简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区设计及工程应用

以国内某座简支转连续钢-混组合梁桥为依托,提出了一种简支转连续结构负弯矩区构造设计方案。采用有限元分析和实桥试验相结合的方法,对简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区的受力性能进行分析,验证了该构造设计的可行性,最后就负弯矩区改善开裂的措施进行了探讨。研究结果表明,对于钢-混组合连续梁桥,简支转连续的施工方法与焊接连续施工方法相比,可减小墩顶负弯矩;承载能力极限状态时,负弯矩区混凝土最大裂缝宽度满足规范要求;桥面板钢筋直径以及混凝土自身力学特性是影响负弯矩区开裂的关键因素,适当加大桥面板钢筋直径、采用超高性能混凝土可以有效减小简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土的开裂;顶升支座法可以在一定程度上减小墩顶负弯矩,对控制开裂有利。

简支转连续钢-混组合梁负弯矩区连接构造受力性能试验研究

以国内某座简支转连续钢-混组合梁桥工程为依托,设计了两根负弯矩区具有混凝土横梁连续段的试验梁SCB-1和SCB-2,针对不同荷载作用下两根梁的受力性能进行室内试验研究,同时就试验过程中的构件扭转现象进行了有限元分析。结果表明:极限荷载下试验梁破坏模式为钢筋先屈服,负弯矩区横梁连接栓钉受力约为220MPa,满足使用要求,试验梁裂缝主要集中在横梁中线两侧1/5~1/3计算跨径范围内,是构件抗裂的关键区域;构件设计过程中应尽量避免偏载和不均匀支撑的共同作用;扭转现象使得构件整体受力性能降低约20%,实际工程中建议增加横向连接刚度。

钢-混工字组合连续梁桥地震易损性及其影响参数分析

以一座3×40m钢-混工字组合连续梁桥为依托,通过SAP2000建立不同墩高、不同上部结构荷载及不同上部主梁截面等全桥非线性有限元模型。选取峰值地面加速度(PGA)作为地震动强度参数,以桥墩位移延性比为损伤指标确定了完全破坏、严重破坏、中等破坏、轻微破坏、基本完好等5种结构破坏状态,分析了不同PGA作用下的桥墩易损性。研究结果表明:对于钢-混工字组合连续梁桥,相同桥墩截面尺寸、同一峰值地面加速度(PGA)下,桥墩高度越高,各个破坏状态的超越概率越小,其破坏风险越小;在合理的上部结构设计前提下,增加上部结构荷载,会降低桥墩的抗震性能;相同的下部结构布置,上部主梁采用钢-混组合结构,其桥墩易损性破坏概率要比同跨径的钢筋混凝土T型梁桥小,抗震性能更优越。建议桥梁抗震设计时重点关注上述因素的影响。

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁负弯矩区有效翼缘宽度分析

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁作为一种新型组合梁,其负弯矩区有效翼缘宽度被研究得甚少。为了探索该种新型组合梁负弯矩区有效翼缘宽度的影响因素,在本课题组负弯矩区受弯性能试验研究的基础上,采用有限元软件ABAQUS分析了有效翼缘宽度的变化规律,并针对跨中截面详细研究了荷载类型、宽跨比(b_(f)/L_(0))和高厚比(h/h_(f))对弹性和弹塑性阶段有效翼缘宽度的影响规律。研究结果表明:不同荷载类型下,均布荷载作用下的有效翼缘宽度大于非均布荷载作用下的有效翼缘宽度;当b_(f)/L_(0)<0.40时,有效翼缘宽度系数β近似等于1.00且不随宽跨比变化,当0.40≤b_(f)/L_(0)≤1.00时,β随宽跨比的增大而近似线性减小,弹塑性阶段的β略大于弹性阶段的β,且减小率小于后者;高厚比对有效翼缘宽度的影响可以忽略。基于有限元分析结果,提出了有效翼缘宽度的简化计算公式,并与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的公式进行了对比。对比结果表明:相较于《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的计算结果,本文公式的计算结果与有限元计算结果吻合得更好;规范计算结果与另外2种方法的计算结果差别较大,偏于保守。

钢-混组合梁简支桥面连续处新型构造抗裂分析

基于江西省萍水河特大桥为原型,在定量分析了汽车活载+温度荷载作用下桥面连续处失效机理的基础上,提出了一种钢-混组合梁简支桥面连续处UHPC-NC+剪力钉优化的新型构造.利用ABAQUS有限元软件,建立桥面连续原型与新型构造有限元模型,并将计算结果进行对比分析其抗裂性能.此外进行了UHPC层厚度的参数分析,进一步探究桥面连续处UHPC层厚度的合理取值范围.通过有限元计算及实桥试验结果表明:钢-混组合梁简支桥面连续新型构造能够明显提高负弯矩区的开裂性能,建议在设计活载作用下,负弯矩区UHPC纵向铺设长度为简支梁跨径的5%,UHPC层厚度的合理范围为桥面板截面的20%~56.3%.

狮子洋通道钢-混组合梁桥结构选型研究

狮子洋通道全长约35 km,为高速公路+城市道路双层复合过江通道,过江段采用双层桥梁方案(上层为高速公路,下层为市政道路),多处主线桥设计采用50~80 m跨径桥梁,主梁采用钢-混组合梁结构。通过对简支和连续体系进行比选,该项目采用结构简支、桥面连续的结构体系,并配合暗帽梁的设计方案;通过对工字形钢板组合梁、整体式钢箱组合梁、波形钢腹板组合梁、钢桁腹组合梁、分体式小钢箱组合梁进行比选,选择分体式小钢箱作为该项目钢-混组合梁的钢主梁形式;通过对结构受力性能、经济性、施工便利性、运输便利性和对变宽路段的适应性等综合分析比选,钢主梁采用4片主梁方案,该方案有利于设计、制造及施工标准化,结构受力更合理、造价更经济。从施工场地、设备、工期和安全性等方面分析,该项目施工采用标准化加工钢结构、工厂化预制混凝土桥面板,在桥位上通过湿接缝和集束式剪力钉形成组合结构的方案。

铁路钢-混组合梁抗拔不抗剪栓钉设计研究

为研究抗拔不抗剪栓钉在铁路钢-混组合连续梁桥中的适应性及存在问题,以4×40 m铁路钢-混组合连续梁为例,基于有限元分析软件Midas Civil,对常规栓钉的设计参数进行分析,对抗拔不抗剪栓钉及加密过渡区的设置范围进行比选,拟定铁路钢-混组合梁可行的抗拔不抗剪栓钉设计方案。研究表明:综合桥面板受力、过渡区栓钉受力、钢梁整体刚度等因素,推荐抗拔不抗剪设置范围取支点两侧0.15L(L为梁跨度);抗拔不抗剪连接区域滑移量较大,但其栓钉不受剪力;需要重点关注过渡区首排栓钉,确保其满足强度以及疲劳性能的要求,推荐加密过渡区设置范围取3 m;相较双工字形截面,双槽形截面与抗拔不抗剪需要设置的过渡区适应性较好,但用钢量增加约10%;相较常规栓钉方案,抗拔不抗剪栓钉方案桥面板钢筋减少17.7%,栓钉减少12.4%,梁部每延米造价降低2.8%。

槽形钢混组合梁现浇桥面板临时支架设计与验算

近几年钢混组合梁在大型公路工程中得到了广泛应用,同时钢混组合梁现浇桥面板临时支架设计成为工程的重难点。文章以公路桥梁工程建设项目为例,针对目前常用的钢盖板法、盘扣支架法、型钢托架法、吊架法等不同的支架形式,通过优缺点比较,以多种组合的方式确定了槽形钢混组合梁标准横断面的现浇桥面板支架形式,以此加强了支架与钢梁结构的连接。除常规的强度、刚度、稳定性验算外,此工程支架特增加了临时支架对钢梁永久结构影响的验算,进一步细化和完善了外悬臂支架、箱内支架和箱室间支架的局部受力验算和稳定性,确保了施工安全。

基于有限元软件的简支工字钢-混组合梁计算分析

钢—混组合梁结构由于其特殊的优势,被广泛运用于中小跨径桥梁中,本文以某高速公路钢—混组合结构梁桥为依托,基于相应规范,并通过MIDAS软件对钢梁相关应力检算以及桥面板相关阶段进行计算。计算结果表明:该简支工字钢—混组合梁满足规范和使用要求,可继续安全的为该段公路交通服役。本文的计算分析过程也可供相关人员对中小跨径的钢—混组合梁桥计算进行参考。

悬吊-盘扣组合模板支撑体系在上跨既有109国道钢混叠合梁桥面板施工中的应用

国道109新线高速项目在齐家庄沟特大桥钢混叠合梁桥面板施工中,针对耐候钢外部无涂层、焊接钢托座会对箱梁外观产生影响、影响后续验收,上跨既有109国道车流量大、无法长期占路施工、跨路施工难度大,两片钢箱梁间距较大且混凝土为内拱形等特点,采用悬吊–盘扣组合模板支撑体系施工,施工经验可为今后同类工程施工提供参考。

简支钢混组合梁新型桥面连续结构的力学性能参数分析

提出了一种新型桥面连续结构,以匹配倒T形盖梁的简支组合槽梁为例,对其进行了力学性能分析,并总结了桥面连续结构与主梁间的竖向支承刚度、无粘结长度、桥面板板厚等参数对其受力性能的影响。结果表明:①桥面连续结构与主梁间的竖向支承刚度对其受力模式影响较大,采用脱空设计时桥面连续结构受力更为明确可控;②随着无粘结长度的增加,桥面连续结构受力先降后增,无粘结长度控制在相邻跨径之和的5%较佳;③随桥面连续结构厚度增加,其受力逐渐增加,找到桥面板连续结构受力与抗力平衡是其设计的关键;④桥面连续结构设置与否对简支梁整体受力影响有限。

缆索吊装悬拼安装在山区大跨钢箱梁桥梁中的应用

文中以九绵高速公路沟家湾大桥为设计背景,分析了缆索吊装悬拼安装在山区大跨钢箱梁桥梁中的应用,以期为今后同类桥型的设计提供参考。

轨道交通钢混结合连续梁设计及关键技术研究

钢混组合结构因能充分发挥混凝土和钢结构的材料性能优势而被越来越广泛应用。施工过程中大节段钢梁吊装,对路口的交通影响较小等优点使得钢混结合梁在城市建设中占据重要地位。在轨道交通桥梁中,混凝土桥面板能很好的与轨道结构相适应。结合长沙市轨道交通1号线北延一期工程高架区间跨开顺路口的(40+60+40)m钢混结合连续梁,分析钢混结合连续梁的结构受力特性。研究了采用不同措施如桥面板分段浇筑、正弯矩区压重、支点顶升落架、支点双结合、使用抗拔不抗剪连接件等对改善负弯矩区桥面板受力的优劣势。研究结果表明,钢混结合连续梁在城市轨道交通中的应用良好;采用支点顶升落架、支点双结合两个措施对改善桥面板受力效果最优。

毛栗坡大桥钢-混工字型组合梁安装技术研究

随着我国基建事业的迅速发展,钢-混凝土组合梁桥在国内也取得了迅速的推广和应用。钢-混工字型组合梁安装施工技术要求快速、安全、优质,因此对于项目工程施工组织以及技术要求相对较高。文章以贵州省都匀至安顺公路第T27合同段杨武互通毛栗坡大桥为依托,对钢-混工字型组合梁安装施工技术进行研究。针对其环境复杂、施工场地限制且线形控制要求高等施工难题,对于钢梁吊装施工采取分节段制造及运输、临时支架搭设、移动式总拼装平台现场拼装等技术措施,解决了复杂环境下钢-混工字型组合梁安装的施工难题,为今后类似钢-混工字型组合梁吊装施工提供借鉴与参考。

钢-混组合连续梁桥成桥后混凝土收缩徐变效应影响分析

钢-混组合连续梁桥的钢梁和桥面板通过剪力钉连接,混凝土桥面板的收缩徐变变形会受到钢梁的约束,继而引起桥面板和钢梁应力发生重分布。以某市区快速路环线工程钢-混组合连续梁桥为分析对象,研究发现混凝土收缩徐变对组合连续梁桥成桥后的线形和应力均产生一定不利影响,环境年平均相对湿度变化对组合连续梁桥线形和钢梁应力影响较小,相对湿度增加对桥面板受力有利。

桥梁工程钢混组合段体外预应力施工及加固工艺研究

为解决传统大跨径桥梁工程钢混组合段体内预应力施工限制因素较多、无法充分发挥预应力钢束作用的弊端,文章依托具体工程实例,研究了大跨径简支梁桥工程的钢混组合段预应力施工,提出了一种优化锚固钢齿板和转向块的加固工艺,并对其进行有限元分析。结果显示,优化后的钢齿板具有良好的受力性能,对钢混组合段原结构损伤较小;优化后的转向块整体性能良好,便于更换预应力钢绞线,证明文章提出的体外预应力施工及加固工艺切实可行。

控制简支型梁拱组合式钢结构天桥设计的参数研究

依托实际工程,从影响简支型梁拱组合式钢结构天桥安全的各项指标出发,基于安全系数可知控制结构设计的关键指标为自振频率。通过概念分析,对自振频率具有显著影响的参数变量为系梁高、拱高、拉杆宽、拱矢跨比(矢高)、板厚。基于这5个变量,运用Midas Civil对天桥的自振频率进行参数化研究,研究结果表明:自振频率随着拉杆宽度的增加呈现出先增加后降低的规律;基于单位增量的改变程度,对自振频率的影响幅度从大到小依次为梁高、拱高、板厚、矢高。

钢混连续组合梁负弯矩区裂缝控制措施研究

随着钢混连续组合梁的应用案例越来越多,中墩顶负弯矩区的桥面板开裂问题也越来越受到重视。详细介绍了近年来10种常用的负弯矩区裂缝解决方案及其优缺点,并通过通用有限元软件Midas 2021建模计算,对比了各种方案对墩顶负弯矩的影响大小。建议在实际工程应用中,根据项目情况采用多种方案叠加的组合控制措施,以有效解决中墩顶负弯矩区的桥面板开裂问题。

基于UHPC的钢-混凝土连续组合梁桥负弯矩区抗裂构造研究

针对钢-混凝土连续组合梁桥负弯矩区混凝土开裂的问题,提出了采用预制UHPC横梁且带预应力锚栓钢端板的连续组合梁新构造,该构造在位于钢-混凝土连续组合梁负弯矩区内,通过栓钉、钢端板、预应力钢筋、化学高强度膨胀螺栓将预制UHPC桥面板和预制UHPC横梁与相邻梁体进行桥梁连接。该构造限制了负弯矩区钢筋混凝土桥面板裂缝的产生和发展,具有适宜的刚度和良好的抗震性能,减小了混凝土横梁的厚度,减轻了桥梁自重,工厂预制UHPC构件以及简明的构件连接方式有效提高了施工质量和施工速度。

海文跨海大桥设计关键技术

海文跨海大桥是中国首座跨越地震活动断层的跨海桥梁,主桥为独塔半飘浮体系斜拉桥,跨径布置为(230+230)m,跨断裂带引桥为57~60 m不等跨径的简支钢箱梁。针对项目强震、强风、强腐蚀等复杂建设条件,该桥主梁采用自重轻、抗风性能优、疲劳耐久的STC轻型组合扁平钢箱梁结构;桥塔采用承台无系梁的横向“人”字形塔、环向预应力锚固系统;通过与沉井方案比选,提出桥塔基础采用超大直径4.3 m的钢管复合桩,以解决强震作用下基础的受力与微风化花岗岩地质施工的难题;采用提出的钢-STC钢箱梁简支桥面连续构造、三维可调节的钢垫石支撑技术方案,以解决跨断裂带钢箱梁日常行车舒适性与强震下桥梁易修复的难题。开展钢箱梁简支桥面连续构造理论及荷载足尺模型试验、1∶20主桥振动台模型试验、抗风模型风洞试验等相关研究,验证了结构的可靠性及适应性。