波形钢腹板箱梁桥异步施工节段足尺模型试验研究

为了研究波形钢腹板箱梁桥异步施工过程中结构的受力性能,验证各关键部位的安全性,以奉化江大桥主桥为背景,针对该桥异步施工过程中的受力最不利工况——主梁16号节段的底板浇筑工况设计制作足尺模型(长7.2m、宽2.3m),采用两点加载方式进行静载试验,研究施工荷载作用下梁体挠度、波形钢腹板侧向变形、波形钢腹板及钢翼缘板的应力分布。结果表明:施工荷载作用下,混凝土顶、底板均未出现裂缝,波形钢腹板剪应力远小于其抗剪强度设计值,波形钢腹板自承重异步施工可满足结构受力要求,具有足够的安全储备;波形钢腹板作为自承重结构在竖向荷载作用下产生的竖向挠度及侧向变形较大;波形钢腹板上翼缘板挂篮作用点处为结构受力关键部位,施工时应对其进行局部加强。     

波形钢腹板PC梁桥施工期局部应力分析

以某大桥波形钢腹板异步浇筑施工为背景,针对波形钢腹板施工期局部应力集中问题,采用有限元分析软件Ansys建立波形钢腹板有限元模型并模拟异步浇筑施工过程。基于有限元模型和现场实测数据,得到了各施工工况下桥梁关键截面波形钢腹板的局部应力状态。研究表明:有限元模型与实测应力数据相对吻合,随着施工的进行,各项应力值均不断增大,0#块根部波形钢腹板剪应力实测值在施工到8#悬臂节段时达到最大值(23.3 MPa),低于有限元计算值(26.5 MPa)和钢腹板材料的强度设计值(310 MPa)。     

波形钢腹板PC梁施工期位移分析与控制

针对波形钢腹板异步施工过程中位移变化复杂的问题,结合有限元软件Midas的整体结构分析和Ansys局部细化分析,讨论了关键阶段异步施工过程中波形钢腹板梁控制位置的位移变化趋势。提出了针对波形钢腹板施工的位移监控方法。以主跨为130m的波形钢腹板PC梁桥为工程实例,采用该文提出的新方法,结合现场实测数据,验证了该方法的可行性。研究表明:在施工位移控制过程中,对于复杂的钢混结构,需要建立精确的局部模型来校正整体模型。     

波形钢腹板PC连续梁异步悬臂施工工序研究

为研究波形钢腹板PC连续梁桥在异步悬臂施工不同工序下的受力性能及施工工期,以主桥长360m的奉化江大桥为背景,采用有限元软件建立该桥箱梁的1～4号节段模型,分析按不同顺序浇筑箱梁顶、底板混凝土,吊装波形钢腹板时箱梁结构受力,并比较所需工期。结果表明:异步悬臂施工时,PC梁箱室中间小部分顶板混凝土处于受拉状态;波形钢腹板位移变化较大。若仅考虑结构受力,先浇筑前一节段顶板,再浇筑本节段底板,最后吊装后一节段波形钢腹板的方案施工期间挠度最小,受力最优;若综合考虑结构受力性能和施工周期的影响,同时浇筑前一节段顶板和本节段底板,最后吊装后一节段波形钢腹板的施工工序最优。     

文泰高速葛溪大桥主梁悬臂施工分析

文泰高速葛溪大桥左、右线分幅设置,主桥包含4个跨径均为(55+100+55) m的波形钢腹板PC连续刚构桥。该桥左线2号桥及右线桥均采用传统菱形挂篮悬臂施工,左线1号桥采用异步挂篮悬臂施工。为对比传统菱形挂篮与异步挂篮悬臂施工的效果,采用MIDAS Civil软件建立施工阶段有限元模型,结合现场实测数据,对2种工法施工过程中主梁的线形、应力及施工效益进行对比分析。结果表明:采用异步挂篮施工时,波形钢腹板的制造线形需要设置较大的预拱度;2种工法施工过程中箱梁顶、底板正应力水平基本一致,采用异步挂篮施工时波形钢腹板的剪应力略大;异步挂篮施工有3个独立的工作面,可以节省波形钢腹板的安装时间,经济效益明显,具有较高的操作安全性,建议在施工工法比选时优先考虑。     

某波形钢腹板天桥设计方法研究

波形钢腹板组合箱梁桥是一种造型美观、受力合理的新型钢-混凝土组合结构,以某波形钢腹板PC组合箱梁跨线桥为背景,介绍了该桥的主梁整体设计、波形钢腹板构造设计、顶底板连接键设计计算,并按施加一期荷载、张拉体外预应力钢束、施加二期恒载、施加活载等施工及营运流程进行波形钢腹板预应力混凝土组合桥梁的上部结构顶底板混凝土应力、波形钢腹板应力及结构刚度(挠度)的有限元静力分析计算,验算其是否符合现行规范要求,为今后类似工程计算提供参考.     

大跨波形钢腹板组合箱梁桥悬臂施工力学分析

基于某13跨波形钢腹板连续梁桥,采用实际监测法和有限元数值模拟法,研究了波形钢腹板组合箱梁桥悬臂浇筑施工过程中温度效应和应力状态两个关键力学问题。研究结果表明,波形钢腹板组合箱梁桥悬臂施工过程中,大气温度变化可以引起梁体产生不可忽略的位移。施工过程中混凝土顶、底板由于剪力滞效应影响,纵向正应力呈现不均匀分布,而腹板剪应力分布均匀,且基本不受预应力施加的影响。     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁斜拉桥抗剪特性研究

为了解单箱多室波形钢腹板组合箱梁斜拉桥在施工过程中的剪应力分布情况,以某单箱五室波形钢腹板PC组合箱梁斜拉桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥空间有限元模型和边塔主梁施工过程精细模型,并结合实桥施工监测数据,研究单箱多室波形钢腹板组合箱梁在不同施工阶段的抗剪特性。结果表明:波形钢腹板组合箱梁的挠度实测值与精细模型计算值基本吻合;斜拉索张拉时,组合箱梁的剪切变形会显著增大组合箱梁的挠度;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的腹板剪应力沿高度方向变化较小,呈等值分布;各腹板的剪应力分布与施工工况有关,在斜拉索张拉阶段剪应力主要由中腹板承担,但后续节段施工会改善腹板间的剪应力不均匀现象。     

某黄河大桥主桥上部结构有限元静力分析

以某黄河大桥主桥(70 m+11×120 m+70 m波形钢腹板PC组合多跨连续箱梁桥)为背景,按合龙、张拉体外预应力钢束、施加二期恒载、施加活载等施工及营运流程,进行波形钢腹板预应力混凝土组合桥梁的上部结构顶底板混凝土应力、波形钢腹板应力及结构刚度(挠度)的有限元静力分析,验算其是否符合现行规范要求.结果表明,波形钢腹板的钢板厚度可以满足要求;墩顶处顶板不满足抗裂要求.正常使用极限状态下箱梁波形钢腹板竖向剪应力满足规范限值,但安全系数不高;波形钢腹板屈曲验算得到的剪切屈服强度为31 MPa,安全系数很大.     

波形钢腹板预应力组合箱梁的徐变性能

为研究波形钢腹板预应力组合箱梁的徐变性能,利用ANSYS/CivilFem软件建立波形钢腹板预应力组合箱梁和常规PC箱梁空间有限元模型,对二者在相同顶底板初始应力和相同预应力配置这2种情况下的徐变效应,包括结构长期变形、体内和体外预应力损失率进行对比分析.结果表明:徐变引起的波形钢腹板箱梁挠度增量大于混凝土腹板箱梁;徐变引起的波形钢腹板箱梁体外预应力损失率大于混凝土腹板箱梁;体内预应力损失率小于混凝土腹板箱梁.     

异步施工中波形钢腹板稳定性研究

随着施工技术的不断进步，一种新型施工工艺——异步施工法逐步运用于大跨径波形钢腹板组合梁桥施工。异步施工法可极大地提高施工速度，但同时也使得波形钢腹板受力更为复杂，其在施工过程中稳定性问题较为突出。以焦作南水北调大桥为背景，比较了4种形式的临时横撑对结构稳定性的影响，基于ANSYS对临时横撑布置位置进行了参数化分析。结果表明：临时横撑可有效限制波形钢腹板在施工过程中的横向偏位和提高结构稳定性，其有效性主要取决于临时横撑对波形钢腹板的约束效应和对截面抗扭刚度的贡献；根据施工需要，上道横撑的设置应尽量靠近波形钢腹板上翼缘，而下道横撑可适当上移。     

波形钢腹板组合箱梁疲劳性能试验与理论分析

为了给波形钢腹板组合箱梁的疲劳设计和施工提供参考,制作了试验模型梁,并对其进行疲劳荷载试验,得到了这种结构的典型疲劳破坏特征。结合有限元分析,利用已有的研究资料,比较了波形钢腹板组合箱梁与波形钢腹板钢梁应力状态的相似性。采用断裂力学分析方法,对比有限元分析和模型梁试验结果,研究了波形钢腹板组合箱梁疲劳寿命的计算模式,进而推导出这种结构的S-N曲线。研究结果表明:对于波形钢腹板组合箱梁的疲劳设计,在有限疲劳寿命设计与计算中建议偏安全地采用美国规范AASHTO 2007提供的设计参考中的C类标准。     

大跨波形钢腹板预应力组合箱梁桥线形控制技术研究

波形钢腹板体外预应力组合箱梁的显著特点是用波形钢腹板取代了混凝土腹板,其受力性能与常规预应力混凝土箱梁有较大差别。为了研究剪切变形和日照温度效应对大跨波形钢腹板预应力组合箱梁桥线形控制影响,本文以桃花峪黄河大桥跨大堤桥为背景进行了分析,研究表明:(1)剪切变形对大跨波形钢腹板预应力组合箱梁挠度影响不可忽略,需要以能精确模拟此类结构构造特点的空间有限元分析计算为基础进行该类结构线形控制。(2)在日照温度挠度效应方面,波形钢腹板预应力组合箱梁的日照温度挠度效应趋势和常规PC箱梁相同,但是其温度挠度变化比同跨径常规PC箱梁小。     

均布荷载作用下波形钢腹板简支箱梁的挠度

基于波形钢腹板组合箱梁的特点,在其承受均布荷载作用下,运用能量变分原理推导了波形钢腹板简支箱梁考虑箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切效应下的挠度计算公式.结合室内模型试验梁的实测值和ANSYS三维有限元的计算值,对该公式的正确性进行了验证,同时分析了这2种影响因素对波形钢腹板简支箱梁挠度的影响程度.结果表明:该公式的计算结果与实测值及有限元计算值吻合良好;在承受均布荷载作用下,与初等梁理论计算的挠度相比较,剪力滞效应和波形钢腹板的剪切效应分别增大波形钢腹板简支箱梁挠度的1.82％和36.36％,因此在实际计算中必须考虑波形钢腹板剪切效应对挠度的影响,而可以忽略剪力滞对挠度的影响,研究结论可为今后波形钢腹板箱梁桥的设计计算提供参考.     

考虑腹板剪切行为的波形钢腹板梁理论模型

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板梁受力行为的影响,引入腹板剪切变形转角函数,将波形钢腹板梁的弯曲行为分解为桁架作用和弯曲作用,建立一个能够考虑波形钢腹板剪切变形的波形钢腹板梁理论模型。推导了端部无约束条件下简支波形钢腹板梁在均布荷载和端部约束条件下简支波形钢腹板梁在跨中集中荷载作用下的解析解,采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。研究结果表明:端部约束条件对主梁变形影响很小;波形钢腹板的剪切变形对主梁变形影响显著,在常见波形钢腹板梁桥尺寸范围内,由腹板剪切变形引起的主梁挠度占总挠度的10%～30%。     

钢底板-波形钢腹板连续刚构桥悬臂拼装异步施工线形控制技术研究

钢底板-波形钢腹板连续刚构桥悬臂拼装异步施工过程复杂，线形控制难度较大。通过数值分析与现场监测相结合的方式，建立有限元计算模型，讨论了剪切变形、相对湿度等因素对主梁挠度的影响，进一步优化预拱度，同时结合监测数据进行分析，结果表明：剪切变形对主梁挠度的影响较大，对于波形钢腹板刚构桥，其挠度计算不能忽略该部分的影响；在进行预拱度设置时，应重视环境相对湿度的影响；通过对主梁各工况变形的监测，主梁实际变形规律与理论基本相符，主梁合龙后线形平顺。     

内衬混凝土对波形钢腹板组合梁桥力学性能的影响

为了解设置内衬混凝土波形钢腹板组合梁桥的剪切性能、轴向性能、弯曲性能和稳定性能及内衬混凝土参数对其力学性能的影响,以某三跨波形钢腹板组合连续箱梁桥为背景,采用ANSYS软件建立空间有限元模型,分析设置内衬混凝土后波形钢腹板组合梁桥的结构挠度、轴向应力、剪切应力、弯曲性能和稳定性,研究内衬混凝土的长度、厚度变化对结构稳定性、轴向性能及弯曲性能的影响,并给出内衬混凝土的合理长度与厚度建议。结果表明:内衬混凝土能显著降低支点区域波形钢腹板的剪应力和预应力施加效率,提高结构稳定性能;混凝土桥面板压应力随着内衬混凝土长度和厚度的增加而减小;实桥设计时,建议内衬混凝土长度不小于中支点梁高,厚度最大不小于0.07倍中支点梁高,最小满足混凝土浇筑及构造要求。     

顶推施工中波形钢腹板PC组合梁预应力效应分析

施加了预应力的波形钢腹板PC组合梁在桥梁顶推施工过程中,预应力钢束的实际应力在不断发生变化,为了详细了解预应力在箱梁顶推过程中的变化情况,以国内第一座采用整体式顶推施工的大跨度波形钢腹板PC组合梁为例,采用板壳实体模型详细模拟了波形腹板组合箱梁的结构和具体的体内、体外预应力,计算了顶推施工过程中每根预应力钢束的具体应力变化情况及对混凝土顶底板应力变化情况。     

考虑全截面剪切变形效应的波形钢腹板箱梁挠度计算

为了分析计算波形钢腹板箱梁在竖向荷载作用下的弯曲挠度,考虑波形钢腹板和混凝土顶、底板在其自身平面内的全截面剪切变形,引入符合力学规律的波形钢腹板和混凝土顶、底板在其面内剪切变形的位移函数,利用能量变分原理,推导出波形钢腹板箱梁挠度计算的解析解。结合单箱单室和单箱双室波形钢腹板箱梁算例,与仅考虑波形钢腹板剪切变形的挠度计算方法和ANSYS有限元解进行了比较分析。结果表明:该解析解的计算结果比仅考虑波形钢腹板剪切变形的计算结果更加精确,与有限元分析结果吻合良好,误差在5%以内,满足挠度计算的精度需求,且跨径越小,全截面剪切变形效应对挠度的影响越明显;针对单箱单室波形钢腹板箱梁,全截面剪切变形效应对挠度的贡献最大为36. 12%,其中波形钢腹板的剪切变形对总挠度的贡献最大为34. 46%,剪力滞效应对总挠度的贡献最大为1. 66%;而对于单箱双室波形钢腹板箱梁,全截面剪切变形效应对挠度的贡献最大为40. 91%,其中波形钢腹板的剪切变形对总挠度的贡献最大为36. 03%,剪力滞效应对总挠度的贡献最大为4. 88%;在相同的工况下,波形钢腹板箱梁的箱室越多,全截面剪切变形效应对挠度的贡献越大,挠度贡献值的最大增幅为4. 79%,在不同的工况下,集中荷载作用下全截面的剪切变形效应较为明显。     

偏载作用下单箱三室波形钢腹板悬臂梁的力学特性

为了解单箱三室波形钢腹板组合梁悬臂施工状态下的扭转效应,设计制作了1片单箱三室波形钢腹板双悬臂梁模型,研究了该类悬臂梁在偏载作用下梁体变形、截面翘曲应力、翘曲应变及波形钢腹板附加剪应力等力学性能,并以国内某单箱三室波形钢组合梁桥为背景,采用有限元模型分析了不同工况下最大悬臂施工阶段单箱三室波形钢腹板截面的力学性能。结果表明:偏载作用下,波形钢腹板上纵向翘曲应变明显小于混凝土顶底板,计算时可忽略波形钢腹板纵向翘曲应力的影响;截面最大翘曲正应力出现在混凝土底板角点处,钢腹板附加剪应力沿梁高方向呈均匀分布,且加载侧边腹板附加应力值明显大于中腹板;实际工程中,考虑恒载作用时,截面底板翘曲应力约占弯曲应力的20%,故在进行该类桥设计计算时,不可忽略混凝土板翘曲正应力和波形钢腹板附加剪应力的影响。