大跨混合体系斜拉桥钢混结合段设计与试验分析

钢混结合段是混合体系斜拉桥结构中的关键部位,构造布置和受力均很复杂,是大桥设计中的关键。为研究钢混结合段的受力和变形状态,该文首先分析了钢混结合段位置的确定原则和构造细节的受力特点、布置原则,结合一座大跨混合体系斜拉桥,介绍钢混结合段的设计细节,并采用相似比1∶3设计和制作了大比例模型,分标准组合、承载能力组合、1.6倍承载能力组合共3种工况,分16级进行了加载测试,考察了钢混结合段钢与混凝土构件的应力状态,验证了设计的科学性和合理性。     

大跨混合结构连续梁桥钢混结合段局部空间受力分析研究

结合延崇高速公路上跨大秦铁路立交桥设计及施工特点,利用ANSYS建立钢混结合段模型,并采用约束方程模拟预应力筋和混凝土间的黏结作用。分析了运营过程中2种最不利荷载工况下的应力状态。结果表明：结构总体受力合理,传力及刚度过渡平顺,结构安全可靠,仅在混凝土结合面的预应力锚固处以及局部角隅位置存在应力集中现象。由于钢混结合段构造与受力复杂且有一定的应力集中,结合以往类似结构经验,设计时应将结合段混凝土结构采用高性能自密实钢纤维混凝土。     

混合梁悬索桥钢混结合段局部应力分析

为了解混合梁悬索桥钢混结合段受力性能,为该类型桥梁的设计和科研提供参考,以某混合梁悬索桥工程为背景,采用有限元软件对该桥钢混结合段进行施工过程模拟,分析该部位在各施工阶段下的应力分布特点及变化规律.同时,建立边主梁结合段有限元模型,研究钢混结合段中剪力钉受力状态、结合段各部位传力途径和比例等.分析结果表明:该桥结合段钢结构、混凝土应力基本满足规范要求,仅在混凝土局部较小区域位置拉应力偏大,需要在构造上采取相应措施;结合段剪力钉最大受力为52.3 kN,小于规范限值,说明剪力钉静力承载力不控制结合段设计.     

红水河特大桥主梁钢-混结合段传力机理分析

贵州红水河特大桥主桥为主跨508m的混合梁斜拉桥,主梁钢-混结合段采用承压传剪式,其连接断面小,受力复杂。为验证红水河特大桥钢-混结合段的构造设计,在分析和明确其传力层次与传力路径的基础上,采用ANSYS有限元软件建立钢-混结合段的混合单元模型,分析了恒载及1.6倍超载工况下钢-混结合段的受力情况。结果表明:在1.6倍超载工况下,连接件的抗剪安全系数为1.2,满足设计要求;;主要传力单元承担的轴力比例相近,受力均衡,传力构造设计合理;钢梁埋入段与混凝土的界面接触粘结效应对内力的传递有较大贡献,在设计中可考虑其作用。     

桥塔钢-混结合段分析

建立钢混结合段三维有限元模型,通过多种最不利工况静力计算,分析钢塔柱、混凝土塔柱及钢混结合处的应力和变形,确定各部件的应力状况及分布,研究钢混结合段接头的传力机理,对设计方案提供指导。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段力学性能模型试验研究

钢-混组合梁与混凝土梁结合段受力复杂,为指导该类钢-混结合段设计,以某混合梁斜拉桥为背景(钢-混结合段为有格室后承压板结构形式),制作大比例钢-混结合段模型,考虑混凝土的徐变效应,进行静载试验,分析9个工况下模型的应力分布情况,并结合试验结果和理论分析研究结合段传力特性。结果表明:在各工况下,全部钢构件和混凝土均受压,混凝土徐变效应引起结构应力普遍增大,其对钢构件应力影响程度较混凝土大;在最不利工况下试验模型各部位均处于弹性阶段,钢梁和混凝土所受荷载与应变呈现出良好的线性关系;承压板承担了由跨中组合梁传递至钢-混结合段荷载的55%～60%,组合梁桥面板可成为减小承压板荷载的有效途径。     

自锚式悬索桥混合梁结合段的受力机理

钢梁与混凝土梁混合使用能有效地减少自锚式悬索桥的结构重量,提高跨越能力,提高桥梁结构的受力性能和经济性能,而钢梁与混凝土梁的结合段是保证钢梁与混凝土梁之间能否直接有效传力的关键部位,直接影响到整个悬索桥结构的受力。提出了一种自锚式悬索桥混合梁结合段结构形式,并将其应用到某实际工程中,对这种混合梁结合段开展了试验研究,测试了在不同荷载工况下的结构应力分布,试验结果表明,提出的结构具有较大的安全储备。     

斜拉悬索协作体系桥梁塔-基钢混结合段受力分析

为了解斜拉-悬索协作体系桥梁塔-基钢混结合段受力情况，根据某实际工程，利用ANSYS软件建立塔-基钢混结合段的三维实体有限元模型，分析计算其在最不利荷载工况下的力学特性。结果表明：运营阶段的作用效应组合工况为塔-基钢混结合段受力最不利荷载工况；塔-基钢混结合段的钢箱部分受力呈近承台面应力水平低、近结合段上分界面应力水平高的分布规律，钢箱部分最大Mises应力小于材料屈服强度；主桥塔钢箱内填混凝土在钢混结合段上分界面处及与承台顶面交界面因尺寸突变均出现小范围点状拉应力集中，峰值达8.5 MPa；最大主压应力为16.8 MPa，均小于规范限值。在不考虑极少位置应力集中开裂的情况下，塔-基钢混结合段受力安全。     

大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段受力性能研究

为研究大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段的力学行为与传力机理,设计相似比为1:4的全截面静载试验模型,测试最不利及超载工况下结构的应力、变形、开裂等;结合有限元仿真分析,研究桥塔钢-混结合段的传力机理,并进一步探讨结构构造参数对其影响规律。结果表明:最不利荷载工况下,钢结构最不利压应力为-165.44 MPa,位于钢过渡段主跨受压侧壁板;混凝土最不利拉应力为8.65 MPa,叠加预应力效应后约为1.73 MPa,位于混凝土段边跨受拉侧;沿塔轴向,钢结构应力平缓降低并在承压板附近存在突变,混凝土应力较为平稳;剪力钉及PBL剪力键弯曲应力均呈"两头大、中间小"的马鞍形分布。模型各构件实测应力随荷载增加呈线性增长,模型整体处于弹性受力状态;结合段钢-混最大滑移值仅65 μm,钢-混之间协同受力良好;模型上下缘实测应力差异约为10%,表明双向曲面构造引起一定的空间受力特性,但挠度量值差异小。超载工况下,1.4倍加载时混凝土段边跨受拉侧出现裂纹;1.7倍加载时钢过渡段主跨受压侧局部应力屈服,模型受力整体表现为以钢过渡段受压侧及混凝土段受拉侧最为不利。2.0倍加载下,模型水平挠度随荷载变化均近似线性增加,转角近似满足线性变化,受混凝土开裂影响较小;最大水平挠度仅1.43 mm,挠跨比约为1/3 000,结构具有良好的刚度性能;结合段内混凝土局部开裂对受拉区的钢-混相对滑移影响较为显著。通过承压板、钢壁板及PBL板分别传递荷载66.3%、15.2%及18.5%,承压板为主要传力构件。参数讨论表明,原桥合理承压板、钢壁板厚度分别介于40~80、24~40 mm之间,剪力连接件刚度对结构传力影响较小。     

石板坡长江大桥钢混结合段局部应力分析

结合石板坡长江大桥的设计及施工特点,运用大型有限元软件ANSYS建立了石板坡大桥钢混结合段结构分析的空间有限元模型,钢箱梁用shell63壳单元模拟,混凝土箱梁用solid95实体单元模拟,预应力钢绞线用link8单元模拟,并采用约束方程模拟预应力筋和混凝土间的粘结作用.根据运营过程中的最不利荷载工况,分析了钢混结合段在4种工况下的应力状态,检验了设计的安全性与合理性.结果表明,除钢箱梁锚垫板下预应力管道支承钢板以及与混凝土箱梁结合面折角处存在应力集中现象、部分拉应力超出混凝土的抗拉强度外,结构总体受力合理,内部应力满足设计要求;鉴于钢混结合段的构造与受力都很复杂,建议在此部分的混凝土箱梁采用钢纤维混凝土作为加强措施.     

连续刚构桥钢-混凝土结合段静力性能试验研究

以嘉华轨道专用桥为工程依托,在总结境内外已有混合梁钢-混结合段理论与试验研究成果的基础之上,采用模型试验的方法对连续刚构桥主梁钢-混结合段的静力性能进行研究.选取实桥钢-混结合段附近共11.5m长梁段,设计相似比为1∶2的结合段缩尺试验模型,进行设计状态循环荷载和极限状态循环荷载两种工况的试验研究,测试结合段关键截面应变、位移以及钢-混界面滑移情况.试验结果表明:在设计荷载循环作用下,混凝土梁段、钢混结合段以及钢梁段均处于线弹性工作阶段,钢混界面相对滑移量处于较低水平,最大值不超过0.07 mm.在极限荷载循环作用下,混凝土梁段底板靠近结合段薄弱区域出现表观裂缝和局部混凝土剥落,靠近承压板的钢梁段在荷载为2500 kN时开始表现出屈服趋势,而混凝土梁段和结合段仍处于线弹性工作阶段;结合段钢混界面相对滑移最大值不超过0.4 mm,钢与混凝土之间协同受力良好,承压板、界面黏结力及摩擦力作用明显;最后对结合段主要传力部件的极限承载力做了理论分析,结果表明结合段受压承载力远高于钢梁侧极限受压承载力,具有较高的安全储备.     

大跨度自锚式悬索桥主梁钢-混结合段模型试验

为研究大跨度自锚式悬索桥主梁钢-混结合段的受力性能与传力机理,以重庆鹅公岩轨道专用桥为研究背景,设计相似比为1：3的钢-混结合段缩尺试验模型,采用自平衡加载方法施加轴向试验荷载,测试模型的应力与滑移情况,并将试验结果与有限元分析结果进行对比,验证有限元模拟方法的正确性;而后利用有限元分析结果,得到钢-混结合段在轴向荷载作用下的传力机理。研究结果表明：在试验荷载作用下,试验模型各构件的应力水平均随荷载增大呈线性趋势增长,结构整体处于弹性工作状态;结合段开孔钢板与填充混凝土之间的相对滑移量较小,最大相对滑移量仅为4.2 μm,钢-混之间的协同受力状态良好;轴向荷载首先通过结合段开孔钢板端部的面内承压作用传递至钢梁,之后PBL连接件与栓钉连接件进一步将轴力传递至钢梁,最后通过承压板的面外承压作用将剩余轴力全部传递至钢梁;其中,承压板为主要传力构件,传递61.1%的轴力,剪力连接件与开孔钢板端部传力比例分别为17.0%与21.9%,开孔钢板端部的传力作用不可忽略。研究结果可为后续类似结构的研究与设计提供参考。     

钢-混凝土混合连续梁桥钢混结合段局部分析及检测

钢-混凝土连续梁桥作为一种新型的组合结构,将主跨部分梁段采用钢结构代替传统的混凝土结构,以达到降低桥梁结构自重,增大跨越能力,改善结构的受力性能。在钢-混连续梁中钢混结合段为该结构的关键点。以某钢-混凝土连续梁桥为背景,对钢混结合段建立空间有限元模型进行局部应力分析,并结合对该桥荷载试验的检测结果,分析钢混结合段的受力情况,评价其技术状况。     

瓯江大桥钢混结合段局部受力分析

运用大型有限元软件ANSYS对瓯江大桥主桥钢混结合段在运营过程中最不利荷载工况下的应力状态进行了分析。分析结果表明,除钢箱梁锚垫板下预应力管道支承钢板以及与混凝土箱梁结合面折角处存在应力集中现象、部分拉应力超出混凝土的抗拉强度外,结构总体受力合理,内部应力满足设计要求。针对钢混结合段的构造与受力复杂情况,对此部分的混凝土箱梁采用钢纤维混凝土作为加强措施。     

青衣江大桥钢混结合段局部应力分析

结合青衣江大桥的设计特点,运用有限元软件FEA建立青衣江大桥钢混结合段结构分析空间有限元模型.采用桁架单元模拟,并根据桥梁设计规范中弹性组合和短期组合的最不利荷载工况,分析钢混结合段在这2种工况下的应力状态,检验设计的安全性与合理性.     

斜拉桥中钢混结合段的结构性能与设计方法

总结了钢混结合段在斜拉桥中的应用特点,从而提出依据钢混结合段受力形式,明确其传力机理和过程,给出针对性构造对策的设计思路。最后,建立了钢混结合段的一般设计过程和方法,可应对任意复杂受力形式的钢混结合段设计。     

混合梁钢混结合段格室受力精细化分析

钢混结合段是混合梁研究的重点,如何模拟结合段复杂构造是结合段受力性能分析的关键。现以某混合梁斜拉桥为背景,开展了钢混结合段格室受力的精细化分析,研究钢混结合段的受力特性。精细化分析利用ANSYS截取结合段格室局部建立有限元模型,模拟其格室、承压板、开孔板、剪力钉和PBL键的构造,分析其在轴向力作用下的响应,剪力钉的传力规律,混凝土与钢格室之间的相对滑移关系,以提出结合段合理的简化模拟方法,为类似结合段的分析提供参考。     

佛山平胜大桥钢混结合段设计

针对佛山平胜大桥钢混结合段的受力特点,采用PBL剪力键作为其主要的连接构件,进行了详细的构造设计和空间局部应力分析,确保结构安全可行.通过钢混结合段PBL剪力键和栓钉对比推出试验和钢一砼结合段1:4缩尺模型试验验证,采用PBL剪力键作为钢混结合段及组合结构主要的连接构件的设计理念是科学可行和合理的,应得到广泛应用.     

佛山平胜大桥钢混结合段设计

针对佛山平胜大桥钢混结合段的受力特点,采用PBL剪力键作为其主要的连接构件,进行了详细的构造设计和空间局部应力分析,确保结构安全可行。通过钢混结合段PBL剪力键和栓钉对比推出试验和钢—砼结合段1∶4缩尺模型试验验证,采用PBL剪力键作为钢混结合段及组合结构主要的连接构件的设计理念是科学可行和合理的,应得到广泛应用。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段力学性能研究

为了解混合梁斜拉桥钢—混结合段受力及传力规律,指导钢—混结合段的设计,以某主跨580m的混合梁斜拉桥为背景,采用有限元软件建立钢—混结合段整体模型,并对比缩尺模型试验结果,建立局部剪力钉推出模型,分析剪力钉传力规律。结果表明:钢—混结合段截面混凝土竖向应力分布不均匀,大小呈凹曲线分布;纵向应力由结合段截面向混凝土段递减。竖向上各剪力钉剪力呈马鞍形分布,上、下剪力钉剪力高于中间剪力钉;横向上内侧剪力钉剪力大于外侧剪力钉;荷载越大,剪力钉竖向受力越均匀,剪力钉刚度越大,各剪力钉的受力越不均匀。