加肋钢悬臂支撑-底部钢板组合桥面拓宽技术

[目的]在桥面拓宽施工过程中,常出现新旧桥连接处纵向开裂、拓宽桥面横向开裂等典型问题,如何通过优化和改进桥面拓宽技术解决这些问题是桥梁工程的一个重要内容.[方法]以国内首座跨海大桥——厦门大桥的桥面拓宽工程为背景,提出了一种加肋钢悬臂支撑-底部钢板组合的桥面拓宽方法.该方法有机结合了钢-混组合梁、正交异性钢悬臂板、底部加固钢板等桥面拓宽加固方法,采用混凝土现浇板作为桥面板、湿接法连接新旧桥梁,然后通过外延加肋钢悬臂构建支撑结构,并兼做现浇桥面混凝土的永久性模板.[结果]厦门大桥桥面拓宽加固工程的三维有限元仿真结果表明,钢悬臂布置间距增大会导致拓宽部分混凝土桥面板的拉应力增加,而设置下部加固钢板对于拓宽桥梁结构的挠度和应力分布影响明显.[结论]通过合理布置钢悬臂支撑结构和底部钢板,可显著减少拓宽部分混凝土纵横向裂缝的产生,改善拓宽后的桥梁的力学性能.相关成果有效支撑了厦门大桥的拓宽加固改造施工,为同类工程提供了有益的参考.

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。

丰城紫云大桥组合钢板梁设计

丰城市紫云大桥陆上引桥采用连续组合钢板梁,南岸标准段跨径布置为(34.5+2×36+3×42+2×36+34.5)m。主梁采用双主梁组合钢板梁结构,小横梁体系,梁高2.1 m。钢梁由焊接工字钢纵梁、中间小横梁以及支点横梁等组成,中支点两侧各约0.125 L范围内的钢纵梁纵向板件采用Q420qD钢,其余钢材采用Q345qD钢。桥面板采用全宽预制的预应力混凝土桥面板,湿接缝混凝土采用超高性能混凝土(UHPC),预制桥面板纵向钢筋外伸长度大于10 d,无需现场焊接或绑扎。板梁连接采用新型灌浆剪力键,钢梁与桥面板通过焊钉连接件、槽口、高强砂浆填充料、注浆孔、通气孔以及橡胶条,形成一个完全连接的整体。钢梁采用临时支架分段吊装施工,预制桥面板采用先吊装结合正弯矩区桥面板后负弯矩区桥面板的顺序铺设。对结构进行强度、稳定和变形分析,结果均满足设计要求。

下承式系杆拱桥吊杆更换过程的受力分析

早期修建的下承式系杆拱桥受当时技术水平、材料质量及施工质量等因素的影响,随着桥梁运营时间的增加,拱桥吊杆的安全性和可靠性逐渐降低,因此需要及时更换达到设计寿命的吊杆。以某主跨为238m的大跨径钢管混凝土提篮拱桥为例,针对系杆拱桥吊杆更换过程进行受力分析,以得到更好的施工控制策略,分析结果表明:①在吊杆更换施工过程中,临时兜吊内力施工误差为2%时,施工过程中的桥面变形可控制在1.5cm以内,当临时兜吊内力施工误差为5%时,施工过程中的桥面变形达到了2.6cm以内,吊杆张拉力误差越大,桥面变形越大;②在吊杆更换施工过程中,当临时兜吊内力施工误差为5%时,桥梁应力及临时兜吊应力均能满足要求;③建议吊杆更换施工过程中,临时兜吊内力转移时严格控制施工误差在2%以内。永久吊杆与临时兜吊之间的吊杆内力转移过程中,加强监测相邻吊杆处桥面标高变化,使其变化在设计控制范围内。

钢桁梁斜拉桥横向结构体系设计

中山某特大桥主桥桥跨布置为(136+312+880+312+136)m,桥梁全长1776 m,为双塔钢桁梁斜拉桥。主梁采用双主桁+板桁结合结构。主桁桁宽42.2 m,是目前国内跨径最大、桥面最宽的双层公路钢桁梁斜拉桥。横向结构体系占比大,本桥的横向结构体系设计显得尤为重要。设计对横梁体系和纵横梁体系进行了研究,采用有限元软件ANSYS建立钢桁梁局部模型,对两种结构体系的竖向刚度、桥面板应力、U肋应力进行了对比分析,分析结果表明两种结构体系均满足要求。同时,借鉴同类钢桁梁斜拉桥的成熟经验,对两种横向结构体系的经济性进行比选分析,在节间距为12.8 m的情况下,经济性相当,节间距增大至14 m时,纵横梁体系经济性更具优势。由于边跨采用混凝土桥面板进行压重时,纵横梁体系中的主横梁受力较大,需要增大梁高,考虑到全桥景观效果的一致性,本桥横向结构体系采用横梁体系更优。

正交异性钢桥面板顶板贯穿型疲劳裂纹研究

正交异性钢桥面板的顶板疲劳裂纹,特别是萌生于焊根的顶板裂纹,对桥面系的安全使用危害很大。钢桥面板有限元节段模型计算分析表明,顶板横向应力分布在横隔板截面和跨中部分差别较大,前者类似固端梁,后者类似弹性支承多跨连续梁;顶板-纵肋连接处的应力纵向和横向影响线很短,疲劳验算可不考虑同一车辆轴重间的相互影响及多车效应;横隔板截面处萌生于焊根的顶板裂纹更易发生。参数分析结果还表明,增加顶板厚度可大大降低顶板的应力幅,铺装层的完整性对钢桥面板十分重要。此外,通过对现有试验数据的分析,采用焊趾或焊根处顶板底面的横向热点应力作为参考应力,顶板裂纹的疲劳等级可达到Eurocode的125级。

正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳试验研究

针对正交异性钢桥面板的纵肋腹板与面板连接构造易出现疲劳裂纹的问题,通过不同纵肋腹板与面板厚度配合及制造工艺共5组48个连接构造试件的疲劳试验,研究正交异性钢桥面板纵肋腹板与面板连接构造的疲劳性能及疲劳设计S-N曲线。研究结果表明:当12mm厚的面板搭配8mm厚的纵肋腹板时,试件发生沿面板厚度方向的剪切破坏,疲劳性能较差;当面板厚度从14mm增至16mm时,试件的疲劳性能有所提高;当面板厚度从16mm增至18mm、纵肋腹板厚度从8mm增至9mm时,试件的疲劳性能基本无改变;双侧熔透焊对疲劳试件的疲劳性能无改善,反而略低于单侧熔透75%焊。对连接构造试件的疲劳试验数据进行S-N曲线回归分析表明,连接构造可归为铁路桥梁钢结构设计规范中的IX类构造,当破坏循环次数为2×106时,其应力幅为71.9MPa。

钢板-混凝土组合桥面板受力性能与设计方法研究

钢板-混凝土组合桥面板是由底部钢板和混凝土通过开孔钢板连接件或栓钉等剪力连接件结合而成的新型桥面板形式,具有良好受力性能和广泛应用前景。本文对6块钢板-混凝土组合桥面板试件进行了两点对称集中加载静力试验研究,组合桥面板均采用开孔钢板连接件连接。试验重点研究了组合桥面板中开孔钢板连接件中横向贯通钢筋布置、组合桥面板名义剪跨比和开孔钢板间距等主要因素对组合桥面板受力性能的影响。着重考察了6个组合桥面板试件的破坏形态、钢板与混凝土应变发展情况、裂缝发展情况及组合桥面板承载能力。试验研究结果表明,采用开孔钢板连接件及本文贯通钢筋布置形式的组合桥面板具有良好的受力性能,组合桥面板均表现为典型的弯曲破坏,钢板与混凝土之间无明显滑移,组合桥面板受弯承载能力计算可以采用平截面假定,底部钢板强度可以得到充分发挥,组合桥面板具有较高的受弯承载能力和刚度,并具有良好延性。根据试验研究结果,建立了钢板-混凝土组合桥面板承载能力计算公式,为该新型组合桥面板在工程实践中的推广应用提供技术依据和理论支持。

钢桥面板U肋-横隔板连接接头应力分析

采用有限元方法对我国常用的实腹式横隔板扁平钢箱梁钢桥面板结构进行了应力分析,研究了U肋-横隔板连接接头疲劳裂纹的产生机理及主要影响因素,并对几种常见的横隔板弧形切口形状及内肋式构造、底部固定式构造等新型构造的效果进行了比较。研究表明,传统构造4和新型内肋式构造21的受力性能较为理想,但普遍适用于不同疲劳裂纹形式、加载条件、横梁高度、制造工艺的最优构造形式并不存在,需要采用基于性能的方法进行U肋-横隔板连接接头疲劳设计。

浇注式沥青混凝土铺装破坏原因

对江阴大桥钢桥面浇注式沥青混凝土铺装使用状况进行了跟踪调查与观察,从铺装材料特性、受力状况、交通组成等方面分析了其破坏的状况及原因。结果表明,铺装材料的高温稳定性与抗疲劳性能不足、超载、重载、慢车速等因素是导致江阴大桥钢桥面铺装破坏的重要原因。

张吉怀铁路芙蓉镇酉水大桥方案比选

张吉怀铁路于芙蓉镇采用桥梁方式跨越酉水河,酉水大桥桥址处河岸两侧坡陡谷深,呈非对称“U”形,拱桥为经济合理的桥型,跨度约300 m。结合桥址地形、地质与两岸既有道路分布,对桥式结构、拱肋形式、拱上结构进行研究比选。经综合比选,酉水大桥选择跨径292 m的非对称上承式拱桥方案,该方案与地形匹配性最好,避开了陡边坡地段,充分利用既有道路作为施工便道,工程投资最少;拱肋采用双肢钢管混凝土桁架结构,该拱肋承载力高、施工方便、景观效果好;拱上结构采用钢-混组合刚构连续梁方案,该方案充分发挥刚构整体性强、刚度大、拱上高墩结构尺寸小、施工方便等优势。拱肋及钢-混组合梁的钢结构、预制板采用缆索吊装,混凝土梁采用悬臂挂篮浇筑。

设置U肋内隔板的钢桥面板疲劳性能研究

为研究U肋内隔板及其参数对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响,以某钢桁梁柔性拱铁路桥为背景,针对其钢桥面板制作2个足尺模型(试件1无内隔板,试件2设置内隔板)进行疲劳试验,研究疲劳裂纹的产生情况,采用ANSYS软件建立有限元模型,分析产生裂纹处纵肋腹板的应力分布情况,应用断裂力学方法评估钢桥面板的疲劳寿命,并分析内隔板参数对钢桥面板应力的影响。结果表明:纵肋腹板与横梁帽孔交汇处易发生疲劳裂纹,2个试件均在此处出现疲劳裂纹;设置纵肋内隔板能改善纵肋腹板与横梁帽孔交汇处的应力集中现象,有效提高纵肋腹板和横梁帽孔处的疲劳强度;内隔板厚度对钢桥面板的应力影响不大,适当增加内隔板高度差可减小纵肋腹板处主应力。

新型承托式纵肋与横肋交叉构造细节疲劳性能研究

为改善传统正交异性钢桥面板纵肋与横肋交叉构造细节的疲劳性能,提高其疲劳抗力,提出一种新型承托式横肋开孔形式,采用ANSYS软件建立大纵肋组合桥面板节段有限元模型,基于热点应力法和线性损伤累积理论分析纵肋与横肋交叉构造细节的疲劳性能,并与4种典型横肋开孔形式进行对比。结果表明:在不考虑残余应力的情况下,相对于4种典型横肋开孔形式,新型承托式横肋开孔形式的疲劳性能显著提高;纵肋与横肋交叉构造细节最大应力幅的出现位置转移至纵肋底部与横肋焊趾对应处内侧,应力幅为30.2MPa,满足设计要求;纵肋底部焊趾处应力为压应力。新型承托式横肋开口形式能够改善纵肋与横肋交叉构造细节的疲劳性能。

铜陵公铁两用长江大桥主桥钢梁设计

铜陵公铁两用长江大桥主桥为(90+240+630+240+90)m五跨连续钢桁梁斜拉桥,上层布置6车道高速公路,下层布置4线铁路。该桥采用飘浮体系,在主梁和桥塔间设置阻尼装置;主梁采用板桁结合钢桁梁,3片主桁,N形桁架,单片主桁杆件的最大杆力为62 500kN;主桁采用全焊接桁片结构,单片主桁每2个节间为1个单元,桁高15.5m,节间长15m;公路、铁路桥面均采用密布横梁的正交异性钢箱桥面板;索梁锚固采用锚箱式,将斜拉索直接锚固在节点板下部;在铁路桥面系的钢箱梁内采用素混凝土集中压重;主桁采用桁片式架设方案,最大吊重约330t。

沪通长江大桥天生港专用航道桥设计

沪通长江大桥天生港专用航道桥为刚性梁柔性拱桥,跨径布置为(140+336+140)m。主梁采用三主桁双层板桁组合结构,主桁采用华伦式桁架,焊接整体节点,桁高16.0m。铁路及公路桥面均采用正交异性板整体钢桥面,上层为公路桥面,标准宽度为33.0m,设双向2%横坡;下层为铁路桥面。主拱采用抛物线形,拱肋采用钢箱截面,截面高1.8m、宽1.2m。拱肋与主桁的上弦杆采用柔性吊杆连接,吊杆采用平行钢丝成品索,全桥共57组。主墩基础采用钻孔桩基础,墩身采用墩顶设置墩帽的单箱三室空心墩结构。设计采用了先梁后拱的指导性施工方案。

常泰长江大桥专用航道桥设计

常泰长江大桥天星洲和录安洲2座专用航道桥均为刚性梁钢桁拱桥,跨度布置均为(168+388+168)m。桥梁采用双层桥面,上层布置6车道高速公路,下层下游侧布置4车道普通公路、上游侧布置双线城际铁路。主梁采用2片主桁双层板桁组合结构,N形桁,焊接整体节点构造。由于恒载在横断面上分布不对称,为减少结构的非对称变形,主梁采用非对称截面。上、下层桥面均采用纵横梁体系的正交异性板整体钢桥面。主拱采用与主梁反向的N形桁,拱肋为抛物线形,跨中下弦矢高55 m、拱高11 m。拱肋下弦与主梁上弦间采用柔性平行钢丝吊索连接。主墩基础采用钻孔桩基础,墩身采用八边形实心墩结构。专用航道桥采用从边跨向中跨悬臂拼装、拱梁并进架设、跨中合龙的总体施工方案。

正交异性组合桥面板界面滑移效应研究

钢-混组合桥面板常规计算中忽略了钢桥面板与混凝土桥面板界面间的相对滑移,无法反映由相对滑移导致的组合效应降低以及层间的荷载重分配。为研究界面滑移模拟方法、界面滑移对钢-混组合结构的组合效应以及受力性能的影响,基于钢桥面板与混凝土桥面板的受力特性和变形协调条件,推导界面相对滑移微分方程,给出考虑滑移条件下的挠度计算公式;并依托海口东海岸如意岛跨海大桥项目,选取包含1个纵肋的单梁,通过有限元分析和足尺模型试验对跨中挠度、钢-混界面和栓钉滑移等进行分析。结果表明:随着荷载增大,界面滑移不断增大,且增加的速度越来越快,对组合效应的削弱和对受力性能的影响也更为明显;为得出准确的受力和变形结果,应考虑界面滑移效应;文中提出的界面滑移模拟方法能揭示界面滑移对组合效应和受力性能的影响规律。

毕都北盘江大桥钢桁梁设计关键技术

毕都北盘江大桥为主跨720m的双塔七跨钢桁梁斜拉桥,主梁采用钢桁梁与正交异性板组合的结构体系。结合山区特殊建设条件,钢桁梁选用正交异性钢桥面板参与受力的板桁组合结构体系;计算分析采用了空间板壳-杆系有限元分析方法,自动考虑正交异性钢桥面板的有效分布宽度;钢桁梁及桥面板的制造、运输和架设采用"化整为零、集零为整"的方式,并首次提出正交异性钢桥面板横梁支撑体系;上横梁和次横梁的腹板及下翼缘板与主桁之间采用高强度螺栓连接、桥面板全熔透对接焊的栓焊混连;钢桁梁施工因地制宜采用边跨顶推、中跨桥面吊机悬臂拼装的架设方案,解决了山区特大跨径钢桁梁斜拉桥施工难题。

正交异性钢桥面板局部振动计算的组合板梁单元法

针对大跨度钢桥中采用梯形加劲肋的正交异性钢桥面板,提出一种计算钢桥面板局部振动的组合板梁单元法.其中顶板用平板壳单元分析,梯形加劲肋视为板梁单元,两者的位移模式根据板与肋的变形协调关系建立.组合板梁单元的刚度矩阵通过能量变分原理得到,利用各子单元的形函数可以求得组合板梁单元的一致质量矩阵与一致荷载列阵,进而得到相应的有限元动力平衡方程组.最后编制了组合板梁单元的有限元动力计算程序,将其前10阶自振频率与板壳有限元计算结果进行比较,验证了该方法的可行性与高效性.

钢箱拱肋组合梁桥面系提篮拱桥结构计算的几点探讨

我国现行的公路、铁路桥梁钢结构设计规范落后于桥梁建设的发展,以至于在桥梁钢结构和组合结构设计与计算中一些问题无相应规范可依据。通过一座主跨100 m的钢箱拱肋组合桥面系提篮拱桥为例,对受压钢箱拱和钢-混凝土组合结构设计与计算中的几个问题参考国外相关规范进行了一些探讨,为同类桥梁钢结构与组合结构设计提供参考。