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。     

加劲肋形式对钢桥面铺装影响与全厚单层铺装研究

为掌握L型、U型加劲肋对正交异性桥面板铺装结构受力影响和差异,解决薄钢板桥面铺装方案设计与施工一体化问题,延长薄钢板桥面铺装耐久性,依托马房大桥钢桥面铺装维修工程,通过有限元数值模拟分析掌握L型、U型加劲肋桥面铺装体系受力特点和差异,基于钢桥面铺装与桥面板复合结构分析,结合典型铺装材料力学性能试验评价,进行了增韧补强型环氧沥青桥面铺装一体化设计研究,对实体工程的全厚度单层铺装层混合料均匀性、性能进行了试验检测评价。马房大桥L型、虎门大桥U型加劲肋桥面铺装结构对比分析表明,U型加劲肋桥面板的整体刚度高于L型加劲肋桥面板,而L型加劲肋桥面板正交异性显著性相对较低。计算分析表明铺装层模量对铺装层横向应变水平影响呈指数关系,超载率对应变水平呈线性影响。经工程应用验证,采用全厚度单层80 mm环氧沥青铺装施工方案,可满足压实、平整、均匀性的设计要求,全厚度单层钢桥面铺装方案可有效提高铺装体系整体性、缩短施工时间、延长铺装使用寿命。     

钢箱梁桥面铺装体系构造参数对铺装层应力的影响

针对广州珠江黄埔大桥的结构形式,对钢箱梁桥面铺装体系进行三维有限元分析,分别研究铺装层厚度、钢桥面板厚度、横隔板间距、纵向加劲肋构造尺寸等钢箱梁桥面铺装体系的构造参数对铺装层最大拉应力、铺装层与钢桥面板层间最大剪应力和铺装层表面最大弯沉值等受力控制指标的影响.用此研究结果可指导珠江黄埔大桥钢箱梁桥面铺装层的设计.     

冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装力学响应

为研究冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装的力学响应及适合该极端气候下的钢桥面铺装方案,解决冬季极端气候下钢桥面铺装在行车荷载作用下容易产生的开裂问题,利用ABAQUS建立钢桥面三维铺装体系模型,模拟不同铺装层厚度组合和不同工作温度等条件,计算“双层EA”结构和“下层EA+上层SMA”结构的铺装层上表面最大拉应力、最大拉应变、最大竖向位移及层间最大剪应力4个特征力学响应值,分析钢桥面铺装厚度对力学控制指标的影响,探究钢桥面铺装温度对力学控制指标的影响,以此进行冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装的结构组合方案优选。研究结果表明:相同铺装材料下,对比3种厚度组合的桥面铺装层上表面最大拉应力、最大拉应变、最大竖向位移及层间最大剪应力,均为下层2. 5 cm+上层3. 5 cm下层3 cm+上层3. 5 cm下层3 cm+上层4 cm;在-45～50℃范围内,随着温度升高,两种铺装结构的铺装层上表面最大拉应力和层间最大剪应力逐渐减小,铺装层上表面最大拉应变、最大竖向位移增大;“双层EA”结构铺装层上表面最大拉力大于“下层EA+上层SMA”结构;“双层EA”结构和“下层EA+上层SMA”结构铺装层上表面最大拉应变、最大竖向位移和层间最大剪应力较为接近;“下层3 cm EA+上层4 cm SMA”的铺装结构能够适应冬季极端气候工况。     

大跨径斜拉桥设纵隔板对钢桥面铺装力学特性的影响

利用通用有限元ANSYS软件,计算分析大跨径斜拉桥设纵隔板对钢桥面铺装力学特性的影响,并分析纵隔板两侧加劲肋刚度对钢桥面铺装受力的敏感性.结果表明,铺装层表面最大横向拉应力/应变最不利荷位是荷载对称施加于一加劲肋正上方且紧靠纵隔板一侧,该荷位作用下计算加劲肋的挠跨比控制在要求的1/800～1/1 700范围内;铺装层表面最大纵向拉应力/应变和最大竖向位移最不利荷位均是荷载施加于相邻两加劲肋中心之间的正上方且跨过纵隔板.同时指出纵隔板上方铺装层表面出现更明显的应力集中,它可以通过改变纵隔板两侧加劲肋刚度得以降低,而且纵隔板上方铺装层表面最大横向拉应力/应变与纵隔板两侧加劲肋刚度有很好的相关关系.     

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。     

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学分析

该文以开口加劲肋正交异性钢桥面铺装体系作为研究对象,建立了包括桥面板和铺装的整体三维有限元分析模型,研究了荷载作用下铺装层的力学特性.分析表明,横向拉应力是开口加劲肋正交异性钢桥面铺装设计的一个重要控制指标;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装层问剪应力较大,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;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应.     

铺装层对钢桥面板纵肋连接细节疲劳性能的影响

钢桥面板疲劳问题是目前钢桥研究的热点课题之一,其中面板纵肋连接细节是钢桥面板危害较严重的疲劳细节。铺装层与面板共同受力决定面板纵肋连接细节的疲劳应力。为分析铺装层对该细节的影响,以国内某大跨度钢桥为对象,建立了疲劳分析有限元模型。计算结果表明：当钢桥面板厚度为16mm时,考虑铺装层受力后,面板纵肋连接细节最大疲劳应力幅由45.3MPa降低至36.7MPa。不同季节造成的铺装层刚度变化对该细节疲劳性能的影响不能忽略。     

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。     

钢箱梁桥面铺装体系结构优化研究

采用有限元分析的结构优化设计方法对钢箱梁桥面铺装体系进行整体优化研究。建立钢桥面铺装体系的有限元模型,选择包括钢板厚度、梯形加劲肋刚度、横隔板间距、铺装厚度等结构参数作为设计变量,建立铺装最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力、加劲肋挠跨比、钢桥面板最大拉应力等指标的约束条件,采用零阶方法进行优化计算。结果表明,优化设计可以节省材料,降低造价。通过减小梯形加劲肋间距和横隔板间距,增大桥面板厚度和梯形加劲肋高度,可改善铺装的受力状况。     

箱梁结构参数对铺装结构受力的影响分析

为了更合理地设计桥面铺装沥青混凝土加铺层,分析了桥梁结构参数对铺装结构的影响.首先调查并总结了混凝土桥面铺装主要病害类型,并基于病害控制的目的提出了桥面铺装体系的力学研究指标.其次采用三维有限元计算方法,选取常见的连续箱梁为例,计算分析了箱梁结构几何参数对铺装结构各力学指标的影响.结果显示,箱梁顶板厚度、梁肋高度对铺装层内最大拉应力、层内最大剪应力和层间最大法向拉应力的影响较大;而肋板上口宽度、肋板厚度对层内最大剪应力和层间最大法向拉应力的影响较大.故在铺装结构设计时应充分重视箱梁结构参数的影响.     

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。     

湘潭昭华大桥设计及球扁钢纵肋组合钢箱梁的应用研究

湘潭昭华大桥主桥为主跨(168+228) m的独塔自锚式悬索桥。钢加劲梁采用STC轻型组合桥面钢箱梁,梁高3. 5 m,宽39. 5 m。STC层厚度为50 mm,铺装层厚30 mm。本桥创新性应用球扁钢作为轻型组合桥面系的纵肋形式,球扁钢肢厚12 mm,高度26 cm,横向布置间距为45 cm。由于轻型组合桥面结构大大提高了桥面系的刚度,本桥提出桥面板纵肋用开口肋形式替代传统U肋加劲形式。通过研究发现多种开口肋中球扁钢作为组合桥面加劲肋的优势,并研究出适合于球扁钢纵肋构造的施工方法,本桥的研究成果首次被应用到公路桥梁的设计和施工过程中。     

新型大纵肋正交异性组合桥面板力学性能研究

为了解新型大纵肋钢-超高性能混凝土(UHPC)正交异性组合桥面板对传统正交异性钢桥面板的受力性能的改善效果,以港珠澳大桥深水区非通航孔6×110m连续钢箱梁桥为背景,建立全桥有限元模型,对2种桥面方案的静力性能进行对比,建立节段有限元模型,对比2种桥面方案U肋与顶板连接焊缝处的疲劳性能,并分析U肋开口宽度和UHPC结构层厚度对大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板疲劳性能的影响。结果表明:2种桥面方案下钢箱梁控制点的位移和应力相差不大,所提出的大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板在中等跨度连续梁桥中具有较好的适用性;大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板的疲劳性能显著优于传统正交异性钢桥面板;增大U肋开口宽度会导致U肋与顶板连接焊缝应力幅增加,增加UHPC结构层厚度能显著降低U肋与顶板连接焊缝应力幅。     

无切口钢-UHPC组合桥面纵肋-横隔板接头疲劳性能

为解决正交异性钢桥面纵肋-横隔板接头疲劳开裂问题,根据正交异性钢桥面构造特点,提出了一种疲劳性能良好的新型无切口正交异性钢-UHPC组合桥面,能简化制造工艺,提高经济性能。基于ANSYS数值分析平台建立双尺度有限元模型,采用欧洲规范疲劳荷载模型III开展纵桥向移动加载,获得了纵肋-横隔板接头在3种典型横向位置下的轮载热点应力响应曲线。结合轮载作用下的应力云图和变形图,揭示了构造细节力学机理,评估了疲劳性能,并探讨了构造参数的影响。应力响应曲线表明:纵肋-横隔板接头在轮载作用下的应力响应以受压为主,局部效应显著,纵桥向应力影响线短,因而可根据轮载应力响应曲线识别轴组中的单轴。应力云图和变形图表明:构造细节在轮载作用下出现了显著应力集中,因新型桥面横隔板截面削弱较小,横隔板侧应力梯度小于纵肋侧。纵肋-横隔板接头应力最大点均不在纵肋正底部位置,而是与纵肋中心线成一定角度。由于纵肋-横隔板接头与面板距离较大,UHPC层和面板厚度对其疲劳性能改善并不明显。增加横隔板厚度能减小横隔板侧应力幅,但会增加纵肋侧应力幅,横隔板厚度可取10 mm。增大纵肋腹部厚度可有效减小纵肋侧应力幅,16 mm的纵肋腹部厚度可使得纵肋-横隔板接头实现无限疲劳寿命。     

基于可靠度指标的桥面铺装层设计参数确定

通过对桥面铺装层力学性能的分析研究,确定对铺装层力学性能与其设计参数的关系,如铺装层最大横向拉应力、最大横向剪应力及其表面最大弯沉与铺装层厚度之间的关系;铺装层最大横向拉应力、最大横向剪应力、最大横向拉应变、最大纵向拉应力、最大纵向剪应力、最大纵向拉应变与铺装层材料弹性模量之间的关系,建立了桥面铺装层可靠度计算模型,确立可靠度指标与铺装层设计参数的关系,为桥面铺装可靠性设计提供依据。     

在汽车荷载作用下U型肋尺寸对钢桥面力学性能的影响

为了探明在车辆荷载作用下U型肋开口大小、桥面铺装对钢桥面板力学性能的影响,本文以带有U型肋的简支梁钢桥面为研究对象,进行局部建模有限元分析。分析中采用abaqus通用有限元软件建立了9个钢桥面局部模型,U型肋开口及间距分别选取的170mm（密肋形式）,320mm（标准形式）和340mm（大开口形式）3种类型、桥面铺装为SMA沥青混凝土材料,并考虑了桥面铺装材料受季节温度的变化。从标准车辆轮载作用下模型典型部位的应力分布、竖向变形等有限元结果可知：（1）桥面铺装有无对标准U型肋及大开口U型肋构造的桥面应力分布影响较大,桥面铺装大大较少了桥面的竖向变形及应力幅值;（2）适当增加U型肋开口大小、间距及钢板厚度,有桥面铺装的情况下,桥面竖向变形满足规范要求,同时有效减小钢桥面应力幅值,提高了钢桥面疲劳性能;（3）季节温度的变化对桥面的变形和应力也有一定的影响,春秋季节时,桥面受车辆荷载作用下产生的应力和变形较小。     

正交异性桥面结构数值模拟优化分析

运用有限元子模型法,分析轮载作用下正交异性钢桥面铺装的受力状态,比较了桥面板厚度、加劲肋厚度等不同结构参数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,其影响比加劲肋厚度对铺装的受力状态影响更显著,提出了钢桥面板的优化组合设计模式.     

莫桑比克马普托大桥钢桥面铺装力学响应状态分析

根据莫桑比克马普托大桥结构条件参数及桥面铺装初步设计方案,采用Abaqus有限元软件,建立钢桥面铺装局部分析模型,确定桥面系最不利荷位,并对不同工况条件下钢桥面铺装层横、纵向最大拉应变、最大纵向变形、最大剪应力等进行计算分析。结果表明,马普托大桥钢桥面最不利荷位位于跨中区域,钢桥面铺装最大拉应变达到834×10-6,最大剪应力达到0.769 MPa。     

正交异性桥面结构数值模拟优化分析

运用有限元子模型法,分析轮载作用下正交异性钢桥面铺装的受力状态,比较了桥面板厚度、加劲肋厚度等不同结构参数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,其影响比加劲肋厚度对铺装的受力状态影响更显著,提出了钢桥面板的优化组合设计模式.