钢-超薄UHPC层轻型组合桥面性能研究

提出一种钢-超薄UHPC（Ultra-High Performance Concrete）层轻型组合桥面,既使得该组合桥面能运用于铺装层较薄的桥面结构,又降低了正交异性钢桥面的疲劳开裂风险,避免了沥青铺装的病害问题。以某大桥为工程背景,从有限元分析和试验两方面对此结构的性能进行研究。结果表明：35 mm UHPC层对正交异性钢桥面板受力性能改善明显,顶板应力幅下降达到68.72%,U肋和横隔板接近14.74%~34.11%,可大大降低钢桥面板疲劳开裂风险。试验得出的UHPC层横桥向开裂强度26.3 MPa,大于有限元计算下车辆荷载作用产生的最大应力7.36 MPa,证明了此组合桥面结构的可行性。

轻型组合桥面板的疲劳性能研究

疲劳性能是钢桥面板设计的主要关注点,为研究轻型组合桥面板的疲劳性能,以广东虎门大桥为背景,建立局部有限元模型,利用热点应力法,对不同厚度超高性能混凝土(UHPC)层情形下,钢桥面典型易疲劳开裂细节,进行应力幅计算。然后,对采用45mm厚UHPC层的轻型组合桥面板进行UHPC层及栓钉应力(剪力)分析,并依据前人和二次疲劳足尺模型试验对UHPC层的抗弯拉疲劳性能进行评价。研究结果表明:轻型组合桥面板中UHPC层对于钢面板与纵肋连接细节,应力幅改善作用很大,而对其余细节,其改善程度相对较小;采用45mm厚UHPC层时,前者应力降幅高达51%~82%,后者降幅为21%~28%;面板与纵肋连接细节、纵肋对接细节及横隔板弧形切口细节的疲劳开裂风险可完全消除;UHPC层峰值拉应力为11.91MPa,两次疲劳试验表明其抗弯拉疲劳性能远超虎门大桥的要求。

UHPC加固在役大跨径悬索桥钢桥面:实桥试验与理论分析

为解决大跨径钢桥正交异性钢桥面板普遍存在的疲劳开裂且维修困难等问题,提出了一种疲劳裂缝可免修复的UHPC加固新结构.以一座在役大跨径悬索桥为研究对象,介绍了新结构的应用背景,并对大桥原沥青铺装、裸钢桥面、钢-UHPC轻型组合结构三种桥面状态分别开展了现场试验.基于试验结果,系统揭示了钢桥面4类典型疲劳细节的受力特性,包括应力分布规律和加固后的应力降幅,同时,对实桥建立了局部梁段有限元模型,模拟试验中的所有加载工况并进行了对比分析,发现计算得到的应力响应面与试验结果基本一致,最大误差约为10%.研究结果表明:对于每类疲劳细节,其在纯钢桥面和原沥青铺装两种状态下的应力基本无差异,表明原沥青铺装劣化严重,无法改善钢桥面的疲劳受力状态;而对比铺设UHPC前、后,钢面板上的疲劳细节应力降幅达41%~85%,其中,钢面板-U肋焊缝细节应力降幅为85%,顶部过焊孔处细节应力降幅为44%,而横隔板与U肋交叉部位细节应力降幅为41%,表明UHPC加固薄层有效提高了钢桥面的局部抗弯刚度,从而降低了车辆荷载作用下钢桥面的应力水平.此外,得到了钢桥面上不同疲劳细节的应力响应线,结果表明,各疲劳细节的应力响应因测点位置不同而存在一定差异.顶部过焊孔处细节横桥向压应力响应范围较小,而拉应力响应范围较大;面板及顶部过焊孔处细节的纵向应力响应线较短,而U肋-横隔板连接处细节的应力在3道横隔板或横肋范围内仍保持较高水平.

轻型钢-UHPC组合桥面板的疲劳可靠性评估

为了研究轻型钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板的疲劳可靠性,以广东虎门大桥为实例,建立局部梁段有限元模型,基于可靠度理论和疲劳累积损伤模型,计算并对比钢-UHPC组合桥面板和沥青混凝土铺装桥面板易疲劳开裂细节的疲劳可靠度,并研究UHPC层厚度等参数对轻型组合桥面板疲劳使用寿命的影响。研究结果表明:与沥青混凝土铺装桥面板相比,轻型组合桥面板可有效提高桥面板各疲劳细节的疲劳可靠度,延长其疲劳使用寿命;UHPC层厚度、交通量增长率以及车辆超载对轻型组合桥面板疲劳细节的疲劳使用寿命均有显著影响:当UHPC层厚度在一定范围(35~55 mm)时,厚度每增加10 mm,疲劳使用寿命至少延长37%;当年交通量增长率为5%时,疲劳使用寿命缩短超过45%;当车辆超载率为50%时,疲劳使用寿命缩短约70%。

重庆东水门长江大桥设计关键技术

重庆东水门长江大桥主桥为双塔单索面公轨两用半飘浮体系部分斜拉桥,跨径布置为(222.5+445+190.5)m。桥塔采用天梭造型。主梁采用2片桁双层桥面钢桁梁型式,桥面采用板桁组合体系。斜拉索采用单索面稀索体系,每根斜拉索由139束平行钢绞线组成,最大索力15 000kN。索梁锚固采用在钢横梁中点位置设置大型钢锚箱的型式;索塔锚固采用外置式钢锚箱型式,钢锚箱通过剪力钉与分离式塔肢进行连接,索力由剪力钉、锚箱侧拉板和摩擦力共同承担。开发了用于超大吨位钢绞线斜拉索整体张拉的调索设备。开展板桁组合式桥面板的传力机理理论及试验、超大吨位钢绞线斜拉索的疲劳试验、索塔锚固区足尺模型试验等相关研究,验证了结构的安全性和合理性。

福州道庆洲大桥总体设计及关键技术

福州道庆洲大桥采用“公路+轨道”双层合建方式,上层为6车道城市主干道兼一级公路和人行非机动车混行通道,下层通行双线地铁。跨江大桥全长2268.5 m,其中主桥为(120+276+120)m变高度连续钢桁结合梁桥,引桥为标准跨径84 m和73 m的等高度钢桁结合梁桥。该桥采用无竖杆变高度双层桥面钢桁梁。主桥上层公路桥面采用大挑臂“密横梁+混凝土板”结合桥面,“体内+体外”预应力混合配索;下层轨道桥面采用“纵、横梁+钢正交异性板”整体钢桥面。为保持跨江桥景观的协调统一,曲线段非通航孔引桥采用变宽桁和折线桁。为解决墩顶负弯矩区桥面板的开裂问题,混凝土桥面板与钢梁结合过程中,采取顶、落梁措施。

轻型钢结构在工程实践中的应用

用于哈尔滨光宇蓄电池有限公司的轻钢结构厂房,它是适合我国设计发展状况的新型结构——轻钢结构;是一次轻钢厂房设计的有益尝试。本文通过对厂房建筑、结构设计分析及经济效益的论述,在结构体系和设计特点等方面作了深入细致的探讨,并提出了建设性意见。

基于超短栓钉的钢-超薄UHPC组合桥面性能

为了满足对自重敏感的大跨桥梁钢桥面的翻修与加固需求,提出采用超短栓钉作为连接件的钢-超薄UHPC轻型组合桥面结构(简称"新超薄体系").通过钢-超薄UHPC组合板负弯矩试验,研究关键设计参数对超薄UHPC层抗裂性能的影响.试验结果表明:当UHPC最大裂缝宽度小于0.15 mm时,裂缝宽度的增长近似呈线性,在钢筋屈服以后,裂缝宽度迅速增大;配筋率和钢筋直径对名义开裂应力的影响较大.基于试验结果,分析已有的裂缝宽度计算公式,确定钢-超薄UHPC组合板裂缝宽度的建议计算公式.以某特大跨径悬索桥为工程背景,进行整体和局部有限元分析,论证了方案应用于实际工程的可行性.计算结果表明:钢-超薄UHPC组合桥面的自重与常规60 mm厚的钢桥面铺装基本持平,主缆和吊索内力变化小于3.0%;钢桥面(OSD)各典型疲劳细节的应力幅值降低了10.1%~52.0%,且均小于200万次疲劳强度;UHPC层中最大拉应力为8.4 MPa,远小于试验得到的名义开裂应力.

UHPC应用于大跨径柔性桥梁的组合优化研究

大型跨径柔性钢桥目前成为国内外建筑领域专家和学者广泛关注的话题。研究提出一种大跨径柔性桥梁钢-UHPC组合桥面有限元模型,在分析大跨径柔性桥梁钢-UHPC组合桥面疲劳的基础上,利用有限元分析软件完成建模。60 mm UHPC层钢桥面所有疲劳细节应力幅度下降趋势相对于45 mm UHPC层更为显著,6个细节下降幅度依次约为25%、18%、18%、16. 5%、10. 8%、15%。横隔板厚度从10 mm增厚到14 mm以及16 mm,疲劳细节4和5的应力幅下降范围为20%~29%,细节3最大应力幅增加幅度范围为5%~8%,且得到一种设计方案不会出现桥面疲劳开裂。

悬索桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系设计优化

杭瑞高速岳阳洞庭湖大桥为(1 480+453.6)m双塔双跨钢桁梁悬索桥,主梁为采用了钢-STC轻型组合桥面的板桁结合型钢桁加劲梁,钢-STC轻型组合桥面支承体系由横向桁架支承及桥面纵、横梁支承组成。采用ANSYS软件建立主梁节段有限元模型,针对组合桥面支承体系,从横向桁架结构形式、桥面纵横梁体系及其结构尺寸等方面进行设计优化。结果表明,带竖腹杆的横向桁架结构形式在桥面刚度、构件应力水平方面均具有较大优势;多横梁体系桥面刚度大,桥面构件应力水平低,适用于钢-STC轻型组合桥面。洞庭湖大桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系采用带竖腹杆的横向桁架,纵横梁支承体系采用在横向桁架竖腹杆位置设置边纵梁、次横梁间距2.8m的多横梁体系,能够很好地兼顾结构刚度、应力水平及钢材用量。

新型超短栓钉连接件试验及有限元分析研究

为满足钢-超薄UHPC轻型组合桥面的工程需要,提出了一种新型超短栓钉抗剪连接件,并且通过静力推出试验,得到了超短栓钉的抗剪承载力和荷载-滑移曲线。试验结果表明:试件的破坏模式为超短栓钉钉杆剪断,超短栓钉具有很高的承载能力,抗剪承载力平均值高达82.5 kN。通过有限元软件,研究了栓钉直径、UHPC强度等参数对超短栓钉抗剪性能的影响,分析结果显示:不同参数试件的荷载-滑移曲线具有相似的形状特征,且栓钉直径对超短栓钉的抗剪承载力影响显著,而提高UHPC强度可以增大抗剪承载力,但提升幅度有限。

杭瑞高速公路洞庭湖大桥主桥设计及关键技术研究

杭瑞(杭州—瑞丽)高速公路洞庭湖大桥主桥为(1480.0+453.6)m的双塔公路悬索桥,加劲梁采用钢桁梁结构,2片主桁横向间距35.4 m;主桁采用带竖杆的华伦式桁架,桁高9.0 m,节间长度8.4 m。钢桁梁上层桥面与主桁上弦杆结合(板桁结合),桥面采用超高韧性混凝土(Super Toughness Concrete,STC)轻型组合桥面结构。对主桥采用的关键技术进行了研究,分析中央扣对悬索桥结构体系的影响以及桁高对悬索桥加劲梁刚度的影响,并在设计中提出了轻型组合桥面板桁结合型加劲梁结构体系,在施工中提出了悬索桥钢桁加劲梁多节段窗口刚接法架设技术。

湘潭昭华大桥设计及球扁钢纵肋组合钢箱梁的应用研究

湘潭昭华大桥主桥为主跨(168+228)m的独塔自锚式悬索桥。钢加劲梁采用STC轻型组合桥面钢箱梁,梁高3.5m,宽39.5m。STC层厚度为50mm,铺装层厚30mm。本桥创新性应用球扁钢作为轻型组合桥面系的纵肋形式,球扁钢肢厚12mm,高度26cm,横向布置间距为45cm。由于轻型组合桥面结构大大提高了桥面系的刚度,本桥提出桥面板纵肋用开口肋形式替代传统U肋加劲形式。通过研究发现多种开口肋中球扁钢作为组合桥面加劲肋的优势,并研究出适合于球扁钢纵肋构造的施工方法,本桥的研究成果首次被应用到公路桥梁的设计和施工过程中。

大跨径连续钢-混凝土组合梁桥方案设计

文中介绍了钢-混凝土组合梁的特点,并以某公轨合建跨江通道项目非通航孔引桥为背景,结合该项目特点探讨了大跨径连续钢-混凝土组合梁桥的方案设计,主要包括桥型布置方案的选择、钢-混凝土组合梁关键构造和方案的确定、下部结构方案的拟定以及施工方案的选择等,为类似项目提供借鉴。

富龙西江特大桥钢箱梁方案疲劳分析研究

为了研究钢箱梁的疲劳性能,以某斜拉桥为背景,建立局部有限元模型,利用热点应力法,针对其钢箱梁三种方案的弧形切口及纵肋与横隔板焊缝处的疲劳细节进行计算分析。结果表明:对于纵肋与横隔板焊缝处的疲劳细节,采用6cm厚STC层应力幅改善作用最大,降幅为39%～69%,增加顶板和横隔板板厚最大降幅为19%;对于弧形切口疲劳细节,采用STC层应力幅降幅为14%～33%,增加顶板和横隔板板厚降幅为16%～45%。研究结果可为正交异性板的设计和疲劳分析提供参考。

钢板-轻骨料混凝土空心组合板弯曲刚度计算方法研究

钢板-轻骨料混凝土组合板是由底部平钢板和上部轻骨料混凝土通过开孔钢板穿入空心钢管焊接而成的新型组合板形式,具有良好的受力性能和广泛的应用前景。为了研究钢板-轻骨料混凝土空心组合板的弯曲刚度和变形计算方法,对5块钢板-轻骨料混凝土空心组合板试件进行两点对称集中加载静力试验研究,得到该空心组合板在静力作用下的跨中弯矩-挠度试验曲线。考虑到空心组合板的受力性能及构造特点,提出基于钢筋混凝土受弯构件弯曲刚度计算理论的组合板弯曲刚度简化计算方法,并用该简化计算方法对试验试件在不同荷载水平下的变形进行计算。计算结果表明,采用该简化计算方法得到的变形计算结果与试验结果吻合较好。

上海闵浦二桥主跨斜拉桥钢板桁组合梁设计

闵浦二桥是1座公轨两用一体化双层特大桥,主桥为独塔双索面双层斜拉桥。主要介绍主跨斜拉桥主梁设计的比选经过。最终采用钢板桁组合梁结构。该方案结构可靠、功能适用、构造简洁。

新型大纵肋正交异性钢—RPC轻型组合桥面板构造研究

正交异性钢桥面板在具有轻质、高强、适用性广、施工速度快等诸多突出优点的同时,其构造复杂、焊缝较多、应力集中等问题比较明显,且由于承受局部车辆轮载的反复作用,使得其疲劳问题较为突出。通过有限元模型对其构造参数进行敏感性分析,结果表明:减少横梁间距能有效改善桥顶板及整体结构的疲劳性能;隔板厚度从14 mm增加至22 mm时,各目标细节疲劳应力的提高不显著;当钢顶板厚度由14 mm增至22 mm时,各目标细节最大主应力均有降低,特别是顶板与U肋连接构造处。

双桥套闸大桥简支钢桁梁设计

双桥套闸大桥主桥为跨度88.8 m简支下承式钢桁梁桥,计算跨径87.04 m。主桁采用无竖杆三角形桁架,主桁高度为11.0 m,节间长度为10.88 m,主桁节点采用焊接整体式节点,在节点外通过高强度螺栓连接。桥梁全宽为29 m,横断面设置两片主桁,主桁中心距为23.5 m,两侧各设置2.75 m挑臂。车行道桥面系采用正交异性钢桥面板结构,车行道桥面铺装采用40 mm厚SMA13+改性环氧树脂粘结层+45 mm厚STC层超高性能轻型组合桥面方案。

正交异性钢-UHPC组合桥面板剪力连接件抗疲劳性能分析

以某特大桥为依托,采用有限元方法计算了大桥钢箱梁节段模型中,正交异性钢-UHPC组合桥面板在轮轴荷载作用下其剪力连接件在横桥向间距由原设计的150 mm增加至300 mm时的应力分布特征及应力影响面;基于雨流法和Miner疲劳损伤累积理论,计算了组合桥面板剪力连接件在设计疲劳荷载下的等效应力幅与疲劳累积损伤度。结果表明,优化后的剪力连接件抗疲劳性能满足规范要求。在此基础上,研究了组合桥面板剪力连接件的直径、间距对其疲劳性能的影响,结果表明,栓钉剪力连接件的直径由13 mm增大到19 mm时,剪力连接件的应力幅值及抗疲劳性能基本保持不变;剪力连接件的横向间距由300 mm增加至600 mm,纵向间距由200 mm变为400 mm时,其应力幅值普遍有所增大,但依然满足在大桥设计寿命期内抗疲劳设计使用要求。