Finite element failure analysis of continuous prestressed concrete box girders

In order to analyze the load carrying capacity of prestressed concrete box girders, failure behaviors of in-situ deteriorated continuous prestressed concrete box girders under loading are experimentally observed and a finite failure analysis method for predicting behaviors of box girders is developed. A degenerated solid shell element is used to simulate box girders and material nonlinearity is considered. Since pre-stressed concrete box girders usually have a large number of curve prestressed tendons, a type of combined element is presented to simulate the prestressed tendons of box girders, and then the number of elements can be significantly reduced. The analytical results are compared with full-scale failure test results. The comparison shows that the presented method can be effectively applied to the failure analysis of in-situ continuous prestressed concrete box girders, and it also shows that the studied old bridge still has enough load carrying capacity.

超宽箱梁多桁片组合挂篮施工技术研究

该施工技术采用前上横梁、后上横梁将4片三角式主桁架主纵梁连接成整体形成多桁片组合挂篮。组合式挂篮的多片纵梁能有效地分配悬浇混凝土荷载,能避免由于梁段过重导致的主纵梁局部失稳现象,降低已浇节段混凝土的拉压应力(锚点抗拉反力和中支点承压力)。且梁段浇筑时,底模平台的底纵梁共同受力,协调变形,能有效防止挂篮前面发生扭转失稳,提高整体横向稳定性。多桁片组合挂篮总重约177 t,占最大节段重量的39.3%,具有自重轻,刚度大、变形小,结构简单,受力明确等特点,能有效解决超宽截面梁段在挂篮悬臂施工时的应力分布和挠度变形问题。由于使用通用设备,具有较好的参考意义。

提篮式拱梁组合体系桥梁拱梁结合段受力特性研究

为了解提篮式拱梁组合体系桥梁拱梁结合段的受力特性,以福州至长乐机场城际铁路乌龙江大桥为背景,建立该桥拱梁结合段精细化有限元模型,考虑几何大变形、材料非线性等效应进行全过程非线性分析,得到不同荷载阶段下拱梁结合段的应力分布,研究拱梁结合段的破坏模式和受力特性。结果表明:随着荷载增加,中拱拱脚外侧加劲肋与底板交界处最先屈服,最不利截面位于拱肋壁板与拱脚横隔板交界处;拱梁结合段的弹性承载力系数为2.32,塑性承载力系数为4.71。当荷载达3.57倍最不利荷载组合时,最不利截面拱肋壁板与拱脚横隔板相交的角点先达到屈服;当荷载达4.25倍最不利荷载组合时,1/2最不利截面屈服,屈服区域由角点屈服向拱肋上部区域扩展;当荷载达4.71倍最不利荷载组合时,最不利截面大部分屈服,拱肋壁板屈服区域向整个截面扩展,拱肋因屈服区域过大而丧失承载力。拱肋壁板屈服区域扩展过程中,内、外侧加劲肋逐步屈服;设置外侧加劲肋有利于推迟拱肋壁板的屈服。

大挑臂下承式连续梁拱组合桥设计

西宁祥瑞大桥为(40+120+40)m大挑臂下承式连续梁拱组合桥。主梁采用大挑臂钢箱组合梁,钢梁采用单箱三室槽形结构,桥面板采用钢筋混凝土结构。主拱采用由2片分离的拱肋及横向风撑组成的组合式拱圈,拱肋呈“纺锤”形。吊杆采用高强度钢绞线整束挤压拉索,索体采用多重防腐层和抗辐射老化措施。系杆由37股∅s 15.2 mm新型高强度钢绞线组成,分布在钢梁中间箱室内。桥墩采用花瓶形钢筋混凝土实体墙式墩,基础采用6根∅2.0 m钻孔灌注桩。彩虹状的拱桥造型极具地域特色,景观效果良好。大挑臂钢箱组合梁结构横向刚度大、抗扭性能好,具有良好的受力性能及经济性能。全桥采用先梁后拱的施工方案,钢梁采用顶推施工,拱肋采用液压提升系统安装,预制桥面板在大挑臂横梁上使用桥面吊机施工。

大跨度钢-混凝土组合连续刚构桥施工控制关键技术研究

钢–混凝土组合连续刚构桥因其跨中钢箱梁特殊构造有效控制了主梁自重问题,从而实现了连续刚构桥跨径的突破。其中,钢箱梁合龙质量严重影响着桥梁整体结构的安全性与可靠性,因此跨中钢箱梁整体吊装合龙,对施工控制要求极高。以嘉华嘉陵江轨道专用桥为例,有针对性地阐述了跨中钢箱梁合龙过程中施工控制重难点分析、敏感性分析、施工监测分析等内容,可为类似工程施工提供参考。

现浇箱梁组合支架综合施工技术在桥梁中的应用

在桥梁工程的现浇箱梁施工过程中,支架支撑体系的稳定关系到整个工程安全与施工质量。本文结合河南省某段枢纽F匝道号桥工程为背景,该工程使用现浇箱梁施工技术与组合支架体系的结合的方式对其进行施工,简述了现浇箱梁组合支架综合施工技术的施工技术要点,与从支架搭设到支架拆除的全过程。同时通过利用MIDAS有限元软件对支架分析,结合盘扣支架的相关施工规范,证明了其技术方案的可行性,且满足施工要求,能够保证施工过程的安全与质量。

基于双向渐进结构优化算法的预制拼装箱梁剪力键设计研究

为研究单项和多项荷载组合作用下节段预制拼装箱梁接缝处剪力键受力状况,以郑州南四环全预制装配高架桥为背景,采用Abaqus软件和双向渐进结构优化(BESO)算法,建立典型箱梁节段分析模型,研究剪力键在单位轴力、剪力、扭矩、弯矩和不同荷载组合作用下的布置规律。结果表明:轴力作用时剪力键应布置于顶板;剪力作用时剪力键应布置于腹板和底板;扭矩作用时剪力键应布置在顶板、腹板交接处和腹板外侧;横桥向弯矩作用时剪力键应布置于顶板、腹板下侧和底板;竖向弯矩作用时,剪力键应布置于顶板翼缘。轴剪组合作用下,当剪力占比小于50%时,轴力对剪力键布置起控制作用;当剪力占比达95.24%时,剪力对剪力键布置起控制作用。弯剪组合作用下,当剪力占比超过4.76%时,剪力对剪力键布置起控制作用;当剪力占比小于0.50%时,横桥向弯矩对剪力键布置起控制作用。扭剪组合作用下,当剪力占比超过0.10%时,剪力对剪力键布置起控制作用。预制拼装箱梁剪力键布置受荷载类型及荷载组合影响显著,应考虑不同位置剪力键的实际受力状况进行设计。

现浇梁组合支架技术

盘扣支架由于其安全性,便捷性,构件高标准化,使用寿命长,低成本等特点,现如今在建筑行业得到广泛运用。本工程项目为高速公路现浇箱梁,根据实际状况应用门洞及盘扣组合支架搭设现浇施工形式。并结合现场进行了方案设计与荷载分析、验证,同时对施工关键技术进行了阐述及探讨。通过对该技术的运用研究,充分表明了盘扣式支架施工安装和拆除工效高,安全性能高的技术优势,以及材料运用少,使用寿命长的低成本优势,为类似工程的方案运用提供参考。

现浇箱梁组合支架施工方案比选及关键技术分析

文章以福建省晋江市东部快速通道一期工程A2标段现浇箱梁为研究对象,对其支架施工方案开展多因素比选,最终确定施工方案,并就此提出支架施工注意事项,详细阐述施工过程中的关键技术。实践结果证明,该方案和施工技术在项目中顺利施工并得到良好应用,为今后类似工程提供了重要参考和借鉴。

小曲率半径钢混组合梁预制叠合与架设施工技术

本文针对海域互通匝道小曲率半径钢混组合梁桥架桥机架设施工难题,从钢混组合梁预制叠合施工工艺与线形控制、大横坡运梁设备改造与运梁技术、小曲率半径架桥机设计与架设工艺等方面展开研究,并对关键施工工况进行了模拟计算,系统研究了小曲率半径钢混组合梁桥后场叠合与架桥机架设施工技术,保障了杭甬高速公路复线滨海枢纽工程施工的顺利实施,也为后续小曲率半径梁桥架设提供了参考经验。

深厚软基变截面连续箱梁现浇支架设计与施工

文章依据杭州235国道项目深厚软土地基下(39+65+39)m跨单箱四室变截面现浇箱梁设计及施工实例,结合淤泥质粉质黏土地质、超宽大跨度工程特点、既有道路及施工便道保通要求,因地制宜地采用了深厚软土地质下预应力管桩+贝雷梁+盘扣式支撑架的组合支架,并结合MIDAS Civil有限元分析软件对支架结构及关键单元进行计算分析,确保支架结构安全可靠、材料使用经济合理、施工方便且满足现场使用要求,为同类项目施工提供借鉴和参考。

西堠门公铁两用大桥索梁锚固区域受力分析及传力机理研究

甬舟铁路西堠门公铁两用大桥主桥为主跨1488 m斜拉-悬索协作体系桥,主梁由3个流线型扁平钢箱梁组成,斜拉索梁端采用内置于边箱风嘴部位的钢锚箱锚固,钢锚箱与箱梁纵腹板双侧连接。为研究该桥索梁锚固结构的受力特性和焊缝传力机理,确保锚固结构承载安全可靠,选择全桥索力荷载最大的S26号钢锚箱索梁锚固结构进行局部受力研究。采用Abaqus软件建立索梁锚固区域多尺度有限元模型,分析不同施工阶段对索梁锚固结构受力状态的影响,以及索梁锚固结构处于不同索力工况下,锚固区域应力分布和焊缝传力机理。结果表明:钢锚箱锚固结构设计合理、安全可靠;锚箱结构受力相对独立,基本不受梁段施工阶段边界条件变化影响,而与锚箱相连内腹板则存在约17%的应力变化;索梁锚固区域整体应力水平较低,但存在明显的应力集中现象,主要分布在锚箱与腹板相连的6条焊缝附近,且随着索力荷载增大,应力集中现象更为突出;锚箱与腹板相连的6条焊缝分配索力合理,但不同焊缝等效应力沿焊缝方向呈现不同分布形式,且随着索力荷载增大,焊缝等效应力分布特征更加显著。

济阳黄河公铁两用特大桥桥位及桥式方案比选

济阳黄河公铁两用特大桥是济南至滨州铁路的关键控制性工程,结合沿线控制因素,对该段落内的3处桥位进行技术经济综合比选,与规划G308共通道跨越黄河的公铁合建桥位方案节省通道资源、与主河槽水流夹角小,行洪条件好,同时符合济阳站设站条件,最终确定为推荐桥位。在该桥位上,根据防洪、通航及构筑物等限制条件,确定了主河槽中采用(228+240+300) m不等跨布置孔跨方案。结合跨度、桥位处机场限高要求,提出了钢桁梁矮塔斜拉桥、上加劲连续钢桁梁及钢箱梁矮塔斜拉桥3种公铁两用特大桥主桥的桥式方案,孔跨布置均为(72+144+228+240+300+132+84) m。通过对结构受力、施工、接线条件及技术经济性等多个因素比选分析,发现3个桥式方案均能满足结构功能需求,但钢箱梁矮塔斜拉采用公铁同层,虽然降低了公路桥面高程,但公路接线条件差,上加劲连续钢桁梁刚度最大,但用钢量也大,经济性差,最终推荐采用公铁分层的钢桁梁矮塔斜拉桥方案。

上中央与侧边稳定板对扁平箱梁气动性能的影响

提升扁平箱梁的气动性能可同步提升大跨度桥梁的抗风性能,而增设气动措施则是简单易行的有效方法。基于节段模型风洞试验,在-5°~+5°风攻角范围内测试了某扁平箱梁的颤振和涡振性能,系统研究了上中央稳定板与侧边稳定板对改善扁平箱梁断面气动性能的影响。在此基础上,采用CFD数值模拟技术,研究了最不利风攻角下组合稳定板对流场的改善作用和涡致振动机理。风洞试验结果表明:扁平箱梁原设计断面在+3°与+5°风攻角下的颤振临界风速显著低于检验风速,且在各风攻角下均存在显著的涡激振动现象,气动性能不满足规范要求;设置上中央稳定板与侧边稳定板后,能显著提升扁平箱梁在+3°和+5°攻角下的颤振临界风速,可将最不利风攻角(+5°)下的颤振临界风速提高112%左右,并削弱检修车轨道对气动性能的影响;该组合措施能够显著抑制甚至完全消除扁平箱梁原有的涡激振动,相当于同时改善了颤振和涡振性能,使其满足设计要求。数值模拟计算结果表明:设置上中央稳定板与侧边稳定板后,断面会产生新的小尺度旋涡,可以干扰和削弱原设计断面在尾流处由于卡门涡所产生的周期性气动力,从而对涡振起到了有效的制振作用。

公铁同层大挑臂钢箱梁正交异性桥面板疲劳特性研究

为深化认识大挑臂钢箱梁正交异性钢桥面板的疲劳问题,以世界首座公铁同层大挑臂钢箱梁斜拉桥——金海大桥为背景,采用ANSYS软件建立钢箱梁节段精细化有限元模型,分析了多种工况下箱梁在有挑臂和无挑臂处顶板、U肋及横隔板关键疲劳细节的应力状态、应力影响面等,并对比分析了箱梁疲劳特性在横桥向的差异。结果表明,大挑臂钢箱梁的顶板-U肋细节应力影响面长宽约为2个U肋和2道横隔板,与普通闭口钢箱梁无异,而横隔板-U肋细节应力影响面长宽约为7个U肋和3道横隔板,远超普通闭口钢箱梁同类细节应力影响范围;箱梁在不同区域的部分同类疲劳细节受力状态存在明显差异,沿纵桥向,分别在有挑臂和无挑臂处的横隔板开孔底边细节应力差距高达85.4%;沿横桥向,靠近箱梁中心线的内侧车道为最不利加载车道,该车道内横隔板侧边开孔细节最不利应力幅可高出其他车道57%;箱梁各疲劳细节对轮载横向分布位置十分敏感,其沿横桥向疲劳特性差异主要由横梁整体弯剪变形引起,同时,邻车道疲劳荷载对横隔板侧边开孔细节应力幅影响超过38%。因此,多车效应不宜忽略,根据重车车流量统计推算,本桥多车效应系数建议取值1.05。

挑臂式钢箱梁面板-中纵梁构造细节疲劳性能研究及构造参数分析

为研究挑臂式面板-中纵梁构造细节的疲劳特性,运用大型通用有限元软件ANSYS建立精细化分析模型,结合热点应力法、Palmgren-Miner线性累积损伤理论及雨流计数法对该构造细节进行横纵向疲劳车加载应力结果计算分析,并开展构造参数影响研究。研究结果表明,轮载作用下该细节经历多次应力循环,应力影响线具有明显的轴重识别效果,采用横向应力/竖向应力研究其疲劳特性是合适的;该细节面板焊趾较腹板焊趾应力水平高,更易发生疲劳开裂,而腹板处焊趾具有无限寿命;面板厚度从12 mm增加到20 mm,面板焊趾和腹板焊趾热点应力分别降低55%和40%,中纵梁腹板与附近U肋的间距从250 mm增加到400 mm,面板焊趾和腹板焊趾热点应力增幅达61%和58%,而中纵梁腹板厚度从12 mm变化到20 mm,面板焊趾处和腹板焊趾处的热点应力基本不变,维持在53 MPa和22 MPa左右。建议在充分考虑安全性和经济性的情况下,合理选择面板厚度及中纵梁腹板与附近U肋的间距以提高面板-中纵梁构造细节的疲劳寿命。

西安市三环路系统工程灞河大桥关键技术及创新

西安市三环路系统工程灞河大桥全长1.061 km,包括灞河大桥主道桥、灞河大桥辅道桥及广运潭辅道桥三部分,桥梁总面积为43881 m^(2),概算总额2.197亿元,是陕西省最大的市政跨河桥梁工程。桥梁位于西安市大型旅游开发项目--广运潭之上,在“西部第一水城”--西安市浐灞生态园区内横跨灞河,景观要求很高。总体设计利用三环路设置主辅道的特点,创新性地提出了“主道桥和辅道桥相同跨径、不同高程”的设计思路,主道桥主桥采用(2×50+80+2×50)m下承式钢管混凝土拱梁组合体系,辅道桥主桥采用(25+2×50+80+2×50+25)m的连续箱梁,构思巧妙,在满足主辅道交通功能要求的同时达到了良好的景观效果,可为类似项目提供借鉴。

揭惠铁路跨梅汕高铁特大桥槽箱组合梁设计

揭惠铁路跨梅汕高铁特大桥跨径布置为2×72 m,采用半径600 m曲线跨越梅汕高铁,具有曲线半径小、转体跨度大且建筑高度受限等特点。桥型方案比选中,槽形梁桥具有建筑高度低、结构轻巧、造型优美、降噪效果好、断面空间利用率高等优点,为较优方案,但槽形截面为开口截面,抗扭刚度弱,而箱形截面具有良好的抗弯抗扭截面特性,将2种截面组合形成新型结构——槽箱组合梁,在抗扭承载能力要求小的梁段采用实腹式槽形截面,在实腹式槽形截面抗扭承载能力不足的梁段采用整体式箱形截面,该结构融合了槽形截面自重轻、箱形截面抗弯抗扭能力强的优点。揭惠铁路跨梅汕高铁特大桥中墩50 m范围采用箱梁,为保证列车建筑界限,箱内净高8.35 m、净宽7.0 m,剩余95.2 m均为实腹式槽形梁。结构受力分析验证了新型结构的可行性,并在工程实际运用中产生了良好的经济及社会效益。

基于板-梁的钢-混凝土箱梁组合扭转分析与有限元验证

基于板-梁理论对钢-混凝土薄壁箱梁的组合扭转问题进行研究。根据Timoshenko梁和Kirchhoff板力学模型,引入三个截面转角和一个翘曲偏移值(ψ_(w),ψ_(f1),ψ_(f2),ψ),并建立能量方程模型,求出钢-混凝土箱梁扭转变形的总应变能,据此得到箱梁截面的约束扭转刚度与自由扭转刚度,接着建立总势能方程,以悬臂梁的边界条件求解微分方程得到组合扭转的端部扭转角,最后借助ANSYS有限元软件,依据无量纲参数K选取5组跨度不同的钢-混凝土箱梁进行模拟,将结果与理论解进行对比验证,验证结果的最大误差为4.71%,证明了板-梁理论的正确性。

大跨度钢-混凝土混合连续梁桥设计

以南宁市324国道金陵大桥为背景,研究大跨度钢-混凝土混合连续梁桥设计与施工关键技术。金陵大桥主桥为跨径布置(75+180+75)m的连续梁桥,为国内最大跨度的钢-混凝土混合连续梁桥。结合该桥特点,对桥梁设计与施工关键技术进行研究,供类似工程参考。