采用抗拔不抗剪连接件的钢-混组合连续梁桥设计分析

钢-混组合连续梁桥能够充分发挥钢材和混凝土两种材料的优点,在受力性能、综合造价、施工速度以及耐久性方面具有很多优势,在工程上应用越来越广泛。“抗拔不抗剪”技术通过释放连接件的抗剪作用,能够有效地解决钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土的开裂问题。本文通过Midas建模,研究分析了“抗拔不抗剪”连接件组合梁与普通剪力钉组合梁的受力区别,结果表明：抗拔不抗剪连接件对负弯矩区桥面板轴力、应力和裂缝宽度的“消峰”作用非常明显,但会导致组合梁挠度和钢梁应力有所增加,设计时应综合考虑其对结构受力的影响。     

钢-混凝土连续组合梁桥裂缝问题的研究综述

对钢-混凝土连续组合梁桥而言,负弯矩区混凝土板由于承受较大拉应力而开裂,从而引起钢筋及钢梁腐蚀等严重问题,影响了结构耐久性和承载能力。因此,负弯矩区混凝土板裂缝控制是设计中的重要一环,控制效果直接关系到结构的安全性和耐久性。该文结合最新的研究进展,对组合梁负弯矩区混凝土板的开裂特点、影响因素、裂缝宽度计算、裂缝控制措施等几个方面进行总结、阐述,希望能对连续组合梁桥负弯矩区的裂缝控制有所帮助。     

钢-混组合连续梁负弯矩区受力性能研究及实用新型装置

钢-混组合梁桥体系在市政桥梁工程中近年得到了广泛应用,尤其是钢-混组合连续梁桥。在正弯矩区混凝土桥面受压,钢梁受拉,能充分发挥材料的优势;但在负弯矩区,混凝土桥面受拉会引起裂缝问题。综合使用超高性能混凝土、预应力技术、调整桥面板施工顺序、有效运用支点顶升法,提出了一种新型装置来控制钢-混组合连续梁负弯矩区拉应力和裂纹。有限元结果表明本装置具有较好的效果。     

组合梁负弯矩区UHPC接缝抗弯性能试验

为提高钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性并简化现场施工工艺,提出新型钢-混组合梁桥负弯矩区超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）接缝方案。以湖南省某桥为工程背景,进行1∶2缩尺模型抗弯试验研究;编制截面弯矩-曲率关系MATLAB程序,并与实测值进行对比,验证该程序可用于计算UHPC覆盖下的普通混凝土（NC）中钢筋应力;对现有NC裂缝宽度规范公式进行修正,提出考虑UHPC约束作用的组合梁负弯矩区NC最大裂缝宽度的建议公式;讨论钢-混组合梁桥负弯矩区UHPC湿接缝合理的纵桥向长度,分析UHPC层厚度及层内配筋对抗裂性能的影响。研究结果表明：新型UHPC接缝方案的抗裂性能和抗弯承载能力均满足工程要求,且接缝节点强度高于非接缝区预制部分强度;负弯矩作用下,试件沿梁高的应变较好地满足平截面假定,钢梁与混凝土板及UHPC与NC间的层间滑移量均较小;UHPC裂缝呈现“多而细”的特征,而NC裂缝呈现“少而宽”的特征,预制部分混凝土顶面最先开裂,之后UHPC-NC交界面、UHPC顶面、UHPC覆盖下的NC侧面依次出现裂缝;对于负弯矩区采用UHPC接缝的中小跨径钢-混组合连续梁桥,UHPC层的纵桥向长度宜为20%标准跨径,UHPC层厚度可根据实际工程设计要求确定,增大桥面板内钢筋直径可以提高负弯矩区混凝土的抗裂性能。     

预应力钢-混箱形组合连续梁负弯矩区开裂分析

为研究预应力钢-混箱形组合连续梁墩顶部位(负弯矩区)的受弯性能及预应力设置方法,以广吉高速某组合连续梁桥为背景,以1∶4的缩尺比制作该桥负弯矩区模型梁进行纯弯试验,结合有限元计算结果,分析组合梁负弯矩区的破坏形态、裂缝开展及开裂弯矩等力学性能;模拟改变预应力位置及预应力张拉水平,研究预应力设置对组合梁开裂性能的影响。结果表明:模型梁最终发生塑性弯曲破坏,破坏时裂缝均匀分布且间距与箍筋间距相近,模型梁开裂弯矩为156.0kN·m;在不同预应力张拉水平下,混凝土板对称轴单侧预应力筋合力点至对称轴的距离s与1/2板宽B的比值为0.15～0.50时,开裂荷载较大;预应力张拉水平越高,开裂荷载对预应力筋位置的变化越敏感;原型梁开裂弯矩为15 840kN·m,当s=0.4B时,开裂弯矩可提高约11%。     

钢-UHPC-NC组合梁负弯矩区受力性能试验研究

为解决钢-混组合梁负弯矩区混凝土面板的开裂问题,采用薄层超高性能混凝土(UHPC)替代部分普通混凝土(NC),制作钢-UHPC-NC组合梁,对组合梁负弯矩作用下的受力性能进行研究。设计制作了2根钢-UHPC-NC组合梁(21cm厚的C50混凝土+4cm厚的UHPC)和1根钢-NC组合梁试件(25cm厚的C50混凝土),通过负弯矩静力加载对组合梁的裂缝特征、开裂荷载、承载力等进行对比分析。结果表明:采用薄层UHPC替代部分组合梁负弯矩区混凝土翼缘的表层,与C50混凝土层相比,UHPC层裂缝分布呈现数量多、宽度小、长度短的特征;同等配筋率下刚度提升7%,对极限承载力影响不大;钢-UHPC-NC组合梁开裂荷载为1 400kN,远高于钢-NC组合梁300kN的开裂荷载。采用UHPC薄层可提高混凝土的开裂荷载,可有效解决组合梁负弯矩区混凝土面板的开裂问题。     

连续组合梁桥桥面板施工顺序影响研究

钢-混组合连续梁桥在施工期间的受力会随着桥面板施工顺序不同而变化。为研究桥面板施工顺序对钢-混组合连续梁桥受力的影响,文中基于三维有限元软件ABAQUS对三跨连续的钢-混组合连续梁桥施工阶段进行数值模拟,分析现浇砼桥面板在施工过程中因浇筑顺序不同而引起的应力变化差异,同时对现浇砼容重误差对施工中钢-混组合连续梁桥受力的影响进行数值分析。结果表明,采用整体浇筑时,负弯矩区桥面板的应力变化幅度大,易产生早期裂缝;采用文中所述两种分段浇筑方法能改善负弯矩区砼桥面板的受力状况,且浇筑方法一优于浇筑方法二;砼容重误差对连续组合梁整体受力的影响较小。     

钢-UHPC组合梁负弯矩区受力性能试验

为解决钢-混组合梁负弯矩区桥面板的开裂问题，以桥面连续钢-混组合梁为研究对象，负弯矩区桥面板采用超高性能混凝土（Ultra-High-Performance Concrete，UHPC）代替传统普通混凝土，对其抗裂性能展开研究，并设计3根不同负弯矩区接口形式的钢-UHPC组合梁，采用一种独特的转角加载方式进行全过程静力加载试验，获得转角、临界开裂荷载、应变等关键试验数据；基于Abaqus的混凝土塑性损伤模型建立试验梁的非线性有限元模型，并对试验过程进行模拟。研究结果表明：钢-混组合梁负弯矩区采用UHPC，能明显提高负弯矩区的开裂性能、有效解决了负弯矩区桥面板的开裂问题；建议了合理的负弯矩区接口形式及负弯矩区UHPC纵向铺设长度取0.1L；采用黏结滑移理论，提出了简易的UHPC裂缝宽度计算公式。     

钢箱组合梁混凝土裂缝特征试验

为了解斜腹板钢箱组合连续梁负弯矩区混凝土裂缝的特征,选取2根斜腹板钢箱组合梁进行负弯矩受力性能试验,考察负弯矩荷载作用下组合梁混凝土板裂缝的出现、发展过程和裂缝宽度变化,以及钢筋和混凝土板上缘的应变分布。结果表明：组合梁混凝土在荷载较低时就产生开裂,混凝土板中的裂缝分布特性与配筋率有关;当配筋率较小时混凝土开裂引起其附近的钢筋应变突然增加,钢筋屈服后随着荷载的增加裂缝宽度也增长较快;当配筋率合理时,混凝土产生的0.2mm宽裂缝对应荷载为初始开裂荷载的3倍以上;裂缝间距与混凝土板中横向配筋间距和剪力钉间距有一定关系。     

钢-混凝土组合连续梁力学性能分析

通过对采用分块预制桥道板的钢-混凝土组合连续梁的力学性能分析,得出不同剪力键布置形式对组合连续梁竖向位移、钢与混凝土间相对滑移及对钢梁应力的影响,以及两种不同施工方式对组合连续梁中钢梁应力、竖向位移及桥道板应力的影响。分析结果表明剪力键数量、布置间距及剪力键刚度是影响钢-混凝土组合梁的力学性能的重要因素,同时还表明:分区段安装预制桥道板比一次落架安装桥道板效果好,尤其是对负弯矩区桥道板,分区段安装可以减小负弯矩区段桥道板的受力,控制和预防早期施工阶段中负弯矩区段混凝土裂缝的产生。     

UHPC在连续组合梁负弯矩区的受力性能研究

通过对组合连续梁负弯矩区影响因素的建模分析,建议超高性能混凝土(UHPC)桥面板厚度与组合梁高度之比为1/5～1/9,组合梁高度与跨径的比值为1/18～1/22,钢梁与UHPC桥面板刚度之比为2～10;钢-UHPC组合连续结构梁高远低于钢-C50混凝土组合连续梁结构梁高,结构负弯矩区UHPC桥面板不开裂.     

全预制快速架设钢-UHPC轻型组合城市桥梁

为缩短城市高架桥现场作业时间,利用超高性能混凝土良好的力学性能及耐久性,提出一种可整体预制、整跨吊装、快速成桥的钢-UHPC轻型组合桥梁,并针对传统钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区桥面板拉应力过大的情况,提出一种可与梁段整体预制的简支变连续结构。对30m跨径钢-UHPC轻型组合城市桥梁试设计,并与现有方案进行材料用量及经济性能对比;利用MIDAS/Civil软件对试设计桥梁进行荷载组合效应计算,根据计算结果以中国桥梁设计规范为基础,同时借鉴法国UHPC结构设计规程,分别基于塑性设计法和弹性设计法对钢-UHPC轻型组合连续桥梁的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计计算,并对正常使用极限状态钢筋数量及裂缝宽度的关系进一步探究;建立负弯矩区精细化的局部有限元模型,根据计算结果选择拉应力较大的桥梁纵向接缝进行1∶1足尺模型试验研究。研究结果表明:试设计桥梁在预估价较低的情况下结构高跨比由1/21降低至1/28,自重减至传统钢-混凝土组合桥梁的54%;钢筋数量增加初期,UHPC板裂缝宽度迅速减小,随着钢筋数量继续增大,其对裂缝宽度控制的贡献明显减小;试设计钢-UHPC轻型组合城市桥梁具有足够的抗弯与抗剪承载力,负弯矩区整体应力水平不高,同时试验接缝抗拉强度远大于计算值,满足工程使用要求。     

地裂缝对钢-混组合连续梁桥使用性能影响研究

为了解地裂缝对钢-混组合连续梁桥使用性能的影响,以3跨变截面钢-混凝土组合连续梁为依托,建立有限元分析模型,根据桥梁设计基准期内地裂缝竖向沉降量预测值,研究了地裂缝对钢-混组合连续梁桥抗裂及变形2方面的影响.结果表明:1)地裂缝荷载效应增大了混凝土板开裂的宽度,但最大宽度远小于规范规定的裂缝容许值;2)当土体沉降量达到...     

钢混组合梁桥的设计要点和方法

推导了钢混组合梁桥基于弹性和基于弹塑性的承载能力设计计算方法,从而明确钢和混凝土在组合梁桥中的作用特性。总结了钢混组合梁桥相对于混凝土桥和钢桥的优势和难点,其中难点主要体现在负弯矩区开裂和整体倾覆稳定方面,并针对这两个难点,提出了设计解决方法和要点。     

连续钢板组合梁力学性能研究

为了解连续钢板组合梁力学性能特点,并改善其负弯矩区易开裂的状况,以长沙至益阳段高速公路扩容工程4×30m连续钢板组合梁桥为背景,采用ANSYS软件建立组合梁有限元模型,分析组合梁结构施工过程及成桥阶段的应力分布,研究支点负弯矩区桥面板裂缝控制措施。结果表明,施工阶段简支状态下,连续钢板组合梁混凝土桥面板基本处于受压状态,钢梁跨中最大Von Mises应力约为70.5MPa,翼缘焊钉顺桥向剪力从跨中向两侧支点逐渐增加,最大值12kN;汽车活载作用下,墩顶处混凝土桥面板顺桥向最大拉应力为2.9MPa,钢梁最大Von Mises应力约为64.6 MPa,焊钉顺桥向剪力峰值约为22kN。采用调整施工顺序、墩顶区现浇微膨胀纤维混凝土、加强负弯矩区纵筋配置等措施有效调整了结构应力分布,减小负弯矩区的裂缝宽度。     

钢-混凝土连续组合梁桥施工全过程监测及数值分析

介绍1座钢-混凝土连续组合箱梁桥的设计特色及施工过程,采用先一次建立全桥有限元模型,然后利用Ansys中的生死单元技术,建立了该桥模拟施工全过程的数值分析模型。不同施工阶段的分析表明,设计采用的预应力方法可以使内支座处混凝土桥面板保持压应力状态,有效防止负弯矩区混凝土的开裂。将计算结果与不考虑体系转换情况下组合梁桥计算结果进行了比较,并对该桥成桥状态的性能作了评价。最后,指出了组合连续梁在应用中应解决的关键问题。     

宽幅钢板叠合梁设计与分析计算

以珠海鸡啼门大桥跨河堤引桥为例,介绍钢板-混凝土桥组合梁桥的设计思路,探讨防止钢混组合梁负弯矩区混凝土桥面板开裂的措施。结果表明,负弯矩区选用高性能的混凝土,同时采用顶升落梁的技术,在不施加预应力的前提下,可有效控制受拉区混凝土的裂缝产生。     

钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区施工控制研究

该文以深圳市机场南路新建工程(50+82+50)m钢-混凝土组合连续梁桥为例,对钢-混凝土组合梁负弯矩区施工控制方法进行分析研究。研究结论可供同类工程参考。     

钢-混组合连续箱梁施工预拱度设置影响因素研究

为确定合理的临时支撑间距与拆除时机、负弯矩区剪力连接件类型及是否设置桥面板预留槽等,以便于钢-混组合连续梁桥设置合理的预拱度,以某(40+75+75+40)m钢-混组合连续梁桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析相关设计与施工因素对预拱度设置的影响规律。结果表明:钢梁拼装时应采用临时密支撑,并在正弯矩区桥面板混凝土浇筑后再拆除临时支撑;负弯矩区应采用抗拔不抗剪连接件,桥面板正、负弯矩交界区域应设置桥面板预留槽;仅边跨设置向上的混凝土收缩徐变预拱度值,而中跨不需设向下的混凝土收缩徐变预挠度值。该桥边、中跨跨中钢梁制造预拱度分别为17.7mm和161.9mm,施工时考虑了10mm的弹性变形预抬值。成桥时组合梁线形误差在±10mm内,满足设计要求。     

钢-混组合连续梁桥中支点顶升施工过程受力分析

支点顶升法是钢-混组合连续梁桥对负弯矩区桥面板施加预压应力的方式之一,以嘉兴中环快速路主线高架设计案例为例,研究了不同顶升量对钢-混组合连续梁桥在施工过程和成桥后受力的影响规律,在满足结构耐久性要求的前提下,分析了不同跨径钢-混组合连续梁桥的最优顶升量,可为今后类似项目提供参考.