新型空心管状翼缘钢板组合梁设计理念与力学性能

工字钢组合梁桥正朝着少主梁、精简横向联系的方向发展。与传统多主梁复杂横向联系组合梁桥相比,双主梁桥由于采用了开口截面的结构形式,极大地削弱了其抗扭能力,在偏载作用下会产生较大的变形及翘曲应力,使钢主梁处于弯扭耦合的受力状态。空心管状翼缘钢板组合梁采用空心钢管取代传统的平板上翼缘,提升了稳定性,改善了结构性能。本文通过理论分析和实体有限元法的计算,研究了单梁在自重与横向风荷载作用下的稳定性;对非组合截面的组合体系下的稳定性能进行了分析与比较,并分离出扭转翘曲应力和纵向正应力,研究了不同跨径下扭转效应的影响。最后,对横向联系、加劲肋的影响进行了分析。研究结果表明,空心管状翼缘钢板组合梁桥扭转刚度大于传统工字形截面组合梁扭转刚度,自身横向稳定性好,并且需要较少的横向联系与加劲肋,可实现单梁吊装,避免采用过多临时加固及支撑措施,提高施工效率。

中等跨径钢板组合梁截面布置优化

为了实现钢板组合梁的标准化设计,达到进一步推广应用的目的,以跨径30 m的先简支后桥面连续钢板组合梁桥为研究对象,结合目前中国钢-混组合梁桥的设计规范,以全桥造价及全桥钢材用量为目标函数,以钢板组合梁截面尺寸布置参数和主梁数量为设计变量,并以应力、变形、局部稳定和规范构造要求为约束条件,建立钢板组合梁截面参数的优化模型,并采用遗传算法展开优化分析.优化结果表明:所提算法稳定可靠、效率高,依托工程的结构截面布置有较大的优化空间.当桥宽和车道布置不变时,采用6梁式截面的全桥造价最少,相对原始设计截面可节省约13%的费用;采用4梁式截面的全桥钢材用量最少,为128.65 kg/m^(2),相对原始设计截面可节省约27%的钢材用量.优化结果可为中等跨径钢板组合梁桥的截面设计提供参考.通过经济性分析发现,当主梁间距分别取约2.3、3.2、4.8 m时,跨高比的经济取值分别为20~23、18~21、14~17.

大跨度公铁合建斜拉桥钢混板-桁组合梁关键节点空间受力特性

针对大跨度公铁合建斜拉桥—主跨808 m洪奇沥特大桥新型钢混板-桁组合梁的关键节点—辅助墩顶钢混节点,采用ANSYS软件建立钢桁-混凝土板组合梁部分节段细化的全桥多尺度有限元模型,分析边跨组合梁节点在受力最不利工况下的受力规律及传力特性,并讨论下弦杆等杆件截面等结构参数变化对节点受力、传力的影响规律。结果表明:最不利组合工况下,边跨组合梁辅助墩顶钢混节点处钢结构最不利Mises应力为265.9 MPa,混凝土局部最大名义拉应力为9.2 MPa,导致局部开裂而受力转移至钢结构;在辅助墩顶局部负弯矩影响下,内外节点板处应力总体呈“倒V”形分布,混凝土顶面及底面分别呈“鞍形”及“倒鞍”形分布;节点处下弦杆(含管内混凝土)、竖杆分别传递77.86%和40.15%荷载,为纵向、竖向主要传力构件;混凝土桥面厚度变化对自身应力影响明显,其厚度和下弦杆截面面积对纵向传力比影响大,竖杆截面面积对自身竖向传力影响相对明显;混凝土厚度及下弦杆、斜腹杆、竖杆截面为节点受力、传力的主要影响因素,其系数在0.8~1.1时,组合梁关键节点各构件应力及传力比均较为合理。

基于Kriging模型与FORM的钢板组合梁桥结构优化设计

考虑材料参数的不确定性以及设计变量多重约束条件的影响,提出了基于可靠性分析的钢板组合梁桥结构优化设计方法。首先,利用拉丁超立方试验设计(Latin hypercube design,LHD)构建试验组合方案,并通过有限元分析获取试验设计组合下的最大挠度响应值。基于获取的训练样本,构建能够表征结构最大挠度值与随机输入之间映射关系的Kriging代理模型。基于建立的代理模型,以钢结构截面积最小化为目标函数,建立符合规范要求与可靠度约束的优化数学模型,并采用一阶可靠性方法(first order reliability method,FORM),实现设计变量优化。通过比较具有相同设计变量上限,但下限分别为初始值的80%和70%两种优化设计方案,评估了两者在相同阈值以及不同阈值下设计变量的优化结果。最后对方案二在阈值为17 mm下的优化结果进行极限状态验算。结果表明:两个优化设计方案在阈值为17 mm下的优化结果更具合理性,并且方案二在同一阈值下具有更高的优化程度。随着阈值增加,优化程度增加,且腹板高度在较大阈值下对结果影响更大,而翼缘宽度在较小阈值下影响更大。

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。

斜交板梁桥同步顶升施工铰缝受力性能试验研究

空心板梁作为常见桥梁之一,在顶升施工过程受到顶升差异影响,导致铰缝受力差异明显,也会影响到后期桥梁使用性能。借助一座实桥的顶升施工开展试验测试。通过设置不同顶升偏差,研究顶升施工对铰缝受力性能影响。详细介绍了顶升方案、试验方案,结合梁体转角、纵向和横向位移,以及铰缝应变,分析了顶升过程中结构变形情况、铰缝的受力性能。对于相同尺寸的空心板梁桥,同步顶升误差在±2 mm时,可以保证铰缝受力安全。成果可为桥梁顶升施工质量控制和铰缝的设计提供依据。

铁路混合梁钢-混结合段受力及理论计算

为研究铁路混合梁钢-混结合段结构的受力及其理论计算公式,在既有公路桥梁钢-混结合段计算公式的基础上,提出铁路混合梁钢-混结合段截面应力、顶底板剪力连接件、承压板传力验算公式;并以主跨335 m汉巴南铁路嘉陵江特大桥为研究背景,采用有限元分析的方法探究结合段受力特性及应力纵、横向分布规律,进而开展结合段受力理论与数值计算对比分析。数值计算结果表明,结合段混凝土均处于受压状态,不同截面位置处结合段钢、混应力横向分布均存在一定的不均匀性。公式验算结果表明:结合段混凝土应力均受压,满足截面应力验算要求;剪力连接件的抗力系数介于1.30~4.49,结合段剪力连接件具有良好的安全储备;承压板抗力系数介于3.18~10.08,表明前后承压板抗力远大于计算传力荷载,并具有优化的空间。理论公式计算的结合段顶底板混凝土应力、剪力钉应力与有限元计算结果总体相近,在修正后可用于钢-混结合段的防开裂/脱离、抗剪受力计算。

中小跨径简支钢板组合梁桥荷载横向分布研究

为评价经典荷载横向分布计算方法对中小跨径简支钢板组合梁桥的适用性,首先利用实桥荷载试验结果,验证了基于ABAQUS软件的三维有限元模拟方法;然后以计算跨径、主梁数量、主梁间距为研究参数,设计了108个分析模型,分别采用修正的刚性横梁法、刚接梁法、G-M法以及有限元法计算荷载横向分布影响线,进而得到单车道和多车道作用下各主梁的荷载横向分布系数;最后基于线性相关系数、横向分布影响线吻合程度指标及横向分布系数相对误差,进行横向分布线性判断及各理论计算方法的误差分析。结果表明:当钢板组合梁桥宽跨比B/L小于0.34时,各主梁在荷载作用下挠曲呈直线变形,即认为钢板组合梁桥B/L<0.34时为窄桥;利用理论计算方法计算横向分布系数时,单车道布载下,当B/L<0.2,宜采用修正刚性横梁法、刚接梁法、G-M法,当0.2<B/L<0.3,宜采用刚接梁法、G-M法,当0.3<B/L<0.75,宜采用G-M法;多车道布载下,当B/L<0.3,宜采用修正刚性横梁法、刚接梁法、G-M法,当0.3<B/L<0.45,宜采用刚接梁法、G-M法,当0.45<B/L<0.75,宜采用G-M法;提出了修正的刚性横梁法、刚接梁法、G-M法计算精度判定条件,控制理论计算结果与有限元计算结果相对误差在10%以内;研究成果可为中小跨径钢板组合梁桥的荷载横向分布计算方法选取提供依据。

钢箱梁横隔板优化布置对顶推施工力学性能的影响分析

针对斜交连续钢箱梁的横隔板布置方式,提出在钢箱梁斜交支撑位置处加密设置正交横隔板,通过建立钢箱梁的有限元全桥模型,对不同横隔板布置方案进行了对比分析。在顶推最不利工况下,分析了不同横隔板布置方案下的结构内力、挠度、支座反力、局部应力及扭转变形,验证了新型横隔板布置方案的可行性。结果表明,新型横隔板布置方案与常规布置方案在支座反力及弯矩分布上基本一致,优势主要体现在易于加工制造、整体自重较小且能显著减小支撑区域应力水平。新型斜交连续钢箱梁横隔板优化布置方式在顶推施工中满足强度设计要求。

分体箱梁中央隔涡板涡激振动抑制机理研究

借助风洞试验和计算流体力学对分体钢箱梁的涡激振动性能及中央隔涡板的抑振效果与机理开展研究,对比不同形式(水平隔涡板、一道竖向隔涡板、两道竖向隔涡板)和尺寸中央隔涡板的抑振效果,并根据流迹与速度云图对不同形式中央隔涡板的抑振机理进行分析。结果表明:开槽顶部水平隔涡板能够阻碍开槽处的气体对流,降低开槽内部及断面周围气流速度,增加旋涡移动和脱落难度,从而在一定程度上抑制涡激振动,抑振效果随隔涡板宽度增大而增加;开槽内部竖向隔涡板能够将旋涡稳定在隔板分隔出的几个小区域内,避免产生稳定的旋涡脱落,进而有效抑制涡激振动,设置两道半高竖向隔涡板比设置一道全高竖向隔涡板效果更好,但需对两板间距进行优化。

内陆半干旱区长寿命耐候钢板梁桥锈层稳定性检测与评估

为研究内陆半干旱区长寿命耐候钢板梁桥锈层稳定性技术状况,以陕西黄延高速隆坊跨线桥为背景,基于耐候钢锈层耐腐蚀机理和锈层稳定性环境影响因素分析,开展该桥周期性(间隔近2年)锈层稳定性原位检测,并提出适用于该类桥梁锈层稳定性技术状况评估模型,对该桥锈层稳定性进行评估。结果表明:隆坊跨线桥主梁锈层经近2年时间演化,其粘附力有所提升,光照充足、通风良好、表面干燥、无杂物堆积等有利于稳定耐候锈层形成;不易积水、积尘的主梁竖直表面较水平上表面更易形成稳定耐候锈层;在耐候钢板梁桥稳定锈层形成阶段,随着桥梁服役时间的延长,耐候锈层稳定性在不断提高;提出日常维护和锈层分级维护的长寿命耐候钢板梁桥锈层维护策略,建议在靠近梁端区域的钢主梁下翼板下表面设置V形挡水板,对混凝土悬臂板设置滴水槽或阻水板。

丰城市紫云大桥总体设计

紫云大桥为江西省丰城市内跨越赣江的重要桥梁工程,主线桥梁长约3.7 km,由跨赣江主通航孔桥、水中引桥、陆上引桥,以及立交、匝道、梯坡道桥等组成。主通航孔桥采用主跨180 m的水滴型桥塔空间索面自锚式悬索桥,水中引桥和陆上引桥分别采用双边箱组合梁和组合钢板梁结构。跨江段桥梁采用双层桥面布置,上层机动车道、下层人行和非机动车道的功能性设计增强了慢行过江体验感。主线桥梁均采用钢-混组合梁结构,避免了钢桥面疲劳和铺装易损难题,且施工便捷,对周围环境影响较小;陆上桥梁合理采用新型预制装配式组合钢板梁、UHPC湿接缝,提高了经济性、耐久性和施工效率,降低了全寿命周期内的维护成本。结合近远期规划,预留了远期高架桥延伸实施条件。

钢板结合连续梁桥结构噪声分析

为了探究钢板结合梁桥的振动噪声,建立车-轨-桥耦合动力分析模型,获得了列车与桥梁的动力反应,后将此动力反应作为声学边界条件求解得到了钢板结合梁桥的结构噪声辐射,并对噪声辐射影响参数进行了探究.研究表明,列车过桥时,桥梁的结构位移呈现出周期性变化,各测点的竖向加速度均大于横向加速度;全桥结构噪声表现为全频段内均有衰减,高频区段衰减速率较低频段快;当车速提高时,各场点的总体声压级逐渐变大,车速从200 km/h升至260 km/h时,各场点声压级的上升幅度更大;双向行车时总体声压级显著增加,但各板件在峰值声压级时的贡献量比例无显著变化;有板肋时,顶板声压级贡献量较上翼缘板的更大,无板肋时则相反.添加板肋能够对局部结构进行优化,但对于整体的降噪效果影响不大.本桥板肋布置间距宜在5.2m左右.

高铁箱梁桥顶板纵向加筋对其声振特性的影响

伴随着高速铁路箱梁桥的大规模建设,列车经过时引起的高架桥低频声辐射问题已成为限制其发展重要因素之一。为了缓解列车经过箱梁桥时的声辐射问题,有必要开展桥梁降噪措施研究。以高速铁路箱梁桥为研究对象,对箱梁桥顶板增设纵向筋板,采用多体系统动力学软件UM及有限元-边界元方法建立车辆-轨道-桥梁耦合动力学模型和声学预测模型,对原结构箱梁桥和加筋板箱梁桥的振动加速度、辐射声功率、线性声压级和声场分布等进行分析,研究顶板纵向加筋对箱梁桥声振特性的影响。研究结果表明:增设纵向筋板后箱梁桥各个板件振动加速度都明显减小,在顶板处减幅最大;增设纵向筋板后箱梁桥的辐射声功率和声压级明显降低,降噪效果良好;其对桥上声场的降噪效果好于桥下和桥侧声场。

基于可滑移底模工艺的异形底面先张法桥面板预制技术分析

钢板组合梁桥能够在跨河、跨结构物等有障碍物阻挡时,发挥巨大优势。本文提出了一种钢板组合梁先张法预制桥面板装配式施工关键技术,能实现异形底面变截面桥面板的预制工厂化、机械化、流水化作业:利用专用钢筋绑扎胎架、预应力筋定位齿板及整体吊具,解决了狭小空间下钢筋及预应力筋精确定位的难题;通过异形可滑移式先张法底膜和千斤顶可调节放张平台,实现了预应力放张时桥面板与底模位移同步。

中美标准锅炉大板梁分段设计方法对比

为降低运输成本、满足吊装及运输条件,660 MW及以上锅炉大板梁一般需要在高度方向和长度方向采用分段设计,形成分段式叠梁,高度方向和长度方向的连接均采用高强度螺栓连接。结合贵州某660 MW锅炉具体工程实例,给出了锅炉分段式叠梁运用中国GB 50017—2017《钢结构设计标准》和美国ANSI/AISC 360-16 Specification for Structural Steel Buildings(LRFD方法)的翼缘拼接、腹板拼接、叠合面翼缘拼接的设计方法。对于分段连接所用的高强度螺栓,美国规范计算得到的单颗螺栓承载力较大,螺栓数的需求较少,中国标准偏于安全。对于分段连接处板材,采用美国规范计算的应力系数低于采用中国标准计算的应力系数。对于大板梁分段设计,中美规范的安全水准基本一致,中国规范略偏保守。研究结果为锅炉分段式叠梁的连接设计提供了参考。

曲线连续钢箱梁设计要点分析

由于钢箱梁具有结构高度低、跨越能力大、自重轻、抗弯和抗扭刚度大、强度高及施工速度快等优点,在大跨度曲线桥梁中应用越来越广泛。由于曲线桥梁受力状态非常复杂,处于一种弯、剪、扭的复杂受力状态,设计过程应进行详细计算。通过工程实例,从总体布置、构造、受力特点、建模与计算对曲线钢箱梁的设计和计算要点进行了详细研究,为同类型桥梁的设计提供参考和借鉴。

波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥关键施工技术研究——以九绵高速平武涪江特大桥为例

文章主要探究波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥关键施工技术,助力提高箱梁桥施工质量。以九绵高速平武涪江特大桥为例,简要分析波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥力学性能,从波形钢腹板施工、钢筋施工、模板施工、混凝土施工、预应力施工这几方面出发,提出关键施工技术应用措施,以期为相关工作者提供参考。

T形交叉口异形钢箱梁空间受力分析

由于交通功能的要求和地形条件的限制,在市政道路的立体交叉口常设置异形钢箱梁桥。钢箱梁异形结构具有明显的空间特性,受力情况十分复杂。为了较为全面地反映该结构的空间受力特性,以广州市某垃圾处理厂公用配套工程为研究实例,针对T形交叉口异形钢箱梁结构,采用三维板壳单元建立有限元模型进行结构受力分析和计算。结果表明:在进行T形交叉口竖向设计时,为减少结构设计和施工时的困难,应尽量减小交叉口处结构的纵横向坡度;在最不利工况基本组合下,异形钢箱梁顶底板最大应力均位于支座附近,出现了局部应力集中效应,设计时应对支座范围内的顶底板钢板进行适当加强,并设置支座加劲肋;桥梁支反力不均匀现象比较明显,部分支座甚至会出现负反力,易引起支座脱空现象,需设置抗拉球形支座或设置压重。所得结果可为其他类似桥梁结构的设计和计算提供可借鉴的经验。

不同畸变研究方法在薄壁箱梁畸变计算中的差异分析

为揭示偏心竖向荷载作用下薄壁箱梁的畸变,基于能量变分原理和箱梁各板件的静力平衡分析,给出优化后箱梁畸变研究的3种方法。推导出各方法研究梯形截面箱梁畸变解析计算式的普遍形式,得到相应的四阶畸变控制微分方程。对各畸变研究方法采用典型数值算例进行验证,研究结果表明:优化后的各畸变研究方法计算的畸变翘曲正应力值与文献数值相差很小,各方法之间误差最大不超过5.39%,方法2和方法3计算结果误差很小可忽略;各方法计算的矩形截面箱梁的畸变扇性坐标值均相等,梯形截面箱梁的畸变扇性坐标值则不同;畸变翘曲惯性矩和框架横向抗弯惯性矩的计算值大小与畸变分析过程有关;仅有端隔板的简支箱梁在畸变集中荷载作用下,靠近梁端的区域存在反向畸变变形。