基于实桥试验的钢管混凝土桁梁桥力学性能研究

钢管混凝土桁梁桥由钢管混凝土桁架和钢-混凝土组合桥面板组成,作为一种新型的组合结构桥梁,具有承载能力高、刚度大和抗震性能优异等特点,为研究其力学性能,选择在某30m跨钢管混凝土桁梁桥进行实桥测试,对钢管混凝土构件及桁梁桥的整体力学性能进行了研究。试验研究结果表明:在550kN试验荷载下,各杆件在加载过程中始终处于弹性工作状态,实测值和有限元计算值较为吻合;下缘同时存在轴力和弯矩作用,且主管应力水平较低;支管在两端承受相反的弯矩作用,热点应力和名义应力均处于较低水平;主梁整体刚度大,偏载效应较为明显。     

钢—混凝土连续组合桁梁桥受力性能优化

为有效改善钢-混凝土连续组合桁梁桥负弯矩区受力性能,以天津海河吉兆桥为例,总结连续组合桁梁桥的主要设计难点,并对传统的解决方案进行评述,在此基础上提出综合采用部分组合技术、双重组合技术以及优化施工工序3项措施对吉兆桥进行优化设计.采用MIDASCivil软件建立吉兆桥边上1榀组合桁架有限元模型,进行施工全过程分析,检验3项优化措施的有效性.对比分析结果表明,采用此3项技术措施可使混凝土桥面板在荷载短期效应组合下始终受压,下弦杆钢板最大压应力相比不灌混凝土方案降低了约25％.可见,合理采用此3项技术措施可显著降低钢-混凝土连续桁梁桥负弯矩区混凝土桥面板的拉应力和下弦杆钢板的压应力,从而有效避免混凝土桥面板开裂,改善下弦杆的稳定性.     

基于实测数据的高墩大跨混凝土梁桥高精度有限元模拟方法

高墩大跨混凝土梁桥在我国沟壑峡谷地区应用较为广泛。针对这种桥梁混凝土结构施工难度较大且施工周期较长的特点,提出了一种适用于该桥型成桥阶段的力学性能分析的高精度有限元建模方法。该方法首先建立初始有限元模型,然后根据混凝土桥梁的实际施工情况以及荷载试验实测数据对该有限元模型中的结构参数进行修正,获取桥梁在运营阶段荷载作用下的准确的力学响应模型。以一座四跨混凝土连续刚构箱梁桥为依托工程建立了有限元模型,并根据其实际施工误差和结构特点确定了4个结构参数作为待修正参数,采用响应面法根据桥梁实桥加载数据对其结构参数进行了修正。结果表明,采用修正后的结构参数建立的有限元模型与实桥加载数据吻合良好,有限元模型计算精度得到了显著提高,可真实反映桥梁实际结构的受力状态。该方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。     

基于响应面方法的桥梁静动力有限元模型修正

提出了一种基于响应面方法的桥梁静动力有限元模型修正技术,并成功地应用到了常德市白马湖公园虹桥的有限元模型修正当中.利用结构静载位移和振动频率等现场实测静动力响应,构造联合静动力的结构有限元模型修正的目标函数,在相关指标灵敏度分析的基础上筛选待修正参数,并利用响应面方法拟合桥梁静动力响应的代理模型.最后利用响应面替代模型(Meta-model)对该桥进行有限元模型修正,使得桥梁响应的实测值与计算值达到较好的吻合程度,经过修正后的有限元模型能够反映该斜拉桥的静动力特性,可以作为该桥的基准有限元模型.     

低高度敞口式钢桁架桥参数敏感性分析

为明确低高度敞口式钢桁架桥结构受力性能,以某跨堤桥梁为研究对象,建立全桥有限元模型,运用参数对比方法,研究该类型桥梁在不同杆件尺寸、宽跨比、高跨比情况下,整体结构刚度、强度及稳定性的变化规律。结果表明:杆件尺寸对桥梁整体静力性能有一定影响,上弦杆钢管直径对桥梁整体稳定影响较大;桥梁宽度的增加,对桥梁整体挠度、下弦杆最大拉应力、纵横梁最大压应力影响较大,对结构整体稳定影响较小;桁架高度的增加,对桥梁整体稳定影响有限,对桥梁整体挠度及下弦杆应力影响较大。     

高性能钢管混凝土组合桁梁桥

提出一种新型桥梁结构形式——高性能钢管混凝土组合桁梁桥。从结构性能方面阐述该组合桁梁桥高效传力机制、高性能结构构件及节点力学性能,从预制件划分、存放、运输、拼接方面阐述组合桁梁桥高效装配施工性能,从防灾性能方面对组合桁梁桥与混凝土梁桥进行抗震性能有限元对比分析,从耐久性能、可维护性能及环保性能方面论述组合桁梁桥良好的服役性能。结果表明：高性能钢管混凝土组合桁梁桥各杆件受力明确,杆件材料利用率高,结构刚度大,当结构跨径达到80 m时,用钢量指标仍在400 kg·m^-2以下;PBL加劲型等宽钢管混凝土节点可有效改善节点传力性能、静力破坏模式及抗疲劳性能;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件可改善钢混界面传力及钢管局部屈曲性能,有效提高构件承载力;组合桁梁桥主桁单元、桥面板单元、桥墩单元可在工厂标准化生产,预制构件单元质量可控,现场装配速度快,施工周期短;与混凝土箱梁桥相比,组合桁梁桥结构体系地震响应内力下降显著,反应谱分析中纵桥向墩底弯矩与剪力下降达94.0%、81.2%,时程分析中纵桥向墩底弯矩下降达91.6%;采用可更换桥面板构件、桥墩系梁构件使组合桁梁桥全寿命周期性能优异。可见,矩形钢管混凝土组合桁梁桥是一种装配式高性能桥梁结构体系,可为中国中等跨径公路装配化桥梁设计提供参考。     

考虑结构损伤的在役混凝土桥梁有限元模型修正方法

混凝土桥梁结构及材料参数在服役期间处于动态变化过程(如材料劣化),在桥梁完工投入运营之后再测定桥梁的材料或者结构参数较为困难,且采用基于桥梁初始设计参数建立的有限元模型来对其进行模拟的精度有限。为建立考虑结构损伤的在役混凝土斜拉桥的高精度有限元模型,提出了一种基于桥梁荷载试验的混凝土斜拉桥有限元模型修正方法。首先以一座混凝土斜拉桥为依托工程,建立了桥梁初始Midas有限元模型。在考虑混凝土斜拉桥结构特点、施工误差以及可能出现的结构损伤部位的基础上,选取4个结构参数及1个试验参数作为待修正参数。根据依托工程桥梁荷载试验特点及常规试验内容,选择了4个覆盖了结构静、动力特性的指标作为目标函数,根据有限元计算结果建立了待修正参数与目标函数之间的响应面方程。最后根据依托工程荷载试验的结果,结合响应面方程对初始有限元模型进行了修正。结果表明:采用修正后参数的计算结果与实际桥梁施工情况相符,修正后的桥梁有限元模型具有较高精度,可较好地反映出实际桥梁工程在弹性阶段的静、动力力学状态;所提出方法可通过桥梁荷载试验来反推桥梁当前状况下的参数状态,实现对桥梁结构的精确模拟,该方法不仅适用于新建桥梁也可对长期运营的桥梁的结构状态进行反推和模拟。     

矩形钢管混凝土组合桁梁连续刚构桥实桥试验

为了研究矩形钢管混凝土组合桁梁桥这种主梁由矩形钢管混凝土桁架和混凝土桥面板组成的新桥型的力学性能,以中国首座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为对象开展了实桥试验。试验桥孔跨布置为24 m+40 m+24 m,结构体系为连续刚构。试验采用400 kN加载卡车3辆,共进行了3个荷载工况12个加载步的加载,对试验桥的整体力学性能、矩形钢管混凝土杆件力学性能以及桥面板有效宽度进行了研究。试验结果表明：在荷载效率为1.90~3.05的超载工况下各控制杆件的轴力-应变及荷载-位移实测数据线性关系显著,试验桥在加载过程中始终处于良好的弹性工作状态;实测受压钢管混凝土下弦杆钢管与管内混凝土荷载的分配符合二者的轴向抗压刚度比例关系;由于矩形钢管混凝土管壁内设置了纵向PBL加劲肋（开孔钢板加劲肋）,其在开孔区域形成混凝土榫,大幅提高了矩形钢管混凝土杆件的抗拉刚度,使其可达受压杆件刚度的80%;两主桁之间桥面板实测有效宽度与既有文献研究结果符合良好,且剪力滞效应在节点处比节间处表现得更为明显。     

桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正

为获得桥梁结构的基准状态，考虑测试和结构参数的不确定性，将区间分析、仿射算法引入响应面有限元模型修正方法中，建立了一种新的桥梁结构有限元不确定模型修正方法。在讨论结构特点及力学行为的基础上，选择了待修正结构参数和结构响应后，采用均匀试验设计方法获得试验样本，同时结合多样本的有限元分析，采用F检验法得到结构响应的显著性参数。基于有限元模型修正的响应面方法，构建结构的响应面替代模型后，引入区间分析算法的自然拓展，将响应面模型拓展为区间响应面函数，同时采用仿射算法解决区间分析的区间扩张问题，构建桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正方法，并采用遗传算法进行区间优化求解。另外，针对区间响应面有限元模型修正的具体需求，提出了区间响应面函数的两步验证方法。用斜拉桥振动台模型桥梁在不同工况下的测试模态参数和斜拉索索力，对其进行有限元模型的不确定修正，实现了实测响应与有限元计算响应间误差的最小化。区间响应面函数的两步验证证实了参数修正范围和结构响应的有效性和正确性，修正后结构纵向、横向、竖向的一阶，二阶频率以及索力的实测响应均在计算响应范围内。验证结果表明：所提有限元不确定模型修正方法，能有效实现桥梁结构有限元模型的修正。     

钢-混组合梁预应力镂空桥面板吊模法施工

天津海河吉兆桥设计为钢桁架与混凝土桥面板组成的钢-混凝土组合结构形式,混凝土桥面板位于钢桁架大面积镂空部位。通过比选,采用吊模结构,与钢桁架上弦杆组成桥面板的整体承重体系,进行混凝土浇筑。该工艺施工速度快、周转率高,不仅解决了跨海河施工支架搭设难题,也使模板更加贴合混凝土桥面线形。从整体吊模在钢-混凝土桥梁的应用和混凝土桥面板施工工艺等方面展开论述,有关经验可供相关专业人员参考。     

合肥市集贤路跨派河大桥主桥总体设计

合肥市集贤路跨派河大桥主桥是主跨132 m的钢桁拱-箱形梁混合结构桥梁,桥梁边跨至梁端24 m采用了分离式钢箱梁与钢桁拱连接。阐述该主桥总体设计时在主桁型式、片数、矢跨比等方面的方案比选及确定,以及吊杆、桥面板等结构构造设计细节。该桥的建成对同类型桥梁的设计提供了工程借鉴案例。     

拱形钢桁梁桥结构分析与构造细节设计

钢桁架结构通常节点密集,设计复杂多样。现结合绍兴市某拱形下承式钢桁梁桥,介绍其总体布置、结构设计,并基于有限元分析理论,采用通用有限元软件ANSYS对该桥的活荷载计算模式、上下弦杆节点、梁端节点、横肋与下弦杆及小纵梁相交节点的构造细节设计进行计算对比分析。研究表明,整体式节点设计中节点板处竖杆腹板采用渐变断开式设计,可满足应力、屈曲稳定的要求;拱梁结合点处的应力集中范围与大小受圆弧半径、支点相对位置的影响,支点靠近拱梁结合点对结构受力有利;支撑桥面板的横肋下翼缘可与小纵梁、下弦杆采用半刚性节点,虽一定程度上会增大翼缘断开范围腹板应力,但整体应力水平较低。     

整体桥面结构连接细部模型双向受拉疲劳试验研究

南京大胜关长江大桥主桥为六跨连续钢桁拱桥,采用整体桥面板结构.制作钢桥面板和主桁下弦杆节点板连接细节足尺模型,分3个阶段进行疲劳试验.每个阶段疲劳试验完成后,以该阶段试验荷载上限进行静力试验.ANSYS分析结果显示,模型设计及加栽满足模拟要求,试验加载能够反映实际结构的受力状况.静力试验结果表明,各级荷载作用下模型均处于弹性阶段,卸载后基本没有残余应力.疲劳试验结果表明,在各加载循环次数下试验时,没有产生因为疲劳损伤影响应力重分布的现象;按给定的计算应力幅加载作用下,常幅加载寿命大于200万次;疲劳抗力大于试验设计荷载作用下的双向应力幅;连接细部具有足够的抗疲劳能力.     

钢管混凝土桁拱热脱粘及温度应力分析

以一座钢管混凝土桁拱为工程背景,结合气象资料,应用有限元方法对拱肋弦管的热脱粘情况和温度应力进行了分析.分析结果表明,自然环境温度变化下,钢管混凝土桁拱弦管容易发生脱粘;各弦管由于日照作用及混凝土灌注时间的不同,脱粘的情况也不尽相同,脱粘一般发生在日照较为强烈、温度梯度较大的面上;脱粘使得钢管混凝土桁拱的温度次内力减小...     

混凝土桥桥面铺装力学分析

针对钢管混凝土系杆拱桥的受力特点,建立力学分析模型对桥面铺装体系进行受力分析,找出铺装层的最不利荷载位置和加载方式,研究该位置和加载方式下铺装层的应力应变规律,确定铺装层设计的各个控制指标,为桥面铺装层设计提供力学理论依据。     

日照作用下钢管混凝土桁拱温度场实测研究

通过对一座钢管混凝土桁拱肋截面布置温度测点并在现场布置小型气象站,进行了拱肋截面温度场的测试及气象资料的采集,对各弦管的温度分布进行了分析,并应用有限元法分析了各弦管的平均温度以及由此引起的温度应力。结果表明:桁拱各弦管的温度分布中,在与太阳升落方向平行的系列上,上、下弦管温度分布相近;在与太阳升落方向垂直的系列上,左、右弦管的温度分布接近;桁拱各弦管的温度分布及平均温度与单圆管接近,实际分析中可按单圆管来考虑;桁拱各弦管之间的平均温度相差较小,由其引起的温度应力也较小,弦管与腹管的温差对弦管和腹管的应力影响均较小,实际计算中可不考虑。     

昌平钢-混凝土结合连续刚构桥的设计与施工

昌平跨线桥采用两联跨度为(37+60+79+42.5)m及(42.5+79+42.5)m的钢-混凝土结合连续刚构型式.该桥主梁为钢-混凝土结合梁,钢箱梁采用单箱单室直腹板截面,桥面板为钢筋混凝土结构,钢箱梁在中墩处与混凝土墩身固结,下部结构墩柱均采用矩形桥墩.采用有限元程序MIDAS Civil建立全桥空间结构计算模型,对该桥进行静力计算分析,结果表明钢箱应力及结构强度均满足规范要求.为减少对桥下交通的影响,该桥钢箱梁采用工厂预制、现场吊装的方法施工,预制桥面板按先跨中后支点的顺序施工,采用间断法安装.     

桁式钢管混凝土拱桥设计刚度取值研究

讨论了抗压刚度和抗弯刚度对桁式钢管混凝土拱桥应力、变形等的影响情况及其机理,结合一座钢管混凝土拱桥实测资料,对不同规范刚度折减的效果进行了对比分析,根据桁拱不同节段混凝土质量的差别,对钢管混凝土拱肋提出分区进行刚度折减的建议.