基于一阶优化方法的钢-混凝土组合索塔锚固区结构设计

研究了斜拉桥内置式钢锚箱钢-混凝土组合索塔锚固区的结构优化设计。建立以索塔锚固区典型节段的建造成本和水平承栽力为综合目标的多目标优化模型,以索塔混凝土塔壁的厚度、钢锚箱侧板尺寸、塔壁配筋为设计变量,建立设计变量与满足塔壁裂缝宽度、塔内钢筋配筋率、钢锚箱屈服强度要求的状态变量之间的约束关系,采用一阶优化分析方法确定钢-混凝土组合索塔锚固区最优结构尺寸,得到了钢-混凝土组合索塔锚固区设计的最优方案。优化结果显示：针对索塔锚固区的钢锚箱侧板与混凝土塔壁形成的组合结构承受斜拉索水平力的特点,建立以建造成本和水平承载力为综合目标的优化模型是合理的,充分发挥了钢材和混凝土两种不同材料的性能,有效的控制塔壁混凝土裂缝产生。     

两类混凝土索塔钢锚箱结构特性比较研究

内置式钢锚箱和外露式钢锚箱均适用于混凝土斜拉桥索塔。从两类钢锚箱型式的计算比较上得到：在斜拉索索力作用下,钢锚箱侧板能承受大部分拉力,锚板及拉板受到的应力较大,混凝土塔壁承受了较小的拉索水平分力;外露式钢锚箱与钢锚箱内置式结构型式类似。只是存在因与混凝土塔壁相对位置不同而造成的受力分摊比例上的不同而已。钢锚箱具体的结构型式可根据实际情况设计。     

钢锚箱竖向应力分布及剪力钉受力分析

近年来在大跨径斜拉桥建设中,混凝土索塔钢锚箱锚固方式得到了广泛应用,钢锚箱通过剪力钉和塔壁混凝土相连．斜拉索直接锚固在钢锚箱上。本文在考虑剪力钉多种剪切柔度的基础上对钢锚箱竖向应力分布及剪力钉竖向受力进行分析,并用简化方法对剪力钉横向水平受力进行了分析。     

内置式钢锚箱索塔锚固区模型试验与抗裂设计

对内置式钢锚箱索塔锚固区进行足尺模型试验研究,结果表明结构强度足够,但混凝土外端壁和内侧壁混凝土均出现了裂缝,且外端壁开裂荷载较低.根据试验结果及有限元分析,对索塔锚固区进行抗裂设计,为结构优化提供依据.     

空间六索面斜拉桥钢桥塔拉索锚固区受力分析及结构优化

依据钢桥塔的结构形式和受力特点,建立钢桥塔节段的板壳有限元模型,对索塔锚固区进行有限元静力分析,得出索塔锚固区的应力分布特征,通过减小塔壁与横隔板厚度、在锚固区支撑加劲肋间加水平加劲肋等对锚固区的结构进行优化,使上横隔板的应力集中现象得到了很好的解决,且传力较流畅。     

安海湾大桥索塔锚固区局部应力分析

斜拉桥索塔锚固区受到预应力和斜拉索索力的作用,局部受力十分复杂,应力集中现象明显,容易产生裂缝。采用钢锚梁这种组合锚固结构可以减少混凝土所受的拉应力,从而使受力更为合理。为揭示索塔锚固区的受力特性,以安海湾大桥为背景,运用有限元的方法对其锚固区钢锚梁及混凝土塔柱进行了空间应力分析。分析结果表明在荷载作用下锚固区整体上处于较平均的应力状态,结构传力体系清晰明确,受力合理,为日后类似桥梁的设计提供了参考与建议。     

斜拉桥索塔钢锚箱与塔壁混凝土拉力分配简化分析

通过对混凝土塔壁和钢锚箱抗拉刚度的分析,推导出了各构件拉力分配公式。根据此研究和此分配公式,可以快速方便地分析拉索水平分力在混凝土塔壁与铜锚箱中的分配比例。     

钢锚梁索塔锚固区混凝土塔壁简化计算方法

通过对钢锚梁索塔锚固区进行构造特性分析,研究了各种构造形式下钢锚梁锚固体系的水平荷载传递途径及其分配关系。利用变形协调原理,推导了固定连接方式的锚固体系在斜拉索水平分力下钢锚梁与混凝土塔壁的荷载分配计算公式。通过简化计算,推导了水平荷载作用下混凝土塔壁控制截面的内力计算公式。将简化计算公式计算结果与有限元分析进行对比,其误差较小。这表明本研究提出的简化框架计算方法具有一定的工程意义。     

灌河大桥索塔设计

介绍了适合中等跨度斜拉桥的H型索塔的设计,对塔柱细部构造和横梁预应力张拉工序进行了优化和创新设计。拉索在塔上的锚固构造采用对塔壁受力有利和方便施工的钢锚梁,并对钢锚梁的设计做了介绍。     

大跨度斜拉桥混凝土索塔钢锚箱的计算模型研究

近年来世界已建和在建主跨大于800m的斜拉桥数座,混凝土索塔钢锚箱的结构形式由于其受力方式明确、施工方便等优点已开始在此类超大跨度斜拉桥索塔锚固区中应用。本文介绍了用于计算混凝土索塔钢锚箱的三种计算方法,并对其计算结果进行了研究比较,结合具体工程计算分析了不同方法的适用条件和精度。     

Internal Force Distribution in Steel-Concrete Composite Structure for Pylon of Cable-Stayed Bridge

Adopting a steel-anchor beam and steel corbel composite structure in the anchor zone on pylon is one of the key techniques for the design of Jintang bridge, a cable-stayed bridge in Zhoushan, China. In order to ensure the safety of the steel-concrete composite structure, a stud connector model for the joint section was put forward. Experiments were conducted to obtain the relation between load and slip of specimen, the failure pattern of stud connector, the yield bearing capacity and ultimate bearing capacity of a single stud, etc. The whole process of the structural behavior of the specimen was comprehensively analyzed. The features of the internal force distribution in the steel-concrete composite structure and the strain distribution of stud connector under different loads were emphatically studied. The test results show that the stud connector is applicable for the steel-concrete composite structure for pylon of Jintang bridge. The stud has a good ductility performance and a obvious yield process before its destruction. The stud connector basically works in a state of elasticity under a load less than the yield load.     

超长悬臂钢-砼组合行车道梁的理论分析与试验研究

长沙市洪山大桥是一座竖琴式无背索斜塔斜拉桥,主跨跨径206 m,主梁为脊骨梁布置形式,两侧挑梁采用13 m超长悬臂钢-砼组合梁结构,纵向间距4 m.为了准确把握钢挑梁的受力特性,提出了采用修正的铰接梁法计算钢挑梁的荷载横向分布系数,推导了详细的计算公式,并进行了模型试验研究予以验证,试验结果与理论分析结果吻合良好;采用压重320 kN的方法解决负弯矩区域砼板的开裂问题;综合比较各种规范关于砼收缩徐变的规定;分析了砼板的裂缝宽度;为大桥设计和类似工程提供重要的参考和指导.     

空间刚架结构钢-混结合段的力学性能

为了研究某高速铁路空间刚架结构钢-混结合段的力学性能及传力机理,对其进行了1∶2大比例节段模型试验及非线性有限元分析.对试验模型分别进行正常使用极限状态与承载能力极限状态加载,测试主要构件的应力、变形分布及其随加载历程的变化;结合非线性有限元分析,探讨了结合段传力构件之间的荷载分配关系.研究结果表明:钢-混结合段钢结构、混凝土结构及PBL键贯穿钢筋的应力水平较低;钢结构与混凝土之间相对滑移量较小,二者能协同受力;结合段内混凝土、钢板、剪力键等均处于弹性工作阶段,且应力分布均匀,具有较高的安全储备;钢-混结合段能有效传力,承压板和剪力键各自分担50%的荷载,荷载分配较合理.      

超长悬臂钢-砼组合行车道梁的理论分析与试验研究

长沙市洪山大桥是一座竖琴式无背索斜塔斜拉桥,主跨跨径206 m,主梁为脊骨梁布置形式,两侧挑梁采用13 m超长悬臂钢-砼组合梁结构,纵向间距4 m.为了准确把握钢挑梁的受力特性,提出了采用修正的铰接梁法计算钢挑梁的荷载横向分布系数,推导了详细的计算公式,并进行了模型试验研究予以验证,试验结果与理论分析结果吻合良好;采用压重320 kN的方法解决负弯矩区域砼板的开裂问题;综合比较各种规范关于砼收缩徐变的规定;分析了砼板的裂缝宽度;为大桥设计和类似工程提供重要的参考和指导.     

大跨连续刚构桥钢-砼接头试验模型有限元分析

钢砼接头设计的安全、合理至关重要。石板坡长江大桥复线桥在连续刚构桥中首次实现了330m的跨径,钢砼接头的采用,在世界同类型桥梁设计中也属首次。通过有限元分析,验证了实桥钢-砼接头设计的可靠性和试验模型的合理性。     

The Design and Analysis of Long-Span and Low-Depth Prestressed Composite Steel-Concrete Beam Bridge

The design scheme of long-span and low-depth composite steel-conerete beams is introduced,and the methods of avoiding the cracking of concrete deck in the negative moment regions are proposed.Moreover,significant exploration for problems of the composite beams has been made,such as optimizing construction steps to regulate the stress,applying jacking technique to exert prestress on the concrete deck,investigating the uplifting force principle of the shear connectors by means of model test and non-linear finite element analysis,and pointing out the countermeasure to reduce tension force of the shear connectors.     

钢-混凝土组合连续弯箱梁抗火性能与设计方法

为研究提高钢-混凝土组合连续弯箱梁抗火性能的策略,选取某三跨钢-混凝土组合连续弯箱梁为研究对象,利用通用有限元软件ANSYS建立了其在火灾下的三维非线性两阶段分析模型;基于已有热-结构耦合分析方法,模型考虑了钢箱梁内空腔辐射传热过程和其上翼缘与混凝土板的接触边界条件;将模型得到的预测结果与试验数据进行了比较,验证了模型的可靠性;采用建立的模型在不同纵向受火位置、火灾强度和荷载水平作用下对钢-混凝土组合连续弯箱梁跨中挠度进行了参数敏感性分析,研究了其极限承载能力和刚度衰变规律;以火灾下跨中挠度为评估指标,提出了针对钢-混凝土组合连续弯箱梁的抗火设计方法。研究结果表明:在对称火和结构荷载作用下,钢-混凝土组合连续弯箱梁外边缘挠度大于内边缘挠度,且荷载越大,火灾越严重,这一效应越显著;在油罐车等过火面积较大的火灾作用下,刚度较极限承载能力衰退更快,与常温下的钢-混凝土组合连续弯箱梁极限承载能力和刚度相比,边跨受火16 min时极限承载能力和刚度分别降低至29%和14%,中跨受火28 min时极限承载能力和刚度分别降低至31%和22%;在钢-混凝土组合连续弯箱梁抗火设计中,应首先提高外侧钢箱梁在火灾下的刚度,增多和加宽外侧钢箱梁底板纵向加劲肋可使边跨受火20 min后内外侧钢箱梁跨中挠度差分别减小23%和30%,中跨受火32 min后内外侧钢箱梁跨中挠度差分别减小22%和27%。