钢—混组合梁斜拉桥现浇混凝土桥面板关键设计技术研究

为研究钢-混组合梁斜拉桥现浇混凝土桥面板连接界面受力性能及桥面板抗裂性能,以主跨147m的六塔钢—混凝土组合梁矮塔斜拉桥为研究目标,通过数值模拟的方法,对现浇桥面板的钢-混组合梁界面剪力栓钉参数敏感性和现浇桥面板抗裂性能等两方面进行分析研究。结果表明:随着剪力钉间距的加大,剪力钉承担的剪力增大;随着剪力钉刚度的增大,剪力钉承担的剪力增大。在二期恒载和活载作用下,剪力钉横向和顺向剪力分布趋势基本一致,横向剪力均较小,顺向剪力均从梁端向支点处变大;收缩及温度作用下,横向剪力沿跨度方向分布均匀,纵向剪力除端部较大外,跨中处剪力值较小。分析桥面板的抗裂性能时,必须综合考虑桥面板的总体和局部计算结果的叠加效应。     

连续组合曲线箱梁桥焊钉受力特性分析

为了得到连续组合曲线箱梁桥中焊钉的受力特性,结合某三跨连续梁桥工程实例,用空间有限元模型详细计算了不同荷载形式下箱形组合曲梁的受力,得到剪力钉在组合梁中的剪力分布。在恒载作用下,剪力钉切向剪力在弯矩图反弯点附近大,其他位置小,而法向剪力则在支座处同时出现极值,且内、外侧顶板剪力钉在支座处的剪力方向相反;在车辆横向偏载作用下,偏外侧荷载作用下内外侧顶板剪力钉的剪力差明显大于偏内侧荷载;混凝土收缩效应使得剪力钉在全桥两端的剪力远大于其他部位;混凝土徐变效应所产生的剪力钉切向剪力与均布恒载方向相反;随着断率半径的增加而增加,外侧和内侧顶板剪力钉承受的剪力不均匀程度增加。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段力学性能研究

为了解混合梁斜拉桥钢—混结合段受力及传力规律,指导钢—混结合段的设计,以某主跨580m的混合梁斜拉桥为背景,采用有限元软件建立钢—混结合段整体模型,并对比缩尺模型试验结果,建立局部剪力钉推出模型,分析剪力钉传力规律。结果表明:钢—混结合段截面混凝土竖向应力分布不均匀,大小呈凹曲线分布;纵向应力由结合段截面向混凝土段递减。竖向上各剪力钉剪力呈马鞍形分布,上、下剪力钉剪力高于中间剪力钉;横向上内侧剪力钉剪力大于外侧剪力钉;荷载越大,剪力钉竖向受力越均匀,剪力钉刚度越大,各剪力钉的受力越不均匀。     

预制装配式组合剪力钉试验研究

为研究预制装配式组合剪力钉(PCSS)的抗剪性能,考虑剪力钉布置形式、剪力钉个数、钢与混凝土界面粘结对抗剪性能的影响,设计制作了9组试件(8组PCSS试件和1组常规剪力钉试件),采用MTS 5000kN试验机进行推出试验,分析试件的破坏形式、极限承载力、滑移性能和抗剪刚度。结果表明,与常规剪力钉相比,PCSS试件的极限承载力较高,其破坏形态为延性破坏;剪力钉越多,PCSS试件的承载力越高,但PCSS试件的荷载~滑移曲线的趋势不受剪力钉个数的影响;钢与混凝土界面的粘结程度越高,PCSS试件的抗剪承载力和抗剪刚度也越大。建议不考虑界面粘结对承载力的提高作用,以钢与混凝土界面全光滑粘结试验值作为设计依据,提高结构安全储备。     

复杂应力条件下快速施工钢-混组合梁群钉推出试件参数分析

为了研究快速施工钢-混组合结构中群钉剪力连接件在复杂应力条件下的受力特性,探讨焊钉尺寸和不同应力条件对群钉推出试件受力特性的影响,基于混凝土和焊钉损伤塑性模型,考虑结构非线性行为,采用数值有限元法对设计的5组不同参数的群钉推出试件进行数值模拟及分析。在此基础上,进一步分析了不同横弯力和预压应力对焊钉周围的混凝土性能和焊钉失效模式的影响。结果表明:横弯力和预压应力对焊钉的滑移影响较小,但对焊钉的抗剪承载能力和抗剪刚度影响较大;增大横弯力和预压应力,焊钉的抗剪承载力最多可提高31%,抗剪刚度最多可提高61%;焊钉高度大于其直径的4倍时,其高度变化对群钉中焊钉的平均抗剪承载能力和抗剪刚度影响不大;基于混凝土和焊钉损伤塑性模型的有限元建模方法可以较好地用于钢-混组合结构群钉力学行为的参数分析;横向预应力的施加,能够有效改善群钉周围混凝土的性能,提高群钉剪力连接件的刚度和钢-混组合结构耐久性,为群钉在快速施工钢-混组合结构桥梁中的应用提供新的技术选择。     

混凝土自锚式吊拉组合索桥的静力性能研究

通过对一座跨径133 m混凝土加劲梁自锚式吊拉组合索桥的静力分析,研究了非线性、索面形式、吊索形式、加劲梁拱度、初始内力、温度及混凝土收缩徐变等因素对自锚式吊拉组合索桥的受力影响。结果表明:该跨径的自锚式吊拉组合索桥基本满足弹性理论;吊索形式对结构受力影响较大;加劲梁拱度的增加可以提高结构刚度,减小活载挠度;混凝土收缩徐变对结构的受力影响较大。     

斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁结构参数变化对活荷载效应影响分析

基于线性二阶理论和非线性理论对一座多塔斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应进行对比分析,来了解斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁受力特征,并确定合理的活载计算分析方法。在活荷载作用下,通过考虑不同的主梁刚度、桥塔刚度及主缆刚度等结构参数,来分析研究结构主要部件的控制截面受力情况。分析结果表明,采用线性二阶和非线性理论,主跨160m的斜拉-自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应计算误差在5%以内;主梁抗弯刚度、主缆刚度的变化对结构受力性能影响较大,主梁轴向刚度、副塔轴向刚度及主塔轴向刚度的变化对结构受力性能影响较小。     

集束式长短剪力钉抗剪承载力计算方法

为给新型预制拼装钢-混组合梁桥设计施工提供参考,针对该类桥采用集束式长短剪力钉的布置特点,考虑剪力钉不同直径、长度、强度和混凝土强度等因素,开展集束式长短剪力钉的抗剪性能、极限承载能力有限元分析和试验研究。采用推出试验的方法,设计制作18个剪力钉推出试件,考察剪力钉长度和直径对集束式长短剪力钉抗剪极限承载力的影响,提出集束式长短剪力钉的群钉荷载-滑移曲线公式。同时,考虑混凝土、剪力钉、钢梁和钢筋的材料非线性,采用ANSYS软件建立推出试验的有限元模型,分析混凝土强度、剪力钉强度、剪力钉相对位置、混凝土板厚等参数对集束式长短剪力钉抗剪力学性能的影响规律,提出集束式长短剪力钉的单钉极限抗剪承载力计算公式。研究结果表明：短剪力钉的直径和抗拉强度、混凝土强度对集束式长短剪力钉的抗剪承载力和刚度有明显影响;而短剪力钉的长度、长短剪力钉的相对布置位置和混凝土板厚对集束式长短剪力钉的抗剪承载力和刚度影响较小;提出的计算公式计算值与试验值吻合较好。     

超高性能混凝土钢桥面铺装组合结构弯拉疲劳性能研究

为评估树脂连接超高性能混凝土钢桥面铺装结构的抗弯刚度及疲劳耐久性能,通过三点式加载钢板-超高性能混凝土复合梁,并结合电阻应变片测试复合梁受力特征。结果表明,树脂连接超高性能混凝土钢桥面铺装结构的肋板焊缝、层间钢板及铺装表面应力基本随荷载作用增大而呈幂函数增长,且铺装应力随距钢板距离增长呈线性增长;在等效标准轴载140 kN作用下,层间黏结结构可消耗吸收应力约1.6 MPa,经疲劳加载大于1 200万次未发生损伤破坏,表现出良好的抗弯拉疲劳性能。树脂连接超高性能混凝土钢桥面铺装结构避免了焊接剪力钉造成应力损伤影响。     

V墩异型钢混梁拱组合桥运营阶段力学性能分析

为了确定V墩异型钢混梁拱组合桥在运营荷载作用下变形及受力的特点,以郑东新区前程路大桥为背景,采用组合有限元建立大桥精细有限元模型,考虑运营阶段的汽车活载、人群荷载、温度荷载(整体升降温、日照正负温差),分析荷载单独作用于异型拱桥主要构件的力学性能。结果表明:由于预应力混凝土V墩与边跨预应力混凝土主梁形成刚度较大的刚架,活载对该V墩刚构组合拱桥力学性能影响很小,但温度荷载对桥梁结构的影响较大,整体升、降温作用对预应力混凝土结构受力及变形的作用十分显著,整体升、降温作用对钢结构的受力影响不大,但变形影响显著,梯度升、降温作用对桥梁结构受力及变形的影响介于活载作用和整体升、降温作用之间。     

常温养护型超高性能混凝土组合桥面板收缩性能研究

针对常温养护型超高性能混凝土(NC-UHPC)新材料,设计钢-NC-UHPC组合桥面板节段试验模型,通过足尺收缩试验和有限元数值模拟,研究NC-UHPC材料收缩对钢桥面板受力变形的影响。结果表明:钢桥面板各部件的变形在NC-UHPC龄期达28 d左右时,变形虽继续发展但已基本趋于稳定,NC-UHPC收缩对桥面板的边侧剪力钉受力较为不利,边侧剪力钉竖向应变分布为一侧受拉一侧受压,处于明显受剪状态;钢筋网和顶板则以整体受压为主。铺装层的收缩主要对层内的剪力钉和钢筋网的受力变形产生较大的影响,而对钢顶板和纵肋的影响有限。数值模拟结果的应变分布趋势和数值大小与试验测点数据有较好的一致性,考虑到试验需耗费大量时间与经费,采用有限元数值模拟作为NC-UHPC组合桥面板收缩试验的辅助研究手段是合理可行的。     

考虑焊钉非线性作用的钢-混结合部受力性能

无格室-承压板是钢-混凝土结合部的主要构造形式之一,在实际工程中得到了较广泛的应用.利用混合有限元法建立无格室-承压板钢-混凝土结合部计算模型,并根据焊钉连接件性能试验测得单钉荷载一位移曲线及抗剪刚度等基本计算参数,分析了考虑焊钉非线性影响情况下,钢-混凝土结合部焊钉连接件的受力行为、荷载方向焊钉剪力分布状态,钢、混凝...     

考虑界面滑移的剪力钉群等效抗剪刚度研究

针对现有剪力钉抗剪刚度研究中较少考虑混凝土界面滑移,未能体现实际变形的问题,以单塔双索面自锚式悬索桥——朝元门桥为背景,考虑界面滑移,建立了混凝土塔柱与钢结构装饰塔柱间剪力钉群结构有限元模型,并推导出剪力钉群等效剪切刚度简化计算公式。结果表明:有限元计算能模拟钢和混凝土结构界面滑移,群钉抗剪刚度随着滑移的增大逐渐变小;借用板的有效工作宽度计算方法,确定剪力钉群构件中混凝土参与变形的面积,建立的剪力钉群剪切刚度计算公式主要与剪力钉的尺寸和布置等参数有关;推导公式计算值与试验结果、数值分析计算值、实测值一致。     

大跨度钢—混组合梁桥剪力群钉受力分析研究

组合梁仿真分析时将多个剪力钉简化成一个等效剪力群钉进行模拟,不能准确得到每个剪力钉的受力情况.为解决此问题,根据实桥集束式剪力钉布置方式制作剪力群钉推出试件,并进行推出试验,得知群钉中最不利的单个剪力钉承担了32％～37％的总剪力(平均值仅为25％);由大跨度组合箱梁整体模型计算得到剪力群钉受力均值、钢-混凝土相对位移及钢梁与混凝土桥面板的受力状况;根据剪力群钉荷载分配比例对组合梁整体计算得到的剪力钉计算结果进行修正.结果表明,将剪力群钉受力均值换算得到剪力钉受力极值的方法,可实现对大跨度组合梁及其剪力钉的精确仿真分析.     

混合梁斜拉桥钢-混结合段受力性能的有限元分析

为研究混合梁斜拉桥钢-混结合段的传力机理和受力性能,以某混合梁斜拉桥为工程背景,采用通用有限元软件Ansys建立了该桥钢-混结合段的仿真模型,分析了钢-混结合段内各构件的受力情况。结果表明:在设计荷载作用下,钢-混结合段内各构件应力水平较低,沿纵桥向变化平顺,能有效传递内力,满足结构整体受力性能的要求,且具有较大的安全储备;钢箱梁底板折角与横隔板交接处、加劲T肋尾端及靠近承压板预应力锚固区的混凝土等区域应力变化较大,且存在应力集中现象;抗剪连接件受力不均匀,距承压板最远的剪力钉所受剪力为其他部位剪力钉的2～7倍,距承压板最远的PBL剪力键所受剪力为其他部位PBL剪力键的2～6倍;PBL剪力键所受剪力比剪力钉大,但均远低于其抗剪承载力。     

体外预应力钢-混结合梁桥温度效应分析

针对简支体外预应力钢-混结合梁,考虑钢梁与混凝土之间的相对滑移,温度沿混凝土截面线性分布,体外预应力筋直线布置,剪力钉所受到的剪力和钢梁与混凝土板的相对滑移呈线性关系,推导出结合梁及体外预应力筋由温度效应产生的内力计算公式。通过算例与有限元分析进行对比,并讨论了在日照温度效应下,各种因素对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响。结果表明:公式法和有限元法计算结果吻合;日照温度效应使简支结合梁的混凝土板受压,钢梁顶部受拉,底部受压,对体外预应力筋应力影响很小;当剪力钉刚度足够大时,温度应力不随剪力钉刚度变化而变化,剪力钉布置和桥梁跨度对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响不大。     

钢-混凝土组合梁各受力阶段曲率分布研究

在钢-混凝土组合梁全过程分析中，由于栓钉等柔性剪力连接件在受荷较大时会发生塑性变形，从而引起界面上的纵向剪力发生重分布。组合梁的截面曲率在一定程度上受剪力重分布的影响，以均布荷载作用下的简支组合梁为研究对象，将界面受力全过程划分为3个工作阶段，建立了截面轴向力和曲率的计算公式，并将利用上述方法得到的计算结果与按折减刚度法得到的计算结果进行了比较。比较结果表明：在计算组合梁各受力阶段的截面曲率时，需考虑界面纵向剪力重分布的影响。     

混合梁悬索桥钢混结合段局部应力分析

为了解混合梁悬索桥钢混结合段受力性能,为该类型桥梁的设计和科研提供参考,以某混合梁悬索桥工程为背景,采用有限元软件对该桥钢混结合段进行施工过程模拟,分析该部位在各施工阶段下的应力分布特点及变化规律.同时,建立边主梁结合段有限元模型,研究钢混结合段中剪力钉受力状态、结合段各部位传力途径和比例等.分析结果表明:该桥结合段钢结构、混凝土应力基本满足规范要求,仅在混凝土局部较小区域位置拉应力偏大,需要在构造上采取相应措施;结合段剪力钉最大受力为52.3 kN,小于规范限值,说明剪力钉静力承载力不控制结合段设计.     

斜拉桥钢-混凝土组合索塔锚固区焊钉剪力分布

结合上海长江大桥工程,采用空间有限元模型,计算在斜拉索索力作用下钢-混凝土组合索塔锚固区焊钉的剪力,分析焊钉竖向剪力、横向剪力和合剪力分别在索塔竖桥向和横桥向的分布规律.结果表明各剪力沿索塔竖桥向和横桥向分布相当不均匀,在竖桥向塔顶焊钉剪力大、塔底剪力小,在横桥向外侧焊钉剪力大、中间焊钉剪力小.对焊钉横向间距的调整,能有效改善焊钉剪力在横桥向的不均匀程度.焊钉刚度对焊钉最大剪力有很大影响,在设计中需予以重视.     

装配式组合梁剪力钉抗剪承载力研究

为给装配式组合梁剪力连接件的设计施工提供参考,针对装配式组合梁中剪力钉的布置特点,考虑荷载作用等级和剪力钉数量的影响,进行纵向荷载作用下剪力钉连接件的抗剪性能和极限承载力试验研究。采用推出试验的方法,设计了2类共24个剪力钉推出试件,考察试件从受载到破坏全过程的抗剪机制,再利用约束混凝土基本力学原理对试件剪力钉核心区的混凝土进行力学分析从而提出其承载力设计算法,并将计算结果与试验结果进行对比分析。结果表明:相对于常规剪力钉试件,同规格装配式剪力钉试件抗剪承载力高20%以上,峰值滑移增加近1倍,混凝土板裂缝扩展不明显;弹性阶段2类试件荷载-滑移规律相差不大,弹-塑性阶段装配式剪力钉试件荷载-滑移曲线的峰值点向上向后移,破坏阶段装配式剪力钉试件的整体性保持较好;计入混凝土约束增强作用后的承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好,且安全富余度满足规范要求。研究显示,剪力钉周围混凝土受到的约束作用对其纵向抗剪承载力和延性的提高有重要贡献。