钢纤维混凝土与钢结合梁桥面板等效板单元模型及其应用

基于拉压等效与弯曲等效方法,提出了钢纤维混凝土与钢结合梁桥面板换算为单一材料等效板单元的计算模式 ,导出了等效板单元的厚度和弹性模量的计算式.可方便地采用一般的有限元程序对结合梁桥进行空间分析. 对一座实际的钢纤维混凝土与钢结合梁桥进行了空间应力分析及静载试验.     

城市跨线桥组合桥面的分析与试验

该文在采用一般有限元程序对城市跨线桥进行空间分析时,基于拉压等效与弯曲等效方法,提出了组合桥面板换算为单一材料等效板单元的计算模式,导出了等效板单元的厚度和弹性模量的计算式。根据该方法,对一座实际的钢纤维混凝土与钢组合梁桥进行了空间应力分析,并且进行了静载试验。     

超宽简支钢箱梁动力特性及简化分析方法研究

随着超宽梁桥的逐渐增多,宽幅桥梁与普通的窄桥相比,在荷载横向分布、稳定分析以及横向连接等方面都有明显区别。现以一座单跨单箱多室钢箱简支梁桥为研究对象,分别建立空间梁单元模型、等效板单元模型、梁格体系模型和实体单元模型,并对四种模型进行了动力特性结果比较,探讨了超宽简支钢箱梁桥不同计算模型动力特性的差异。结果表明,梁格体系模型的竖弯频率误差最小,而所有模型的扭转频率误差都较大。对于宽度不同的梁桥,运用等效板单元模型进行参数化分析,并对桥梁的竖弯频率和扭转频率的计算,提出简化模拟公式。归纳出的结论对同类桥梁的动力特性计算具有一定的参考价值。     

层布式钢纤维混凝土路面力学分析

将层布式钢纤维混凝土上下表面撒布的钢纤维增强作用等效为一钢纤维混凝土均质增强层,并建立起模型对一层布式钢纤维混凝土梁进行了弯曲强度理论计算,获得了增强层的最佳等效厚度为2cm,且计算结果与试验结果相当吻合。根据弹性层状体系理论和弹性半空间地基理论,建立起了层布式钢纤维混凝土路面力学计算模型。     

波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁桥设计参数分析

为明确波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁桥关键设计参数的合理取值范围，以3×30 m波形钢腹板结合梁桥通用图为研究对象，建立波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁有限元模型进行参数敏感性分析。研究翼缘板宽厚比、波形钢腹板高厚比、横隔板间距及钢梁高跨比等对结构受力性能的影响，并给出关键设计参数合理取值建议。结果表明：波形钢腹板工字钢梁跨中处受压上翼缘板宽厚比小于23、支点处下翼缘板宽厚比小于19时可满足结构稳定性要求；跨中处波形钢腹板高厚比不宜大于265,支点处腹板厚度由抗剪需求控制；波形钢腹板横向刚度大于平钢板，横隔板间距可放宽至支点处翼缘板宽度的35倍；波形钢腹板工字钢结合板梁桥的钢梁高跨比可取1/28～1/18,经济合理高跨比约为1/25。     

结合梁桥在施工过程中的行为

钢－混凝土结合梁桥的受力行为受到混凝土桥面板时效特性的影响，也直接影响桥梁的耐久性。对混凝土桥面板横向裂缝产生的原因进行研究，可更好地了解混凝土板的拉应力产生原因。从浇注混凝土板行为进行的现场观测和试验，结果表明混凝土水化热和浇注顺序对桥面板拉应力有重要影响。在实际施工中，混凝土板的临界拉应力有所降低。将限制水化热影响的试验结果与理论计算进行比较，并以此为基础建立了推算在早期混凝土中产生裂缝可能性     

我国铁路钢-混凝土结合梁桥技术发展思考

结合重大桥梁工程实例,对我国铁路钢-混凝土结合梁桥技术特点进行综述和讨论。分析近几年我国铁路钢-混凝土结合梁桥技术发展中遇到的主要技术难题、试验研究方法和研究成果。提出进一步发展铁路钢-混凝土结合梁桥需要解决的关键技术。     

钢—混凝土结合结构非线性有限元分析

提出了一种适用于钢和钢箱混凝土组合结构分析的高级非线性有限元分析程序。描述了用于模拟混凝土板与钢梁相互作用的单元，特别展示了对钢波纹板与混凝土板形成的组合肋形板的模拟效果。另外还着重关注了用于确定板与钢梁单元的进展贯穿裂纹和屈服相关的应力重分布的分 层技术的作用。开裂前混凝土被看作各向同性非线性弹性材料，开裂后则被看作非线性弹性正交异性材料；钢在屈服前被看作理想的弹性材料，而在屈服后则认为因应变硬化进入塑性平台，所有的材料模型都是经验性的。在混凝土板和钢梁结合面上同一种特殊的柱单元来全部或部分地模拟剪力连接链的作用，这种短柱单元能够反映由实验确定的非线性剪力－滑移关系。本程序的计算结果，包括对裂纹形式的预测，与钢筋混凝土板和钢－混凝土组合结构的试验结果具有很好的可比性。     

曲线钢-混凝土结合梁桥的温度应力

基于有限元软件分别对曲线钢-混凝土结合梁桥整体升温25℃和桥面板降温7.5℃进行受力分析。研究在整体升温的温度应力作用下沿桥宽方向桥梁跨中挠度值、桥面板横向位置值、纵向应力值,并给出了整桥的变形云图;降温的温度应力下桥面板沿桥宽方向桥梁跨中挠度值、桥面板横向位置值、混凝土板及钢箱梁底板纵向应力值,同样给出了桥面板及钢箱竖向位移分布云图。通过对曲线钢-混凝土结合梁的有限元分析,说明曲率效应和扭转效应在曲线梁桥计算中是不可忽视的。     

板梁桥振动响应求解方法的比较

把板梁桥等效为正交异性板，车辆等效为在正交异性板上移动的1组荷载。根据Halmiton‘s原理和模态叠加原理，得到系统状态方程。用3种方法求解状态方程得到板梁桥的振动响应，并与卷积积分方法得到的结果进行比较，相对误差都小于8％，表明3种方法计算板梁桥的响应是有效且省时的。     

宽幅异形钢板组合梁的设计与研究

以丰台火车站东侧立交专用匝道宽幅异形钢板组合梁桥为研究对象，从结构优化和安全设计两方面对组合梁桥进行分析，以桥梁结构安全性与经济性为原则，提出最优设计方案。在有限元软件中，采取刚臂连接模拟剪力钉设置，结合混凝土桥面板和工字形钢主梁，建立全桥整体模型；通过调整中横梁设置个数、改变支座平面布置方式，优化桥梁结构设计；根据桥梁实际受力情况，分析桥梁结构在常态下钢主梁的刚度、承载能力、屈曲稳定和疲劳应力情况。结果表明：在满足结构使用安全的情况下，减少中横梁数量，会增加结构应力，降低稳定安全系数；宽幅异形钢板组合梁受混凝土收缩影响明显，外侧支座容易脱空，优化支座布置显得尤为重要；在正常使用状态下，钢板组合梁外侧主梁刚度较小，变形明显，应力较大，最早容易出现屈曲失稳，且受疲劳荷载影响较为敏感。     

结合钢桁梁正交异性钢桥面板体系研究

为研究结合钢桁梁正交异性钢桥面板体系(纵横梁体系、横梁体系、纵梁体系)受力性能的差别,以闵浦大桥为例,采用MIDAS Civil软件建立3种结构体系的主跨桁架局部空间模型进行有限元计算分析,得到如下结论:纵梁体系不适合于结合钢桁梁正交异性钢桥面板结构;横梁体系结构比纵横梁体系受力不利;纵横梁体系在获得足够的净空的同时不至于使整个桁架很高,桥面板受力合理,是最适用于结合钢桁梁的正交异性钢桥面板体系.     

大宽跨比连续钢箱梁桥的剪力滞效应研究

在钢箱梁的悬臂板外侧加设具有流线型的弧形钢板,使悬臂板部位构成封闭的空间,可提高抗锈蚀性,同时也满足城市桥梁美观的需求.以一座具有弧形腹板的连续钢箱梁城市高架桥为背景,建立全桥空间板壳有限元分析模型,研究具有大宽跨比特点的连续钢箱梁在不同设计荷载组合工况下,以及考虑桥面铺装钢纤维混凝土参与工作后,箱梁顶板的剪力滞效应.得出剪力滞系数沿横向、纵向的分布规律,以及考虑钢纤维混凝土桥面铺装后剪力滞系数的分布规律.     

现浇空心板梁桥梁底纵向开裂分析与加固

现浇钢筋混凝土空心板梁桥在我国的桥梁建设中应用广泛,但是当宽跨比较大时容易出现梁底纵向开裂的问题。该文以空心板梁桥实际工程为研究背景,采用有限元软件Midas FEA,利用三维有限元方法对桥梁横向进行受力分析,得出结果为:宽跨比较大的空心板梁桥,其横向受力特征明显,在荷载作用下,板梁承受较大的横向弯矩。并根据裂缝的位置与成因提出了相应的加固措施与防治建议。     

正交异性钢板-薄层RPC组合桥面基本性能研究

为了解决正交异性钢桥面铺装层破损及钢桥面结构疲劳开裂2类病害问题,提出了一种新型正交异性钢板-薄层超高性能活性粉末混凝土（RPC）组合桥面结构体系。基于某大桥建立有限元模型,并对比计算了纯钢梁和组合桥面结构中桥梁主缆索力和桥面系应力状态;同时,开展了足尺条带模型静载试验。研究结果表明：采用新型钢-RPC组合桥面结构后,钢面板及纵肋中应力明显降低且最大降幅超过70%,而主缆索力几乎不增加;RPC层开裂前的拉应力可达42.7MPa,远高于其在实桥荷载作用下10.08MPa的拉应力;该新型钢-RPC组合桥面结构可提高桥面系的刚度,降低钢桥面结构中的应力,从而能够基本消除钢桥面疲劳开裂的风险。     

某正交异性板钢箱梁斜拉桥UHPC组合桥面改造方案研究

某跨江大桥为主跨460m的斜拉桥,运营多年后正交异性板钢箱梁出现大量裂纹,提出采用超高性能混凝土(UHPC)组合桥面(由配钢筋网的UHPC层与钢桥面板通过短栓钉组合而成)进行改造。为选择合适的改造方案,采用有限元法建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁(UHPC层厚4.5,5.5,6.0cm)模型,分析各疲劳细节应力及UHPC层应力;开展UHPC层配置钢板条的组合结构模型试验,验证其疲劳性能。结果表明:UHPC组合桥面降低了钢箱梁各疲劳细节最大应力幅,降幅为11%~88%,顶板疲劳细节处裂纹尖端最大应力幅降幅达92%;疲劳荷载作用下,UHPC层顶面应力较低,钢桥面板开裂后UHPC层底面应力较大;采用钢板条对5.5cm厚UHPC层的组合结构加强后,UHPC层名义开裂应力达43.2MPa,200万次疲劳寿命达22.1MPa,疲劳性能满足要求,选择该方案进行改造。     

大跨四线铁路上承式钢桁拱桥拱上梁设计

大瑞铁路保山至瑞丽段采用跨度490m的上承式钢桁拱桥跨越怒江,该桥为高烈度地震区大跨度四线铁路桥,在桥上设站。对拱上梁的跨径、联孔、梁型和支座设置进行比选,确定拱上梁采用一联14×37.2m钢箱梁,拱上立柱采用钢结构双柱排架墩,钢箱梁与拱上立柱之间设置纵向固定支座以提高墩的纵向刚度。桥面总宽度为24.9m,分双幅对称设计,单幅钢箱梁采用双箱单室大悬臂结构。采用MIDAS Civil软件建立拱上钢箱梁局部空间板壳有限元模型进行结构分析,结果表明:大悬臂钢箱梁横向偏载效应较为明显,各支点反力由外向内依次减小,最不利状态下最小抗倾覆系数满足设计要求;钢箱梁应力、位移及疲劳验算均满足规范要求。     

大跨径波形钢腹板梁桥试设计及探索

波形钢腹板组合箱梁从根本上回避了一般预应力混凝土箱梁桥腹板开裂病害问题,合理地将钢、混凝土两种材料结合,改善结构力学性能并减轻结构自重,理论上波形钢腹板梁桥可以超过混凝土腹板梁桥达到更大的跨度。由于梁桥中墩墩顶处负弯矩承载力有限,通过负弯矩对比的方式,试设计主跨360 m的波形钢腹板组合梁桥,并建立有限元模型,对结构抗弯、抗剪承载力,以及连接件等进行计算,结果表明试设计方案是成立的。钢腹板整体屈曲稳定性是制约波形钢腹板梁桥跨径增大的主要因素之一。为解决现有的波形钢腹板型号应用在大跨度梁桥中整体屈曲强度折减较严重的问题,研究设置纵向横隔和采用大尺寸波形钢腹板型号的应对措施,从而为波形钢腹板梁桥向更大跨度发展做出积极探索。     

崇启大桥主桥钢箱梁高腹板设计

崇启大桥主桥采用(102+4×185+102)m六跨变截面钢箱连续梁桥,主桥钢箱梁最高达9 m.在该桥高腹板设计过程中,对国内、外相关标准和规范进行研究,制定高腹板结构设计和验算思路.腹板在顺桥向不同区段采用4种不同的板厚,在箱梁内侧保持平齐.腹板横肋纵向间距1.4m,加劲肋均采用T形构造;腹板纵肋采用扁钢构造.墩顶附近梁段靠近底板的腹板纵肋与横肋焊接,其余部位腹板纵肋在横肋处断开.按照规范方法对腹板强度、最小厚度及纵肋设置位置合理性、纵肋刚度、横肋间距和刚度、区格局部稳定性进行验算,并采用ANSYS建立半桥板单元模型,对腹板强度和局部稳定性进行校核,结果表明,腹板设计满足规范要求.     

大悬臂宽箱组合梁的应力不均匀性研究

大悬臂宽箱组合梁是一种结构形式新颖的桥梁结构,九堡大桥引桥采用了这种形式钢与混凝土组合梁。该文结合该工程,采用有限元方法建立全桥板壳和实体有限元模型,计算了不同荷载作用下的组合梁受力,得到了主梁各个部分构件的应力。研究了组合梁中顶、底板的应力分布的不均匀性,揭示了大悬臂组合梁桥中钢与混凝土的应力分布特点,为同类结构的日后设计计算提供了参考。