边梁底部脱空对模数式伸缩装置的影响分析

模数式伸缩装置作为公路桥梁常用的重要组成构件,对行车安全性和舒适性有着不可忽视的影响。然而大量模数式伸缩装置往往未到使用年限,就发生不同程度的损坏。锚固区混凝土破损及锚固钢筋破坏是其典型病害。调研结果显示:许多锚固区发生破坏的模数式伸缩装置或多或少地存在异型钢边梁与底部混凝土脱空的现象,为了研究这一现象对锚固区混凝土及锚固钢筋的影响,该文运用Abaqus程序对锚固区混凝土及锚固钢筋进行了建模分析。结果表明:在脱空状态下的锚固区混凝土及锚固钢筋的应力均有显著增大,且锚固区混凝土的强度储备无法满足其应力要求,因而这种工况下锚固区极易发生破坏。     

模数式桥梁伸缩缝疲劳寿命分析与结构优化

为提高伸缩缝结构的强度和疲劳寿命，提出了一种考虑移动车轮荷载的伸缩缝结构动力响应计算方法，该方法同时考虑了车轮的竖向与水平冲击荷载，这些冲击荷载作用在内力影响线分析得到的最不利作用点上。在动力分析基础上，采用包含有效缺口应力、雨流计数和线性累计损伤理论的结构疲劳寿命分析方法，评估了模数式伸缩缝的疲劳寿命。针对伸缩缝结构强度与疲劳寿命的不足，依次提出了4种结构优化方法：①优化焊趾结构，减小应力集中。②增设单中梁支撑肋板，提高局部抗弯刚度。③增设双中梁支撑肋板，均匀提高抗弯刚度。④增设带横向连接的双中梁支撑肋板，同时提高局部抗弯和抗扭刚度。研究结果表明：中梁与横梁的连接焊缝和中梁跨中是典型的双缝模数式伸缩缝的易损位置。中梁与横梁的连接焊缝上的最大Mises应力超过了Q345级钢材的屈服应力，疲劳寿命远小于中国桥梁规范要求的200万次。优化焊趾结构无法满足强度要求；增设单中梁或双中梁支撑肋板能够能使结构满足强度要求，但无法达到规范要求的疲劳寿命；增设带横向连接的双中梁支撑肋板，可以达到强度和疲劳寿命要求。     

荆岳长江公路大桥钢锚梁索塔锚固区单节段模型有限元分析

钢锚梁索塔锚固区中钢锚梁承担了绝大部分的斜拉索水平分力,混凝土塔壁只承担小部分,而水平分力是引起索塔锚固区混凝土开裂的主要原因,荆岳长江公路大桥索塔锚固区设计中布置了一定的预应力以增加混凝土的安全储备.通过有限元仿真计算分析手段,分别对索塔锚固区在预应力、钢锚梁设计支承方式、钢锚梁设计支承方式(无预应力)工况下的应力进行分析.结果显示钢锚梁设计支承方式下,锚固区的应力均满足要求,但在设计支承方式(无预应力)时,锚固区混凝土塔壁存在较大的主拉应力集中,因此在索塔锚固区上施加一定的预应力也是必要的.     

桥梁新型钢弹体元件模数式伸缩装置及力学性能研究

为改善桥梁传统伸缩缝易发生疲劳破坏的问题,文中提出新型刚弹体模数式伸缩装置,将钢弹体运用于模数式桥梁伸缩装置中。为探究桥梁新型钢弹体弹性元件模数式伸缩装置的力学性能,通过疲劳试验与数值仿真的方法,建立伸缩缝实体有限元模型,分析不同厚度、不同自由长度、不同材质钢弹簧体的力学性能,并通过疲劳试验研究各种尺寸下钢弹体弹性元件的疲劳寿命,提出钢弹体弹性元件的疲劳设计标准。研究表明,弓形钢弹体弹性元件采用60Si2Mn弹簧钢、厚度取12 mm时,弹性元件位移协调性最好,桥梁模数式伸缩装置力学性能最优。     

组合式锚拉板索梁锚固构造在混凝土斜拉桥中的应用研究

为了解组合式锚拉板索梁锚固构造在混凝土斜拉桥中的受力特性,以某(34+81+115)m跨铁路斜拉桥为背景进行研究。该构造由钢拉板、预埋混凝土梁内的工字型钢构成,工字型钢与混凝土采用PBL键及剪力钉连接。采用有限元软件,建立锚拉板及索梁锚固区有限元数值模型,分析了钢拉板、锚固区混凝土、预埋工字型钢的受力状态,并通过模型试验验证了关键焊缝的抗疲劳性能。结果表明:钢锚拉板与锚拉筒连接焊缝圆弧过渡处附近有较明显的应力集中现象;锚固段混凝土顶部(第一排PBL键以上至梁顶范围)主拉应力较大,超出混凝土的抗拉强度;各主要焊缝疲劳试验均没有发现宏观裂纹,满足抗疲劳设计要求;该构造为混凝土斜拉桥索梁锚固提供了一种解决方案。     

开孔板连接式组合索塔锚固结构参数敏感性分析

为研究开孔板连接式组合索塔锚固结构竖向剪力分布与影响因素,以石首长江公路大桥(主桥为主跨820 m的双塔单侧混合梁斜拉桥,钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构采用开孔板式连接件)为背景,基于连续弹性介质层法,取钢锚梁、钢牛腿和钢壁板作为脱离体单独分析,得到竖向剪力计算公式,对开孔直径、同高度开孔数量、竖向开孔间距和钢壁板厚度等参数进行敏感性研究。结果表明:开孔板连接式组合索塔锚固结构竖向剪力随节段高度的降低而增大;最大竖向剪力对同高度开孔数量和竖向开孔间距的变化较为敏感;适当减小开孔直径、竖向开孔间距和钢壁板厚度,或增大同高度开孔数量、塔壁厚度和混凝土弹性模量,可不同程度地降低开孔板连接件的最大竖向剪力。     

水库路段全封闭桥梁上部结构设计

博深高速公路部分路段位于清林径水库扩容后的淹没区域,作为一级水源保护区,为了满足库区对高速公路防撞、防抛及防排的功能要求,通过带混凝土侧墙的边梁、钢桁架及彩钢板,形成全封闭式"空中隧道"。由于边梁承担较大的恒载、部分活载及横向风荷载等多种荷载作用,力学特征与常规预制结构有一定差异,设计中首先通过施工工序优化弱化边梁与中梁的相互影响,在此基础上,通过有限元模型,对上部结构横向分布系数、边梁与中梁的合理连接方式、边梁自身受力状态等主要力学特征进行了分析,以优化结构设计。     

基于健康监测数据的斜拉桥索梁锚固区焊缝疲劳萌生寿命预测

针对斜拉桥在通车运营不久就萌生疲劳裂纹的现象，以苏通长江大桥为工程背景，在建立焊接细节精细化有限元模型、分析焊接细节缺口应力集中系数和疲劳缺口系数的基础上，基于健康监测实测数据和局部应力应变法理论对索梁锚固区焊接细节处的疲劳裂纹萌生寿命进行预测。考虑到索梁锚固区焊接细节存在高值残余应力，分析了焊接残余应力对焊接细节疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明，与下锚固板相连外腹板焊趾处的疲劳裂纹萌生寿命短于与上锚固板相连外腹板焊趾处的疲劳裂纹萌生寿命；焊接残余应力对疲劳裂纹萌生寿命的影响较大；考虑残余应力的疲劳裂纹萌生寿命较不计残余应力的疲劳裂纹萌生寿命下降60%左右。     

基于有限元方法的复合钢混凝土桥梁热点应力分析研究

通过建立复合钢混凝土疲劳危险部位焊接构件的三维有限元模型,围绕桥梁交通荷载作用下局部热点应力和疲劳损伤累积进行分析,获得合适的在役钢-混凝土桥梁关键焊接构件的疲劳损伤评价方法。研究结果表明:采用大桥有限元模型进行动力特性分析,模型计算固有频率和实测值最大误差在10%以内,计算的动力特性和设计测试阶段特性相符;钢混凝土桥梁纵向加劲桁架细节热点应力区域出现在上下弦杆与对角撑、盖板连接处,与焊缝构件最大疲劳损伤位置一致,主梁框架热应力出现在靠近公路外侧梁腹板连接处;通过线性米勒准则获得的疲劳损伤累积呈线性变化,在高周疲劳损伤初期损伤率增长较慢,后期较快,适用于在役结构疲劳寿命评价。     

钢绞线拉索式落梁防止装置设计

钢绞线拉索式落梁防止装置可在强烈地震作用下为桥梁结构提供一种安全可靠的保障,该装置具有结构紧凑、静载性能好、疲劳寿命高和锚固可靠等特点。     

有黏结预应力CFRP板加固RC梁抗弯疲劳试验与理论分析

为研究有黏结预应力CFRP板加固混凝土梁的疲劳性能,共设计了6根构件,其中疲劳试验构件3根,静载试验构件3根。通过200万次疲劳加载过程中疲劳构件的钢筋、CFRP板和混凝土的应变及荷载-挠度曲线分析,研究了预应力水平、锚固方式对加固混凝土梁的疲劳性能的影响,试验结果表明:有黏结预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的疲劳性能以及疲劳后静力性能良好;预应力水平的提高可以降低试件在疲劳荷载作用下钢筋和梁顶混凝土的应力水平,延缓试件刚度退化;试验采取的两种锚具工作性能良好且差别不明显。通过对试验值进行回归分析,得到了有黏结预应力CFRP加固混凝土梁的疲劳刚度退化规律,并修正了适合有黏结预应力CFRP板加固混凝土构件的疲劳损伤累积计算公式,计算结果表明:该计算公式能够通过疲劳损伤累积规律反算构件的剩余疲劳寿命;有黏结预应力CFRP加固混凝土梁与钢筋混凝土梁的疲劳损伤累积规律存在明显不同,其疲劳损伤累积第1阶段小于疲劳寿命的1%,第1阶段历时更短且第2阶段疲劳损伤累积速率更低;疲劳损伤累积的第1阶段和第2阶段的曲线斜率均为常数并与钢筋最大初始应力有关;提高CFRP板预应力水平能够降低疲劳损伤累积,延长加固构件疲劳寿命。     

钢锚梁索塔锚固区受力机理分析与约束方式比选

斜拉桥采用内置式钢锚梁索塔锚固区结构时,为选择合理的钢锚梁约束方式,以九江长江公路大桥为背景,利用简化平面模型对该桥索塔锚固区水平传力机理进行分析并采用AN-SYS建立索塔锚固区第27节段模型,对4种钢锚梁与塔柱牛腿约束方式(钢锚梁两端始终固定;中跨端固定、边跨端先滑动后固定;边跨端固定、中跨端先滑动后固定;边跨端固定、中跨端始终滑动)进行比选.分析结果表明:钢锚梁采用两端固定的约束方式时,斜拉索水平分力的分配比例和钢与混凝土变形协调关系相关;综合考虑结构安全性和可靠性,认为钢锚梁采用边跨固定、中跨先滑动后固定的约束方式时结构受力较理想;钢锚梁的应力受约束方式影响不大.     

福州鼓山大桥关键技术研究

鼓山大桥为主跨235 m的独塔空间索面自锚式悬索桥,加劲梁为钢-混凝土混合梁,桥面全宽42 m,综述该桥结构设计、科研与试验及施工关键技术。该桥加劲梁在桥塔处设置纵向阻尼器,主索鞍整体铸造,滑动装置采用座板而不采用格栅,散索套及散索鞍采用单向活动支座支承。进行主缆线形与吊索张拉、主缆锚固区受力、抗震性能、钢桥面铺装及全桥模型试验等专题研究,研究表明:该桥设计理论正确,两跨吊索同时张拉较合理,锚固区应力分布复杂,阻尼器作用显著,桥面铺装采用改性沥青较合适,剪力滞效应对结构影响不大。该桥采用"先梁后缆"的施工顺序,钢箱梁采用顶推法施工。     

斜拉桥索塔分组集聚锚固体系设计探讨

斜拉桥索塔分组集聚锚固体系是一种新型的锚固体系,它将斜拉索分组锚固于塔柱间钢箱梁横隔板之间的锚固构造内,形成索塔体外锚固体系。与传统的索塔锚固方式相比,混凝土与钢横梁承压板连接部位始终处于受压状态,降低塔柱混凝土开裂的风险,并可实现塔梁同步施工,施工便捷性和经济性均有优势。国内安徽池州大桥首次成功应用此新型锚固体系。为明确分组集聚锚固体系的力学行为特性和设计方法,以池州大桥为例,首先介绍了该体系的基本设计思想,从斜拉索分组原则、钢横梁设计要点、塔梁连接构造设计几个方面进行了阐述。接着应用有限元软件Midas建立全桥仿真模型,设计了6种计算工况,对斜拉索索面布置、分组集聚形式、钢横梁设计参数进行了敏感性分析。引入塔梁刚度比,研究主塔与钢横梁的刚度匹配,明确了分组、集聚、塔梁刚度比对全桥受力的影响,并给出了设计优化建议。结果表明:分组集聚锚固体系对全桥的横向稳定性和抗扭转性能更有利,钢横梁受力较为复杂,是今后设计的重点;改变横梁长度带来的是主塔-横梁局部受力的变化,改变横梁间距带来的是斜拉桥整体受力的变化;在满足布设空间和构造要求前提下,尽可能减小钢横梁长度和增大横梁间距,以减小塔梁刚度比、提高斜拉索效率,对索塔体系受力和经济性均有利。     

重庆水土嘉陵江大桥桥塔结构设计

重庆水土嘉陵江大桥为主跨388m高低塔双索面叠合梁斜拉桥,桥塔采用双柱式"方尖碑"造型,截面采用不规则多边形结构形式,仅在桥面处设置一道横梁。通过调整两塔肢间距及截面壁厚,减小恒载以及汽车荷载形成的竖向分力对桥塔产生的偏心弯矩;设置锚拉板,解决索塔锚固区环向预应力束布置困难的问题。对整个桥塔及索塔锚固区结构进行分析,结果表明桥塔截面的应力,强度均满足规范要求。     

钢-混凝土组合梁疲劳性能试验研究

为研究以栓钉剪切破坏为表征的钢-混凝土组合梁的疲劳破坏机理及疲劳损伤过程,制作3根钢-混凝土组合梁试件进行疲劳试验,研究组合梁在疲劳荷载作用下的破坏过程、挠度以及混凝土和栓钉应变的变化规律。结果表明:钢-混凝土组合梁的疲劳寿命对疲劳荷载相当敏感,疲劳荷载幅及荷载峰值都会显著影响组合梁的疲劳寿命;以栓钉剪切破坏为表征的钢-混凝土组合梁的疲劳损伤可以分为3个阶段,第1阶段,部分剪力较大的栓钉发生疲劳损伤,但栓钉群的整体抗剪性能无显著变化,组合梁的挠度无显著变化,第2阶段,随着疲劳荷载持续作用,部分栓钉发生严重疲劳损伤甚至断裂,栓钉群的抗剪性能劣化,组合梁的挠度明显增加,第3阶段,大部分栓钉被剪断,钢梁与混凝土板退出协同工作模式。     

成昆铁路矮塔斜拉桥设计关键技术

成昆铁路攀枝花金沙江大桥采用跨径布置为(120+208+120)m的预应力混凝土矮塔斜拉桥。主梁采用变高度单箱双室预应力混凝土箱梁;桥塔采用H形钢筋混凝土结构,桥面以上塔高28m,塔高与跨径之比为1/7.5;斜拉索采用1 860MPa环氧涂层钢绞线,斜拉索穿过塔上分丝管索鞍后锚固于主梁上。该桥采用塔梁固结、墩梁分离的三摩擦副双曲面摩擦摆减隔震支座+剪力榫组合支承体系,不仅解决了桥梁的抗震,还有利于列车的平稳运行和梁端伸缩装置的设置;针对矮塔斜拉桥的特点,基于索梁活载比确定斜拉索索力和梁体预应力钢束的配置。对该桥进行车-桥耦合动力分析,分析结果表明桥梁的动力性能和列车过桥时的安全性与舒适性均满足规范要求。     

鄂东长江公路大桥设计关键技术

鄂东长江公路大桥主桥为主跨926m的双塔双索面半飘浮体系混合梁斜拉桥,主梁采用分离式双箱PK断面形式,中跨为钢箱梁,边跨为PC箱梁,钢-混凝土结合段设于中跨距桥塔中心12.5m处。为使钢结构与混凝土结构平稳过渡,钢-混凝土结合段采用PBL剪力连接器的多格室传力构造。索塔锚固采用在塔柱内置钢锚箱的构造,为控制锚固区混凝土裂缝开展,在锚固侧混凝土塔壁内设置12фs15.24预应力束。为增强结构耐久性和使用寿命,进行钢筋混凝土耐久性及钢结构防腐设计;采用全寿命设计理念,设置桥梁各主要构件检查维护通道,提出构件检查、维护周期及更换标准、工艺及技术要求。     

空间索面斜拉桥钢锚梁受力性能分析

斜拉桥索塔锚固区是承载拉索锚固力的重要结构,也是斜拉桥桥塔设计的关键部位。钢锚梁式索塔锚固构造是一种能够较好发挥钢结构抗拉能力强的索塔锚固结构,但这种锚固形式主要应用于竖直索面布置斜拉桥,在空间索面斜拉桥中的应用于研究较少。为了研究在空间索面作用下钢锚梁结构的受力特点,以某空间索面斜拉桥为依托,通过数值模拟与理论分析的方法对钢锚梁是锚固区的受力特性进行了研究。通过研究可知空间索面拉索对锚梁的横桥向水平分力相对较小,可通过侧向限位装置提供可控的横桥向支撑;锚梁的拉板在老虎口位置应力集中明显,应注意加强该区域的圆顺过渡;混凝土塔壁设计应加强在断索工况下的承载能力检验。     

荆岳长江公路大桥索塔锚固钢锚梁结构体系分析

荆岳长江公路大桥主桥为主跨816m的双塔不对称混合梁斜拉桥,在成桥状态下,索塔锚固采用两端固定的钢锚梁结构体系。为研究钢锚梁平衡斜拉索索力的作用,验证超静定结构体系钢锚梁的合理性,采用ANSYS软件建立索塔锚固区有限元模型,分析钢锚梁施工过程中2种不同的支承体系方案,并通过足尺模型试验研究钢锚梁对斜拉索索力的分配比例。结果表明:斜拉索初张时采用边跨固定、中跨滑动,斜拉索张拉后两端固定结构体系的钢锚梁承担了斜拉索索力水平分力的83.7%,钢锚梁与塔壁对索力水平分力的分配比例为8∶2,该体系能够发挥钢锚梁平衡斜拉索索力的作用,且结构可靠度高。