全比例波形钢腹板PC箱梁力学特性试验研究

根据国内第一座波形钢腹板PC组合箱梁公路桥-泼河大桥的箱梁构造尺寸,设计了30 m足尺试验梁,对其力学性能进行了试验研究和有限元分析。测试了箱梁挠度,波形钢腹板、混凝土顶板及底板的应变。研究结果表明,波形钢腹板PC组合箱梁的混凝土顶板和底板主要承担弯矩,波形钢腹板则主要承担剪力。试验结果为实桥的设计和建造提供了重要的资料。     

变截面波形钢腹板PC梁桥的设计与计算分析

结合一座实际工程的大跨波形钢腹板组合连续梁桥,阐述其箱梁截面结构设计、混凝土与波形钢腹板之间的剪力连接件、以及布束体系等,之后采用Midas建立了主梁的空间杆系有限元模型,对其混凝土顶、底板应力及抗弯承载力进行了验算,并对波形钢腹板剪应力及剪力连接件剪切承载力单独进行了验算,结果表明:混凝土顶板和底板的抗裂性能满足要求;波形钢腹板强度足够,不会出现剪切破坏和屈曲失稳;剪力连接件设计合理、抗剪能力满足要求。可为类似大跨波形钢腹板PC箱梁提供参考。     

横隔板对波形钢腹板箱梁动力特性的影响分析

为了分析横隔板对波形钢腹板箱梁动力特性的影响,采用有限元软件Ansys建立了波形钢腹板箱梁模型。同时,为了进行动力特性对比分析,建立了混凝土腹板箱梁模型。在有限元模型中,钢腹板与混凝土顶、底板的连接采用多点约束法(MPC),即采用接触单元Conta175与目标单元Targe170模拟其连接。分别提取各模型前10阶振型进行对比分析。为了验证Ansys软件计算结果的准确性,还分别采用Midas/Civil软件对有关算例进行了分析。计算结果表明:波形钢腹板箱梁抗扭刚度较混凝土腹板箱梁的要低;端横隔板是保证波形钢腹板箱梁抗扭刚度的主要措施;从动力学方面来看,跨中横隔板并不能有效提高箱梁的抗扭刚度;波形钢腹板箱梁竖向弯曲刚度是由混凝土顶、底板决定的。     

大跨径波形钢腹板连续箱梁桥设计与施工关键技术

桃花峪黄河大桥跨北大堤桥为（75＋135＋75） m 波形钢腹板连续箱梁桥,对该桥设计与施工关键技术进行研究。设计阶段研究得出：与预应力混凝土连续箱梁桥相比,波形钢腹板连续箱梁桥具有景观效果好、抗震性能好、施工效率高等优点,确定该桥采用波形钢腹板连续箱梁桥;对比工程造价,确定高跨比取1/18;采用有限元法分析横隔板数量对箱梁抗扭刚度和畸变的影响,确定中、边跨分别设置8道、4道横隔板;对3种型式连接件进行试验研究,确定波形钢腹板与顶、底板分别采用 Twin-PBL 和角钢连接;预应力采用体内和体外混合配束方案,确保维护方便。施工阶段研究得出：随跨径增大,施工位移增量对波形钢腹板加工尺寸影响显著,加工时必须考虑其影响;采用“悬臂桁车技术”保证了钢腹板起吊和安装定位;采用先边跨后中跨合龙方案,确保了大桥顺利合龙。     

单箱多室波形钢腹板箱梁剪力滞研究

为客观准确地对单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应进行评价,结合单箱多室混凝土箱梁的计算特点,定义了波形钢腹板箱梁的剪滞翘曲位移函数,通过能量变分法建立了单箱双室和单箱三室波形钢腹板箱梁考虑剪力滞效应的基本微分方程。分别采用有限元方法和解析方法分析计算了范例的剪力滞效应,研究了跨中集中荷载和满跨均布载荷作用下截面的剪力滞分布规律,探讨了跨宽比对剪力滞效应的影响。研究表明,该解析解与有限元数值解吻合较好,但在箱梁顶底板与波形钢腹板接合处、外伸悬臂板边缘处有一些差异,需要进行修正。研究给出了相关的剪力滞系数,可以为波形钢腹板箱梁设计时的剪力滞系数取值提供参考。     

大跨径波形钢腹板连续梁桥非对称悬臂施工应力及屈曲分析

大跨径波形钢腹板连续梁桥为了减少悬臂施工阶段及运营阶段墩顶箱梁承受的剪力及负弯矩,在设计时通常将跨中一定范围内的箱梁混凝土底板替换为钢底板来减小中跨结构重量,而边跨相对应节段采用满堂支架施工,这种非对称悬臂施工会使桥梁边跨及中跨混凝土应力分布出现较大差异。通过对某三跨波形钢腹板连续梁桥在非对称悬臂施工过程中混凝土应力分布特性及屈曲分析特征值进行分析并得出一些结论,为后续研究提供参考。     

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。     

头道河大桥主桥设计

头道河大桥位于四川省叙永至古蔺高速公路上,主桥跨径布置为(72+130+72)m,采用波形钢腹板预应力混凝土连续刚构桥。桥梁分为左右两幅,主桥箱梁采用单箱单室截面,箱梁顶板宽12m,底板宽7m,翼缘板悬臂长2.5m。箱梁跨中及边跨现浇段梁高2.375m,箱梁根部高度7.5m。从跨中至根部梁高以1.8次抛物线变化。波形钢腹板钢材采用Q355NHC,钢板厚16~24mm,腹板波长1.6m,波高220mm。波形钢腹板与混凝土顶板的连接采用Twin-PBL键连接方式,与混凝土底板的连接采用埋入式连接。主墩采用钢筋混凝土空心薄壁墩,主墩横桥向尺寸为7m,顺桥向尺寸也是7m,主墩基础采用钻孔灌注桩。     

单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应研究

由于单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁截面剪力滞效应与混凝土箱梁截面剪力滞效应相比有很大差异,并且波形钢腹板几乎承担了全部剪力,波形钢腹板的剪切模量也需要进行修正。为研究单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应,从波形钢腹板PC组合箱梁的受力特点出发,以满足剪力滞翘曲应力的轴向平衡条件,采用二次、三次抛物线定义了单箱双室、单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁的纵向位移差函数,利用势能驻值原理的能量变分法建立了波形钢腹板PC组合箱梁考虑剪力滞、剪切变形效应的控制微分方程组,并推导出简支梁、悬臂梁、连续梁在集中荷载、均布荷载作用下的解析解。通过解析法和有限元法分别计算了简支梁和悬臂梁的剪力滞效应,并研究了集中荷载和满跨均布荷载作用下的单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞分布规律,结果表明:采用二次抛物线剪力滞翘曲位移函数推导的剪力滞系数更为合理;单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁在跨中集中荷载下,波形钢腹板与混凝土顶、底板交界处的剪力滞效应较为突出;随着波形钢腹板PC箱梁室数的增加,剪力滞系数明显减少,且解析解与有限元数值解一致,表明了解析解的正确性,并通过分析给出了相应的剪力滞系数,可以为单箱多室波形钢腹板箱梁的设计计算提供参考依据。     

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.