大跨度自锚式悬索桥主梁钢-混结合段模型试验

为研究大跨度自锚式悬索桥主梁钢-混结合段的受力性能与传力机理,以重庆鹅公岩轨道专用桥为研究背景,设计相似比为1：3的钢-混结合段缩尺试验模型,采用自平衡加载方法施加轴向试验荷载,测试模型的应力与滑移情况,并将试验结果与有限元分析结果进行对比,验证有限元模拟方法的正确性;而后利用有限元分析结果,得到钢-混结合段在轴向荷载作用下的传力机理。研究结果表明：在试验荷载作用下,试验模型各构件的应力水平均随荷载增大呈线性趋势增长,结构整体处于弹性工作状态;结合段开孔钢板与填充混凝土之间的相对滑移量较小,最大相对滑移量仅为4.2 μm,钢-混之间的协同受力状态良好;轴向荷载首先通过结合段开孔钢板端部的面内承压作用传递至钢梁,之后PBL连接件与栓钉连接件进一步将轴力传递至钢梁,最后通过承压板的面外承压作用将剩余轴力全部传递至钢梁;其中,承压板为主要传力构件,传递61.1%的轴力,剪力连接件与开孔钢板端部传力比例分别为17.0%与21.9%,开孔钢板端部的传力作用不可忽略。研究结果可为后续类似结构的研究与设计提供参考。     

鄂东长江大桥混合梁结合段受力分析

鄂东长江大桥为主跨926 m的混合梁斜拉桥,混合梁结合段采用有格室后承压板形式,钢与混凝土间通过焊钉和开孔板连接件结合。为得出连接件受力分布和内力分担比例,校核连接件布置,对该结合段局部格室建立空间有限元模型,并考虑相对滑移、承压接触和连接件作用进行受力分析。研究结果显示,连接件和承压板各分担约50%的轴压力。焊钉作用最大剪力约为40kN,开孔板连接件约为130 kN,开孔板传力作用明显。沿主梁轴向,钢格室应力平缓减小,混凝土轴向压力线性增加,结合段应力过渡平滑。计算结果与模型试验结果较为吻合。     

大宁河特大桥钢-混组合连续梁负弯矩区受力特性模型试验研究

大宁河特大桥桥面系采用16×27m钢-混组合连续梁,由工字钢梁、预制混凝土板、现浇剪力连接键湿接缝和现浇整体化层组成。为研究钢-混组合连续梁负弯矩区的受力特性,进行焊钉和开孔板2种剪力键类型的1∶2大比例模型试验研究。试验结果表明,开孔板连接件能参与结构受力因而具有较高的整体刚度、较大的初裂荷载;焊钉连接件延性较好;2种连接件均有效且试验梁具有相近的极限荷载。综合比选,该桥桥面系采用焊钉连接件方案。     

钢锚箱嵌固型索塔锚固结构受力机理分析

为提高钢锚箱型组合索塔锚固区传力可靠性,提出了一种将钢锚箱端部嵌固在索塔锚固区的新型结构;基于混合有限元模型,比较分析了该新型结构与现有内置型、外露型钢锚箱索塔锚固区的钢锚箱钢材利用率、塔壁混凝土应力以及钢-混凝土结合面受力机理;进一步探讨了嵌固端侧板厚度、连接件布置方式对钢锚箱嵌固型索塔锚固区受力机理的影响。结果表明:钢锚箱嵌固型索塔锚固结构具有较高的钢材利用率;端塔壁外侧混凝土主拉应力较内置型降低约1.5 MPa且外包钢板;钢锚箱与混凝土塔壁结合面连接件作用单方向均匀剪力;侧板厚度、连接件布置方式对连接件剪力影响较大;该新型构造传力可靠性高,可用于更大跨径斜拉桥拉索塔端锚固结构。     

锚拉板式索梁锚固区足尺模型承载性能试验研究

为了研究锚拉板式索梁锚固结构在设计荷载下的应力分布及传力机理,对某斜拉桥锚拉板式索梁锚固区进行了足尺模型静力加载试验,得到各受力区域在不同荷载等级下的应力分布情况;利用ABAQUS建立索梁锚固有限元模型,按Von Mises强度理论分析其承载性能,并与试验结果对比。结果表明:在设计荷载作用下,该结构整体处于弹性工作状态,满足设计承载能力的要求;锚拉板与锚拉筒的侧焊缝根部圆弧区出现较大应力集中;上加劲板以上的锚拉板部分,最大应力出现在中部槽口中间位置;钢箱梁区域的整体应力水平较低;该结构各构件应力传递路径明确,设计时建议加大锚拉板与锚拉筒侧焊缝根部圆弧半径。     

钢-混组合梁负弯矩区应变控制研究

为了解焊钉连接件和开孔板连接件对钢-混组合梁应变的影响,设计基于实桥的室内模型试验,以设置焊钉连接件和开孔板连接件的模型试件为研究对象,通过在钢梁、混凝土板、连接件以及纵向受拉钢筋等部位布设应变片测量应变,分析不同加载条件下2种模型试件组合梁截面的应变状态。研究结果表明:开孔板试验梁的临界荷载大于焊钉试验梁的临界荷载,即开孔板连接件的钢-混组合梁能承受更大的荷载;焊钉试验梁和开孔板试验梁的危险截面在混凝土板的裂缝控制中应予以考虑;针对该试验模型,开孔板连接件可以有效控制试验梁不同位置处的应变分布和裂缝的间距,并能提高试验梁的整体刚度,在负弯矩区中能发挥出更好的作用。     

竖向荷载作用下多排抗剪连接件剪力分布的计算方法

针对抗剪连接件剪力分布的不均匀程度缺少理论分析的现状,利用弹性变形理论,推导了多排抗剪连接件在竖向荷栽作用下相对滑移和剪力分布的理论计算公式,并与有限元计算结果进行了验证.结果表明,钢板端部固定可以改善连接件的受力状态,且钢、混凝土受力分布也较为均匀;多排抗剪连接件刚度和间距越大剪力分布越不均匀.得到了竖向荷载作用下多...     

桃花峪黄河大桥吊杆-主梁锚固区受力分析

桃花峪黄河大桥主桥为主跨406m的大跨度钢箱梁自锚式悬索桥。该桥吊杆-主梁锚固区采用锚箱式锚固结构,由布置在钢箱梁腹板外侧的锚固板、承压板及加劲板等组成,板杆空间交错,受力复杂。为验证该桥锚固区受力的合理性,采用ANSYS建立主梁空间节段有限元模型,对锚固区各板件的受力状况、锚固板件与箱梁外腹板焊缝受力特性及吊杆索力的扩散规律进行了分析,得到锚固区的受力特性。结果表明:吊杆索力通过锚头锚圈、垫板、承压板、锚固板、主梁腹板传递扩散到整个钢箱梁断面;锚固区各板件应力均满足规范要求,结构受力合理且应力在各板件间传递流畅。     

中承拱整体现浇式∏形行车主梁剪力滞效应分析

基于空间有限元计算,考虑结构的整体受力,对中承拱整体现浇式行车主梁作了相关荷载分析,指出:剪力滞对∏形主梁的抗弯刚度和截面正应力的影响差异显著,采用有效宽度法进行设计不可行;吊杆索力调整对降低剪力滞系数有重要意义;剪力滞系数受梁宽、肋高的影响很大,肋宽、板厚次之;横梁的存在可改善局部范围内截面正应力的分布;荷载横向作用位置与主要受力部位剪力滞系数关系深刻.     

大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段受力性能研究

为研究大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段的力学行为与传力机理,设计相似比为1:4的全截面静载试验模型,测试最不利及超载工况下结构的应力、变形、开裂等;结合有限元仿真分析,研究桥塔钢-混结合段的传力机理,并进一步探讨结构构造参数对其影响规律。结果表明:最不利荷载工况下,钢结构最不利压应力为-165.44 MPa,位于钢过渡段主跨受压侧壁板;混凝土最不利拉应力为8.65 MPa,叠加预应力效应后约为1.73 MPa,位于混凝土段边跨受拉侧;沿塔轴向,钢结构应力平缓降低并在承压板附近存在突变,混凝土应力较为平稳;剪力钉及PBL剪力键弯曲应力均呈"两头大、中间小"的马鞍形分布。模型各构件实测应力随荷载增加呈线性增长,模型整体处于弹性受力状态;结合段钢-混最大滑移值仅65 μm,钢-混之间协同受力良好;模型上下缘实测应力差异约为10%,表明双向曲面构造引起一定的空间受力特性,但挠度量值差异小。超载工况下,1.4倍加载时混凝土段边跨受拉侧出现裂纹;1.7倍加载时钢过渡段主跨受压侧局部应力屈服,模型受力整体表现为以钢过渡段受压侧及混凝土段受拉侧最为不利。2.0倍加载下,模型水平挠度随荷载变化均近似线性增加,转角近似满足线性变化,受混凝土开裂影响较小;最大水平挠度仅1.43 mm,挠跨比约为1/3 000,结构具有良好的刚度性能;结合段内混凝土局部开裂对受拉区的钢-混相对滑移影响较为显著。通过承压板、钢壁板及PBL板分别传递荷载66.3%、15.2%及18.5%,承压板为主要传力构件。参数讨论表明,原桥合理承压板、钢壁板厚度分别介于40~80、24~40 mm之间,剪力连接件刚度对结构传力影响较小。     

PBL和PZ组合销剪力连接件承载力试验研究

为了研究剪力连接件在波形钢组合桥面板中的抗剪承载力性能,给钢混组合结构的设计提够参考,采用了推出试验方法,考虑了贯穿钢筋、椭圆孔、黏结摩擦力等影响因素,设计并制作了8组试件,得出了荷载-滑移曲线,分析了两类剪力连接件的承载力、滑移量、抗剪刚度、延性系数等静力性能指标。考虑组合销本身及椭圆孔的作用,提出了应用在波形钢组合桥面板中带椭圆开孔的PZ剪力连接件承载力计算公式。结果表明:两类剪力连接件均为混凝土剪切破坏,破坏时出现贯通裂缝,PZ连接件钢销及椭圆孔和PBL(开孔板)连接件圆孔均未发生明显变形,但贯穿钢筋变形明显。两类剪力连接件有着相同趋势的荷载-滑移曲线,相同条件下PZ剪力连接件的极限承载力高于PBL剪力连接件,而且开椭圆孔会明显提高PZ剪力连接件的极限承载力。钢板与混凝土之间的黏结摩擦力对剪力连接件的抗剪性能发挥着重要的作用。PZ剪力连接件的抗剪刚度高于PBL剪力连接件,贯穿钢筋会提高抗剪刚度,但开椭圆孔会使抗剪刚度降低。两类剪力连接件均为延性破坏,但PZ剪力连接件延性优于PBL剪力连接件。钢销下部应变幅变化较大,为PZ组合销剪力连接件应力集中区域。提出的带椭圆开孔的PZ剪力连接件承载力公式与试验结果吻合度较好。     

FRP混凝土组合梁抗剪连接件试验研究

针对工程中常用的2种FRP-混凝土组合梁的抗剪连接形式（FRP开孔板件和采用粘结剂粘结）,开展了10个连接件推出试件在单调静力荷载下的试验研究,重点研究了混凝土强度、FRP开孔板排数等参数对连接件的破坏形态、极限承载力、滑移特性和应变分布等的影响。研究表明：采用FRP开孔板连接件的抗剪试件,其破坏形态为FRP开孔板根部剪切破坏,而采用环氧树脂胶粘结的试件,其破坏形态分混凝土内聚破坏和粘结层破坏2种;在受力全过程中FRP开孔板连接件中贯通筋应变较小,GFRP筋的应变最大值不超过1000txe,远小于其极限拉应变（约12000p,s）;混凝土强度对FRP开孔板连接件的承载力影响不明显;三排开孔板的平均单排承栽力小于单排开孔板的承载力,二者比值约为77％;试件破坏时,FRP开孔板连接件的滑移量约为1．0mm,而采用环氧树脂胶粘结的试件在破坏时的滑移量则为0．05mm左右。     

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。     

混凝土主梁斜拉桥锚拉板式索梁锚固区受力性能研究

为了研究混凝土主梁斜拉桥锚拉板式索梁锚固区的应力分布特征及受力性能,采用ANSYS建立了索梁锚固区的非线性有限元模型,在考虑锚拉板与混凝土主梁摩擦作用和不考虑摩擦作用2种情况下,分析摩擦效应对锚拉板的受力影响,并以应力为控制指标,考虑摩擦作用对索梁锚固区设计进行优化。结果表明,锚拉板与混凝土主梁摩擦作用会明显减小PBL剪力键竖向的应力集中现象,但对其横向的受力几乎不产生影响。在取消锚板上排PBL剪力键后,接触面的应力集中现象得到有效改善,结构受力更为合理。     

随机车辆荷载作用下斜拉桥索梁锚固区疲劳性能分析

为探讨大跨斜拉桥锚拉板结构在随机车辆荷载作用下的疲劳性能,以西固黄河大桥为工程背景,利用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了西固黄河大桥整体有限元模型,以及锚拉板的局部有限元模型,在随机车辆荷载作用下对其锚拉板结构的应力状况和疲劳性能进行了分析研究。分析结果表明,移动荷载作用下在锚拉板与锚拉管连接焊缝端部引起的应力值最大,其余焊缝的应力水平较低;对不同路径的数值分析显示,锚拉管中部出现残余应力最大值,达到230MPa,锚拉管两端的的残余应力值较小;锚拉板关键点3和关键点6的应力比其他关键点的大,说明锚拉板与锚拉管焊接端部疲劳问题较其他位置突出,在设计中应予以足够重视。     

重庆东水门长江大桥索塔锚固区非线性接触受力分析

重庆东水门长江大桥索塔锚固区结构新颖,取消了普通外置式钢锚箱索塔锚固区的端板,钢锚箱与混凝土塔肢之间采用剪力钉连接,同时还布置塔肢间预应力,使钢锚箱与混凝土紧密连接,用剪力钉、侧拉板和摩擦力共同承担斜拉索的索力。针对该新型结构形式,利用大型有限元软件Midas FEA,建立索塔锚固区的非线性接触模型,通过对其进行精细仿真计算分析,得出钢锚箱、侧拉板、剪力钉和塔壁混凝土的应力分布情况,以及索力的传递分配情况。     

汽车荷载形式对结合箱梁连接件受力性能的影响

针对采用现行设计规范计算得到的结合梁剪力钉连接件受力无法真实反映其实际受力的情况,以一座两跨连续结合箱梁桥为例,对汽车荷载作用下剪力钉连接件的受力性能进行研究。比较采用杆系有限元模型和板壳-实体有限元模型计算结合梁连接件受力性能的差别,分析不同汽车荷载作用方式对连接件受力性能的影响。结果表明:板壳-实体有限元方法更能真实地反映荷载的整体与局部效应以及同一截面上连接件受力不均匀的情况,因此宜采用该方法计算结合梁连接件的受力。在汽车荷载作用下结合梁连接件的受力与荷载的布置形式有较大的关系,采用车道荷载与车辆荷载相结合并考虑车辆荷载横向偏载的布置形式,能充分反映结合梁连接件的最不利受力情况。     

波折开孔板连接件基本力学性能试验

为了研究和开发钢与混凝土组合结构中的新型连接件,提出了一种新型连接件——波折开孔板连接件。进行了3个波折开孔板连接件推出试验和3个普通开孔板连接件推出试验,测试了这2种连接件的基本力学性能,对试验结果进行了比较和分析,得到了波折开孔板连接件的荷载-滑移关系,并拟合出在正常使用状态和极限承载力状态下的相对刚度表达式。试验结果表明：波折开孔板连接件具有优越的力学性能,其抗剪强度比普通开孔板连接件提高24%,其抗剪刚度比开孔板连接件也有较大提高,达到极限荷载时其延性为普通开孔板连接件的1.9倍。     

钢—混组合结构2种新型连接件性能及不同间距对比研究

为研究钢-混凝土组合结构中开孔板和开孔波折板连接件这2种新型剪力连接件的力学性能,对2种连接件的各自4组试件进行推出对比试验,研究2种新型连接件在不同板间距的情况下其试件的破坏形态、滑移性能、承载力等性能及2种连接件之间的性能.结果表明,2种新型连接件的破坏模式为纵向劈裂破坏,开孔波折板连接件延性性能相对于开孔板连接件的延性较好;不同板间距的连接件的荷载～滑移曲线具有相似性,接近极限荷载时,开孔波折板连接件的滑移速率相对较慢;2种双板连接件的承载力随板间距的增加而减小,相同构造参数的开孔波折板连接件的承载力约为开孔板连接件承载力的2倍以上;相对于单板连接件而言,2种双板连接件的承载力有明显提高.     

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。