斜交薄壁连续钢箱梁桥设计与受力特性研究

以江苏省丹阳路齐梁路某(30+2×35)m跨线斜交钢箱梁为工程背景,通过比对斜交钢箱梁横隔板布置方式以及支座处隔板布置方式,提出斜交连续梁横向隔板的正交布置方式,得出中间墩支承处采用斜向双隔板布置更有利于结构受力与制造的结论。对箱梁的线型控制、截面总体布置、隔板、纵肋型式、纵肋布置方式和板厚等其他细节进行详细设计。分别建立单梁、空间梁格和板单元有限元模型对桥梁进行受力分析。对3种数值模拟方法计算得出的支座反力、挠度和应力等结果进行分析对比。研究结果表明:单梁法计算结果偏于不安全且无法进行横向计算,梁格法和板单元法均能够对模型进行横向计算,但梁格法计算偏安全,而板单元计算更加细致精确。同时,在同种工况下,斜交钢箱梁钝角区应力值大于锐角区应力值。采用板单元对轮压荷载进行局部分析,表明轮压荷载作用下应力、变形较小。验证了箱梁设计方案的安全合理。     

梁格法在松花江特大桥设计中的应用

研究目的:结合钢管混凝土拱桥的特点,对哈齐客运专线松花江特大桥四线钢管混凝土拱桥的设计进行介绍,采用专业有限元软件MIDAS建立单梁与梁格模型,对该桥的静力、屈曲、自振特性及横梁配筋等方面内容进行空间仿真分析对比。研究结论:通过研究得出以下结论:支座的横向布置对于支座吨位的选择是非常重要;各工况分别作用下,除收缩二次工况外,单梁与梁格模型受力数值比较吻合,两个模型的刚度、转角、徐变上拱等计算结果差入较小,验证了设计的合理性,为设计提供了有利的依据。     

转体施工的铁路曲线连续槽形梁设计关键技术研究

为了确保转体施工的曲线连续槽形梁结构设计安全可靠,需要解决以下关键技术问题:结构横向受力、日照温差应力较大、支座中心线横向位置、曲线转体结构横向偏载、曲线槽形梁结构受力计算等。通过道砟槽板横向预应力束的合理布置,克服横向连接处主拉应力;通过适当增加边主梁顶板保护层厚度和纵向预应力束的合理布置,控制了日照温差应力;研究合理的横向支撑位置,避免对结构产生横向次应力;曲线悬臂转体结构横向偏载,将球铰中心相对于上下承台设置横向预偏心,解决转动时横向自重不平衡引起梁体侧倾的问题;通过建立平面模型、单梁模型、梁格模型和实体模型,对比分析计算曲线空间结构的受力问题。结果表明:曲线连续槽形梁结构受力均满足规范要求。     

高速铁路大跨度混合梁连续刚构设计关键技术研究

广湛高铁采用(109+2×200+109) m混合梁连续刚构跨越西江主航道,主梁采用预应力混凝土梁+钢混结合梁的混合梁形式,与预应力混凝土连续刚构相比,减轻了结构自重,降低了主梁弯矩和剪力,提高了桥梁跨越能力;跨中采用钢混结合梁,减小了因混凝土收缩徐变对结构后期变形的影响,改善了结构受力和高速行车条件。钢混结合段为钢主梁与预应力混凝土主梁的连接构造,是混合梁桥关键传力部位,根据刚构桥的钢混结合部受力模式,设置于主梁受力较小位置,采用有格室后承压板式结合部构造。通过对钢梁截面分析比选,采用符合结构受力特点、经济性较好的槽形钢箱混凝土结合梁,并对槽形钢梁超高腹板稳定性、空腹桁架式横隔板构造等关键技术进行研究。建造方案推荐采用挂篮悬臂浇筑混凝土梁,钢梁采用整体吊装安装,混凝土桥面板采用分块预制,可有效保证施工工期。     

钢轨道梁桥桥面板设计

通过对跨座式单轨交通系统中钢轨道梁桥面板的受力分析,针对钢桥面板的复杂受力情况,将钢桥面板的受力分为三个体系来讨论,采取了栅格单元计算方法,模拟了列车在行走方式下荷载布置情况,计算了桥面板的截面内力。以一榀跨度为64 m直线简支钢轨道梁的桥面板为例,利用VB编程给出了该钢轨道梁桥面板的受力情况。     

基于折面梁格模型的机场滑行道桥上部结构受力分析

滑行道桥是大型机场中解决联络滑行道与陆侧交通立体交叉的一种特殊桥梁结构,其主要特点为宽桥面、大宽跨比、重型荷载。以一座上部结构为单箱多室连续箱梁的滑行道桥为例,建立了折面梁格模型,分析活载的空间效应、剪力滞效应及横梁受力。结果表明:箱梁分析时常用的采用单梁模型、利用偏载系数的分析方法不能准确反映超宽箱梁的空间受力特征;常用的横梁分析方法亦难以得出真实的横梁受力情况;建立折面梁格模型能够为设计提供准确的受力分析结果,是一种较为实用可靠、适用于超宽箱梁的分析方法。     

大跨度高铁斜拉桥钢-混结合主梁收缩徐变研究

为研究钢混结合主梁混凝土桥面板的收缩徐变对大跨度高铁无砟轨道斜拉桥的影响,以昌吉赣客专赣江特大桥为工程背景,采用Midas Civil软件建立全桥精细化数值分析模型,考虑钢混结合梁混凝土桥面板不同的加载龄期,分析结合梁斜拉桥在收缩徐变效应下变形及受力的变化。结果表明:赣江特大桥结合梁在施工成桥初期至运营5年后,钢混结合梁混凝土桥面板收缩徐变引起面板及钢箱梁的应力变化情况均满足规范要求,桥面板及钢箱梁在施工成桥1年后收缩徐变完成50%以上,3年后完成80%左右;桥面板混凝土的加载龄期越长,混凝土收缩徐变对桥梁结构变形和受力的影响越小,并在混凝土加载龄期达到180 d后对桥梁结构的影响呈稳定趋势,将结合梁桥面板预制存放180 d后再进行吊装,可有效降低混凝土收缩徐变对此种结构正常使用期间力学行为的影响。     

内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁变形特性研究

针对原有加固方法的不足,提出内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁加固技术,分析这种加固梁的变形特点,并依据普通钢筋混凝土梁的变形原理和内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁的特点,推导内嵌预应力螺旋肋钢丝加固梁不同受力阶段的刚度表达式,得到内嵌预应力螺旋肋钢丝加固梁的刚度计算公式。在考虑预加力产生反拱的前提下,计算加固梁不同受力阶段的变形量。对4根内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁进行了试验验证。结果表明:试验结果与计算结果吻合较好,内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁能有效延缓裂缝的发展,减小构件变形,提高构件刚度。研究结果为该加固方法在工程实际中的应用提供了理论依据。     

正交异性桥面钢板梁在铁路电气化改造中的应用

研究目的:在铁路电气化改造中为了提高上跨铁路桥的桥下净空,需要采用结构高度更低的下承式结构形式替换原结构,同时施工中不能影响桥下既有线行车。本文研究了下承式正交异性桥面钢板梁替换既有16 m低高度预应力混凝土梁的应用。研究结论:下承式正交异性桥面钢板梁是将设置纵横梁加劲的钢桥面板与两片主梁连接,荷载通过桥面板与纵横梁传给两片主梁的梁式结构。与预应力混凝土梁相比,降低了结构高度;采用工厂预制现场拼装架设的方法,加快了工程进度,实现了利用天窗时间完成换梁施工;在正交异性钢桥面板上铺设道砟,解决了钢梁明桥面的养护维修困难;同时讨论了正交异性桥面板的受力性能。目前该结构形式已应用于京九铁路电气化改造。     

空心板设置横隔板对企口缝混凝土力学性能的影响分析

建立装配式预应力混凝土简支空心板桥的空间实体有限元计算模型,在对称荷载与偏载作用下,分别对无横隔板、端部设置横隔板、端部与跨中均设横隔板3种情况的空心板之间的企口缝混凝土受力状态进行分析,探讨设置横隔板对装配式预应力混凝土空心板桥企口缝混凝土的力学性能的影响,计算得出企口缝混凝土的应力分布。结果表明:设置横隔板后,企口缝混凝土的应力值变得均匀,企口缝混凝土的抗剪性能有所增强。所得结果对装配式预应力混凝土空心板桥设计有较大的参考价值。     

正交异性钢桥面板节段模型疲劳性能试验研究

设计3个正交异性钢桥面板的节段模型,进行系统的静载试验和疲劳试验,研究不同构造对正交异性钢桥面板受力和疲劳性能的影响.结果表明:面板的厚度对U肋与面板连接焊缝构造的应力影响显著,建议正交异性钢桥面板的面板厚度取为14mm以上;横隔板的间距对横隔板与U肋焊缝交叉处的面外应力、横隔板的面外变形、中间U肋的竖向变形有直接的影响;弧形开孔处的应力随横隔板的厚度增加而降低;正交异性钢桥面板上由次应力引起的裂纹的扩展比较缓慢,不会直接影响整个桥面结构的承载能力;横隔板与U肋相交处上部留有过焊孔这一构造细节对正交异性钢桥面板的疲劳性能不利.     

西堠门大桥正交异性钢桥面板静载和徐行试验研究

基于西堠门大桥正交异性钢桥面板静载和徐行试验,研究在汽车轮载作用下正交异性钢桥面板关键构造的应力大小、历程和分布规律。试验结果表明,在3轴30t试验车作用下,纵肋底板跨中测点的纵向应力最大,达51.7MPa,横隔板开口上缘测点的最大主应力次之,为30.8MPa,面板上测点的最大横向应力较小,为16.7MPa。面板横向应力、纵肋腹板竖向应力的纵向影响线长度约为2倍横隔板间距,横隔板开口上缘主应力的纵向影响线长度约为1.5倍横隔板间距,纵肋底板纵向应力的纵向影响线长度约为3倍横隔板间距。运用泄水法对徐行试验测得的应力历程进行分析,得到钢桥面板关键构造的应力振动幅值大于5MPa的次数分别为:纵肋底板跨中纵向应力3次,最大应力振动幅值为60.1MPa;面板横向应力3次,最大应力振动幅值为26.8MPa;纵肋腹板竖向应力4次,最大应力振动幅值为16.1MPa;横隔板开口上缘主应力2次。运用AN-SYS软件提供的SHELL181单元建立钢箱梁节段模型进行静力分析,计算结果与实测结果基本一致,表明SHELL181单元能够模拟钢桥面板的受力特征。     

大跨度连续刚构拱桥关键部位应力分析与试验

建立了连续刚架拱桥边跨钢拱肋与预应力混凝土系梁连接部位三维有限元空间模型,模拟了该部位在各种荷载工况下的受力情况。计算模型考虑了普通钢筋与预应力钢筋的不同力学性能,分别用配筋率和带初应变的杆单元模拟,并依据圣维南原理设置了荷载加载段以消除边界效应。根据计算结果,分析了边拱与刚性系梁连接区域的变形情况和应力状态,并设计了相似比为1∶3.2的模型进行加载试验,测试了关键部位的应变和变形,与有限元计算结果进行了对比分析,检验了设计的安全性与合理性。分析和试验表明,过渡段的支座上方与拱肋上下弦管交汇处为主要的应力集中部位,应在设计中予以注意。     

预应力混凝土桥面板与钢桁下弦杆的结合技术研究——钢混预应力桁梁的关键构造

采用混凝土桥面板是传统钢桁梁用于高速铁路的重要前提,“钢混预应力桁梁”提出钢桁结合梁的新思路,但其主要优势有赖于预应力混凝土桥面板与钢桁下弦杆的有机结合、共同受力,通过对该结构形式的关键构造技术进行设计、计算、分析,初步论证构造措施的有效性,能使桥面板成为承载结构体系的重要组成部分,从而保证该结构的主要优点得以充分发挥,即对钢桁梁的稳定、刚度、疲劳、行车等问题的改良,以及混凝土有效参与结构受力对综合经济技术指标的提高。另外,运用此钢混结合新方法,提出几种结合梁桥的构造设计新思路。     

基于初等梁理论的人字形桥梁结构空间梁格分析

根据初等梁理论,采用空间梁格分析法对一例典型人字形薄壁箱梁桥进行结构简化及模拟分析。分析结果表明:当受荷载桥跨的两端为扭转约束、并在集中荷载和竖向均布荷载作用下时,空间梁格分析法所得结果与板壳模型的计算结果比较接近;当受荷载桥跨的两端为单向铰支座、并在偏心竖向荷载作用下时,由于约束扭转和畸变效应对主线和匝道的影响十分显著,空间梁格分析法所得结果与板壳模型计算结果相异较大,主要原因是初等梁理论不能反应宽翼缘薄壁箱梁约束扭转、畸变及剪力滞效应等受力特点。指出:对于宽翼缘薄壁箱梁桥结构在采用空间梁格分析法时,应同时考虑宽翼缘薄壁箱梁受力的特点对初等梁理论分析方法进行完善。     

双向预应力箱式腹板槽型梁有限元数值模拟

结合两种有限元软件的特点,模拟双向预应力槽型梁的变形和受力分析.通过Midas Civil 2006,分别计算槽型梁在横向和纵向预应力作用下钢束的预应力损失,利用虎克定律推算出相应的应变;在Ansys中建立有限元模型,以初始应变模拟预应力的作用,分析槽型梁在纵向、横向和双向预应力作用下的受力与变形.     

预应力张拉对现浇支架受力影响的计算分析

研究目的:预应力张拉时,混凝土梁与现浇支架相互作用。混凝土梁的变形引起支架上的荷载重分布,在工程实际中很少考虑对此工况的计算。由于计算不全面,设计的支架结构安全储备不足,有可能出现因现浇支架局部受力不够而发生安全事故。本文以某斜拉桥现浇支架施工计算为例,研究纵、横向预应力张拉对现浇支架受力影响的计算方法,分析预应力张拉引起现浇支架上荷载重分布的原因,为预应力混凝土梁的施工方法提供理论依据。研究结论:通过建立预应力混凝土梁与现浇支架的整体有限元模型,按施工阶段分析计算了混凝土浇筑、达到设计强度、张拉纵向预应力、张拉横向预应力各施工阶段下现浇支架受力的变化情况,计算结果表明对于纵、横向预应力张拉时,混凝土梁发生变形,导致作用在现浇支架上的荷载传递到支架两侧;张拉预应力钢束越多,荷载重分布的现象越明显,而重分布的荷载对支架局部结构产生较大不利影响。     

跨座式单轨交通预应力钢混组合轨道梁设计

针对现有混凝土单轨交通轨道梁自重大易开裂的缺点提出了一种新型的预应力钢混组合轨道梁,利用内部钢箱和两侧、顶面外包混凝土协同工作,并在钢箱内配置体外预应力筋达到改善轨道梁受力和使用性能的目的。本文给出了这种新型轨道梁的详细设计过程,手算内容主要是正常使用极限状态的验算和承载力极限状态的验算,包括抗弯抗剪承载力、稳定性以及挠度验算,再利用ANSYS建模计算,并与手算结果对比,保证结果的可靠性。最后,按照有限元计算结果调整预应力筋方案,使两侧外包混凝土的应力满足规范要求,最终得到这种新型的预应力钢混组合轨道梁的截面布置和预应力筋的合理配置。     

兰渝铁路临江铺大桥预应力连续梁设计

临江铺大桥主梁采用预应力混凝土连续箱梁结构,按三向预应力结构设计,箱梁纵向采用全预应力理论。通过论述横隔板设计、纵向钢束布置和箱梁预拱度设置,纵向分析计算、变形验算和横向计算,提出临江铺大桥（40＋56＋40）m预应力混凝土连续梁设计与施工重点和主梁采用悬臂浇筑法施工．     

预应力CFRP筋高性能混凝土T型梁试验研究与非线性分析

通过4根梁试件的单调加载静力试验，对体外预应力CFRP筋高性能混凝土T型梁和有粘结预应力CFRP筋高性能混凝土T型梁的受力过程、破坏形态、抗弯承载力、延性和变形等进行较为系统的研究。研究表明：体外预应力与有粘结预应力梁试件均具有较高的抗弯承载力、较大的位移延性和变形能力；体外预应力梁中体内预应力筋的应变增量比相应的体外预应力筋大得多；随着配筋率的增加，有粘结预应力梁试件的抗弯承载力有明显的提高，但其位移延性和变形能力有所降低。此外，应用商用软件ANSYS对4根梁试件进行非线性有限元分析，程序计算值与试验结果吻合良好。