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。

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。

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。

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。

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。

波形腹板钢-混组合箱梁畸变效应分析

为研究波形腹板钢-混组合箱梁畸变效应,以桑园子黄河大桥引桥简支箱梁为研究对象,将畸变角重新定义,通过计算畸变中心、畸变总势能,确定初始参数,利用势能驻值原理推导与传统扭转分析理论相一致的畸变效应分析方法。根据工程实例,对车道荷载下波形腹板钢-混组合箱梁畸变翘曲应力变化规律进行研究。结果表明,畸变翘曲应力在组合箱梁应力中占比不容忽视,且随着箱梁顶板混凝土厚度增大,翘曲正应力逐渐减小,在钢底板组合箱梁增设铺底混凝土可有效减少畸变翘曲应力。

钢底板波形腹板组合箱梁疲劳特性研究

研究目的:结构的疲劳细节对其疲劳破坏至关重要,为了分析钢底板波形腹板-混凝土组合箱梁的疲劳细节及疲劳寿命计算方法,为该类型结构的疲劳设计提供参考,制作缩尺试验梁模型,并对其进行疲劳试验,得到这种新型结构的疲劳破坏特征。结合模型试验,利用数值模拟和断裂力学分析方法,对新型组合箱梁的疲劳寿命计算及疲劳细节分类进行研究,并采用线性损伤理论对结果进行分析验证。研究结论:(1)钢底板波形腹板-混凝土组合箱梁在疲劳荷载作用下,其疲劳裂纹首先出现在底板与两侧腹板焊缝折角处,说明该处是新型组合箱梁重要的疲劳细节;(2)根据线性损伤理论,新型结构的疲劳细节分类总体上位于AASHTO规范疲劳类别的B类与C类之间,高于B′曲线下界值,低于B′曲线中值;(3)采用数值模拟和修正后的断裂力学方法得到的S-N曲线计算出的总损伤累积值误差分别为3%和6%,说明两种曲线均适用于新型钢混组合结构的疲劳寿命计算;(4)本研究成果可为钢底板波形腹板组合箱梁疲劳细节分类及疲劳设计提供参考或借鉴。

波形钢腹板PC组合简支箱梁抗火性能与设计

为研究波形钢腹板PC组合箱梁抗火性能及抗火设计方法,采用ANSYS软件建立热-力耦合分析模型,分析了受火工况下组合箱梁的挠度、侧向位移、钢束张力以及抗弯承载能力的变化规律,并以组合箱梁的挠度和腹板侧向位移为判定指标,提出了一种关于波形钢腹板组合箱梁的抗火设计方法。结果表明:荷载比是影响组合箱梁挠度发展的关键因素;受火全过程中,钢束张力的变化对组合箱梁挠度、侧向位移以及承载能力的变化影响较大;组合箱梁受火初期挠度增长缓慢,在横隔板处形成塑性铰后,跨中挠度快速增大,然后在加载处形成塑性铰,随即组合箱梁因顶板被压碎而破坏;采用抗力准则判断组合箱梁的耐火极限偏于不安全;通过在组合箱梁的波形钢腹板转角处增设立柱,能够减缓组合箱梁挠度和腹板侧向位移的发展,有效提高该类组合箱梁的抗火性能,当无立柱组合箱梁达到耐火极限时,有立柱组合箱梁跨中挠度为无立柱组合箱梁跨中临界挠度的64.3%。研究成果可为该类型组合箱梁的抗火设计提供参考。

变截面波形钢腹板PC组合连续箱梁横向受力性能研究

为研究变截面波形钢腹板PC组合连续箱梁的横向内力分布规律及有效分布宽度,以某连续梁桥为背景,设计、制作一片三跨变截面波形钢腹板PC组合连续箱梁的缩尺模型,通过试验与有限元模拟相结合的方法进行试验梁横向内力研究。按分级加载方式分别在试验梁中跨跨中与边跨跨中进行单点与双点加载,并采用Abaqus软件建立试验梁有限元模型,分析各工况下跨中截面的横向内力,以及中支点、横隔板对横向内力分布的影响;最后推导有效分布宽度计算公式,并与现行桥规值对比。结果表明:沿中线单点加载时,试验梁的横向应力由中腹板位置的顶板向两侧逐渐递减,偏载时两侧边腹板的横向应力差值较大,偏载工况下畸变与横向翘曲现象较明显,可采用增大腹板线刚度或增加横隔板厚度等措施进行改善;中支点对横向应力的分布具有较大的影响,工程应用应考虑中支点的影响;设置横隔板对抵抗跨中横向负弯矩具有较好的效果,横隔板处顶板横向应力明显减小;与有效分布宽度试验值相比,按桥规计算得到的有效分布宽度值较为保守,建议对现行桥规值进行适当修正。

波形腹板钢箱组合梁竖向弯曲振动特性

综合考虑剪切变形、剪滞翘曲应力自平衡、转动惯量和腹板褶皱效应的影响,对组合箱梁上、下翼板和悬臂板设立2个不同的剪滞转角差函数,基于能量变分法和Hamilton原理建立该类结构的弹性控制微分方程和自然边界条件,获得相应广义位移的闭合解。通过模型实测值和ANSYS空间有限元值验证了该闭合解的可靠性,并分析了宽跨比对组合箱梁竖向弯曲振动特性的影响。研究结果表明:与剪力滞效应相比,剪切变形对组合箱梁抗弯刚度的影响更大,第4阶自振频率差值达到27.623%;结构跨中横截面上各点动应力幅值的分布特点与其静力分析结果类似,荷载作用频率对组合箱梁的动剪力滞系数的影响小于3.52%;剪力滞效应对简支组合箱梁翼板动应力幅值的影响随宽跨比的增大而变大,翘曲应力自平衡的影响亦随之增大;翘曲应力自平衡对结构自振频率的贡献值小于5%,但对翼板动应力幅值的影响可达9.4%以上。

单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转剪应力分析

波形钢腹板组合箱梁扭转刚度小、截面易发生翘曲变形.为合理计算单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转时的剪应力,对剪力流进行分解,根据剪力流的传递路径、微元体纵向平衡及翘曲位移连续性,引入能够反映各室箱壁剪力流传递规律的常数,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演出截面几何特性和剪应力的实用计算公式.基于Reissner原理建立约束扭转控制微分方程,并用初参数法求得解析解.用该文解析法和ANSYS有限元法计算偏心荷载作用下简支箱梁的扭转剪应力,并引入反映扭转剪应力对总剪应力影响的剪应力增大系数和翘曲剪应力对扭转剪应力贡献的剪应力系数,详细分析了梁宽和箱室数量对剪应力的影响.研究结果表明:该文解析解与ANSYS有限元解吻合良好;梁宽增大和箱室数量增加均可降低扭转剪应力;约束扭转使得外腹板剪应力增大系数达到1.69,且腹板间的总剪应力表现出明显的分布不均匀性;翘曲剪应力对扭转剪应力的影响显著,设计时不可忽略;设计时应考虑混凝土顶底板扭转剪应力对主拉应力的影响,避免斜裂缝的产生.

波纹钢腹板钢箱组合梁动力特性及参数分析

为研究波纹钢腹板钢箱组合梁(steel box composite girder with corrugated steel web,SBCSW)这一新型结构的动力特性,结合兰州某SBCSW工程实例,以截面等效换算法为原则,采用有限元软件ABAQUS建立SBCSW、波纹钢腹板混凝土组合梁(concrete box composite girder with corrugated steel web,CBCSW)和混凝土箱梁(concrete box girder,CBG)的计算模型,对比研究3种截面类型组合梁的动力特性,并将有限元模拟结果与理论计算值进行对比,验证有限元模拟的精确性。选取组合梁的顶板厚度、腹板厚度和底板厚度为分析指标,以单片梁、简支梁、连续梁和刚构梁为分析对象,研究不同参数对不同类型SBCSW动力特性的影响,为SBCSW的设计及动力分析提供参考。

基于有限梁段法的波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应分析

为简化并准确分析波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应,基于波形钢腹板组合箱梁能量变分法微分方程,考虑波形钢腹板剪切变形及体外预应力作用,采用有限梁段法推导得到梁段单元的系数矩阵和广义外荷载向量计算公式,求解波形钢腹板组合箱梁任意点的弯曲应力。以某等截面波形钢腹板组合简支试验梁为算例,将跨中截面正应力有限梁段法计算值与试验值、变分法及有限元法计算值进行对比,该方法跨中正应力分布与其它方法结果均吻合较好,顶板有限梁段法正应力峰值与有限元计算值相差仅1.6%,验证了该方法准确度较高。采用该方法分析伊朗德黑兰BR-06L/R特大桥波形钢腹板组合连续箱梁桥在悬臂施工及成桥阶段的剪力滞效应,结果表明:悬臂施工阶段,随着悬臂长度增加固定端剪力滞效应逐渐减弱;成桥阶段,中支点和集中荷载加载点处剪力滞效应非常显著,均布荷载作用下边跨正弯矩区剪力滞系数较大,中支点处的峰值为1.13。

波形钢腹板组合梁BIM正向设计研究

基于Bentley软件平台,相关人员研发了一款波形钢腹板组合梁设计软件。该软件通过自定义桥梁元素与模板结合,以WBS+EBS为数据主线,将图纸上的设计数据结构化地组织起来,进而为实现三维模型自动生成、图纸自动生成、变量参数求解以及工程数量自动统计打好基础。论文介绍了波形钢腹板组合梁设计软件的应用过程,通过在桑园子黄河大桥引桥等工程中的实际应用结果表明,该软件对波形钢腹板的设计效率以及设计质量有显著提升。

波形钢腹板组合梁桥异步施工模型力学性能分析

采用试验研究和有限元分析相结合的方法对大跨径波形钢腹板PC组合箱梁桥在异步施工过程中的模型结构受力性能进行研究。开展异步施工波形钢腹板箱梁模型静力加载试验,获得了试验梁在外力作用下的荷载-位移曲线、受力关键部位、破坏模式及应力分布规律,初步揭示了波形钢腹板组合箱梁在异步施工过程中的受力特性;建立了施工过程中模型结构的实体有限元模型,对比了试验研究和有限元分析的计算结果。结果表明,试验梁在外力作用下的受力关键部位为N-1节段顶板与N节段腹板连接处钢混结合区,在加载过程中试验梁的力学响应可划分为4个阶段,异步施工悬臂梁混凝土翼板表现出典型的剪力滞后效应。

波形钢腹板PC组合箱梁受扭全过程分析

为了揭示波形钢腹板PC组合箱梁的受扭作用机理,根据薄壁结构理论分析了截面扭矩分配及受扭变形协调条件,采用USTMT模型对波形钢腹板PC组合箱梁进行了受扭全过程计算,并在其基础上对混凝土抗压强度、波形钢腹板厚度和屈服强度、预应力钢束初始预应力及普通钢筋配筋强度比进行了参数分析,发现以波形钢腹板PC组合箱梁中混凝土板和钢腹板扭率相同为变形协调条件较为合理;开裂扭矩、屈服扭矩和极限扭矩均随混凝土立方体抗压强度的增大而增大,但波形钢腹板承担的扭矩几乎不变;波形钢腹板厚度对混凝土板承受的扭矩几乎无影响,但使波形钢腹板承担的扭矩增大;波形钢腹板屈服强度f wy对开裂扭矩和混凝土板承受的极限扭矩几乎无影响,但使屈服扭矩和波形钢腹板承担的极限扭矩增大,混凝土强度越高,能够使波形钢腹板发生屈服的钢材强度等级越高;极限扭矩随配筋强度比ξ的增大而增大,且存在一个ξ的敏感区域,同时随钢束初始预应力的增大而线性增加,但增幅较小,尤其是对波形钢腹板承受的扭矩几乎没有影响。

波形钢腹板组合箱梁桥荷载试验研究

为检验某新建波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合箱梁桥的施工质量及实际承载能力,分析该桥在等效车辆荷载作用下的静、动力特性,运用结构有限元分析软件MIDAS CIVIL对该桥建立有限元仿真模型。通过现场静载试验及动载试验,实测桥梁结构在等效车辆荷载下的静、动态数据并与理论计算值进行比对分析,以此验证简化模型的合理性和准确性,并对桥梁施工质量和实际承载能力做出评价。