中小跨径不同截面简支钢-混组合梁桥受力及用钢量分析

为研究中小跨度钢混组合梁不同截面形式的受力性能以及经济性,以香海大桥组合梁为背景,建立工字钢-混凝土组合梁桥、钢箱-混凝土组合梁桥、钢桁架-混凝土组合梁桥等模型,分析不同跨径下三种不同截面形式的钢混组合梁桥受力性能及用钢量。结果表明,活载作用下,工字钢组合梁跨中竖向位移均大于钢箱梁及钢桁架组合梁,且随着跨径的增大,工字钢组合梁跨中竖向位移增长幅度越来越明显;偏载作用下,钢箱组合梁跨中最大位移均小于工字钢及钢桁架组合梁,且随着跨径的增大,钢箱组合梁跨中最大位移与其他两种方案的位移差逐渐增大;跨径35～55m范围内,工字钢组合梁的截面用钢量最低;跨径55～70m范围内,钢箱组合梁截面用钢量最低;70～100m跨径范围内,钢桁架组合梁的截面用钢量最低。     

体外预应力在钢箱-混凝土组合梁中应用的试验研究

结合城市桥梁工程实际，进行了3根钢箱-混凝土组合梁的试验。探讨了在对称和偏心荷载作用下，施加体外预应力对钢箱-混凝土组合梁受力性能的影响。试验结果表明，在对称荷载作用下，由于体外预应力的作用，钢箱-混凝土组合梁的弹性极限提高了29．17％，极限强度提高了27．72％，刚度提高了54．15％，位移延性提高了18．00％；在偏心荷载作用下，体外预应力钢箱-混凝土组合梁也有较好的力学性能，强度与刚度均高于普通钢箱-混凝土组合梁。试验研究证实，体外预应力技术对提高钢箱-混凝土组合梁的结构性能有重要作用。     

钢箱—混凝土组合梁抗剪性能试验研究

新型钢箱-混凝土组合梁通过在钢箱截面受压区灌注混凝土,改善了梁的受力性能。通过6个钢箱-混凝土简支梁在集中力作用下受剪破坏试验,研究钢箱-混凝土组合梁的抗剪性能。试验结果表明,钢箱受压区充填混凝土后,腹板没有明显局部屈曲,试验梁的受剪破坏由没有充填混凝土的下箱室腹板屈曲引起。推导出钢箱-混凝土梁抗剪强度计算公式,计算结果与试验结果较为接近。     

横向联结系对中小跨径钢板组合梁桥静力性能影响研究

结合常用中小跨径钢板组合梁的构造,利用有限元软件计算分析横向联结系的数量、截面形式对钢板组合梁桥受力性能的影响。计算结果表明：对于跨中截面,跨间小横梁数量越多,则混凝土板顶面纵桥向压应力越大、底面纵桥向压应力越小、混凝土板顶面横桥向拉应力越小、底面横桥向拉应力越大;而跨间小横梁数量对中支点处混凝土板和所有钢梁的受力性能几乎无影响。跨间布置奇数道小横梁比布置偶数道小横梁对结构受力更有利,建议中小跨径钢板组合梁跨间布置不少于3道小横梁;小横梁数量对主梁挠度影响较小,其影响程度远远小于混凝土板厚度改变对主梁挠度的影响。     

中小跨径钢-混凝土组合梁桥技术经济性分析

为提升中小跨径桥梁的建设品质,探讨钢-混凝土组合梁桥在中国推广应用的适应性,以美国的冷弯卷边U形钢板组合梁、工字形钢板组合梁通用图以及中国交通运输部的装配式预应力混凝土空心板梁、T梁和小箱梁通用图为依据,采用对比方法,分析了5个相近跨径桥梁上部结构的混凝土和钢材每平方米用量、预制单元吊装质量以及施工便利性、构件可更换性和质量可控性等指标;并在此基础上提出以材料、截面形式、构造和体系为控制指标的中小跨径高性能组合梁桥的内涵。经济性对比表明:5~20m范围内小跨径桥梁,冷弯卷边U形钢板组合梁的混凝土用量为装配式预应力混凝土空心板梁的1/5左右,钢材用量基本持平;20~40m范围内中等跨径桥梁,工字形钢板组合梁的混凝土用量为装配式预应力混凝土T梁和小箱梁的1/3~1/2,钢材用量为装配式预应力混凝土梁的1.5倍左右。技术性对比表明:组合梁桥工业化程度高,质量可控性高;单元质量轻,拼接和连接构造简单,施工速度快;多主梁体系冗余度高,构件更换方便、快捷。采用设计、施工和管养一体化与信息化技术,结构与附属设施一体化技术,可建造充分发挥组合梁桥结构高承载性、承灾性和施工高效性的高性能组合梁桥。     

某2～30m钢箱-混凝土组合梁桥的设计体验

目前,国内对于钢-混凝土组合梁桥还没有一个成熟完整的设计规范。通过一个具体设计实例．结合国内外相关设计规范,简述组合梁桥的设计要点及钢箱的构造要求。     

关于钢混组合梁负弯矩区设计的研究

中小跨径钢混组合梁在高等级公路上,已得到广泛的使用。钢混组合梁负弯矩区受力复杂,混凝土桥面板破损情况时有发生,影响桥梁正常使用。本文详述了中小跨径钢混组合梁负弯矩区的设计方法,并探讨支点位移法对改善混凝土桥面板受力的影响,为该类桥梁负弯矩区的设计提供参考。     

装配式混合连接钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为了实现小跨径钢-混凝土组合梁桥的快速装配化,在传统装配式钢-混凝土组合梁中引入胶结连接件。为了研究小跨径装配式混合连接钢-混凝土组合梁的力学性能及连接可靠性,设计并制作了2榀10 m跨径组合梁足尺试件,并进行了抗弯性能静力试验。通过对组合梁整体及界面的破坏模式观察,及加载过程中试件的承载力、下挠程度、界面滑移与应变值的测定,得到了荷载-挠度曲线、荷载-界面滑移曲线、应变沿截面高度分布曲线,分析了试件的抗弯承载力、刚度、界面滑移性能和平截面假定的符合性。结果表明,装配式混合连接组合梁具有较好的塑性变形能力,其刚度和强度均满足规范要求,具有较高的安全储备;钢梁与混凝土板连接界面的滑移很小,计算时可不考虑连接界面的滑移影响;在3倍工作荷载内跨中和1/4跨的截面应变符合平截面假定。最后,结合钢-混凝土组合桥梁设计规范(GB 50917—2013)与国外相关文献中的公式,给出了该装配式混合连接组合梁的抗弯承载力计算方法,并通过理论计算与试验结果的对比,验证了该计算方法的合理性。     

超高性能混凝土应用于铁路组合梁结构的设计研究

为研究将超高性能混凝土(UHPC)应用于铁路组合梁结构的适用性,以温福铁路白马河特大桥为背景,对64 m跨径的双线铁路简支梁结构开展UHPC组合截面设计研究。提出底板及腹板采用UHPC材料、顶板采用普通混凝土材料的组合箱形断面形式,通过有限元软件建立双层空间梁单元模型对UHPC组合梁进行计算分析;提出普通混凝土桥面板先预制并养护后再与UHPC腹板、底板结合成一体的UHPC组合梁施工方案,并对组合梁的收缩徐变效应进行计算分析。结果表明:同跨径的UHPC组合简支梁相比于普通混凝土梁可减少约30%的自重,可有效减少桥梁下部结构的工程量及运架梁的费用;所提出的UHPC组合梁施工方案可有效改善组合截面交界面的收缩徐变应力。     

中小跨径桥梁结构形式优选

为了确定中小跨径桥梁合理的截面形式,以达到安全、经济、耐久的要求,以40m的跨径为例,提出了两种组合梁和一种预应力混凝土T梁方案。首先分析了两种组合梁的受力,在受力满足要求的基础上,分别计算3种方案上、下部结构的材料用量和经济性指标,最后对3种断面形式的造价进行了比较。结果表明:在采用合理断面形式和截面尺寸情况下,组合梁相对预应力混凝土T梁的造价与墩高有关,随着墩高的增加,两者的造价差异减小,墩高达到60m左右,两者造价相当;在保证应力水平不变的情况下,通过增加下翼缘的板厚可有效降低组合梁的梁高。     

中小跨度钢-混组合梁桥截面形式适应性分析

钢-混组合结构桥梁作为一种可持续发展的桥梁结构形式,近年来在我国桥梁建设领域得到越来越多的关注。为提升中小跨度钢-混组合梁桥的建设品质,探讨不同结构形式的钢-混组合梁桥的适应性,本文通过有限元实体模型计算,采用对比方法,分析了三种截面形式钢-混组合梁的力学性能和经济性,为不同建设条件下的中小跨度钢-混组合梁方案选择提供参考。技术经济性对比表明:钢板组合梁的经济优势明显,适宜于直线桥梁;钢箱组合梁的应力冗余度和承灾能力高,适宜于山区复杂服役环境的曲线桥梁。     

快速施工桥梁的研究进展

为减少传统桥梁施工存在的弊病,加快桥梁建设速度,降低桥梁后期维护费用,提高桥梁的施工质量和耐久性,首先分析了快速施工桥梁的必要性及其在中国的应用前景,阐述了快速施工桥梁的基本组成及构件划分、预制桥面板的主要型式及发展趋势、钢与混凝土桥面板间的连接方式、快速施工预制装配桥梁主梁的3种主要型式及材料组合、节段拼装式预应力混凝土箱梁的预应力体系及主要施工方法、中小跨径混凝土或钢-混组合梁桥的主要截面型式及连接构造,讨论了预制高性能混凝土桥面板、多梁式钢-混凝土组合梁群钉连接的桥梁用于中小跨径快速施工桥梁的优越性,并对近年来在中国大江及海湾桥梁工程应用的整体预制桥墩的特点进行了论述;同时,重点阐述了快速施工钢-混组合梁桥、预制节段拼装混凝土或钢-混组合箱梁桥、预制拼装预应力束体系、预制节段拼装式桥墩等相关的理论研究与进展,包括群钉抗剪性能、混凝土桥面板间接缝受力特性、组合梁复杂受力行为分析、多梁式荷载横向分布、体外预应力组合梁动力特性、组合梁疲劳耐久性等,指出了当前中国进行快速施工桥梁建造在设计研发、体系机制创新等方面的一些不足,分析制约该领域发展的关键因素,同时对发展中国桥梁工业化、信息化及快速施工技术进行了展望,指出对于梁高受限或桥梁较宽,跨径在25~50 m的数量占比均较多的城市桥梁或公路桥梁,包括北方受季节性影响较大的桥梁,开拓快速施工桥梁与市场潜力巨大,并给出一些值得进一步研究解决的热点问题,以期促进交通行业桥梁基础设施建设技术的进步和创新发展。     

横向联结系对中小跨径钢板组合梁桥稳定性能影响的分析

近年来,随着我国组合结构桥梁的迅猛发展,中小跨径钢板组合梁得到广泛应用。针对30~40 m的中小跨径四主梁钢板组合梁,通过有限元方法建立全桥三维空间模型进行稳定分析,研究横向联结系的设计参数(数量、截面尺寸和竖向位置)对于中小跨径钢板组合梁稳定性能的影响。计算分析表明,当钢主梁发生整体的弯扭失稳时,增加横向联结系数量、增大横向联结系构件截面、将横向联结系靠近受压翼缘布置等措施能够提高钢主梁稳定性;而当主梁受压翼缘受局部稳定控制时,改变横向联结系的设计参数对于钢主梁稳定性影响较小。     

狮子洋通道钢-混组合梁桥结构选型研究

狮子洋通道全长约35 km,为高速公路+城市道路双层复合过江通道,过江段采用双层桥梁方案(上层为高速公路,下层为市政道路),多处主线桥设计采用50～80 m跨径桥梁,主梁采用钢-混组合梁结构。通过对简支和连续体系进行比选,该项目采用结构简支、桥面连续的结构体系,并配合暗帽梁的设计方案;通过对工字形钢板组合梁、整体式钢箱组合梁、波形钢腹板组合梁、钢桁腹组合梁、分体式小钢箱组合梁进行比选,选择分体式小钢箱作为该项目钢-混组合梁的钢主梁形式;通过对结构受力性能、经济性、施工便利性、运输便利性和对变宽路段的适应性等综合分析比选,钢主梁采用4片主梁方案,该方案有利于设计、制造及施工标准化,结构受力更合理、造价更经济。从施工场地、设备、工期和安全性等方面分析,该项目施工采用标准化加工钢结构、工厂化预制混凝土桥面板,在桥位上通过湿接缝和集束式剪力钉形成组合结构的方案。     

体外预应力钢箱—混凝土组合梁的预应力损失的计算方法

考虑了钢梁、栓钉以及非预应力筋对混凝土变形的约束作用,分析了体外预应力钢箱—混凝土组合梁的预应力损失的基本特性,建立了混凝土非自由收缩、徐变变形引起的体外预应力钢箱—混凝土组合梁的预应力损失的计算公式。     

采用正交试验法的波纹钢箱形结构截面尺寸敏感性分析

波纹钢箱形结构在荷载作用下的内力以弯矩为主，不符合传统管拱形波纹钢桥涵所依据的环向压力理论，需要考虑弯矩影响。目前该类截面尺寸参数对结构的响应影响水平研究不够深入，截面尺寸参数拟定往往依据经验确定。依据跨径为6.74 m的波纹钢箱形模型试验的结构尺寸参数建立数值模型，采用正交试验法，以结构的弯矩和变形为试验指标，进行跨度、矢高、拱肩半径、起拱高度和截面刚度关于试验指标的敏感性分析。研究表明，跨度和起拱高度对结构的弯矩和变形影响最为明显，截面刚度次之，矢高和拱肩半径对结构影响最小。     

中小跨整体预制Π形钢板组合梁力学与经济性研究

我国中小跨径桥梁以预制混凝土T梁、小箱梁为主,钢板组合梁具有广阔的推广空间。常规中小跨径钢板组合梁通常先安装钢梁再安装混凝土桥面板,组合效率不高,施工不便。结合湖南省长益扩容高速公路项目工程,提出了一种钢梁-混凝土桥面板整体预制钢板组合梁。预制组合梁为Π形断面,采用架桥机安装,先简支后连续进行体系转换。采用MIDAS和ANSYS有限元软件对组合梁结构的力学性能进行了分析,通过工程实例对组合梁施工性能与技术经济指标进行了对比研究。结果表明:钢梁、混凝土桥面板、连接件承载能力与钢梁的疲劳性能满足现行规范要求;通过优化施工工序与配置普通钢筋,负弯矩区最大裂缝宽度小于规范要求,可按控制裂缝宽度的方式进行设计;组合梁满足梁上运梁强度要求,吊重与混凝土预制结构基本相当,有良好的施工性能,适合山区等复杂地形施工;组合梁建造成本比混凝土预制结构高,但考虑维护与回收价值的全寿命周期成本相对较低;组合梁总用钢量指标相比同类结构居中,混凝土用量最小,经济性较好。预制Π形钢板组合梁具有组合受力效率高、施工方便、造价可靠的优点,适合在我国交通建设中推广。     

大芦线二期浦星公路230 m下承式系杆拱桥设计

大芦线二期浦星公路主桥采用计算跨径230 m的下承式系杆拱桥,主拱为提篮式钢箱结构,主梁为钢-混凝土组合梁。介绍了该桥的工程概况、主要技术标准、建设条件及总体方案,对主梁、主拱、吊杆等主桥结构设计进行了详细的论述,并进行了主要构件的静力计算及主桥整体稳定分析。     

大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计

香火岩特大桥主桥为上承式钢管混凝土拱桥,主拱计算跨径为300m。主拱采用悬链线形,拱肋采用六肢钢管组成的等宽度变高度空间桁架结构,拱脚截面径向高9.0m,拱顶截面径向高5.0m,拱肋腹杆采用钢箱或开口的工字钢断面。拱上立柱为排架式空心矩形薄壁截面钢箱结构,桥面系采用预应力混凝土T梁。主拱采用无支架斜拉扣挂缆索吊装系统施工,节段接头在安装时弦管通过内法兰盘用高强螺栓栓接。采用通用有限元程序MIDAS Civil进行全桥结构施工、运营阶段静力分析,结果表明结构设计满足规范要求。     

高性能混凝土组合梁受弯性能研究

本文研究了利用钢筋普通混凝土(NC)和高性能混凝土(HPC)叠合而成的组合构件的弯曲承载能力和变形性能。所探讨的钢筋混凝土组合梁的横截面尺寸为120mm×200mm,有效跨径为2950mm。这种组合结构的一般形式为将高性能混凝土作为组合梁的受压部分同时普通混凝土作为其受拉部分分层浇筑成型。分析结果表明,与全截面混普通混凝土梁或全截面高性能混凝土梁相比,组合梁在结构性能上有相当程度的提高。