大跨径钢桥面铺装力学分析研究

桥面铺装是桥梁行车系的主要组成部分 ,其直接影响行车的安全、舒适性和桥梁的耐久性 ,是大跨径钢桥建设的一项关键技术。将正交异性钢板和铺装层作为受力整体 ,建立有限元分析模型 ,分析了铺装层应力的分布和变化规律 ,为桥面铺装结构体系设计积累理论基础     

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-超高延性混凝土组合桥面结构力学性能分析及疲劳试验

为改善当前大跨径钢桥钢箱梁桥面板普遍存在疲劳开裂的现状,提升钢桥面铺装体系正常服役寿命,提出了一种钢-超高延性混凝土组合桥面方案:组合桥面主要由正交异性钢桥面板、配筋超高延性混凝土层和沥青磨耗层组成,钢桥面板上表面焊接栓钉,并设置防水黏结层,超高延性混凝土层与钢桥面板间通过栓钉相连,超高延性混凝土层上表面采取表面粗糙处理,并设置防水黏结层,确保与其上的沥青磨耗层之间形成可靠连接。以虎门大桥钢箱梁为背景,采用有限元软件Abaqus对所提出的组合桥面铺装体系进行了力学性能分析。分析结果表明:采用组合桥面铺装体系,可明显提升正交异性钢桥面铺装体系的整体刚度,使得正交异性钢桥面板关键受力部位的应力水平降低25%～45%,显著延长钢桥面板疲劳寿命。制作了足尺钢箱梁子结构试验模型并开展了疲劳试验研究,疲劳试验结果表明:在规范规定的疲劳车荷载及高于疲劳车荷载的疲劳荷载作用下,累计经历400万次疲劳试验后,组合桥面铺装结构铺装层和钢桥面板均未出现破坏迹象,采用钢-超高延性混凝土组合桥面,可有效延长钢桥面铺装结构使用寿命。研究成果为既有存在病害的钢桥钢箱梁承载力的恢复甚至提高,乃至新建钢桥的桥面铺装提供了一种有益的选择方案。     

坪山分离立交钢桥面韧性混凝土铺装层施工工艺研究

针对正交异形钢桥面沥青混凝土铺装层易破损的病害问题,提出适应于中小跨径钢桥正交异性钢板韧性混凝土面组合结构铺装。钢桥面采用韧性混凝土铺装能显著提高桥面结构层的刚度,减少钢桥正交异形钢桥面普遍出现的疲劳裂缝和铺装层损害等问题,降低后期的维护成本。以千(岛湖)黄(三)项目立交桥为研究对象,通过研究韧性混凝土的施工技术及工艺,总结经验,为类似工程施工提供借鉴。     

匝道钢桥面铺装层力学分析

匝道钢桥局部段具有大纵坡,小半径的特点,汽车正常行驶于该桥段时车速会明显放缓,在行车荷载作用下铺装层内部应力分布较为复杂。运用有限元软件ABAQUS建立局部正交异性钢桥面结构模型,分析紧急制动状态下匝道钢桥面铺装层受力特性。     

南京长江第二大桥钢桥面铺装层受力分析研究

南京长江第二大桥采用正交异性钢箱梁结构，桥面铺装层在国内首次采用环氧沥青混凝土材料。本文将正交异性钢桥面板、铺装层作为受力整体，建立有限元分析模型，研究铺装层内受力变形特点，提出桥面铺装层破坏指标。研究铺装层参数、钢箱梁有关设计参数对于铺装层受力的影响。为桥面铺装层材料选用、钢箱梁结构构造设计及车道划分提供理论依据。     

中等跨径钢桥桥面系标准部件组合优化分析

为研究中等跨径钢桥标准化桥面铺装层受力性能及整体造价成本,对中等跨径钢桥桥面系不同标准部件组成的正交异性桥面铺装体系进行优化选择,以实现钢桥经济性和安全性的良好结合。将桥面系整体造价及竖向挠度作为优化的目标函数,以挠跨比限值和裸板的横向拉应力、铺装板的横向拉应变限值作为约束条件,考虑顶板厚度、U肋高度和铺装层厚度等主要设计参数,对标准化设计中的桥面系标准部件组合进行优化分析。结果表明:轮载作用在U肋中心位置和满布在U肋中间位置时对裸板和铺装板的受力和变形最为不利;顶板厚度和铺装层厚度对裸板和铺装板的受力与变形影响较大,在设计时应予以关注;顶板厚度取16mm、U肋取U300×260×8-40、铺装层为EA(40mm)+GA(30mm)的正交异性钢桥面铺装体系受力和经济性能最优。     

正交异性钢桥面新型复合铺装结构研究

针对正交异性钢桥面存在的主要破坏形式,提出其铺装层相应的4个主要设计指标:铺装层表面拉应力、铺装层与钢桥面板层间剪应力、铺装层垂直压应变和铺装层剪应力。利用有限元方法,以铺装层与含加劲肋和纵横隔板的正交异性钢桥面局部梁段作为计算对象,进行有限元分析,分析各个设计指标随铺装过渡层模量和铺装层厚度的变化规律。首次提出以水泥基材料为过渡层、焊钉为剪力连接件和SMA13为表层的新型复合铺装系统,并进行了热相容试验、高温复合车辙试验和复合梁疲劳试验等一系列小型试件试验研究。研究结果表明,增大铺装过渡层模量或适当增加铺装层厚度,有助于降低正交异性钢桥面板的应力和应变,使铺装层总体受力越有利;与传统双层沥青混凝土铺装结构相比,新型复合铺装系统性能更优越。     

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。     

钢桥桥面铺装方案环道试验研究

在专门设计加工的环道正交异性板钢桥上 ,进行了多种铺装方案的环道疲劳试验、高温抗车辙试验 ,比较各种铺装的使用性能与材料、结构的关系。     

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。     

钢桥面灌注式树脂混凝土铺装材料与结构研究

为解决桥面系刚度不足时正交异性板的疲劳开裂和铺装的早期破坏问题,基于适度提高铺装材料模量和路用性能的思路,研发灌注式树脂混凝土(PRC)和相应铺装结构。通过室内试验,研究灌注用树脂性能、PRC路用性能和PRC铺装结构层间黏结性能;通过有限元建模和计算,分析PRC铺装结构的受力特点和对正交异性板疲劳细节的保护作用;采用复合梁疲劳试验和缩尺模型加速加载试验对PRC铺装的结构性能进行检验。结果表明:PRC具有优良的高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性,满足沥青混合料技术要求,并具有较长的疲劳寿命;PRC铺装结构的层间黏结强度优于环氧沥青混凝土和浇注式沥青混凝土铺装结构;PRC铺装结构具有较小的表面拉应力和较大的底剪应力,但均远小于材料强度和层间黏结强度,且优于常用沥青混凝土铺装;采用PRC铺装结构,正交异性板疲劳细节的应力降低了20%左右,肋间相对挠度、最小曲率半径和相对挠跨比均更为有利,对桥面系起到了更好的保护作用;复合梁五点脉动弯曲疲劳寿命超过100万次,表明PRC铺装结构防水黏结层性能满足要求;加速加载试验中,加载12万次后PRC铺装结构无车辙,正交异性板无裂缝。工程应用结果表明,PRC及铺装结构工艺合理,铺装及正交异性板均未发现病害。     

大跨径钢桥面铺装结构精英蚂蚁寻优策略（全文点击）

基于精英蚂蚁寻优策略,将大跨径桥梁的钢桥面板和铺装层作为桥面铺装系整体进行结构优化设计。以铺装层正常使用年限最长和结构总重量最轻作为优化设计的目标函数,在此基础上建立多目标优化设计的数学模型。针对模型的离散变量优化设计特点和具有并行计算的条件,引入精英蚂蚁寻优策略进行求解。借助大型有限元软件ANSYS和Matlab6.5 编程技术,开发了钢桥面铺装体系结构多目标优化设计程序。以国内某大跨径钢桥为对象,采用多目标优化设计方法,给出了钢桥面铺装体系中各参数的优化设计值。所选择的设计变量范围覆盖了目前常用的正交异性钢桥面系结构参数值,且应用精英蚂蚁寻优策略对大跨径钢桥面铺装体系优化设计是可行的。 pdf全文       

大跨径钢桥面铺装结构精英蚂蚁寻优策略

基于精英蚂蚁寻优策略,将大跨径桥梁的钢桥面板和铺装层作为桥面铺装系整体进行结构优化设计。以铺装层正常使用年限最长和结构总重量最轻作为优化设计的目标函数,在此基础上建立多目标优化设计的数学模型。针对模型的离散变量优化设计特点和具有并行计算的条件,引入精英蚂蚁寻优策略进行求解。借助大型有限元软件ANSYS和Matlab6.5编程技术,开发了钢桥面铺装体系结构多目标优化设计程序。以国内某大跨径钢桥为对象,采用多目标优化设计方法,给出了钢桥面铺装体系中各参数的优化设计值。所选择的设计变量范围覆盖了目前常用的正交异性钢桥面系结构参数值,且应用精英蚂蚁寻优策略对大跨径钢桥面铺装体系优化设计是可行的。     

刚性铺装在桥面正交异性板补强中的应用

为应对重交通或桥面系刚度不足时,桥面正交异性板的疲劳裂缝和铺装的早期破坏问题,国外发展了刚性铺装技术。该文结合实际工程案例,对比分析了国内外刚性铺装的典型结构、受力特征、铺装材料和施工工艺。综合分析表明:荷兰、日本和中国刚性铺装结构的主要区别在于铺装层与桥面顶板的连接上;相对于柔性铺装,刚性铺装可使正交异性板疲劳细节的峰值拉应力降低约95%;各国刚性铺装的加筋材料和用量有所不同,混凝土则有超高性能混凝土、钢纤维快硬水泥混凝土和高韧性水泥混凝土3种类型。     

钢桥面刚性铺装结构与材料分析

为应对重交通或桥面系刚度不足时,桥面正交异性板的疲劳裂缝和铺装的破坏问题,境内外发展了刚性铺装技术。在实桥调研的基础上,对比分析了境内外刚性铺装结构和材料的差异,并通过有限元建模和计算,分析了刚性铺装结构的受力特点,讨论了刚性铺装的应用和改进措施。结果表明,混凝土易产生收缩裂缝,有可能影响桥面铺装的防水性能;荷兰、日本和我国刚性铺装结构与材料的主要区别在于铺装与桥面板的黏结方式、钢筋网的设置、磨耗层设置和混凝土材料配比等4个方面;刚性铺装中沥青磨耗层与混凝土之间的界面是受力的薄弱之处,最大剪应力超过0.7MPa,是常用沥青铺装和混凝土路面加铺沥青混凝土磨耗层结构的2倍左右;刚性铺装更宜用于旧桥正交异性板的补强工程,而在沥青磨耗层与混凝土层之间设置高效黏结层和抛丸处理,能够减少前述病害。     

铺装层对正交异性钢桥面板疲劳性能影响效应研究

为研究铺装层对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响,以港珠澳大桥标准联边跨跨中为背景,选择3类典型正交异性钢桥面板疲劳细节,考虑铺装层与钢桥面顶板的层间结合状态,铺装层的厚度、弹性模量、组成成分,建立该桥正交异性钢桥面板有限元模型,分析铺装层各因素变化下3类疲劳细节的应力幅变化;通过分析铺装层轮载扩散效应的扩散角对各疲劳细节应力幅的影响,提出合理扩散角,以此来考虑铺装层对钢桥面板的作用。研究结果表明,铺装层与钢桥面板间接触状态对正交异性钢桥面疲劳性能的影响较小;铺装层各参数对正交异性钢桥面板的疲劳性能影响较大;当进行钢桥面板抗疲劳设计时,可取轮载扩散角≤30°或采用BS5400所推荐的26.5°,或者偏安全地忽略铺装作用效应,以简化分析过程。     

大跨径钢桥面结构有限元优化分析

运用有限元法分析了轮载作用下正交异性钢桥面铺装的受力状态和桥面板厚度、加劲肋厚度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,提出了钢桥面板的优化组合设计参考数据。     

大跨径钢桥面铺装有限元模拟分析

运用有限元及子模型法分析了桥梁整体变形对铺装层的受力状态的影响,并分析了局部轮载作用下正交异性钢桥面铺装的内部受力状态及应变分布特点。分析了铺装层模量对其受力状态的影响,对磨耗层及刚度过渡层的模量组合进行了优化设计分析。分析结果表明钢桥面铺装设计的控制受力因素是轮载局部作用下铺装层的横向应变,铺装层模量对铺装层的受力状态有显著影响。     

正交异性钢桥面板第一体系受力状态对铺装层的影响

针对不同桥型主梁上正交异性钢桥面铺装层破坏的差异，采用预应力模拟正交异性钢桥面板的第一体系应力，用有限元方法计算作用有不同预应力水平的局部正交异性钢桥面系在标准轴载作用下的力学响应。得到了局部桥面系铺装层的各控制指标值分别随预应力水平的变化关系。结果表明，第一体系纵向正应力对铺装层表面最大纵向拉应变影响显著，第一体系横向正应力对铺装层表面最大横向拉应变影响较大，而第一体系应力状态对最大肋间相对挠度的影响很小、对层间最大剪应力基本没影响。