高温沥青混合料摊铺时正交异性钢桥面板温度响应分析

为了研究高温沥青混合料摊铺时正交异性钢桥面板在温度影响下的结构受力响应,基于瞬态温度场理论和热力学边界假设条件,确定数值模拟所需的各项热力学参数,以及通过试验-数值模拟方法得到了界面热阻参数。采用生死单元法建立了正交异性钢桥面板在高温沥青混合料摊铺全过程的时变温度场有限元模型,并结合某长江大桥在浇注式沥青混凝土摊铺过程中的实测数据,验证了该模拟方法的可靠性。基于该模型分析了高温摊铺下正交异性钢桥面板温度场时空变化规律。结果表明,在开始摊铺浇注式沥青混凝土30 min左右,摊铺区域处跨中钢桥面板上最高温度达到95℃,在结构分析中应考虑温度应力;位于摊铺区域的钢桥面板主要承受压应力,最大压应力温度增量139 MPa,位于非摊铺区的钢桥面板主要受拉应力,最大拉应力温度增量70 MPa;顶板温度的横向影响范围在摊铺边缘左右各约1 m,横隔板处顶板的纵向温度较其他截面略低6～7℃。该分析结果可为设计人员在计算摊铺施工时提供不利影响分析依据,并为施工人员在摊铺过程中进行施工监测提供参考。     

高温混合料摊铺过程中的扁平钢箱梁温度效应分析

为探究高温沥青混合料摊铺过程中的扁平钢箱梁热固效应,建立基于瞬态温度场传热理论的扁平钢箱梁热力学FEA分析模型,研究提出三维时空变化温度场下的钢箱梁应力、变形响应及场分布规律。研究表明:以摊铺宽5 m、厚35 mm、温度240℃的混合料为例,摊铺过程中的温度力学效应随摊铺时间历程变化明显,摊铺后30 min左右应力及变形达到顶点,11 h后缓慢恢复。钢箱梁的桥面板、横隔板、U肋及腹板的最不利应力响应分别为-140.4、236.1、112.6及-37.3 MPa。温度效应在摊铺区影响显著,区外影响迅速降低。摊铺温度变形效应主要为纵向拉伸及竖向上拱,24 m节段钢箱梁最大伸长13.4 mm,上拱13.9 mm,变形对于钢梁伸缩缝安全及摊铺层的均匀厚度将产生不利影响。     

钢桁梁桥密支座体系钢桥面板高温摊铺受力分析

公铁两用钢桁梁桥上层公路改造时常采用密支座体系钢桥面板,为选择合适的铺装方案,保证高温摊铺期结构安全,以九江长江大桥公路桥加固改造工程为背景,通过现场摊铺试验,测试高温摊铺期结构温度场;采用ANSYS软件建立钢桥面板局部模型,基于测试结果,考虑高温摊铺作用,对比分析不同摊铺分幅方案(1次整幅摊铺、分2次半幅摊铺、分4次四分幅摊铺)钢桥面板应力和支座反力。结果表明:摊铺区域钢桥面板受高温影响明显,实测顶板与底板局部最大温差为69.8℃;各分幅摊铺方案下钢桥面板均受力安全(最大应力115 MPa);仅分4次四分幅摊铺方案下全部支座符合设计要求;分幅宽度较小时钢桥面板应力和支座反力均较小。该桥采用分4次四分幅摊铺方案,结构安全,效果良好。     

沥青混凝土高温摊铺下钢梁支座体系温度效应

沥青混凝土高温摊铺所引起的钢桥正交异性板结构温度效应备受关注,为研究高温摊铺引发的钢梁支座体系温度效应,依托九江长江大桥的公路桥加固改造工程,采用生死单元法模拟了钢桥面沥青混凝土动态摊铺施工过程,建立了密支座钢梁摊铺温度场模型,结合现场温度监测数据确立了高温摊铺下钢梁节段的温度场时空分布规律,在此基础上,仿真模拟了不同工况下钢梁支座体系的力学响应,并剖析了高温摊铺下支座体系温度效应的影响因素。研究结果表明:沥青混凝土高温摊铺下钢桥面板的温度先急剧上升,摊铺完成约12 min后逐渐下降直至稳定,夏季热拌环氧沥青混凝土(摊铺温度为185℃)摊铺下钢桥面板的最高温度达到96.1℃,钢梁节段的竖向最大温差达到55℃;高温摊铺会导致钢梁支座体系产生较大的支反力,摊铺宽度增大,支反力显著提高,当摊铺宽度超过5 m时,支座最大竖向拉力将超出其承载能力,当摊铺宽度超过8 m时,最大横向支反力将超出支座承载能力;对于纵向有连续固定支座的钢梁节段,纵向连续固定支座数目对竖向支反力和横向支反力的影响较小,但高温摊铺时会产生远超支座承载能力的纵向支反力,支座结构存在安全隐患。研究可为类似钢梁支座体系的沥青混凝土摊铺施工方案设计和支座处置提供理论支撑。     

S形曲线钢箱梁斜拉桥沥青混凝土摊铺温度效应分析

大连滨海大道西延伸线张柏2号高架桥主桥为(50+96+192+70)m S形曲线钢箱梁斜拉桥,桥面铺装层采用热浇注式沥青混凝土摊铺方法施工,摊铺过程中出现了结构位移和应力较大等异常情况。为了解异常情况产生的原因,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型(钢箱梁采用壳单元模拟),分析摊铺过程中温度引起的桥塔纵、横向位移,以及主梁纵向、竖向位移和纵向应力。结果表明:摊铺温度导致结构产生较大的位移和应力,主梁和桥塔纵向位移均达22.8 cm,主梁最大竖向位移为25.9 cm,钢箱梁最大拉应力为143 MPa;摊铺过程中,结构纵、横向均存在较大的位移差和应力差,导致变形不协调和局部应力过大;结构位移、应力的计算值与实测值基本一致。该类桥梁施工时应调整摊铺工艺,降低摊铺温度效应。     

飞云江五桥浇注式钢桥面铺装温度场监测及温度效应分析

飞云江五桥为五跨连续钢桁系杆拱桥,采用浇注式沥青混凝土桥面铺装,为分析浇注式沥青混凝土摊铺过程对钢桥面系及桁架系的影响,进行了桥面板温度场实时测试,得到了随摊铺进程的桥面板升温规律和温度场分布特点。在此基础上,拟合得到了摊铺时沿桥纵向和横断面温度场曲线,并通过建立的有限元模型,计算分析了钢桥面系及桁架系的温度效应,评估了本次摊铺对钢桥结构的应力影响,可为同类钢桥面浇注式沥青混凝土摊铺安全性分析提供参考。     

浇注式沥青施工期钢桥面板温度场研究与监测技术

为确定浇注式沥青铺装施工对钢桁梁正交异性钢桥面板受力状态的影响,以杨泗港长江大桥为背景,采用自主搭建的物联云平台实时监测,并结合节段有限元分析方法,对铺装施工期桥面板温度场特征进行研究。在数值分析的基础上,确定测点位置,实测得到铺装施工期正交异性桥面板横隔板和U肋等的竖、横向温度传递规律及应力分布特性。结果表明:测点处温度达到最大值的时间平均滞后于摊铺时间(时滞)约30 min,温度沿横隔板竖向呈梯度分布,且升温快降温慢;铺装温度影响时长约6 h,铺装温度在横隔板竖向影响范围从其顶部向下约60 cm;沥青温度242℃时,摊铺后的桥面板底面升温最大值为98.1℃(均值约93.3℃),铺装温度影响下的横隔板横桥向拉、压应力分界线距离横隔板顶部约30 cm,应力最大值约113 MPa。     

基于实测数据的扁平钢箱梁日照温度效应研究

为了解高温地区扁平钢箱梁的温度效应,基于厦门天圆大桥钢箱梁连续3个月温度实测数据,分析扁平钢箱梁温度、温差分布特征;运用广义极值分析方法拟合同一横截面不同测点之间的温差累积分布函数,确定具有一定重现期的温差标准值,建立8种日照温度场分布梯度;采用ANSYS模拟在最不利及规范推荐的2种温度场分布梯度工况下扁平钢箱梁瞬态温度场,计算其温度应力分布。结果表明:该桥扁平钢箱梁顶板11:00开始出现横向温差,14:00～16:00达到峰值;8:00开始出现竖向温差,14:00～16:00达到峰值;最不利温度场分布梯度工况下,顶板温度应力最大值接近设计车辆荷载作用下的应力,且顶板、底板温度应力显著大于按规范温度场分布梯度计算结果,扁平钢箱梁设计时应结合当地气候情况考虑日照温度效应的影响。     

寒冷地区特大扁平钢箱梁温度及纵向应力分析

为指导寒冷地区钢箱梁桥的设计,以主跨436m的钢箱梁斜拉桥——辽河特大桥为研究对象,对其扁平钢箱梁进行了为期8个月的温度监测,采用对比分析、极值分析、概率统计等方法分析钢箱梁跨中截面温度及纵向应力日变化趋势、总体变化规律及温度对纵向应力的影响情况。结果表明:环境温度在20~45℃时,桥梁设计规范计算得到的钢箱梁顶板温度最大值小于实际监测值;钢箱梁连续24h温度变化服从正弦曲线分布,纵向应力每天前6h变化服从线性分布,后18h服从高斯曲线分布;24h内温度极值点时的温度效应为其它活荷载总效应的5.7~6.5倍;顶板冬季最冷月平均纵向应力相比夏季最热月低12~35 MPa,底板冬季最冷月平均纵向应力相比夏季低12~16 MPa。     

新型大纵肋正交异性组合桥面板力学性能研究

为了解新型大纵肋钢-超高性能混凝土(UHPC)正交异性组合桥面板对传统正交异性钢桥面板的受力性能的改善效果,以港珠澳大桥深水区非通航孔6×110m连续钢箱梁桥为背景,建立全桥有限元模型,对2种桥面方案的静力性能进行对比,建立节段有限元模型,对比2种桥面方案U肋与顶板连接焊缝处的疲劳性能,并分析U肋开口宽度和UHPC结构层厚度对大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板疲劳性能的影响。结果表明:2种桥面方案下钢箱梁控制点的位移和应力相差不大,所提出的大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板在中等跨度连续梁桥中具有较好的适用性;大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板的疲劳性能显著优于传统正交异性钢桥面板;增大U肋开口宽度会导致U肋与顶板连接焊缝应力幅增加,增加UHPC结构层厚度能显著降低U肋与顶板连接焊缝应力幅。     

曲线钢-混凝土结合梁桥的温度应力

基于有限元软件分别对曲线钢-混凝土结合梁桥整体升温25℃和桥面板降温7.5℃进行受力分析。研究在整体升温的温度应力作用下沿桥宽方向桥梁跨中挠度值、桥面板横向位置值、纵向应力值,并给出了整桥的变形云图;降温的温度应力下桥面板沿桥宽方向桥梁跨中挠度值、桥面板横向位置值、混凝土板及钢箱梁底板纵向应力值,同样给出了桥面板及钢箱竖向位移分布云图。通过对曲线钢-混凝土结合梁的有限元分析,说明曲率效应和扭转效应在曲线梁桥计算中是不可忽视的。     

箱梁桥沥青摊铺温度实测及其顶板横向效应分析

高温沥青摊铺作为沥青混凝土桥面施工的一个环节,会对混凝土箱梁顶板的横向受力产生不利影响。该文首先提出沥青摊铺时的温度梯度分布模式,然后结合某桥沥青摊铺时的温度实测数据,得到顶板表面在接触传导后的当量温度值,并利用实体有限元进行了混凝土箱梁顶板的横向应力分析。结果表明:沥青摊铺会在箱梁顶板产生较大的横向拉应力,增设调平层能有效减少混凝土箱梁顶板在沥青摊铺时的温度效应,有利于防止箱梁顶板的纵向开裂。     

采用新型U肋的钢桥面板焊接残余应力研究

基于热弹塑性有限元法,采用ANSYS软件,以镦边U肋与顶板连接处焊缝为研究对象,运用生死单元技术,模拟镦边U肋加劲钢桥面板的焊接温度场与应力场,并分析其焊接残余应力的大小与分布规律。结果表明:焊缝附近应力梯度大,存在较大的残余拉应力,拉应力峰值约为1.16f y;远离焊缝处,顶板存在0.23fy左右分布均匀的压应力,U肋最大压应力为0.09fy;设计时应考虑残余应力对结构性能的影响,尤其是疲劳问题。     

大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁力学特性研究

为明确在多种不利荷载组合作用下大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁的受力规律,以某桥跨布置为(40+175+410+175+40)m的双塔钢-混组合梁斜拉桥为背景进行研究。采用ANSYS建立该桥混合单元空间有限元计算模型,分析自重及斜拉索索力、车辆轮载、桥面板预应力、混凝土收缩和徐变效应、温度效应等荷载及组合作用下中跨跨中段主梁的结构响应。结果表明:对于双索面钢-混组合梁斜拉桥,局部轮载作用下桥面板呈现出明显的局部受力特性,桥面板"第二体系"拉应力可能会大于"第一体系"压应力,中跨跨中区域及边跨尾索区桥面板应配置纵向预应力;桥面板混凝土的收缩和徐变效应、温度效应的叠加是桥面板出现顺桥向裂缝的根本原因,设计时应全桥配置桥面板横向预应力。     

钢箱梁桥面铺装体系构造参数对铺装层应力的影响

针对广州珠江黄埔大桥的结构形式,对钢箱梁桥面铺装体系进行三维有限元分析,分别研究铺装层厚度、钢桥面板厚度、横隔板间距、纵向加劲肋构造尺寸等钢箱梁桥面铺装体系的构造参数对铺装层最大拉应力、铺装层与钢桥面板层间最大剪应力和铺装层表面最大弯沉值等受力控制指标的影响.用此研究结果可指导珠江黄埔大桥钢箱梁桥面铺装层的设计.     

某正交异性板钢箱梁斜拉桥UHPC组合桥面改造方案研究

某跨江大桥为主跨460m的斜拉桥,运营多年后正交异性板钢箱梁出现大量裂纹,提出采用超高性能混凝土(UHPC)组合桥面(由配钢筋网的UHPC层与钢桥面板通过短栓钉组合而成)进行改造。为选择合适的改造方案,采用有限元法建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁(UHPC层厚4.5,5.5,6.0cm)模型,分析各疲劳细节应力及UHPC层应力;开展UHPC层配置钢板条的组合结构模型试验,验证其疲劳性能。结果表明:UHPC组合桥面降低了钢箱梁各疲劳细节最大应力幅,降幅为11%~88%,顶板疲劳细节处裂纹尖端最大应力幅降幅达92%;疲劳荷载作用下,UHPC层顶面应力较低,钢桥面板开裂后UHPC层底面应力较大;采用钢板条对5.5cm厚UHPC层的组合结构加强后,UHPC层名义开裂应力达43.2MPa,200万次疲劳寿命达22.1MPa,疲劳性能满足要求,选择该方案进行改造。     

钢桥面板U肋焊接残余应力影响因素分析

为了进行钢桥面板U肋焊接残余应力精确计算及影响因素定量分析,以星海湾跨海大桥钢桥面板U肋为研究对象,在ABAQUS有限元软件中,建立钢桥面板U肋局部模型,通过自编的Dflux子程序,进行双椭球热源的加载,模拟V型坡口焊的焊接过程,得到顶板与U肋板残余应力分布,从而研究顶板板厚与焊接坡口角度2种因素对U肋焊接残余应力的影响。结果表明:本文的分析方法得到的焊接残余应力计算结果与前人试验数据结果对比,两者吻合较好,本文分析方法有效;顶板与U肋板在靠近焊缝处都出现最大残余拉应力,且均超过材料的屈服极限;随着顶板板厚增大,顶板与U肋板的残余拉应力峰值增大;而随着坡口角度增大,顶板与U肋板的残余拉应力峰值则减小。     

正交异性钢桥面第二体系受力影响分析

由于正交异性钢桥面板第二体系受力的复杂性,不同参数对其影响不易明确,以某钢箱梁桥为例,采用ANSYS有限元软件对比分析了不同铺装厚度、不同顶板厚度、不同加劲肋刚度对钢桥面板第二体系应力的影响。结果表明,适当增加桥面铺装可显著减小第二体系应力,而顶板厚度、加劲肋厚度的影响较小,可以忽略。     

顶板厚度参数对钢桥面板-肋接头疲劳应力影响分析

顶板厚度参数是影响正交异性钢桥面板-肋焊接接头疲劳性能的重要设计参数之一.以某斜拉桥钢桥面板为研究背景,利用Ansys有限元软件,通过变形特征确定了简化的节段模型尺寸,并在此基础上分析了顶板厚度参数对钢桥面板-肋接头疲劳应力的影响,分析结果可为相关研究提供参考.     

铺装层温度效应对U肋与顶板构造疲劳损伤的影响

为研究50 mm厚EA10环氧沥青混凝土铺装层温度对正交异性钢桥面板U肋与顶板构造疲劳致损效应的影响,开展带沥青混凝土铺装层的正交异性钢桥面板足尺节段模型拟静力循环加载试验。分析不同铺装层温度下正交异性钢桥面板顶板的横向应变、挠度以及U肋与顶板构造的局部热点应力响应,在此基础上,对不同铺装层温度下U肋与顶板外侧焊趾疲劳损伤进行研究。结果表明:常温(25℃)条件下,采用沥青混凝土铺装层可降低钢桥面板顶板35.2%的横向应力和10.3%的局部挠度,以及U肋与顶板双面焊构造外侧顶板焊趾区域的应力幅值和疲劳损伤;随着沥青混凝土铺装层温度升高,顶板横向应力、挠度及U肋与顶板双面焊构造外侧顶板焊趾区域的应力幅值、疲劳损伤显著增大,高温(60℃)条件下该区域疲劳损伤度增幅可达41.5%。