考虑施工阶段的装配式钢-混凝土组合梁非线性全过程分析方法

为解决常规钢-预制混凝土桥道板组合梁的剪力键预留孔角隅和板间现浇接缝易开裂的问题,提出了带装配式栓钉(PCSS)剪力键和预制预应力桥道板的钢桁-混凝土组合梁(Prefabricated Steel Truss-Concrete(PSTC)Composite Beam)。针对从施工到成桥到破坏的全过程力学行为,提出了一种装配式组合梁的非线性全过程分析方法:建立精细化有限元模型,预制桥道板和板间接缝采用在混凝土实体单元中是否嵌入普通钢筋单元分别模拟;桥道板采用预应力钢束降温法模拟板内获得预压应力的过程;组合梁采用导入初应力的方法,实现将先期获得预压应力的桥道板与钢桁结整为组合梁共同受力。利用该方法模拟分析了装配式钢桁-混凝土组合梁在负弯矩作用下,从施工到成桥到破坏的全过程力学行为,并与组合梁负弯矩区段力学行为性能试验的结果进行了对比。结果表明:该模拟方法能较真实模拟装配式钢-混凝土组合梁从安装桥道板到桥道板的破坏的全过程受力行为,挠度计算值与实测值相差4.1%,吻合较好。     

装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥非线性动力模型建立方法

新型的钢桁-混凝土组合连续刚构桥(Prefabricated Steel Truss-concrete(PSTC)Composite Continuous Rigid Frame Bridge)采用全装配式施工,并通过焊接预埋于混凝土桥道板内的剪力联结钢构件,将预制混凝土桥道板与钢桁联结为一体,无需预留剪力键后浇孔洞和现浇预制桥道板间湿接缝。为探索一套适用于装配式钢桁-混凝土连续刚构桥的非线性动力模型建立方法,掌握全桥动力计算中的新型装配式栓钉剪力键(PCSS剪力键)、预制混凝土桥道板、拼接缝及桥墩的非线性模拟方法,基于前期已经开展的PCSS剪力键推出试验和精细化有限元分析,建立了钢桁-混凝土组合连续刚构桥中2 m节段PCSS剪力键的实体有限元模型,得到了顺桥向、竖向以及横桥向的荷载-滑移曲线、刚度及承载能力,并作为非线性弹簧单元的特征值代入全桥计算模型;借用动力分析中的P-M-M塑性铰模拟了预制混凝土桥道板间接缝可能出现的开裂,并利用Ucfyber程序计算塑性铰的P-M参数,代入有限元程序中计算得到P-M-M塑性铰特征值;利用以上方法,建立了l=386 m装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥非线性动力模型,得到了该桥的动力特性。研究成果为后续研究该桥型的动力性能或抗震响应奠定了基础,亦可供同类装配式桥梁参考。     

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。     

采用抗拔不抗剪连接件的钢-混组合连续梁桥设计分析

钢-混组合连续梁桥能够充分发挥钢材和混凝土两种材料的优点,在受力性能、综合造价、施工速度以及耐久性方面具有很多优势,在工程上应用越来越广泛。“抗拔不抗剪”技术通过释放连接件的抗剪作用,能够有效地解决钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土的开裂问题。本文通过Midas建模,研究分析了“抗拔不抗剪”连接件组合梁与普通剪力钉组合梁的受力区别,结果表明：抗拔不抗剪连接件对负弯矩区桥面板轴力、应力和裂缝宽度的“消峰”作用非常明显,但会导致组合梁挠度和钢梁应力有所增加,设计时应综合考虑其对结构受力的影响。     

钢-混组合连续梁负弯矩区受力性能研究及实用新型装置

钢-混组合梁桥体系在市政桥梁工程中近年得到了广泛应用,尤其是钢-混组合连续梁桥。在正弯矩区混凝土桥面受压,钢梁受拉,能充分发挥材料的优势;但在负弯矩区,混凝土桥面受拉会引起裂缝问题。综合使用超高性能混凝土、预应力技术、调整桥面板施工顺序、有效运用支点顶升法,提出了一种新型装置来控制钢-混组合连续梁负弯矩区拉应力和裂纹。有限元结果表明本装置具有较好的效果。     

T型键在钢-混凝土组合桁架梁桥中的应用

钢-混凝土组合桁架梁桥中的钢结构与混凝土桥面板一般采用剪力群钉连接,为防止钢-混凝土组合桁架连续梁桥的负弯矩区的混凝土开裂,提出了一种新型纵向可滑动抗掀起连接键——T型键,以天津海河吉兆桥(三跨钢-混凝土组合桁架桥)为背景,阐述T型键首次在该桥中的应用情况。T型键是由2块钢板采用熔透焊焊接而成的T字形结构,在工厂内加工成型后,采用熔透焊将T型键焊接在钢梁上,并使用宽5cm的胶带缠绑3层,最后使用密封膏对T型键与钢梁焊接根部进行密封。施工后发现,混凝土桥面板与钢桁架产生了约1.5cm的相对错动,通过对该现象分析可知,T型键能有效地释放混凝土桥面的内部应力、提高组合桁架梁桥整体刚度,对防止桥面开裂起到关键作用。     

装配式钢桁-混凝土组合梁抗裂性能研究

为解决常规钢-预制混凝土桥道板组合梁剪力键预留孔和板间现浇接缝易开裂的问题,提出了带预埋抗剪栓钉(PCSS)剪力键的装配式钢桁-混凝土组合梁(Prefabricated Steel Truss-concrete Composite Beam,PSTC),为考察其抗裂性能,在介绍基本概念的基础上,阐述了PSTC组合梁的制作方法,进行了1组3个带预应力的PSTC组合梁负弯矩区段加载试验,并分析了在负弯矩作用的开裂极限状态下PSTC组合梁截面应变的构成特征;依据考虑滑移影响后的截面应变协调条件和PCSS联结构造的剪力-滑移本构关系,分别建立了PSTC组合梁微段内混凝土板和钢梁的静力平衡方程,推导得到了考虑滑移后PSTC组合梁的开裂弯矩计算公式。研究结果表明:PSTC组合梁首先需要在预制混凝土板内预埋带栓钉的剪力传递钢板,然后在钢桁梁上安装预制混凝土板并施加纵向预应力,最后对剪力传递钢板与钢桁梁顶面的纵缝施焊联结形成组合梁;PSTC试验梁初始裂缝出现在加载点附近的混凝土板边,开裂荷载随混凝土板预应力的增大而增大,相邻预制板间接缝的初始裂缝均略晚于板内首条裂缝出现,PSTC组合梁无明显的抗裂薄弱部位;得到的计算公式计算结果与试验数据吻合良好,可为同类桥梁提供参考。     

逐跨施工混凝土连续箱梁考虑徐变的剪力滞效应研究

为了解徐变对逐跨施工连续箱梁桥剪力滞效应的影响,基于能量变分法及混凝土徐变理论,建立2跨逐跨施工连续梁考虑剪力滞效应的混凝土徐变次内力计算公式,并以跨径为30m+30m的逐跨施工现浇箱梁桥为例进行计算。结果表明:对于存在施工过程体系转化的逐跨施工连续梁桥,徐变次内力增加了梁体在负弯矩区的弯矩、减小了梁体正弯矩区段的弯矩;考虑徐变效应后,截面的剪力滞效应有所减弱。算例结构中,支座负弯矩区最大剪力滞系数减小20.26%,跨中正弯矩区的剪力滞系数增加了2.1%。     

连续钢板组合梁力学性能研究

为了解连续钢板组合梁力学性能特点,并改善其负弯矩区易开裂的状况,以长沙至益阳段高速公路扩容工程4×30m连续钢板组合梁桥为背景,采用ANSYS软件建立组合梁有限元模型,分析组合梁结构施工过程及成桥阶段的应力分布,研究支点负弯矩区桥面板裂缝控制措施。结果表明,施工阶段简支状态下,连续钢板组合梁混凝土桥面板基本处于受压状态,钢梁跨中最大Von Mises应力约为70.5MPa,翼缘焊钉顺桥向剪力从跨中向两侧支点逐渐增加,最大值12kN;汽车活载作用下,墩顶处混凝土桥面板顺桥向最大拉应力为2.9MPa,钢梁最大Von Mises应力约为64.6 MPa,焊钉顺桥向剪力峰值约为22kN。采用调整施工顺序、墩顶区现浇微膨胀纤维混凝土、加强负弯矩区纵筋配置等措施有效调整了结构应力分布,减小负弯矩区的裂缝宽度。     

装配式钢——混凝土组合梁桥桥道板安装误差分析

装配式钢-混凝土组合桥梁在传统钢—混凝土组合桥梁的基础上,采用预制混凝土桥道板,具有传统组合桥梁的优点并能基本克服混凝土收缩、徐变的影响,简化施工,便于工厂化生产。对装配式钢—混凝土组合桥梁关键施工步骤中预制桥道板的安装进行误差分析,得出梁间应力差近似计算公式,并与工程实测值进行比较,结果表明,该公式计算精度满足工程要求,为此种桥型的施工控制提供思路。     

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。     

钢-混组合连续箱梁施工预拱度设置影响因素研究

为确定合理的临时支撑间距与拆除时机、负弯矩区剪力连接件类型及是否设置桥面板预留槽等,以便于钢-混组合连续梁桥设置合理的预拱度,以某(40+75+75+40)m钢-混组合连续梁桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析相关设计与施工因素对预拱度设置的影响规律。结果表明:钢梁拼装时应采用临时密支撑,并在正弯矩区桥面板混凝土浇筑后再拆除临时支撑;负弯矩区应采用抗拔不抗剪连接件,桥面板正、负弯矩交界区域应设置桥面板预留槽;仅边跨设置向上的混凝土收缩徐变预拱度值,而中跨不需设向下的混凝土收缩徐变预挠度值。该桥边、中跨跨中钢梁制造预拱度分别为17.7mm和161.9mm,施工时考虑了10mm的弹性变形预抬值。成桥时组合梁线形误差在±10mm内,满足设计要求。     

大宁河特大桥钢-混组合连续梁负弯矩区受力特性模型试验研究

大宁河特大桥桥面系采用16×27m钢-混组合连续梁,由工字钢梁、预制混凝土板、现浇剪力连接键湿接缝和现浇整体化层组成。为研究钢-混组合连续梁负弯矩区的受力特性,进行焊钉和开孔板2种剪力键类型的1∶2大比例模型试验研究。试验结果表明,开孔板连接件能参与结构受力因而具有较高的整体刚度、较大的初裂荷载;焊钉连接件延性较好;2种连接件均有效且试验梁具有相近的极限荷载。综合比选,该桥桥面系采用焊钉连接件方案。     

连续组合梁桥桥面板施工顺序影响研究

钢-混组合连续梁桥在施工期间的受力会随着桥面板施工顺序不同而变化。为研究桥面板施工顺序对钢-混组合连续梁桥受力的影响,文中基于三维有限元软件ABAQUS对三跨连续的钢-混组合连续梁桥施工阶段进行数值模拟,分析现浇砼桥面板在施工过程中因浇筑顺序不同而引起的应力变化差异,同时对现浇砼容重误差对施工中钢-混组合连续梁桥受力的影响进行数值分析。结果表明,采用整体浇筑时,负弯矩区桥面板的应力变化幅度大,易产生早期裂缝;采用文中所述两种分段浇筑方法能改善负弯矩区砼桥面板的受力状况,且浇筑方法一优于浇筑方法二;砼容重误差对连续组合梁整体受力的影响较小。     

武汉二七长江大桥6×90m钢-混组合连续梁设计

为满足武汉二七长江大桥非通航孔深水区行洪、景观等要求,采用结构简单、受力合理及施工便捷的设计思路对非通航孔深水区桥梁进行设计。该深水区桥梁采用6×90m钢-混组合连续梁结构,主梁由下层的钢槽梁和上层的预制混凝土桥面板通过剪力钉连接而成。综合考虑施工环境及多种方法的优缺点,并通过计算确定采用升降主墩及临时墩支承高度的方法降低支点负弯矩区混凝土桥面板拉应力;预制桥面板按带裂缝工作的钢筋混凝土构件设计,横向为整体;从便于施工的角度细化了钢槽梁的构造;桥面板与钢槽梁间采用纵向结合方式,剪力钉数量根据受力变化范围分段布置。     

部分叠合梁桥施工过程及成桥力学性能分析

充分利用预应力箱形混凝土刚度大、梁相对高以及钢桁自重轻、容易获得力臂的优点,将两者进行有机结合,提出了一种新型梁桥.具体做法是:依据连续梁的弯矩分布规律,在正弯矩区及正负弯矩交替区均设置钢桁,而在负弯矩区设置以上弦杆为钢、下弦杆为预应力箱形混凝土、腹杆全钢的变高钢—预应力混凝土叠合的桁式结构,以使梁高最大化.为研究施工过程对其成桥应力的影响,以主跨160 m的新型梁桥为例,采用悬臂拼装法,并根据负弯区钢-预应力混凝土叠合段的特点,选取了两种不同施工顺序分别进行有限元模拟,对比分析各个施工阶段的应力及成桥的力学性能.研究结果表明:新型梁桥施工简单,在一定跨径内负弯区钢-预应力混凝土叠合段不同的施工顺序对成桥的应力影响较小,此外结构的刚度较大,动力特性及整体稳定性均满足要求.     

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。     

钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土开裂研究

连续组合梁桥设计中的关键问题是能否有效抑制负弯矩区混凝土的开裂及裂缝发展。混凝土的开裂会降低组合梁整体刚度,并会加速混凝土板内钢筋、抗剪连接件甚至钢梁的腐蚀,降低整体结构的耐久性。以阳泉市某高速公路匝道钢-混组合连续梁桥为背景,介绍了影响负弯矩区混凝土开裂的影响因素,运用MIDAS FEA建立空间精细化有限元模型计算了负弯矩区混凝土在设计荷载作用下和超载作用下的裂缝宽度,并对比分析了另外5种裂缝宽度计算方法。结果表明,G匝道钢-混组合连续梁桥混凝土裂缝宽度满足规范设计要求,且具有较大储备。汽车活载与温度梯度负温差效应对裂缝宽度影响较大。同时,汽车超载对裂缝的影响较为明显,应该严格限制超载。     

银川滨河黄河大桥东水中引桥施工关键技术

银川滨河黄河大桥东水中引桥为双幅(5×80)m曲线连续钢-混组合梁桥,由开口钢槽梁和预制桥面板结合而成。桥位处施工场地受限,冬季长、冻土深。为实现冬季连续施工,该桥利用单侧场地,充分发挥钢-混组合梁的结构特点,采用无跨间支撑的整联横移技术进行双幅箱梁施工。在施工中,对地基进行冻结处理,在冻土上设预制扩大基础和钢管柱,形成快速拼装支架;利用双幅承台设横移支架和墩顶横向滑移装置,在顺桥向跨间无支撑状态下,将右幅钢梁整联横向滑移就位;采取了钢梁线形预设抛高、浇筑负弯矩区底板混凝土、设剪力钉及分步安装桥面板等综合措施,在无跨间支撑状态下将钢梁与预制混凝土桥面板结合,最终形成的钢-混组合梁结构满足设计目标线形与内力要求。     

钢-混组合连续梁桥中支点顶升施工过程受力分析

支点顶升法是钢-混组合连续梁桥对负弯矩区桥面板施加预压应力的方式之一,以嘉兴中环快速路主线高架设计案例为例,研究了不同顶升量对钢-混组合连续梁桥在施工过程和成桥后受力的影响规律,在满足结构耐久性要求的前提下,分析了不同跨径钢-混组合连续梁桥的最优顶升量,可为今后类似项目提供参考.