浅谈预应力钢-混组合箱梁桥设计

以实际工程背景合肥市西二环集贤路立交为实例,通过方案比选,在跨径、梁高、桥墩位置受限时采用预应力钢-混组合梁比钢箱梁和预应力混凝土箱梁更合理。同时采用有限元软件,对预应力钢-混组合梁各构件应力、抗裂进行分析,以及对主梁刚度及钢构件疲劳进行分析,为今后类似工程提供参考。     

变截面钢板组合梁施工方案结构性能对比分析

为分析大跨径变截面钢板组合梁在施工阶段的结构受力性能,文中提出桥面板与钢主梁安装施工的3种不同方案并建立midas模型,实现对钢主梁、桥面板在施工阶段的应力变化分析和该结构在不同施工方案下的应力变形对比。结果表明:钢主梁合龙后间断安装桥面板的施工方案利于该结构的受力状态;同时,针对大跨径钢-混组合梁负弯矩区容易出现的桥面板拉应力超限问题,建议采用支点顶升的方法并分析理想顶升量,最终提出间断安装法结合支点顶升的施工优化思路。     

中小跨径不同截面简支钢-混组合梁桥受力及用钢量分析

为研究中小跨度钢混组合梁不同截面形式的受力性能以及经济性,以香海大桥组合梁为背景,建立工字钢-混凝土组合梁桥、钢箱-混凝土组合梁桥、钢桁架-混凝土组合梁桥等模型,分析不同跨径下三种不同截面形式的钢混组合梁桥受力性能及用钢量。结果表明,活载作用下,工字钢组合梁跨中竖向位移均大于钢箱梁及钢桁架组合梁,且随着跨径的增大,工字钢组合梁跨中竖向位移增长幅度越来越明显;偏载作用下,钢箱组合梁跨中最大位移均小于工字钢及钢桁架组合梁,且随着跨径的增大,钢箱组合梁跨中最大位移与其他两种方案的位移差逐渐增大;跨径35～55m范围内,工字钢组合梁的截面用钢量最低;跨径55～70m范围内,钢箱组合梁截面用钢量最低;70～100m跨径范围内,钢桁架组合梁的截面用钢量最低。     

钢-轻骨料混凝土简支组合梁承载及变形能力研究

为了确定轻骨料混凝土组合梁的性能,以对称集中荷载为加载方式,同时考虑栓钉间距、钢梁尺寸等影响组合梁承载及变形能力的因素,研究了钢-轻骨料混凝土组合梁结构的承载及变形能力。根据剪切滑移的挠曲线方程,提出组合梁在集中荷载作用下跨中挠度的简化计算公式,并选用ANSYS软件进行了有限元对比模拟分析,计算结果吻合良好。算例表明,轻骨料混凝土组合梁相比于相同尺寸的普通混凝土组合梁,应力值偏小5%左右,跨中挠度偏大10%左右,钢-轻骨料混凝土组合梁承载力及变形能力可满足实际应用,同时验证了计算公式应用的可行性。     

钢-混凝土组合梁桥设计优化研究与工程建设应用

利用钢梁与混凝土的组合性能优势和技术,将市政快速路大跨径简支预制板组合梁方案优化设计为叠合板组合梁桥面体系,新方案实现桥梁结构高度降低17.3%,用钢量降低20.2%。优化方案有限元模型验算结果显示,在最不利工况荷载下,边梁抗弯最不利应力为162 MPa,混凝土最不利压应力为-14.2 MPa;中梁抗弯最不利应力为165 MPa,混凝土最不利压应力为-13.8 MPa;边梁挠度39.3 mm,挠跨比为1/1399,中梁挠度36.6 mm,挠跨比为1/1503,均满足设计规范要求。成桥静力载荷试验结果显示,在公路-I级荷载水平下,结构最大挠度值为17 mm,最大挠跨比为1/3235,最大压拉应力值为24.68 MPa,最大压应力值为50.16 MPa,远小于Q345钢材应力设计值,桥梁结构性能满足规范要求。     

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。     

适用于三车道高速公路钢板组合梁的比选分析

钢板组合梁应用广泛,结构体系多样,以三车道16.25 m桥宽、40 m跨径为前提,分别按照法国、日本、美国的常用主梁间距和结构体系进行方案设计,并横向比较各体系的异同。分别对多主梁、少主梁进行计算分析,研究影响结构受力特性的因素,并列出梁高对主梁应力及位移的影响,得出随着梁高增加,钢主梁纵向应力、竖向位移均呈现显著的线性减小趋势。     

中小跨径钢箱-混凝土组合梁闭口与开口截面对比分析

对一种钢箱-混凝土组合梁的受力过程开展理论分析研究，为我国中小跨径钢箱-混凝土组合梁的设计和应用提供参考。对闭口和开口钢箱截面进行对比分析发现，闭口截面相比开口截面，虽增加少量用钢量，但减低了钢梁应力水平，减少了焊缝数量，进而减少了焊接问题的出现，适用于中小跨径钢箱-混凝土组合梁桥的建设。     

我国公路简支钢混组合梁合理截面研究

根据我国道路结构特点和公路荷载标准,对简支组合梁桥主梁设计的控制因素、主梁合理截面尺寸等进行分析研究。给出了公路Ⅰ级车道荷载作用下,应力控制设计时的主梁挠度,以及翼缘面积与跨径关系的近似公式,并将组合梁桥与非组合梁桥进行了对比。     

空间圆管桁架混凝土组合梁受力性能试验研究

空间圆管桁架混凝土组合结构是一种新型组合结构,为了解其受力特点、破坏机理、变形能力、管桁架杆件的内力分布规律及界面相对滑移等,设计制作了2根弦杆未填充混凝土的不同混凝土翼板厚度的空间圆管桁架混凝土组合梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行受力性能试验研究。研究表明,在对称荷载作用下,组合梁的破坏形式为弯曲破坏,同时伴随有受拉腹杆节点焊缝的强度破坏;空间圆管桁架组合梁具有良好的承载能力和变形能力,相同荷载下,混凝土板厚的组合梁的承载能力高于板薄的组合梁;组合梁破坏时,其跨中挠度约为跨径的1/200;不考虑界面相对滑移的情况下,截面应变满足平截面假定;加载前期,支点截面界面相对滑移量大于 L/8截面,而加载后期,L/8截面界面相对滑移量大于支点截面;腹杆为非轴心受拉或受压杆件,且跨中位置腹杆的轴力较小,梁端位置腹杆的轴力较大。     

波形钢腹板组合结构矮塔斜拉桥的发展与应用

波形钢腹板组合梁矮塔斜拉桥作为一种新型桥梁结构,有利于降低结构自重、减小梁高、增大跨径、减小地震反应,能够充分发挥波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥和矮塔斜拉桥的两者技术优势,拓展了各自的应用范围和适用跨径。该文阐述了波形钢腹板组合梁矮塔斜拉桥的结构特点、国内外的发展和应用状况,并以日本栗东桥和南昌朝阳大桥为工程实例,介绍了波形钢腹板组合梁矮塔斜拉桥的构造特点和施工工艺。     

关键参数对大跨组合梁自锚式悬索桥用钢量指标的影响分析

以某主跨345 m钢-混组合梁自锚式悬索桥为实例,从主跨跨径、吊索间距、桥面宽度以及施工方案等方面探讨了关键参数对用钢量指标的影响。分析结果表明:主跨跨径对用钢量指标影响显著,主梁用钢量指标变化幅约为跨径变化幅的一半,主缆用钢量指标变化幅略大于跨径变化幅;吊索间距对主梁受力影响不大,适当增大吊索和钢横梁间距可降低用钢量指标;相同跨径下,每平米桥面用钢量指标随桥宽增大而有所降低,32 m桥宽用钢量指标约为22 m桥宽的87%;施工方案对主梁用钢量指标影响较大,105 m临时墩间距顶推施工的主梁用钢量比满堂支架施工增加32%。所得结论可为同类桥型设计提供参考。     

UHPC在连续组合梁负弯矩区的受力性能研究

通过对组合连续梁负弯矩区影响因素的建模分析,建议超高性能混凝土(UHPC)桥面板厚度与组合梁高度之比为1/5～1/9,组合梁高度与跨径的比值为1/18～1/22,钢梁与UHPC桥面板刚度之比为2～10;钢-UHPC组合连续结构梁高远低于钢-C50混凝土组合连续梁结构梁高,结构负弯矩区UHPC桥面板不开裂.     

寒冷地区中等跨径连续钢箱梁桥设计分析

本文对寒区中等跨径连续钢箱梁桥,分别按7.5cm沥青混凝土铺装方案和10cm水泥混凝土+10cm沥青混凝土组合铺装方案进行设计,分析钢箱梁用钢量指标随桥梁跨径、箱梁梁高的变化规律,研究寒区钢箱梁桥采用组合铺装后,钢箱梁用钢量指标变化情况,为寒区中等跨径钢箱梁桥的设计提供参考。     

组合连续梁桥收缩徐变与滑移效应的影响分析

钢混组合梁桥由于其自重轻,跨越能力大的特点,近年来被逐步应用到大跨径连续梁桥上,发挥了两种材料结合的优势,扩展了连续梁桥的跨越能力。由于两种材料的差异性,在组合后受收缩徐变效应的影响,会导致结构内力重分布、产生附加变形。采用柔性连接件的组合梁在其结合面上会产生滑移,进一步增加附加变形。对于大跨径组合梁桥,其收缩徐变效应和滑移效应不容忽视,但影响程度和规律仍然不明确。以港珠澳大桥大跨径组合梁连续梁桥为背景,分析大跨径连续梁在有滑移时和收缩徐变效应下的影响。结果表明,在混凝土板收缩徐变作用下,有滑移时会导致位移增量和应力增量变大;置梁时间越长,主梁挠度越小,第1个月的置梁对挠度影响最为明显;收缩徐变使混凝土板的压应力减小,在成桥后期,中支点附近的混凝土板将出现拉应力;收缩徐变使钢梁顶的压应力增加,钢梁底的拉应力减小。     

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。     

中小跨整体预制Π形钢板组合梁力学与经济性研究

我国中小跨径桥梁以预制混凝土T梁、小箱梁为主,钢板组合梁具有广阔的推广空间。常规中小跨径钢板组合梁通常先安装钢梁再安装混凝土桥面板,组合效率不高,施工不便。结合湖南省长益扩容高速公路项目工程,提出了一种钢梁-混凝土桥面板整体预制钢板组合梁。预制组合梁为Π形断面,采用架桥机安装,先简支后连续进行体系转换。采用MIDAS和ANSYS有限元软件对组合梁结构的力学性能进行了分析,通过工程实例对组合梁施工性能与技术经济指标进行了对比研究。结果表明:钢梁、混凝土桥面板、连接件承载能力与钢梁的疲劳性能满足现行规范要求;通过优化施工工序与配置普通钢筋,负弯矩区最大裂缝宽度小于规范要求,可按控制裂缝宽度的方式进行设计;组合梁满足梁上运梁强度要求,吊重与混凝土预制结构基本相当,有良好的施工性能,适合山区等复杂地形施工;组合梁建造成本比混凝土预制结构高,但考虑维护与回收价值的全寿命周期成本相对较低;组合梁总用钢量指标相比同类结构居中,混凝土用量最小,经济性较好。预制Π形钢板组合梁具有组合受力效率高、施工方便、造价可靠的优点,适合在我国交通建设中推广。     

钢-混连续组合梁的徐变等温法

为了研究钢-混连续组合梁徐变,考虑永久荷载作用下的徐变效应与负弯矩区混凝土开裂效应之间的耦合效应,采用了徐变等温法,将徐变效应等效为与时间无关的温度梯度作用效应,避免了有限元徐变非线性分析中的显式隐式积分选择、迭代不收敛等困难,为工程实用计算提供了一种简单方便的方法。基于力法截面分析建立了平衡和变形协调方程组,基于曲率等效原则推导了钢-混组合梁永久作用徐变等效温度梯度的解析和简化两套计算公式,能够用于静定组合梁和超静定组合梁分析,对强迫位移等其他荷载类型解析解推导起到了借鉴作用。徐变后超静定连续梁的内力和变形转化为"按照材料和结构力学方法计算温度梯度作用超静定结构内力(截面重分布内力和超静定支座次内力)和变形"。对永久作用下超静定连续梁,提出正弯矩区徐变等效温度梯度的抛物线加载方式。结果表明:等效温度梯度模型应用便洁、精度较好,约束系数是徐变效应的关键影响参数;连续组合梁负弯矩区开裂之后应力释放,在挠度增加不大的情况下出现有利的弯矩重分布(负弯矩减幅达20%以上,正弯矩增幅约16%),而徐变会缓解开裂重分布弯矩和应力释放程度;徐变会显著地加重开裂后的跨中挠度;缓解或加重作用程度与型钢大小等因素有关。     

中小跨径桥梁结构形式优选

为了确定中小跨径桥梁合理的截面形式,以达到安全、经济、耐久的要求,以40m的跨径为例,提出了两种组合梁和一种预应力混凝土T梁方案。首先分析了两种组合梁的受力,在受力满足要求的基础上,分别计算3种方案上、下部结构的材料用量和经济性指标,最后对3种断面形式的造价进行了比较。结果表明:在采用合理断面形式和截面尺寸情况下,组合梁相对预应力混凝土T梁的造价与墩高有关,随着墩高的增加,两者的造价差异减小,墩高达到60m左右,两者造价相当;在保证应力水平不变的情况下,通过增加下翼缘的板厚可有效降低组合梁的梁高。     

UHPC在槽形钢-混凝土组合梁的应用与分析

以某大跨连续钢-混凝土组合梁为工程背景,对钢-UHPC组合梁和钢-C50混凝土组合梁进行整体和局部对比分析。结果表明,整体计算中,钢-UHPC组合梁的刚度略小于钢-C50混凝土组合梁,基本组合下钢-UHPC组合梁中钢梁应力比钢-C50混凝土组合梁下降约27%。局部有限元分析中,频遇组合下钢-C50混凝土组合梁的桥面板已开裂;钢-UHPC组合梁桥面板的最大拉应力作用范围比钢-C50混凝土组合梁小,仅出现在纵肋下缘,且最大拉应力小于UHPC材料的开裂应力。钢-UHPC组合梁可大幅降低结构自重,进一步减小钢梁截面,有望解决大跨度连续组合梁中桥面板开裂问题。