大跨径钢桥面铺装有限元模拟分析

运用有限元及子模型法分析了桥梁整体变形对铺装层的受力状态的影响,并分析了局部轮载作用下正交异性钢桥面铺装的内部受力状态及应变分布特点。分析了铺装层模量对其受力状态的影响,对磨耗层及刚度过渡层的模量组合进行了优化设计分析。分析结果表明钢桥面铺装设计的控制受力因素是轮载局部作用下铺装层的横向应变,铺装层模量对铺装层的受力状态有显著影响。     

超重荷载钢桥铺装结构设计与桥梁加固方案研究

交通荷载对钢桥面铺装的使用寿命有很大影响,为设计出满足超重行车荷载使用要求的钢箱梁桥面铺装,运用有限元方法分析了3种备选铺装结构在超重荷载作用下的力学性能,并进一步研究为改善铺装受力状况而采取的桥梁加固措施,为桥梁结构与桥面铺装一体化设计做出了有益的尝试。根据研究结果,推荐钢桥面采用"7.5 cm三层环氧沥青混凝土"铺装结构,并对桥梁结构采用在腹板附近加焊纵向加劲肋的方式进行加固。研究表明,增加铺装厚度以及钢桥面板局部结构的优化,可以较为明显地改善铺装的受力状况,建议钢桥结构设计与桥面铺装设计应同步、协调进行。     

钢-超高延性混凝土组合桥面结构力学性能分析及疲劳试验

为改善当前大跨径钢桥钢箱梁桥面板普遍存在疲劳开裂的现状,提升钢桥面铺装体系正常服役寿命,提出了一种钢-超高延性混凝土组合桥面方案:组合桥面主要由正交异性钢桥面板、配筋超高延性混凝土层和沥青磨耗层组成,钢桥面板上表面焊接栓钉,并设置防水黏结层,超高延性混凝土层与钢桥面板间通过栓钉相连,超高延性混凝土层上表面采取表面粗糙处理,并设置防水黏结层,确保与其上的沥青磨耗层之间形成可靠连接。以虎门大桥钢箱梁为背景,采用有限元软件Abaqus对所提出的组合桥面铺装体系进行了力学性能分析。分析结果表明:采用组合桥面铺装体系,可明显提升正交异性钢桥面铺装体系的整体刚度,使得正交异性钢桥面板关键受力部位的应力水平降低25%～45%,显著延长钢桥面板疲劳寿命。制作了足尺钢箱梁子结构试验模型并开展了疲劳试验研究,疲劳试验结果表明:在规范规定的疲劳车荷载及高于疲劳车荷载的疲劳荷载作用下,累计经历400万次疲劳试验后,组合桥面铺装结构铺装层和钢桥面板均未出现破坏迹象,采用钢-超高延性混凝土组合桥面,可有效延长钢桥面铺装结构使用寿命。研究成果为既有存在病害的钢桥钢箱梁承载力的恢复甚至提高,乃至新建钢桥的桥面铺装提供了一种有益的选择方案。     

斜拉桥钢拱塔在不同荷载作用下受力分析

以钢拱塔斜拉桥为例,采用有限元软件,对成桥阶段恒载、汽车荷载以及横向风荷载作用下的钢拱塔的弯矩及剪力进行了分析,得到以下结论:恒载作用下,顺桥方向上钢拱塔最大弯矩发生在离桥面大约1/3钢拱塔高度处,横桥方向上钢拱塔最大弯矩发生在钢拱塔底部,最大剪应力发生在离桥面大约2/3钢拱塔高度处;汽车荷载下,顺桥方向上钢拱塔弯矩最大弯矩发生在钢拱塔底部处,最大剪应力发生在离桥面大约1/5钢拱塔高度处;横向风荷载下,顺桥向上钢拱塔最大弯矩发生在钢拱塔底部处,最大剪应力发生在钢拱塔底部处,最大值为637kN·m,且钢拱塔顶部的剪力方向与钢拱塔底部相反,最大值为243kN·m。     

钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土开裂研究

连续组合梁桥设计中的关键问题是能否有效抑制负弯矩区混凝土的开裂及裂缝发展。混凝土的开裂会降低组合梁整体刚度,并会加速混凝土板内钢筋、抗剪连接件甚至钢梁的腐蚀,降低整体结构的耐久性。以阳泉市某高速公路匝道钢-混组合连续梁桥为背景,介绍了影响负弯矩区混凝土开裂的影响因素,运用MIDAS FEA建立空间精细化有限元模型计算了负弯矩区混凝土在设计荷载作用下和超载作用下的裂缝宽度,并对比分析了另外5种裂缝宽度计算方法。结果表明,G匝道钢-混组合连续梁桥混凝土裂缝宽度满足规范设计要求,且具有较大储备。汽车活载与温度梯度负温差效应对裂缝宽度影响较大。同时,汽车超载对裂缝的影响较为明显,应该严格限制超载。     

钢桥面系统各项参数敏感性分析

大跨径钢桥桥面系统一般由钢箱梁盖板、纵向加劲肋，横隔板以及沥青铺装层组成，在车辆荷载作用下，铺装层的受力状态相当复杂。作为沥青铺装层的支承体系，钢桥面板体系的结构特性与结构刚度是影响铺装层受力的主要因素，因此就可以通过改变桥各项参数来分析桥面系统刚度的改变对铺装层受力的影响程度。本文利用有限各分析方法，对影响桥面系刚度的各项参数进行分析，揭示了钢桥面沥青铺装层受力大小与桥面系统各项参数的内在联系。     

连续曲线双重组合梁桥的畸变性能分析

连续曲线组合梁桥在竖向荷载作用下会产生弯扭耦合效应,并且其负弯矩区的钢底板也存在受压失稳问题。为改善负弯矩区的钢底板受力情况,提出连续曲线梁桥负弯矩区双重组合的结构形式,即由混凝土桥面板、槽形钢梁及底部混凝土板通过连接件相结合,形成共同受力的截面结构形式。在负弯矩区域采用双重组合结构形式,不仅可以提高钢底板的受压稳定性能,亦能增强截面的抗弯和抗扭刚度。为探讨该结构的受力性能,本文通过有限元数值模拟方法,对负弯矩区双重组合结构混凝土底板的长度和厚度2个变量进行参数分析,研究偏载作用下,连续曲线双重组合梁桥截面的纵向畸变应力和畸变角变化情况,为提出双重组合曲线梁桥的混凝土底板设计提供参考。     

大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应分析

为研究大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应,以宜万铁路宜昌长江大桥为背景,在总结该类结构体系特点的基础上,采用桥梁博士分析软件建立全桥平面有限元模型,对全桥桥面施加竖向均布荷载(二期恒载),分析拱梁内力、竖向荷载及跨中截面弯矩的分配;将该桥与孔跨组成及截面尺寸完全相同的连续刚构桥在恒、活载作用下的结构内力进行对比,分析组合结构的拱梁组合效应。分析结果表明:在竖向均布荷载作用下,连续刚构柔性拱组合结构跨中范围吊杆轴力增加较大;结构跨中截面总弯矩绝大部分已转化为拱肋压力与主梁拉力;与连续刚构相比,活载作用下,连续刚构柔性拱组合结构的主梁弯矩显著减小,结构刚度提高较大,柔性拱作用明显。     

大跨径钢箱梁桥面铺装动力响应分析

为了分析钢桥面铺装在动荷载作用下的力学变化规律，针对现有铺装层常见的脱层、滑移、开裂等破坏形式，研究了行车荷载的动力特性与形式，将车轮荷载模拟为移动恒载，选取了6种铺装结构和3种力学控制指标，建立了钢桥面铺装体系三维有限元模型，研究了在动荷载作用下铺装的动力响应，并与静力计算结果进行了对比，给出了最优的铺装结构形式。分析表明，钢桥面铺装的动力响应与静力响应有较大的不同；在动力荷载下，铺装层最不利受力荷位是横隔板跨中位置；铺装层最不利点位受拉情况类似于承受半正矢波荷载；静力分析在对层间剪应力计算时误差很大，在动力荷载作用下，铺装与钢板间会产生很大的层间剪应力，这是导致铺装出现脱层、滑移等病害的主要原因。     

广东清远北江四桥工程主桥超高性能混凝土-钢组合桥面板结构设计

广东清远北江四桥主桥采用单索面宽幅支承体系混合梁斜拉桥,而钢箱梁存在钢桥面铺装层易破损和钢结构疲劳开裂的通病难题,为解决其难题,主桥钢箱梁桥面采用超高韧性混凝土-钢组合桥面板,着重介绍了北江四桥主桥钢箱梁超高性能混凝土-钢组合桥面板结构构造,并采用了有限元对其进行了受力分析,计算结果表明超高韧性混凝土有效降低钢桥面结构的应力及变形,并改善铺装层的受力状况。     

钢-砼组合斜拉桥调索计算方法研究

为了减小传统调索方法在钢—砼组合斜拉桥调索过程中钢箱梁由二期恒载引起的变形和应力,在现有调索方法理论基础之上,通过研究提出在钢纤维砼浇筑完成,桥面沥青砼铺装之前进行终调索。详细介绍了最终施调量的计算过程,比较了两种调索方法下的计算所得成桥索力理论值,借助有限元分析软件,分析了运用该方法与传统调索方法进行调索过程中钢箱梁由二期恒载引起的变形和应力,分析结果表明:在钢纤维砼浇筑完成,桥面沥青砼铺装之前进行终调索,整个钢箱梁由二期恒载引起的变形和应力分别减小了由传统调索方法引起变形、应力的34.7%和46.8%,极大地提高了桥面铺装的耐久性。     

佛陈大桥(扩建)的轻型组合桥面结构设计

佛陈大桥(扩建)连续钢箱梁的桥面采用各向异性钢桥面铺装,为解决钢桥面疲劳裂纹和铺装易损坏的问题,从耐久性出发,转变桥面铺装的设计思路,结合钢箱梁的结构设计,引入了轻型组合桥面结构,在扩建右幅桥试验性地采用超高韧性混凝土(STC)和沥青磨耗层组合铺装结构,提高铺装下层的设计年限和钢桥面的抗疲劳寿命,从而降低铺装层的养护成本和生命周期总成本。通过模型试验,验证该轻型组合桥面结构的抗裂能力,能达到设计要求。     

正交异性钢桥面铺装加速加载试验足尺数值模型研究

本文以嘉绍大桥正交异性钢桥面铺装工程为依托,针对钢箱梁子结构数值模型的适用性和铺装层结构参数敏感性进行研究。根据变形等效、应力等效、应变等效和细节等效的原则建立钢箱梁标准段数值子模型。通过标准段整体模型和子模型力学对比研究分析,发现子结构模型尺寸和边界条件可以真实有效地反映实体钢箱梁正交异性钢桥面板轮载下实际受力行为,根据所建立的子结构模型建立实体模型是合理适用的。这为足尺模型加速加载试验合理选择试验构件尺寸及加载边界条件带来了有力的理论依据。通过ERS钢桥面铺装结构参数敏感性分析,明确ERS钢桥面铺装结构的受力特性,可为ERS钢桥面铺装技术提供理论基础和设计指导。     

大跨径钢桥面结构有限元优化分析

运用有限元法分析了轮载作用下正交异性钢桥面铺装的受力状态和桥面板厚度、加劲肋厚度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,提出了钢桥面板的优化组合设计参考数据。     

车辆荷载作用下钢桥面沥青混凝土铺装层受力分析

为了给正交异性钢桥面板铺装技术提供可靠的、完善的理论依据,需要研究和分析钢桥面板、沥青混凝土铺装体系各层间结构,在日益增大的交通荷载以及环境等综合因素作用下的工作状态和应力应变特征.利用有限元方法对北盘江大桥进行了钢桥面铺装层受力分析,研究了沥青混凝土铺装层在行车荷载作用下应力、应变分布的变化规律.根据分析结果,提出北盘江大桥钢桥面铺装的设计指标建议.     

正交异性钢桥面沥青铺装结构特性的研究

利用直线式加速加载试验系统,对12种沥青铺装方案进行了大型直道足尺试验。研究了正交异性钢桥面板的受力特点和动荷载作用下的响应特性,分析了导致钢桥面沥青铺装层产生疲劳破坏形式的原因,指出了现行钢桥面沥青铺装设计存在的主要问题,并针对目前钢桥面沥青铺装设计提出建议。     

公铁同面大桥的桥面铺装耦合荷载效应

为分析铁路-公路荷载作用下公铁同面钢桁架梁桥面铺装层的受力特点,以枝城长江公铁同面连续钢桁架梁桥面铺装结构为研究对象,采用等效抗弯刚度法简化桥面铺装层,建立公铁同面大桥整桥有限元模型,分析铁路荷载、公路荷载及铁路—公路耦合荷载对公铁同面钢桁梁桥桥面铺装组合结构的影响。结果表明桥面铺装层主要控制应力为顺桥向的纵向拉应力,铁路荷载和公路荷载对最大纵向拉应力耦合效应的贡献率分别约为62.5%和37.5%,对最大横向拉应力的荷载耦合效应的贡献率分别约为61.7%和38.3%。在铁路-公路耦合荷载作用下,枝城长江公铁同面钢桁架梁桥面铺装层的最不利等效应力小于等效桥面铺装层材料的容许应力。     

简支梁桥桥面连续结构力学特性理论分析

针对简支梁桥桥面连续结构易出现开裂、漏水和啃边等常见的病害问题,基于线弹性理论,采用结构力学方法推导了在汽车活载与温度效应联合作用下桥面连续结构的应力求解公式,并以某工程实例为算例,利用ABAQUS有限元软件对所推导的应力公式进行了验证。通过对桥面连续结构受力性能的综合分析,得出其主要影响因素有桥面连续结构的厚度、无黏结段长度和所用材料种类。最后,对这些影响参数进一步分析,得出了上述各参数对连续桥面结构受力和跨中挠度的影响程度以及影响桥面连续结构受力的最显著参数。结果表明:推导得到的桥面连续结构简化计算公式能够较精确地计算结构在汽车活载、温度效应等作用下的受力特征;随着铺装层厚度的增大,桥面连续段混凝土铺装层上、下表面的受力均有较大幅度的减小,上表面最大受力与厚度大致呈线性关系;当采用沥青混凝土与不采用沥青混凝土的桥面铺装层构造时,两者上表面最大主拉应力基本相同,但后者的下表面最大拉应力远大于前者;铺装层选择沥青混凝土面层与混凝土现浇层的组合设计较为合理;增加混凝土铺装层厚度和设置无黏结段是较为有效的改进方案,其中以设置无黏结段效果最好;每跨的无黏结段长度设为跨长的5%左右能够显著减小桥面连续结构的最大拉应力;研究结果可为简支桥梁桥面连续结构的受力计算及较为精确的设计方法提供理论指导。     

南京长江第二大桥钢桥面铺装层受力分析研究

南京长江第二大桥采用正交异性钢箱梁结构，桥面铺装层在国内首次采用环氧沥青混凝土材料。本文将正交异性钢桥面板、铺装层作为受力整体，建立有限元分析模型，研究铺装层内受力变形特点，提出桥面铺装层破坏指标。研究铺装层参数、钢箱梁有关设计参数对于铺装层受力的影响。为桥面铺装层材料选用、钢箱梁结构构造设计及车道划分提供理论依据。     

虎门二桥钢桥面铺装方案研究分析

针对虎门二桥钢桥面板结构、铺装温度环境、交通荷载特点、路线纵断面线形特点等因素的影响,进行了虎门二桥钢桥面铺装结构受力分析。采用有限元模拟,计算桥面铺装受力状态和影响规律,并把虎门二桥钢桥面铺装层与虎门大桥钢桥面铺装的力学响应进行对比分析。综合考虑各影响因素,虎门二桥钢桥面行车道铺装方案推荐采用环氧沥青混凝土,中央分隔带铺装方案推荐采用浇注式沥青混凝土。