波形钢腹板刚构桥和普通PC刚构桥跨中下挠对比分析

为对比研究波形钢腹板刚构桥和普通PC刚构桥的下挠特性,分别建立某大跨波形钢腹板刚构桥的杆件模型及三维实体模型,在此基础上将钢腹板替换为混凝土腹板,并添加腹板预应力束,对比研究钢腹板剪切、混凝土收缩徐变、预应力损失等因素对两桥的影响。结果表明:自重作用下钢腹板相比混凝土腹板产生了较大的剪切变形,波形钢腹板刚构桥挠度更大;预应力主要产生轴向力而非竖向力,故预应力作用下两种桥梁产生的剪切变形均不明显;相对湿度和收缩徐变的改变对普通PC刚构桥挠度影响更明显;普通PC刚构桥成桥各阶段总竖向位移约为波形钢腹板刚构桥的1.6～2.0倍。体内预应力损失对波形钢腹板刚构桥和普通PC刚构桥均有较明显的影响,体外预应力损失对波形钢腹板刚构桥挠度影响不明显;自重系数每增加0.025时,两桥跨中挠度约增加6%～8%。     

基于动力刚度矩阵的波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率分析

为合理分析波形钢腹板的剪切变形对波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率的影响,首先,运用能量变分原理推导出波形钢腹板PC箱梁桥的单元刚度矩阵。其次,根据推导所得的单元刚度矩阵,采用MATLAB软件编制了考虑钢腹板剪切效应影响的多跨等截面波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率计算的求解程序。该程序计算所得自振频率值的正确性,得到了已建实桥频率实测值和ANSYS三维有限元计算值的验证。最后,对多跨等截面波形钢腹板PC连续箱梁桥弯曲振动频率的影响参数进行了分析。结果表明:本研究程序计算的自振频率值与已建实桥的实测值及有限元值吻合较好,该求解程序具有较高的精度,前5阶自振频率的差值在6.01%和7.32%以内;波形钢腹板的剪切变形效应对波形钢腹板PC连续箱梁桥的自振频率影响较大,而波形钢腹板的剪切模量是否进行修正及波形钢腹板的型号对该桥型的弯曲振动频率的影响较小,前5阶弯曲振动频率的差值在1.07%和0.55%以内,可以将其忽略不计;可将考虑剪切变形效应下波形钢腹板PC连续梁桥的动力分析问题,方便地纳入到普通杆系结构矩阵位移体系中,避免了ANSYS有限元模型建立和求解的复杂性,可为该桥型弯曲振动频率的计算与分析提供一定的参考依据。     

波形钢腹板预应力组合箱梁的徐变性能

为研究波形钢腹板预应力组合箱梁的徐变性能,利用ANSYS/CivilFem软件建立波形钢腹板预应力组合箱梁和常规PC箱梁空间有限元模型,对二者在相同顶底板初始应力和相同预应力配置这2种情况下的徐变效应,包括结构长期变形、体内和体外预应力损失率进行对比分析.结果表明:徐变引起的波形钢腹板箱梁挠度增量大于混凝土腹板箱梁;徐变引起的波形钢腹板箱梁体外预应力损失率大于混凝土腹板箱梁;体内预应力损失率小于混凝土腹板箱梁.     

大跨波形钢腹板预应力组合箱梁桥线形控制技术研究

波形钢腹板体外预应力组合箱梁的显著特点是用波形钢腹板取代了混凝土腹板,其受力性能与常规预应力混凝土箱梁有较大差别。为了研究剪切变形和日照温度效应对大跨波形钢腹板预应力组合箱梁桥线形控制影响,本文以桃花峪黄河大桥跨大堤桥为背景进行了分析,研究表明:(1)剪切变形对大跨波形钢腹板预应力组合箱梁挠度影响不可忽略,需要以能精确模拟此类结构构造特点的空间有限元分析计算为基础进行该类结构线形控制。(2)在日照温度挠度效应方面,波形钢腹板预应力组合箱梁的日照温度挠度效应趋势和常规PC箱梁相同,但是其温度挠度变化比同跨径常规PC箱梁小。     

波形钢腹板箱梁桥竖向温度梯度效应研究

波形钢腹板梁桥因其结构组合的特殊性,在不同温度场作用下结构受力状态复杂。为明确现行不同标准对波形钢腹板组合梁桥竖向温度梯度效应的计算差别,文中基于某波形钢腹板组合箱梁桥建立精细化三维有限元计算模型,对比分析中、美规范中竖向温度梯度分布模式下的温度效应。结果表明,不同规范关于温度梯度的分布模式和取值存在明显差异,波形钢腹板连续梁桥在温差作用下温度效应显著,不容忽视,可根据桥梁所处环境对现行规范进行优化;在正、负温度梯度作用下,波形钢腹板均受到最大拉、压应力;正温度梯度作用下,按照美国AASHTO规范中分布模式可获得砼最大拉、压应力;负温度梯度作用下,按照中国JTG D60-2015规范中分布模式可获得砼最大拉、压应力。     

大跨波形钢腹板组合箱梁桥悬臂施工力学分析

基于某13跨波形钢腹板连续梁桥,采用实际监测法和有限元数值模拟法,研究了波形钢腹板组合箱梁桥悬臂浇筑施工过程中温度效应和应力状态两个关键力学问题。研究结果表明,波形钢腹板组合箱梁桥悬臂施工过程中,大气温度变化可以引起梁体产生不可忽略的位移。施工过程中混凝土顶、底板由于剪力滞效应影响,纵向正应力呈现不均匀分布,而腹板剪应力分布均匀,且基本不受预应力施加的影响。     

波形钢腹板PC连续梁桥地震反应谱分析

利用MIDAS/Civil软件,以某实桥为对象,建立波形钢腹板PC连续梁桥有限元模型进行地震反应谱分析,同时建立与之对应的传统砼腹板PC连续梁桥有限元模型进行地震作用响应比较分析。结果表明,使用波形钢腹板代替传统砼腹板,桥梁上部结构自重减小10%,但两桥结构动力特性相近,自振振型相同,自振周期及频率有小幅差异;在地震E1反应谱作用下,波形钢腹板PC连续梁桥大部分截面位移相对较小,且结构内力相对较小。     

波形钢腹板PC箱梁应用研究

近年来,钢-混凝土组合结构桥梁在国内外获得迅猛发展。在传统桥梁结构形式的基础上,多种新型组合结构桥梁形式出现在桥梁的施工中。波形钢腹板PC组合箱梁桥是钢-混凝土组合结构桥梁的一种,结合我单位景家湾大桥阐述波形钢腹板PC组合箱梁桥的结构特点、构造要点及施工关键技术。     

某黄河大桥主桥上部结构有限元静力分析

以某黄河大桥主桥(70 m+11×120 m+70 m波形钢腹板PC组合多跨连续箱梁桥)为背景,按合龙、张拉体外预应力钢束、施加二期恒载、施加活载等施工及营运流程,进行波形钢腹板预应力混凝土组合桥梁的上部结构顶底板混凝土应力、波形钢腹板应力及结构刚度(挠度)的有限元静力分析,验算其是否符合现行规范要求.结果表明,波形钢腹板的钢板厚度可以满足要求;墩顶处顶板不满足抗裂要求.正常使用极限状态下箱梁波形钢腹板竖向剪应力满足规范限值,但安全系数不高;波形钢腹板屈曲验算得到的剪切屈服强度为31 MPa,安全系数很大.     

单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应研究

由于单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁截面剪力滞效应与混凝土箱梁截面剪力滞效应相比有很大差异,并且波形钢腹板几乎承担了全部剪力,波形钢腹板的剪切模量也需要进行修正。为研究单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应,从波形钢腹板PC组合箱梁的受力特点出发,以满足剪力滞翘曲应力的轴向平衡条件,采用二次、三次抛物线定义了单箱双室、单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁的纵向位移差函数,利用势能驻值原理的能量变分法建立了波形钢腹板PC组合箱梁考虑剪力滞、剪切变形效应的控制微分方程组,并推导出简支梁、悬臂梁、连续梁在集中荷载、均布荷载作用下的解析解。通过解析法和有限元法分别计算了简支梁和悬臂梁的剪力滞效应,并研究了集中荷载和满跨均布荷载作用下的单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞分布规律,结果表明:采用二次抛物线剪力滞翘曲位移函数推导的剪力滞系数更为合理;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁在跨中集中荷载下,波形钢腹板与混凝土顶、底板交界处的剪力滞效应较为突出;随着波形钢腹板PC箱梁室数的增加,剪力滞系数明显减少,且解析解与有限元数值解一致,表明了解析解的正确性,并通过分析给出了相应的剪力滞系数,可以为单箱多室波形钢腹板箱梁的设计计算提供参考依据。     

波形钢腹板PC组合箱梁桥在我国的研究进展及应用

波形钢腹板PC组合箱梁桥用波形的钢腹板取代混凝土腹板,是一种新型的钢与混凝土组合结构。该结构有效减小了恒载内力,提高了预应力效率,简化了施工步骤,近年来得到了国内外学者们的广泛关注。针对国内波形钢腹板箱梁桥力学性能、剪力连接件、体外预应力转向块及工程应用等方面的研究进展进行综述。认为我国此类桥梁的理论与试验研究尚不够完善,应加大对波纹钢腹板PC组合箱梁桥的推广和研究深度,并开展工程应用技术研究,形成相应技术标准,指导和推动该类桥型在我国的研究工作和工程应用。     

某波形钢腹板天桥设计方法研究

波形钢腹板组合箱梁桥是一种造型美观、受力合理的新型钢-混凝土组合结构,以某波形钢腹板PC组合箱梁跨线桥为背景,介绍了该桥的主梁整体设计、波形钢腹板构造设计、顶底板连接键设计计算,并按施加一期荷载、张拉体外预应力钢束、施加二期恒载、施加活载等施工及营运流程进行波形钢腹板预应力混凝土组合桥梁的上部结构顶底板混凝土应力、波形钢腹板应力及结构刚度(挠度)的有限元静力分析计算,验算其是否符合现行规范要求,为今后类似工程计算提供参考.     

预应力波形钢腹板组合挑梁结构的探索性研究

钢-混凝土组合脊骨梁是一种新型的桥梁结构形式,其钢挑梁常采用平面钢腹板,由于混凝土的收缩、徐变以及混凝土板和钢梁之间的温差效应,引起挑梁根部混凝土板的较大拉应力。针对上述问题,该文提出在组合脊骨梁中采用预应力波形钢腹板组合挑梁这一结构形式。通过实桥背景算例,重点对比分析了两种组合梁预应力效率、温差效应、收缩徐变等方面的力学特征。结果表明,波形钢腹板组合挑梁在力学性能、经济性、施工等方面都具有较大的优势。     

大跨径波形钢腹板连续梁桥非对称悬臂施工应力及屈曲分析

大跨径波形钢腹板连续梁桥为了减少悬臂施工阶段及运营阶段墩顶箱梁承受的剪力及负弯矩,在设计时通常将跨中一定范围内的箱梁混凝土底板替换为钢底板来减小中跨结构重量,而边跨相对应节段采用满堂支架施工,这种非对称悬臂施工会使桥梁边跨及中跨混凝土应力分布出现较大差异。通过对某三跨波形钢腹板连续梁桥在非对称悬臂施工过程中混凝土应力分布特性及屈曲分析特征值进行分析并得出一些结论,为后续研究提供参考。     

波形钢腹板PC箱梁桥施工监控方案研究

随着桥梁结构形式的多样化,施工监控的重要性日显突出,成为桥梁施工技术中不可缺少的重要组成部分。本文以邢台市七里河紫金大桥工程施工监控为背景,重点介绍了波形钢腹板PC箱梁桥施工监控的技术研究,包括计算模型建立、桥梁施工期外观状态跟踪调查、位移监测、应力监测及波形钢腹板空间位置监测方法,给出了波形钢腹板PC箱梁桥梁施工监控的思路和对策。     

变截面波形钢腹板PC梁桥的设计与计算分析

结合一座实际工程的大跨波形钢腹板组合连续梁桥,阐述其箱梁截面结构设计、混凝土与波形钢腹板之间的剪力连接件、以及布束体系等,之后采用Midas建立了主梁的空间杆系有限元模型,对其混凝土顶、底板应力及抗弯承载力进行了验算,并对波形钢腹板剪应力及剪力连接件剪切承载力单独进行了验算,结果表明:混凝土顶板和底板的抗裂性能满足要求;波形钢腹板强度足够,不会出现剪切破坏和屈曲失稳;剪力连接件设计合理、抗剪能力满足要求。可为类似大跨波形钢腹板PC箱梁提供参考。     

偏载作用下单箱三室波形钢腹板悬臂梁的力学特性

为了解单箱三室波形钢腹板组合梁悬臂施工状态下的扭转效应,设计制作了1片单箱三室波形钢腹板双悬臂梁模型,研究了该类悬臂梁在偏载作用下梁体变形、截面翘曲应力、翘曲应变及波形钢腹板附加剪应力等力学性能,并以国内某单箱三室波形钢组合梁桥为背景,采用有限元模型分析了不同工况下最大悬臂施工阶段单箱三室波形钢腹板截面的力学性能。结果表明:偏载作用下,波形钢腹板上纵向翘曲应变明显小于混凝土顶底板,计算时可忽略波形钢腹板纵向翘曲应力的影响;截面最大翘曲正应力出现在混凝土底板角点处,钢腹板附加剪应力沿梁高方向呈均匀分布,且加载侧边腹板附加应力值明显大于中腹板;实际工程中,考虑恒载作用时,截面底板翘曲应力约占弯曲应力的20%,故在进行该类桥设计计算时,不可忽略混凝土板翘曲正应力和波形钢腹板附加剪应力的影响。     

横隔梁对波形钢腹板PC连续梁桥纵向正应力的影响研究

目前关于横隔梁对波形钢腹板PC连续梁桥纵向正应力的影响,都是基于小梁试验或理论分析的基础,与实际有差别。鉴于此,依托一在建单箱九室波形钢腹板PC组合连续箱梁桥,建立该桥有限元模型,分析3车道偏载作用下有无横隔梁2个工况下箱梁顶、底板的纵向正应力分布规律和剪力滞效应。结果表明:未设横隔梁的桥梁纵向正应力分布变化剧烈,距墩顶越近,顶、底板正应力横向分布变化越大;设置横隔梁后桥梁纵向正应力分布较为均匀,顶、底板正应力横向分布在跨中截面附近变化较大;未设横隔梁与设置横隔梁时顶、底板正应力最大比值分别为1.47、1.32;设置横隔梁的桥梁在汽车荷载下剪力滞效应最大,3车道偏载与6车道对称荷载作用下箱梁顶板剪力滞系数比值为1.04,底板剪力滞系数比值为1.06;横隔梁对改善箱梁正应力分布、降低剪力滞程度具有显著影响。     

宽幅波形钢腹板PC组合箱梁桥悬臂施工控制关键技术研究

波形钢腹板PC组合箱梁是一种具有自重轻、跨径大、造型轻盈美观等特点的新型组合结构梁桥。本文以一座主梁跨径为(65m+98m+65m)的宽幅波形钢腹板PC组合箱梁桥为依托,提出该桥型悬臂施工过程及关键技术,包括钢腹板安装技术,挂篮悬臂浇筑施工,合龙段施工技术等。根据该宽幅波形钢腹板PC组合箱梁的施工特点,对施工质量控制要点进行分析,提出针对宽幅波形钢腹板PC组合箱梁悬臂施工合理有效的质量控制措施,以期为同类桥梁的施工与质量控制提供有益的指导。     

考虑施工过程的钢箱—混凝土组合梁桥的徐变效应分析

采用ANSYS建立3×50 m的桥梁实体有限元模型，并基于按龄期调整的有效模量法和有限元增量法，使用徐变准则进行徐变等效计算，在考虑施工过程后研究预制板加载龄期为90 d的钢混组合梁桥的徐变效应，并对比预制和现浇两种不同施工方法的桥梁徐变效应。研究结果表明，桥面板中支点负弯矩区徐变应力储备是边支点的7.8倍；跨中徐变应力纵向分布为边跨>中跨，而横向呈现“两边大，中间小”的规律；支点截面呈现明显的正剪力滞现象，且外侧腹板处徐变应力为内侧腹板处的3.5倍。同时，相较于整体现浇桥面板，预制桥面板的边跨正弯矩区徐变应力显著减小，采用龄期180 d的预制板时应力减少了45%;预制比现浇桥面板的剪力滞现象更明显，支点截面龄期180 d的预制板腹板应力为现浇的4.3倍。