×(6×150) m+1×(5×150) m七联大跨度连续钢-混组合梁。公路桥面设有平曲线,桥面板底部设横肋、板内设纵向预应力钢绞线,桥面板剪力钉(环)槽口边缘与钢梁剪力钉(环)间距小,槽口内纵、横钢筋多且与剪力钉(环)间距小,混凝土桥面板的预制、安装精度和质量控制要求高。桥面板分块整幅在预制场匹配预制,桥上通过胶拼连接,然后分区段进行永久预应力筋张拉、孔道压浆、剪力钉(环)槽口混凝土灌注,将混凝土桥面板与连续钢桁梁组合。混凝土桥面板采用长短线结合匹配预制技术,节省了模板和场地投入,保证了预制精度和预制速度;采用架板机拼装、胶拼连接、分区段张拉永久预应力筋、钢梁上铺设滑动层减少预应力张拉损失、灌注剪力钉(环)槽口混凝土进行组合等安装技术,完成了大跨长联钢桁梁桥公路桥面板的安装施工。

重庆高家花园复线桥公轨双层交通方案构思

提出重庆高家花园复线桥公轨双层交通2个桥型方案,介绍每个方案的结构设计特点及优缺点,指出公轨合建桥梁技术上需解决的难点,为城市桥梁交通的立体布置提供借鉴。