钢-混凝土组合简支桥面连续结构横向应力分析

针对钢-混组合简支梁桥的桥面连续结构开裂等病害,围绕桥面连接板的横桥向应力问题,采用线弹性理论和板的偏微分方程进行分析,得出了桥面连接板挠度和应力的分布函数,建立非线性有限元模型,并进行实桥荷载试验.通过比较理论解、有限元解和实测试验结果,证实了理论解和有限元的有效性.根据得到的分布函数,发现横桥向和纵桥向上的最大拉应力出现在钢梁端部位置的连接板的上缘.此外,还分析了连接板区域尺寸变化对横桥向应力峰值的影响,包括纵梁端部距支座的长度、纵梁的间距以及连接板区域整体尺寸变化.结果表明:较小的纵梁间距和较长的纵梁端部与支撑之间的距离会导致连接板中的横向拉应力峰值增加,并提高横向拉应力在总应力中的占比,从而导致桥面连接板早于设计荷载开裂.因此对于纵梁间距较小、梁端长度较长的钢-混组合简支梁桥桥面连续结构,仅计算其纵桥向受力性能会导致计算结果偏危险,建议按照本文方法考虑横桥向应力对桥面连接板的影响.

曲线钢箱梁桥面板力学行为及构造优化研究

研究目的:小半径曲线钢箱梁桥正交异性钢桥面板构造繁复,弯扭耦合作用下受力特性极为复杂。为了探究该类型桥面板力学特性,并提出合理构造优化建议,本文依托西安市某立交小半径曲线钢箱梁匝道桥,采用数值分析方法研究局部荷载作用下曲线钢箱梁桥面板力学行为,并基于正交试验方法,利用IntelliJ IDEA软件开发曲线钢箱梁桥面板构造优化程序,实现桥面板多目标构造参数优化。研究结论:(1)边跨最大正弯矩截面为大多数控制细节的最不利荷载控制截面,其中车轮荷载作用于边跨最大正弯矩位置时控制细节3(横隔板过焊孔圆弧位置)的主应力明显大于最大负弯矩和零弯矩位置,且车轮荷载作用于曲线钢箱梁外侧会增大桥面系应力;(2)车轮荷载作用于纵肋正上方和中间时产生的各控制细节主应力较相近,但作用于横隔板中间与正上方造成的局部应力具有显著差异,进而确定曲线钢箱梁正交异性桥面板各控制细节的最不利荷载作用位置;(3)通过多目标优化构造运算确定的曲线钢箱梁正交异性组合桥面板的合理构造,可显著改善桥面板力学特性;(4)本研究成果可为曲线钢箱梁正交异性桥面系构造设计和养护方法提供优化建议。

正交异性钢桥面板横梁切口裂纹的Lamb波监测分析

为探究钢桥面板横梁切口裂纹的Lamb波技术监测效果,设计了2个钢桥面板足尺模型,通过循环加载使其横梁切口处发生疲劳开裂,利用Lamb波监测裂纹扩展情况,进而从波信号中提取标准化特征,用于评估裂纹扩展.建立并验证了钢桥面板有限元模型,进行了裂纹长度、传感器位置等各种参数分析,以确定最佳传感器布置.试验结果表明:当裂纹扩展长度与波传播路径垂直时,标准化特征增大;当两者路径平行时,标准化特征减小.参数化分析结果确定了切口处裂纹监测的最佳传感器位置,建议在选定横梁切口区域,预先布置1个激励器和4个接收器,激励器位于距切口50 mm处,接收器位于距离切口50 mm处或距顶板50~100 mm处.

跨繁忙铁路干线钢-混混合梁转体桥梁施工监控技术研究

为确保大跨度钢-混混合梁转体施工的顺利进行,需对其结构的安全性能和稳定性能参数进行实时监控。以某跨繁忙铁路干线钢-混混合梁转体桥梁为研究背景,采用数值模拟计算与现场监测相结合的方法,研究了大跨度钢-混混合梁转体施工监控技术。研究结果表明:经数值模拟计算得到的桥梁受力与变形结果均满足相关设计要求,表明该数值计算模型具有一定的合理性与准确性;现场实测得到的关键截面应力、主梁线形等安全性能参数均满足规范要求,且各安全性能参数实测结果与数值模拟计算结果相吻合,有效验证了大跨度钢-混混合梁转体施工监控技术体系的适用性;通过分析梁端实测振动响应曲线发现,在转体过程中出现了因撑脚与滑道接触、滑道不平顺等偶然现象而产生的梁端震颤现象,但其影响程度在可控范围内。相关结论可为类似大跨度钢-混混合梁转体桥梁施工监控技术提供一定参考。

在役桥梁桥面顶推纠偏技术和复位方案

运营期桥梁常出现上下部结构、支座偏位,偏位产生的原因各不相同,如今PLC同步顶升技术被广泛应用到桥梁纠偏工程中。以广东省梅龙高速公路深度3号桥为研究案例,对其伸缩缝间距、梁端间距、桥墩垂直度等情况进行分析,确定上部结构纵向滑移程度,分析表明梁底支座未调平和较大的桥梁纵坡为滑移产生的原因,相比盖梁顶推复位方案,桥面顶推复位对桥墩影响小,经比较采用桥面顶推复位、梁底支座调平、安装防滑移装置的措施进行桥梁纠偏,工程完工至今桥梁未见滑移。

上承式梁拱组合钢结构桥梁施工研究

为减少桥梁上部结构自重,获得更大的桥下净空,引入钢结构桥梁建设思路,开展上承式梁拱组合钢结构桥梁施工研究。在明确工程概况,完成对吊装施工方案的比选后,通过拼装支架搭设、施工中的合拢控制、支架预拱度设置与沉降消除、龙门吊安装,完成施工。在此基础上,对新的施工技术进行了总结,以期对同类工程的建设起到一定的借鉴作用。

拱形钢桁梁桥结构分析与构造细节设计

钢桁架结构通常节点密集,设计复杂多样。现结合绍兴市某拱形下承式钢桁梁桥,介绍其总体布置、结构设计,并基于有限元分析理论,采用通用有限元软件ANSYS对该桥的活荷载计算模式、上下弦杆节点、梁端节点、横肋与下弦杆及小纵梁相交节点的构造细节设计进行计算对比分析。研究表明,整体式节点设计中节点板处竖杆腹板采用渐变断开式设计,可满足应力、屈曲稳定的要求;拱梁结合点处的应力集中范围与大小受圆弧半径、支点相对位置的影响,支点靠近拱梁结合点对结构受力有利;支撑桥面板的横肋下翼缘可与小纵梁、下弦杆采用半刚性节点,虽一定程度上会增大翼缘断开范围腹板应力,但整体应力水平较低。

钢-混组合梁桥健康监测系统设计与应用

为研究健康监测技术在钢-混组合梁桥中的应用,文章以山东枣木高速东延段某简支钢-混组合梁桥为背景,重点探讨了结构健康监测系统布设方案、监测传感器和系统平台构建等,提出了钢-混组合梁桥健康监测关键指标。结果表明,该桥健康监测系统布设方案合理,监测数据能有效反映结构运营工作状态,研究成果可为中小跨径钢-混组合梁桥的健康监测提供参考。

金沙江特大桥钢桁加劲梁设计关键技术

四川沿江高速金沙江特大桥设计采用单跨1060 m简支钢桁加劲梁悬索桥,主缆中心距27.5 m,垂跨比1/9,吊索标准间距15 m。针对钢桁梁的立面布置、主横桁平联形式、桁架各杆件截面形式等,从结构受力、施工便利性及经济性等方面进行对比分析,最终确定大桥采用7.5 m桁高带竖杆华伦式K形平联钢桁架结构,栓焊结合连接方式,主弦杆及平联采用箱形截面,其他杆件采用H形截面;桥面系采用带小纵梁的密横梁体系正交异性钢桥面板,密横梁间距2.5 m。静、动力计算结果表明,钢桁梁强度、刚度均满足规范要求。设计采用的钢桁梁解决了桥址区运输、安装困难的问题,用钢量小,经济性突出。

基于三角形移动荷载的上承式拱桥换梁前后动力响应研究

某空腹式变截面悬链线上承式石砌拱桥桥面系纵梁病害严重,拟将空心板梁更换为钢箱梁。为研究换梁方案的合理性,采用MIDAS软件建立换梁前、后拱桥有限元模型,采用三角形移动荷载简化车辆模型,计算桥梁模态和临界速度,研究车速60、80、100 km/h时主梁关键截面的动力响应。结果表明:桥梁前4阶模态速度参数均小于1,不易发生共振;换梁前、后主梁材料和跨中位置支承形式不同,但跨中动力响应差异较小;换梁前跨中响应频率集中在桥梁第2阶固有频率,频率对应的竖向加速度频谱峰值较大,而换梁后跨中动力响应频率分布较分散,分别对应桥梁第2、5、8阶固有频率,频率对应的竖向加速度频谱峰值较小,换梁后桥梁振动形态更为多样化,有利于降低共振风险、分散能量分布、提高结构稳定性。换梁后桥梁动力响应极值均满足规范要求,且振动形态多样,空心板梁更换为钢箱梁方案合理、可行。

钢-UHPC组合桥面疲劳评估方法中外规范对比

为分析中外规范对钢-UHPC组合桥面疲劳评估的适用性,以武汉军山长江大桥加固改造工程为背景,分别利用美国规范AASHTO LRFD Bridge Design Specifications、欧洲规范Eurocode 3:Design of Steel Structures(BS EN 1993-1-9:2005)、日本规范《道路桥示方书·同解说(钢桥篇)》和中国规范《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)评估该桥正交异性钢桥面板经UHPC铺装层加固后的疲劳性能和剩余寿命。采用Abaqus软件建立钢-UHPC组合桥面节段模型,采用中外规范的标准疲劳车加载,计算各疲劳细节处的应力幅值,并对比分析各疲劳细节处的应力水平;同时对运营状态下各疲劳细节处开展连续动应变监测,获取各疲劳细节处实测应力时程,对钢桥面板进行疲劳寿命评估。结果表明:美国规范更适用于重车比例较高的桥梁,欧洲规范更适用于桥面板较厚的桥梁,日本规范更适用于桥面宽度较小的桥梁,中国规范均可适用。当横隔板弧形切口应力水平较高时,美国规范疲劳评估结果的安全性不佳;在桥面板纵肋对接焊缝处,美国规范和日本规范的常幅疲劳极限值较欧洲规范分别低19.0%和22.2%,较中国规范分别低18.8%和22.0%;当桥面板纵肋对接焊缝应力幅为46~59 MPa时,采用美国规范和日本规范进行评估的结果更安全。除横隔板弧形切口和纵肋对接焊缝外的其余疲劳细节,中外规范给出的常幅疲劳极限值比较接近,评估结果均为无限寿命。

基于精细有限元仿真的装配式梁桥铺装层研究

随着交通流荷载的不断增大,铺装层的受力也逐渐被考虑在桥梁整体受力中。为了解铺装层在装配式梁桥体系中的受力情况,运用有限元仿真方法,利用武汉长丰桥精细的有限元模型进行仿真,得到30 t车辆荷载下基于不同厚度的C50铺装层及8 cm厚UHPC铺装层带来的分散效应。利用上海同济路桥连续三跨桥梁的长期监测数据提出基于皮尔逊系数的纵向协同指标,并利用长丰桥模型仿真得到铺装层的纵向协同作用完全退化时与桥梁健康处于健康状态下,跨中应力及挠度的倍数关系。桥梁连续段采用弹簧进行连接,其刚度值运用结构力学中积分法得到。结果发现:30 t车辆荷载作用下,普通C50混凝土铺装层每增加2 cm平均降低梁底6.27%的挠度、3.02%的应力;8 cm的UHPC作用效果接近11 cm C50铺装层效果;当桥面连续退化成简支后,跨中梁底应力增加接近1.5倍,挠度增加接近1.74倍;利用弹簧连接两根梁时,弹簧的刚度随着跨度的增加趋于稳定,为45EI (13L)。

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%。

管翼缘钢混组合梁滑移传递吊装施工技术

钢箱梁由于施工周期较短、跨径大、结构稳定等优点,逐步成为大跨度桥梁首选。G109线(忠和傅家窑—八里湾段)改扩建工程上跨连霍高速公路主线桥采用51m+61m+51m管翼缘钢混组合梁,该桥与既有G30高速呈63°斜交,钢主梁采用高强度耐候钢焊接。由于项目施工环境复杂,通过多方案比选和利用有限元软件建立三维模型进行结构受力和变形分析,最终采用滑移传递吊装方案,实现钢箱梁快速吊装、高精准就位。实践证明,该吊装方案组织合理,对地面交通干扰较小,施工周期短,安全风险和施工成本较低,解决了大跨度钢结构跨既有道路吊装的难题,为钢混组合梁架设提供了一种新思路。

曲弦钢桁加劲连续梁桥挂篮施工监控

随着挂篮在大跨径桥梁悬臂浇筑过程中的广泛应用,由于设计和施工不当所致的挂篮坠落事故时有发生。以曲弦钢桁加劲连续梁桥为工程背景,介绍三角形挂篮系统的前吊杆、后吊杆、模板、操作平台和走行系统,采用外置式的钢弦应变计监测不同工况下的前吊杆和后吊杆的内力,并与理论值进行对比分析。结果表明,吊杆的实测内力值略低于理论值,靠近箱梁腹板处的吊杆内力值最大,且随着吊杆距离的增大而减小,应予以重视。研究成果可为今后类似同类施工提供参考。

钢混组合连续梁负弯矩区桥面板设计方法研究

钢混组合梁桥设计关键点之一是能否有效抑制负弯矩区桥面板开裂,若设计不当会造成极大的安全隐患。本文以北京市京雄高速公路中一跨径为40+60+40m的钢混组合梁为研究背景,采用Midas Civil软件建立三维杆单元有限元模型,对负弯矩区采取不同施工方法,定量比较中支点处混凝土桥面板及钢箱梁的应力差异,定性分析不同设计方法的施工适用性及优缺点。最后提出采用后浇筑中支点混凝土桥面板以及施加中支点强迫位移的组合方法,在提高中支点桥面板压应力储备的同时优化其预应力钢束用量。

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。

焊钉布置对钢-超高性能混凝土组合桥面板收缩效应影响

为探究不同焊钉布置对钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板收缩效应的影响规律,进行了常温养护条件下焊钉间距分别为200 mm和300 mm的足尺节段组合桥面板收缩监测试验,并利用有限元分析软件对试验模型进行了收缩模拟,在此基础上开展了不同焊钉间距下组合桥面板收缩效应的参数化分析。试验监测结果表明:试验中UHPC初凝时间约为17 h。钢-UHPC组合桥面板边缘区域UHPC收缩量较中心区域更大,前72 h最大收缩量约为450×106;当焊钉间距从200 mm增加到300 mm后,UHPC受整体约束减弱,其中钢板约束作用下降,最大压应变减小约51.6%;钢筋约束作用增强,最大压应变值增加约42.9%。有限元分析表明:UHPC与钢板端部界面处应变差增加20.9%,滑移最大处焊钉剪应力增加64.7%。参数化分析可知:当焊钉间距从100mm增加至400 mm时,跨中UHPC拉应力减小3.7%;跨中钢板压应力减小17.8%,钢筋压应力增加86.3%。以上结果表明焊钉间距增加使钢与UHPC之间组合作用减弱的同时,引起了结构次内力的分布变化,UHPC与钢结构的次内力减小,钢筋承担的约束作用增强,压应力增大。适当地增加焊钉间距可以减小收缩引起UHPC拉应力和钢结构次内力,但需要注意组合作用减弱对力学性能的影响。

高墩大跨度上承式连续钢桁梁桥温致变形规律

桥梁的纵向位移受活载影响较小,温度效应是影响大跨度钢桥变形行为及受力规律的重要因素,直接关系到桥梁结构安全。本文以墩高154 m,孔跨布置(108.0+151.5+249.0+151.5+108.0)m的上承式连续钢桁梁为背景,依据桥梁监测数据分析了高墩大跨度上承式钢桁梁桥包括结构温度场时变特征,以及桥梁支座位移、桥面纵向位移、温度零点等随温度及时间的变化规律。结果表明:钢桁梁桥温度场在时间维度上存在明显变化,相对于年温度场的变化,大桥日温度场变化较为显著;在同一大气温度条件下,各测点温度波峰出现的时间存在时滞效应;两侧桥台处支座及伸缩缝位移与日温差变化关联性较强。桥梁边墩支座纵向位移与温度近似呈线性关系,但中墩支座活动性能不良,说明在环境温度作用下,支座未能克服桥梁上部结构自重引起的摩阻力,桥梁结构的整体受力与理想设计状态有所差异;由于支座摩阻力不可忽略,桥梁温度零点位置随着温度的变化而发生漂移,且与原设计位置偏差较远,导致各测点纵向位移和日温差的相关性与原设计状态存在偏差。

常温养护钢-UHPC组合桥面板早期收缩效应

为探究实际工程背景下钢-UHPC组合桥面板早期收缩效应的发展与分布规律,考查组合桥面板中UHPC收缩引起的构件次内力水平,在夏季自然环境常温养护条件下进行了90天钢-UHPC组合桥面板静置收缩监测试验。浇筑完成后对UHPC板、钢筋、钢结构等构件的应变值进行了监测与分析,并且利用有限元软件对试验模型开展了收缩模拟与验证,对构件次内力分布、界面滑移等特征做了进一步的探究。研究结果表明:夏季炎热环境下(温度:17℃~42℃,湿度:50%~90%),组合桥面板UHPC未见明显裂缝;UHPC初凝时间约为15小时,收缩在约40天时基本稳定;在跨中区域UHPC受约束作用最大,对应的UHPC和钢板次内力最大,钢筋由于与UHPC应变的协同性在该处压应力最小。在远离跨中方向上,UHPC与钢结构的结合作用逐渐减弱。