基于钢箱梁结构改进的铺装层受力优化研究

对于钢箱梁桥面铺装早期破坏严重的问题,国内外进行了大量研究以寻求解决办法,如采用造价昂贵的环氧沥青、增加钢箱梁顶板厚度等,但问题依旧未能从根本上解决。以广州珠江黄埔大桥悬索桥的钢箱梁铺装体系为例,从经济性和易于工程实施角度出发,提出在钢箱梁顶板纵向加劲肋之间加设横向加劲小肋,以优化铺装体系受力,并对加劲肋形状的影响进行了比较分析。结果表明,该方法可以有效减小铺装层的危险应力,同时钢箱梁的受力状况没有明显变化,且箱梁重量增加较小。该方案已在珠江黄埔大桥的部分梁段进行了实践,经工程测试表明该方案达到了预期目的。     

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.     

加劲肋形式对钢桥面铺装影响与全厚单层铺装研究

为掌握L型、U型加劲肋对正交异性桥面板铺装结构受力影响和差异,解决薄钢板桥面铺装方案设计与施工一体化问题,延长薄钢板桥面铺装耐久性,依托马房大桥钢桥面铺装维修工程,通过有限元数值模拟分析掌握L型、U型加劲肋桥面铺装体系受力特点和差异,基于钢桥面铺装与桥面板复合结构分析,结合典型铺装材料力学性能试验评价,进行了增韧补强型环氧沥青桥面铺装一体化设计研究,对实体工程的全厚度单层铺装层混合料均匀性、性能进行了试验检测评价。马房大桥L型、虎门大桥U型加劲肋桥面铺装结构对比分析表明,U型加劲肋桥面板的整体刚度高于L型加劲肋桥面板,而L型加劲肋桥面板正交异性显著性相对较低。计算分析表明铺装层模量对铺装层横向应变水平影响呈指数关系,超载率对应变水平呈线性影响。经工程应用验证,采用全厚度单层80 mm环氧沥青铺装施工方案,可满足压实、平整、均匀性的设计要求,全厚度单层钢桥面铺装方案可有效提高铺装体系整体性、缩短施工时间、延长铺装使用寿命。     

钢箱梁桥面铺装体系结构优化研究

采用有限元分析的结构优化设计方法对钢箱梁桥面铺装体系进行整体优化研究。建立钢桥面铺装体系的有限元模型,选择包括钢板厚度、梯形加劲肋刚度、横隔板间距、铺装厚度等结构参数作为设计变量,建立铺装最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力、加劲肋挠跨比、钢桥面板最大拉应力等指标的约束条件,采用零阶方法进行优化计算。结果表明,优化设计可以节省材料,降低造价。通过减小梯形加劲肋间距和横隔板间距,增大桥面板厚度和梯形加劲肋高度,可改善铺装的受力状况。     

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学行为特性研究

为了研究开口加劲肋正交异性钢桥面铺装的力学行为特性,通过建立钢箱梁和铺装整体三维有限元模型,分析了荷载作用下铺装层最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力等技术指标的变化及分布规律。得到如下结论:拉应力是导致铺装出现开裂破坏的主要原因,疲劳裂缝应沿桥梁的纵向;当以拉应力作为控制指标时,钢桥面铺装在距离横隔板0.4 m范围内受力最为不利;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装应变水平远大于一般沥青路面;铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应;铺装与钢板层间剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料。     

正交异性桥面结构数值模拟优化分析

运用有限元子模型法,分析轮载作用下正交异性钢桥面铺装的受力状态,比较了桥面板厚度、加劲肋厚度等不同结构参数对铺装层受力状态的影响,对正交异性钢桥面结构进行了优化分析,分析结果表明桥面板厚度对桥面铺装的受力状态影响较显著,其影响比加劲肋厚度对铺装的受力状态影响更显著,提出了钢桥面板的优化组合设计模式.     

正交异性桥面结构数值模拟优化分析

运用有限元子模型法,分析轮载作用下正交异性钢桥面铺装的受力状态,比较了桥面板厚度、加劲肋厚度等不同结构参数对铺装层受力状态的影响,对正交异性钢桥面结构进行了优化分析,分析结果表明桥面板厚度对桥面铺装的受力状态影响较显著,其影响比加劲肋厚度对铺装的受力状态影响更显著,提出了钢桥面板的优化组合设计模式.     

大跨径钢桥箱梁面板下梯形加劲肋参数变化对铺装层应力的影响分析

大跨径钢桥面层铺装常见的破坏类型之一是铺装层表面拉应变过大引起的铺装层纵、横向开裂,这是与钢箱梁正交异性面板的加劲肋设计与布置密切相关的。本文将正交异性钢桥面板、铺装层作为整体建模,借助有限元分析软件详细研究了钢桥面板下梯形加劲肋三参数变化对铺装层表面变形的敏感性,并进一步从铺装材料模量变化和不同的荷位分布两方面分析了铺装层表面的横向拉应力分布规律,得到了一些有益的结论,以期为大跨径钢桥桥面铺装设计、桥面铺装层破坏指标的确定和钢桥面系结构刚度设计提供有益的参考。     

钢箱梁加劲板局部动力性能设计参数研究

为了解钢箱梁加劲板局部振动的特性以及结构与材料参数对其动力性能的影响规律,指导结构设计,以常见的钢箱梁梯形肋加劲板为例,基于有限元软件ANSYS二次开发,建立有限元模型(母板、横隔板与梯形肋的各个板件均用Shell63单元模拟,铺装层采用8节点实体板单元模拟),计算其基本动力特性,分析梯形肋的数量及厚度、横隔板数量、母板厚度、铺装层厚度等设计参数对加劲板自振频率的影响。结果表明:加劲板的2阶自振频率相比于1阶显著提高,之后阶次的增幅相对平缓,且四边固支的自振频率大于四边简支的自振频率,设计时加劲板的基频与高阶频率应分开考虑,且无需详细考虑每一阶高阶振动;合理确定梯形肋与横隔板的位置比增加数量更能有效提高相应的自振频率;母板、梯形肋与铺装层厚度的变化对自振频率的影响不明显,建议在设计规范的范围内取较低值。     

大跨径斜拉桥设纵隔板对钢桥面铺装力学特性的影响

利用通用有限元ANSYS软件,计算分析大跨径斜拉桥设纵隔板对钢桥面铺装力学特性的影响,并分析纵隔板两侧加劲肋刚度对钢桥面铺装受力的敏感性.结果表明,铺装层表面最大横向拉应力/应变最不利荷位是荷载对称施加于一加劲肋正上方且紧靠纵隔板一侧,该荷位作用下计算加劲肋的挠跨比控制在要求的1/800～1/1 700范围内;铺装层表面最大纵向拉应力/应变和最大竖向位移最不利荷位均是荷载施加于相邻两加劲肋中心之间的正上方且跨过纵隔板.同时指出纵隔板上方铺装层表面出现更明显的应力集中,它可以通过改变纵隔板两侧加劲肋刚度得以降低,而且纵隔板上方铺装层表面最大横向拉应力/应变与纵隔板两侧加劲肋刚度有很好的相关关系.     

超重荷载钢桥铺装结构设计与桥梁加固方案研究

交通荷载对钢桥面铺装的使用寿命有很大影响,为设计出满足超重行车荷载使用要求的钢箱梁桥面铺装,运用有限元方法分析了3种备选铺装结构在超重荷载作用下的力学性能,并进一步研究为改善铺装受力状况而采取的桥梁加固措施,为桥梁结构与桥面铺装一体化设计做出了有益的尝试。根据研究结果,推荐钢桥面采用"7.5 cm三层环氧沥青混凝土"铺装结构,并对桥梁结构采用在腹板附近加焊纵向加劲肋的方式进行加固。研究表明,增加铺装厚度以及钢桥面板局部结构的优化,可以较为明显地改善铺装的受力状况,建议钢桥结构设计与桥面铺装设计应同步、协调进行。     

Thus-12极薄磨耗层技术在桥面铺装改造中的应用

早期修建的很多桥梁采用水泥混凝土桥面铺装,水泥混凝土桥面行车噪音比沥青混凝土大,随着经济发展及环保要求的逐步提高,越来越多工程采用水泥混凝土铺装的城市桥梁通过"白改黑"来达到降噪、提升行车体验的目的。针对某城区高架桥的实际情况,在确保工程桥梁结构安全的前提下,选择了合理的桥面铺装改造方案,先彻底处治原桥面病害,然后精铣刨1.2cm厚原桥面铺装,最后铺筑1.2cm厚Thus-12极薄磨耗层。改造后桥面行车噪音明显降低,路面平整度及抗滑性能大幅提升,运营1年半后路面未发现明显病害,工程效果表明桥面铺装改造达到了预期目标。     

正交异性钢-混凝土组合桥面板纵桥向的压弯性能

针对传统正交异性钢桥面板疲劳开裂及沥青铺装破损桥梁工程两大难题,对有望应用于大跨度桥梁中的正交异性钢-混凝土组合桥面板的力学性能进行了试验及理论研究。为探究适用于组合梁斜拉桥的正交异性钢-混凝土组合桥面板纵桥向的受力性能,设计并制作了6个带U肋的正交异性钢-混凝土组合桥面板足尺试件,进行了轴向压力和弯矩加载试验,研究了不同轴向压力、不同混凝土等级对该组合桥面板受弯承载力、延性及塑性发展的影响,并提出了考虑轴压力影响的塑性抗弯承载力计算公式。研究结果表明：当轴向压力恒定时,组合桥面板在压弯荷载作用下的最终破坏形态均为跨中区域下部混凝土板的横向开裂及上部混凝土的压溃;轴压力对正交异性钢-混凝土组合桥面板的初始弹性抗弯刚度影响较小;不同轴压力下抗弯承载力降低值随着轴力的增大并未呈现显著递减趋势,这与轴向压力加载出现偏心距有关;轴压力会显著降低正交异性钢-混凝土组合桥面板的延性及塑性发展过程;将混凝土强度等级从C60提高到C80,并没有显著提高组合桥面板的初始弹性刚度、抗弯承载力、延性及延长其塑性发展过程;此外,提出的考虑轴压力影响的塑性抗弯承载力计算公式精度较高,可有效预测正交异性钢-混凝土组合桥面板的压弯承载力,为实际工程应用提供理论参考。     

正交异性钢桥面沥青混凝土铺装层的裂缝分类及成因

开裂是钢桥面铺装在使用过程中所面临的主要病害之一。报道了国内外10多座钢桥桥面沥青混凝土铺装层开裂状况的跟踪调查与分析结果。根据裂缝的分布位置与几何特征,将裂缝分为规则裂缝、U型裂缝、不规则短发丝裂纹及放射状裂纹4大类,归纳总结了各类裂缝的扩展规律并探讨了其原因。结果表明,规则裂缝是与正交异性钢桥面系构造特性密切相关的结构性问题;不规则短发丝裂纹及放射状裂纹则与施工缺陷密切相关,放射状裂纹主要由鼓包引起;U型裂缝为滑移型缝,层间界面的粘结强度与抗剪强度不足及混合料的高温稳定性不足是导致该类裂缝的主要原因。     

浇筑式沥青混凝土在桥面铺装中的应用与发展现状

介绍浇筑式沥青混凝土在国内外新建桥面铺装和国内桥面维修中的应用情况,提出浇筑式沥青混凝土最新发展动态,列举新型浇筑式沥青混凝土在国内桥面维修中的最新工程实例,为以后浇筑式桥面铺装的发展提供研究方向.     

基于超声导波的钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳裂纹检测方法

纵肋对接焊缝疲劳开裂作为钢桥面板结构的重要失效模式之一,严重危害桥梁结构耐久和安全运营。通过引入超声导波技术,结合对接焊缝的几何特点与疲劳失效特征,建立了基于超声导波的钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳裂纹检测方法。首先搭建了超声导波裂纹检测试验系统,并结合钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳试验,对超声导波检测纵肋对接焊缝裂纹的适用性和准确性进行了验证。在此基础上,通过数值分析方法探究了超声导波在纵肋对接焊缝局部区域的传播机制,并进一步分析了不同焊缝与裂纹参数对超声导波传播的影响规律。研究结果表明:采用超声导波方法能够有效检测钢桥面板纵肋对接焊缝的疲劳裂纹,并确定疲劳开裂的位置;超声导波有限元理论分析与试验测试结果符合较好,验证了有限元模型的正确性;采用单面激励的方式在纵肋中形成的超声导波包括A₀和S₀模态,其中A₀模态占主要部分,超声导波传递至焊缝形成的反射波以A₀模态为主,而较深裂纹形成的反射波以S₀模态为主;不同焊缝和裂纹参数对超声导波的反射波和透射波表现为差异性的影响。所采用的基于超声导波的对接焊缝疲劳裂纹检测方法,可为钢结构桥梁疲劳损伤的检测与监测提供科学依据。     

密水透气环氧沥青混合料配合比设计研究

国内外大跨径钢桥面和混凝土桥面的环氧沥青铺装过分强调配合比的密水性,导致铺装层内水分挥发不出去,经过夏季高温气化后形成早期"鼓泡"病害。用马歇尔试验确定最佳油石比,在可控范围内通过调整油石比来调整混合料的孔隙率,进行不同孔隙率混合料的"密水透气"性试验,用自行开发的试验设备,找出混合料"密水透气"空隙率区间,开发无"鼓泡"现象环氧沥青混合料配合比,解决早期"鼓泡"病害。研究成果在虎门大桥钢桥面维修铺装施工中得到应用和验证。     

正交异性钢桥面沥青铺装受力特征的有限元分析

分析国内外钢桥沥青铺装使用状况与直道试验结果发现,疲劳开裂是正交异性钢桥面沥青铺装破坏的主要形式之一。本文应用有限元方法分析直道试验钢桥模型,针对加劲肋顶部出现纵向疲劳裂缝的实际情况,对应变及相关因素进行研究,对比计算结果与直道试验结果,验证计算的正确性,得到相关的图表公式。     

水泥混凝土桥面沥青铺装及防水层荷载弯曲应力分析

针对水泥混凝土桥梁铺装层易发生横向裂缝病害问题,应用梁体结构的线弹性理论与叠加原理,经过分析推证得到了车辆荷载弯矩在水泥混凝土桥梁桥面铺装层及防水层内所产生的弯曲应力计算公式,并编制了相关的计算程序;对设与不设防水层的沥青混凝土铺装层结构进行了数值计算,分析了沥青混凝土铺装层和防水层的模量、厚度等参数变化对铺装层结构弯曲应力的影响,探讨了沥青混凝土和防水层铺装结构内荷载弯曲应力的变化规律。