高原高寒地区“上”形钢-混凝土组合梁的竖向温度梯度模式

以青海省海黄大桥为工程背景,建立了考虑气象参数的组合梁温度场有限元分析模型,采用实桥测试数据对模型进行了验证;分析了"上"形组合梁四季竖向温度分布,给出了升温和降温时竖向温度梯度简化模式,研究了太阳辐射强度、气温和风速等气象参数对温差的影响规律,采用极值统计方法给出了50年一遇气象参数代表值下不同沥青混凝土铺装厚度的"上"形组合梁最不利竖向温度梯度模式。研究结果表明:在日照升温和夜间降温过程中,组合梁竖向温度梯度模式不同;升温过程中最大温差出现在14:00,温度梯度模式可简化为"顶部5次抛物线"加"底部折线"的形式,顶部温差受沥青混凝土铺装厚度影响较大,当铺装厚度分别为0、50、100、150mm时,顶部温差极大值分别为23.8℃、31.7℃、24.1℃、17.4℃,底部温差极大值可取5.1℃;降温过程中最大温差出现在2:00,温度梯度模式可简化为"顶部双折线"与"底部等温段"的形式,顶部温差受沥青混凝土铺装厚度影响较大,当铺装厚度分别为0、50、100、150mm时,顶部温差极小值分别为-12.2℃、-8.2℃、-5.0℃、-2.9℃,底部温差极小值可取-16.4℃;"上"形组合梁竖向温度梯度受气象参数的影响,温度与太阳日辐射总量和气温基本呈线性关系,而与风速表现出非线性关系;"上"形组合梁升温梯度模式与美国AASHTO规范接近,但顶部温差取值较美国AASHTO规范高1.7℃,降温梯度模式与欧洲规范接近,但底部温差较欧洲规范低8.4℃,故本文给出的温度梯度模式更为不利。     

桥面铺装对箱梁梯度温度影响的研究

由于桥面铺装层的存在,可以有效地降低箱梁内的梯度温度,从而减小温差应力,但是新桥规只给出了单一桥面铺装层的温度基数取值,对于经常遇到的双层或多层桥面铺装并没有明确规定。通过一座双层桥面铺装的连续箱梁桥的计算与对比分析,提出了常见的双层桥面铺装的箱梁内温度梯度计算的实用方法,研究表明,对于有双层铺装层的箱梁桥,设计时考虑每层铺装层对箱梁梯度温度的影响更符合实际。     

钢-混凝土组合梁桥温度作用与效应综述

为深化对钢-混凝土组合梁桥温度作用与效应的认识, 从施工阶段水化热温度作用与效应计算, 运营阶段温度作用模式与取值, 以及温度效应计算方法等方面, 综述了国内外研究现状, 探讨了后续的研究重点和方向。研究结果表明: 现浇组合梁桥施工阶段水化热温度作用是桥面板早期开裂的重要原因, 准确计算组合梁水化热温度效应的关键在于选取更为准确适用的水化热模型和考虑温度变化对混凝土硬化过程中弹性模量、抗拉强度以及剪力钉连接刚度发展的影响; 运营环境下组合梁桥主要考虑均匀温度、正负温度梯度等3种温度作用模式, 由于不同国家气候环境的差异及研究历程的不同, 各国规范关于组合梁桥温度作用模式和取值的规定尚不统一, 温度梯度作用的取值并非基于统计分析方法得到, 在取值时亦未充分利用已有历史气象数据资源; 组合梁桥温度效应的计算多基于有限元数值模拟展开, 求解组合梁温度效应的解析计算方法也逐渐准确化, 钢-混界面关系已从不考虑界面滑移发展到考虑界面滑移, 温度分布模式从简单的钢-混均匀温差发展到钢与混凝土任意温度分布, 但还应加强建立任意边界组合梁温度效应求解的理论模型; 组合梁桥温度问题研究的未来发展方向应集中在开展基于效应分类的组合梁温度作用模式研究, 从机理上加强对组合梁温度自生效应和次生效应的认识, 加强组合梁桥长期温度实测, 基于统计分析确定组合梁温度作用代表值; 同时充分利用中国各地区气象部门历史气象数据, 开展组合梁温度作用地域差异性取值研究。      

混凝土箱梁桥沥青混凝土铺装层温度应力分析

为了探求混凝土箱梁桥沥青混凝土铺装层在温度变化条件下引起开裂的破坏机理,采用现场监测与理论仿真模拟相结合的手段研究了沥青混凝土铺装层在低温、高温季节,以及夏季阵雨引起大幅降温等情况下的温度场分布及引起的温度应力,并与车辆荷栽作用下的沥青混凝土铺装层力学响应进行了对比分析．计算结果表明,沥青混凝土铺装层在大幅降温条件下产生的拉应力要明显大于日变化条件下的计算结果;由实测温度场得到的拉应力峰值出现在沥青混凝土铺装层表面;大幅降温引起的铺装层拉应力要大于车载作用下的计算结果;在沥青混凝土铺装层的设计中要重点考虑温度荷载的作用．     

钢箱梁桥面沥青混合料燃烧温度荷载与效应分析

为研究在火灾作用下钢箱梁与桥面铺装结构热效应，建立了小尺度钢桥面燃烧试验台，获取了油料火灾作用下沥青铺装层的上表面、中部和下表面温度数据；针对上表面温度数据，拟合得到了一条基于燃烧试验数据的升温曲线，与ISO 834标准升温曲线进行对比，并对小尺度试验的温度场进行了数值模拟验证；建立了11.25 m×3.60 m的钢箱梁桥有限元模型，获取了桥梁在跨中、支座附近和全跨火灾工况下的应力和变形特征。研究结果表明:在试验拟合升温曲线的作用下，二维数值模拟试件的中部温度260.70 ℃和底部温度89.38 ℃与试验数据248.90 ℃和82.59 ℃相近，且升温趋势较一致，说明温度场数值模拟结果可靠；火灾荷载作用区域钢箱梁顶板温度下降最高可达60.91%，表明沥青混合料铺装层能在一定程度上阻挡温度传递；跨中、支座火灾工况下钢箱梁最大Mises应力均出现在火荷载向低温扩散传播的冷热交替区域；跨中火灾工况在火荷载区域出现上挠变形，而支座火灾工况分别在火荷载区域和跨中区域出现上挠和下挠变形；全跨火灾Mises应力分布较均匀，跨中下挠变形严重；3种火灾模式下，基于试验拟合升温曲线的应力和变形数据均滞后且低于ISO 834标准升温曲线。      

百米跨PC连续梁桥合理强迫高差分析

合龙是大跨PC连续梁桥重要的施工工序,由于施工实际情况的复杂性,部分桥梁不能有效的保证合龙时自由端高差在规范规定的范围内,此时往往需要采用压重的形式进行强迫合龙。强迫合龙会在结构中产生附加内力从而对结构长期工作性能产生影响,目前规范对合理的强迫高差并未做出规定,导致施工时对压重的取值不够规范。采用理论结合实际的方法,首先总结了造成强迫高差的因素,然后从结构计算的角度将这些因素分为两类,并应用结构力学基本原理推导了强迫合龙对结构位移和内力的影响,讨论了百米跨径PC连续梁桥合理强迫高差的最大值:当合龙段长度为2m时,较为合理的强迫高差上限为5cm。     

混凝土连续梁箱形输水桥日照温度应力分析

根据混凝土箱形输水桥的温度边界特点,给出了箱形输水桥日照温差二次曲线分布形式;针对该日照温度梯度模式,按照温度自约束应力的平衡特点和等效线性化的原则,导出了混凝土箱形输水桥的温度应力计算公式和等效线性化后的特征参数计算公式.对某水库输水桥的计算表明:日照作用下混凝土连续梁箱形输水桥中跨截面下缘将产生较大的拉应力,会降低截面抗裂性,应加强纵向预应力钢筋,提高其抗裂能力.     

单箱三室连续梁桥在横向温度梯度与汽车偏载下的空间效应分析

宽箱结构连续梁桥的空间力学效应明显.依托顶板宽度达25.4 m的某单箱三室连续梁桥实际工程,探究了单箱三室连续梁桥在横向温度梯度作用与汽车偏载下的空间效应.基于现场实测温度数据拟合得到实测横向温度梯度作用;利用midas/FEA有限元软件建立全桥实体有限元模型,分析横向温度梯度作用效应和汽车偏载效应,并将二者进行荷载效应组合.结果 表明:拟合得到的实测横向温度梯度作用特征值远大于现行规范参考值;当实测横向温度梯度作用效应与汽车偏载效应组合后,单箱三室连续梁桥中跨跨中底板处纵向应力、横向应力不再满足规范中关于作用短期效应组合下A类部分预应力混凝土结构的抗裂性要求.     

杭州江东大桥钢箱梁的日照温度梯度及顶推过程中末段梁的变形

结合杭州江东大桥施工监控,根据实测资料,研究了钢箱梁温度场变化规律,给出了钢箱梁顶、底板温度梯度计算公式,分析了顶推过程中温度变化对末段梁标高或者转角的影响.结果表明,中国现行公路桥涵设计通用规范给出的钢梁截面的温度梯度模式,并不适应于无桥面铺装的情况.而且,中国现行的公路桥涵设计规范的温度梯度曲线是参照美国AASHTO规范而得,因日照、气候和气象等条件的不同,该曲线不完全切合中国的实际,需要适度修正.     

预应力混凝土连续道岔梁桥温度效应分析

某在建十三跨预应力混凝土连续箱梁桥由于连续跨数多、超静定次数高、受温度影响显著,采用Mi-das/Civil软件对其梁体在温度梯度作用下应力分布进行分析,同时采用美国AASHTO规范中的分地区温度标准值进行对比分析.结果表明：截面的最大拉应力出现在箱梁顶板的底面位置且数值已远大于混凝土抗拉强度,设计中应采取措施预防裂缝的产生;大跨度高次超静定混凝土箱梁桥的温度敏感性更高,不同温度标准值下,桥梁温度应力差异明显;建议对温度标准值的取值采取按地区温度差异来选取,但可行性还待进一步检验.     

江西省沥青路面使用性能气候分区

根据江西省各气象站点1979～2008年近30年的气象数据资料,采用适合江西省气候条件的高温指标、低温指标和雨量指标,将江西省沥青使用性能分为4个温度分区、8个气候分区,并分别绘制了江西省沥青路面使用性能高温分区图、低温分区图及雨量分区图。     

Force Path Analysis of Ballasted Jointless Bridge Turnout

The action between bridge and ballasted jointless turnout on bridge is reversible. To locate the force path between them, the model of a jointless turnout on a 4×32 m continuous beam were calculated and analyzed. Also analyzed were factors of influence, such as: temperature increment, longitudinal pier stiffness, ballast resistances, and turnout and bridge layouts.     

沥青铺装层厚度对连续刚构桥主梁温度梯度应力的影响

通过对连续刚构桥梁常用的2种沥青混凝土铺装层结构分析得知,沥青铺装层厚度是影响梯度温度效应的最重要因素.对连续刚构桥主梁梯度温度应力计算公式进行分析,得到梯度温度应力不随梁高发生显著变化的初步原因,并依托重庆渝宜高速公路2座桥梁的分析结果予以证实.根据实例分析和比较发现,沥青厚度变化导致的竖向日照温差对梁顶应力影响较大...     

非线性模型在钢桥面铺装层温度场计算中的应用

根据预测量钢桥面铺装结构温度场对预测因子气温的依赖关系,基于工程实例中钢桥面铺装层温度场和气温的实测数据,用统计分析软件PASW进行铺装层表面极端温度非线性回归模型求解,并确定了该项工程钢桥面铺装结构的设计温度,对于钢桥面铺装的设计具有一定的指导意义.     

半整体式桥台无伸缩缝桥静力分析

为了克服桥梁伸缩缝病害,考虑了桥梁上部结构、下部结构和基地土的共同作用,建立了半整体式桥台无伸缩缝桥的静力计算模型。以一座长100 m PC连续箱梁桥为例,对该桥在重力、车辆和季节性温度变化荷载作用下进行了弹性大变形分析,对相应的有伸缩缝桥和整体式桥台无伸缩缝桥分析结果进行了对比。结果表明:半整体式桥台无伸缩缝桥主梁的弯矩、剪力、挠度和下部结构的轴力与有伸缩缝桥接近,但主梁中出现了轴力,下部结构弯矩和剪力较有伸缩缝桥大,说明半整体式桥台无伸缩缝桥消除了伸缩缝的病害,结构整体刚度大,是一种有应用推广价值的桥型。     

无伸缩缝桥梁研究综述

综述了无伸缩缝桥梁(简称“无缝桥”)技术发展，介绍了无缝桥优点、应用和研究热点，分析了无缝桥纵桥向受力特点、桩-土相互作用、台后土压力与抗震性能，指出了新技术研发与应用的现状与发展方向。分析结果表明:无缝桥技术受到许多国家的重视，已开展了大量的实桥监测和其他研究；在纵桥向受力方面，温度变形是其主因，现有规范中所给出的平均温差与实桥监测结果相差较大，应研究精度更高的计算方法；桩-土相互作用是整体桥受力的特点与研究的难点，在计算土抗力时，m法应限于小位移的无缝桥，位移较大时宜采用p-y曲线法；桥台桩基受力复杂，H型钢桩存在屈服、疲劳、屈曲的破坏可能，混凝土桩则易出现开裂病害；无缝桥温升时台后土压力增大，是研究的热点与难点，它随水平变形量和往复变形次数增大而增大的机理、量值和分布未达成共识，有待今后深入、系统的研究；纵桥向受力分析应建立全桥有限元模型，考虑结构-土相互作用和节点非线性性能；钢主梁受压稳定性和混凝土主梁抗裂性能是研究与设计的关键；引板是无缝桥的病害易发构件，面板式引板应减小板底摩阻力，避免开裂和末端沉降，而斜埋入式引板应控制其末端之上接线路面的隆起和下陷；许多无缝桥新技术已被提出并得到应用，今后还需深入研究，如:新材料与新构造在无缝桥各组成部分、台背、桩基与引板中的应用等；无缝桥具有较强的结构强健性、抗倒塌和防落梁能力，抗震研究已取得可喜的进展，但许多国家尚未形成相关的设计规定，应继续研究，为将来的应用和规范制订提供科学依据。      

无缝化改造的空心板桥受力性能

对某多跨空心板桥进行了无缝化改造, 简支板改为双排支座连续板, 桥台改为延伸桥面板桥台, 取消了全桥的伸缩装置; 测试了实桥静动载, 研究了无缝化改造后的多跨空心板桥受力性能; 应用有限元模型, 计算了结构受力、承载力、引板受力及单、双排支座对结构力学性能的影响。测试结果表明: 无缝化改造后的桥梁实测基频为8.60Hz, 高于改造前的5.37Hz, 4种车速下实测冲击系数最大值为1.11, 小于《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60—2004) 的计算值1.36, 应变与挠度校验系数均小于0.95, 因此, 无缝化改造提高了全桥整体性能, 改善了行车条件。有限元分析结果表明: 无缝化改造后桥梁基频的计算值为8.48Hz, 实测基频与计算基频比值为1.01, 因此, 改造后桥梁功能状况良好; 跨中截面的正弯矩明显降低, 第2跨跨中降幅最大, 达15.6%, 但内支座处出现了负弯矩, 同时剪力增大, 最大增幅为18.2%;跨中挠度明显降低, 以第2、3跨降幅最大, 达35.5%, 桥梁整体刚度明显提高; 最大裂缝宽度计算值为0.15mm, 小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62—2004) (简称《桥规》) 规定的0.20mm, 承载力、挠度和裂缝宽度验算均满足《桥规》要求; 支座排数对上部结构的受力影响较小, 采用双排支座是可行的; 引板与地基的摩擦因数对引板和铺装层轴向力影响较大, 对弯矩影响较小; 引板和铺装层最大拉应力分别为0.87、1.25MPa, 满足设计强度要求。      

温梯荷载下桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的力学特性

为研究横向和竖向温度梯度对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力学特性的影响,以梁-板-轨相互作用原理为基础,建立大跨度连续梁桥上 CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间精细化有限元模型,计算了轨道板竖向温度梯度和阴阳面横向温度梯度荷载作用下各轨道和桥梁结构的纵向力和位移. 结果表明:在其他温度荷载相同的情况下,轨道板竖向温度梯度对钢轨的纵向力和位移影响不大;当阴阳面横向温度差为10 ℃时,连续梁上背阴侧钢轨最大的纵向力是向阳侧的1.4倍,背阴侧桥墩最大的纵向力是向阳侧的3.5倍;在横向温度梯度作用下,钢轨纵向附加力由梁体伸缩和扭曲变形共同作用产生,横向温度梯度越大,背阴侧钢轨纵向力、位移最大值越大,向阳侧钢轨纵向力、位移最大值越小;横向和竖向温度梯度的存在不利于轨道和桥梁结构安全使用,因此,在高温差地区设计东西走向的大跨度桥上无缝线路需重点关注钢轨、轨道板和桥梁墩顶受力,并且对无缝线路的横向稳定性进行验算.      

影响沥青路面温度场的气象要素分析

对影响沥青路面温度场的太阳辐射、气温、日照时数、风速进行了分析,提出了相应的模拟函数和解决办法,并利用实测气象数据进行了对比分析.结果显示:采用的计算函数可以很好的模拟气象要素的变化,且精度较高,为准确预估沥青路面温度场准备了条件.