斜拉桥Π形主梁桥面板纵向裂缝成因分析

某桥为2×122.5m独塔斜拉桥,主梁为Π形截面预应力钢筋混凝土梁,该桥建成于20世纪90年代,经过多年运营,50号混凝土桥面板普遍出现纵向裂缝。为研究裂缝成因,采用有限元软件计算各种荷载作用下Π形梁桥面板的横向应力,通过荷载试验实测Π形梁桥面板的横向应力和纵向裂缝开展情况,并进行对比分析。结果表明:自重荷载不是桥面板产生纵向开裂的因素;汽车荷载对桥面板纵向开裂有一定的影响,但不是主要原因;按85规范温度梯度计算,桥面板底面未出现横向拉应力,按2015规范正温度梯度计算,桥面板底面拉应力达4.46 MPa,超过现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中有关C50混凝土的抗拉强度设计值,85规范关于温度梯度荷载的规定偏不安全,是导致桥面板纵向开裂的主要原因;横隔梁预应力对桥面板纵向开裂的影响较小。     

钢桥面板顶板-纵肋连接接头的疲劳性能

对钢桥面板整体模型进行了有限元分析。结果表明,顶板横向应力在横桥向的分布表现出类似弹性支承多跨连续梁的受力特点,且顶板横向应力基本全部为弯曲应力,膜应力很小,在顶板-纵肋连接处纵肋应力远小于顶板横向应力。顶板-纵肋连接处的应力纵向和横向影响线很短,疲劳验算可不考虑同一车辆轴重间的相互影响及多车效应。增加顶板厚度可大大降低顶板的应力幅,铺装层的完整性对钢桥面板十分重要。此外,还对该类型接头的疲劳分级及现行欧洲规范Eurocode和美国规范AASHTO LRFD的相关条款进行了分析。为考虑车辆荷载通过引起的非成比例多轴疲劳效应,轮荷载滚动加载足尺模型试验和分析方法需要进一步深入研究。     

大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁力学特性研究

为明确在多种不利荷载组合作用下大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁的受力规律,以某桥跨布置为(40+175+410+175+40)m的双塔钢-混组合梁斜拉桥为背景进行研究。采用ANSYS建立该桥混合单元空间有限元计算模型,分析自重及斜拉索索力、车辆轮载、桥面板预应力、混凝土收缩和徐变效应、温度效应等荷载及组合作用下中跨跨中段主梁的结构响应。结果表明:对于双索面钢-混组合梁斜拉桥,局部轮载作用下桥面板呈现出明显的局部受力特性,桥面板"第二体系"拉应力可能会大于"第一体系"压应力,中跨跨中区域及边跨尾索区桥面板应配置纵向预应力;桥面板混凝土的收缩和徐变效应、温度效应的叠加是桥面板出现顺桥向裂缝的根本原因,设计时应全桥配置桥面板横向预应力。     

超高性能混凝土薄层加固法在槽形梁桥中的应用

预应力混凝土槽形梁桥的主梁连接板在运营过程中易产生开裂病害,为修复桥面板的裂缝,改善桥梁受力,提出超高性能混凝土(UHPC)薄层加固法(在桥面板底部浇筑1层UHPC,与原结构整体受力),以沪嘉高速公路蕰藻浜大桥加固项目为背景,论述该方法在该桥加固中的应用。为检验加固效果,采用ANSYS建立甲式桥面板(槽形主梁连接板)的局部有限元模型进行应力分析,并通过荷载试验分析甲式桥面板加固前、后的受力及变形。通过理论和试验分析可知:加固后,在车辆荷载作用下,甲式桥面板的横向应力降至0.5 MPa以下,UHPC层拉应力为2.5MPa;甲式桥面板的横向应变降低了约65%,竖向挠度降低了约60%;UHPC层的应力实测值与有限元理论值基本一致。说明UHPC薄层加固法可有效改善桥面板受力,提高桥面板的刚度,减小桥面板的挠度。     

少横向联系钢板组合宽梁桥的荷载横向分布研究

目前,钢板组合宽梁桥中的横向联系布置数量趋于减少,为研究此种情形下宽桥的应力特别是荷载横向分布情况、并对比各荷载横向分布系数计算方法的适用性,以一座30 m简支钢板组合宽梁桥为背景,采用有限元法和国内外几种计算方法对其荷载横向分布系数进行计算,并选取桥面板厚度和钢横撑尺寸为参数进行对比分析。结果表明：中梁与边梁的荷载横向分布系数接近;相对于跨中不设横向联系,增设一道横向联系会略微增大边梁,减小中梁的荷载横向分布系数;桥面板厚度的影响很小;钢横撑的刚度并非越大越好,需根据实际情况选择;刚接梁法和AASHTO LRFD规范给出的计算方法较为可靠。     

正交异性钢桥面板与U肋焊接处应力分布规律研究

为了分析正交异性桥钢面板中桥面板与U肋焊接部位应力分布规律,以宁波市象山港大桥钢箱梁为研究背景,利用Midas Civil及Midas FEA建立全桥整体及钢箱梁局部节段有限元模型,采用现行《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)中的疲劳荷载车模型,依次计算焊脚处桥面板、U肋的纵横向应力及其应力幅,并与现场实测数据进行比较和分析。分析结果表明:疲劳正应力计算结果满足规范要求;疲劳荷载作用下,焊脚处桥面板、U肋纵向应力的交变循环作用对正交异性钢桥面板的疲劳寿命影响更为显著,而横向应力对焊脚处裂缝的产生及发展有一定影响;局部轮压对桥面板应力的影响较大,应以最不利布置(HX2)进行设计计算。     

钢-混凝土工字组合梁桥力学性能的数值分析

以某钢-混凝土工字组合梁桥为工程背景,通过ANSYS有限元软件建立全桥数值模型,研究了该结构体系在二期铺装荷载和汽车荷载作用下的受力性能。研究表明:混凝土桥面板在支座位置处因受到负弯矩作用而产生较大的主拉应力;二期铺装荷载作用下混凝土桥面板横向应力对主拉应力的贡献较小,而汽车荷载作用下的桥面板横向应力不容忽略;两种工况下工字钢主梁的等效应力普遍较低,具备较高的安全储备;除局部产生应力集中外,桁架式横梁、加筋肋等构造构件的应力水平较低,有待于进一步的优化设计研究。     

基于断裂力学的UHPC加固钢桥面板性能分析

正交异性钢桥面板的板-肋焊接处是车辆荷载下极易开裂的位置,通过UHPC加固可以有效减小钢桥面板的疲劳风险。为了研究UHPC加固钢桥面板的效果,基于线弹性断裂力学展开有限元分析。通过正交异性钢桥面板试验案例作为参考对焊趾处的疲劳性能进行计算,验证了有限元模型的可靠性,通过在焊接细节处插入初始裂纹进行应力强度因子计算分析,考虑不同加载位置以及UHPC层厚度对裂纹尖端的应力强度因子值的影响。研究结果表明：顶板处焊缝位置的热点应力要高于U肋处的焊缝,热点应力受荷载位置影响较为明显;增加UHPC层可有效增加正交异性钢桥面板的刚度,从而减少裂纹尖端的应力集中,增设50 mm厚的UHPC铺装层时,初始裂纹尖端的应力强度因子减小约89%,研究内容可为UHPC加固钢桥面板设计提供参考。     

考虑车轮横向分布的钢桥面板顶板-U肋连接处疲劳损伤分析

为研究车轮横向分布对钢桥面板顶板-U肋连接处疲劳损伤的影响,以佛山平胜大桥为研究对象,通过数值模拟,计算各车型车轮荷载不同横向位置下顶板-U肋连接处的应力,采用英国规范BS5400计算该处的疲劳损伤度;建立车轮分布模型,计算车轮在车道不同位置的分布概率,提出考虑车轮横向分布的疲劳损伤计算方法。结果表明,顶板-U肋连接处的应力幅受车轮横向分布的影响范围较小,约为1.5 m,不必考虑多车效应;U肋损伤分布差异较大,U肋底板损伤比腹板损伤更严重;考虑车轮横向分布效应后,顶板-U肋连接处的疲劳寿命计算值提高69%,钢桥面板疲劳损伤分析中应考虑车轮的横向分布效应。     

钢-UHPC轻型组合桥面板横向受力性能

为研究一种正交异性钢-超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面结构,在局部车轮荷载作用下的横向受力性能与横向受力组成,进行了足尺模型静载试验和有限元数值模拟。静载试验对同一足尺模型分别进行了横向简支工况和横向悬臂工况的加载试验,通过边界条件的变化来模拟组合桥面板不同的受力状态,并将试验结果与有限元分析结果进行对比,验证有限元模型的正确性,而后利用有限元模型的分析结果,得到组合桥面板在局部车轮荷载下的横向受力组成。研究结果表明:组合桥面板在车轮荷载作用下,其横向受力局部效应明显,横向应力主要局限于荷载作用区域附近的两道U肋范围内;在车轮荷载影响区域内,由横肋弯曲产生的桥面板整体附加弯矩的影响很小,组合桥面受力以第3体系为主,相应截面弯矩达到了总弯矩的75%,而在其他区域,第3体系受力所占比重迅速衰减,组合桥面受力以第2体系为主;加载至300kN时,组合桥面板受力仍处于弹性阶段,UHPC层顶面最大横向应力达到11.9 MPa仍未开裂,满足设计要求。     

钢桥面板U肋对接焊缝疲劳细节有限元分析方法

为了研究正交异性钢桥面板U肋对接焊缝疲劳细节的疲劳性能,应用有限元软件ABAQUS建立了局部的钢箱梁节段模型。探讨了有限元模型中关注细节附近网格划分大小,以及疲劳荷载的加载方式对关注细节应力提取结果的影响,并确定了U肋对接疲劳细节的应力幅分析过程。研究结果表明:在确保与网格大小为0.5t时对比的精确度≥95%的情况下,U肋与横隔板连接处附近U肋网格大小最大可取2t;横隔板间U肋对接焊缝处的U肋网格大小最大可取8t;横向加载分析时,将疲劳荷载布置于U肋正上方、U肋间和U肋腹板上方的加载方式既简化了加载步骤,又能得到细节的实际最不利荷载位置;疲劳荷载加载分析时,钢桥面板盖板网格不大于100 mm,加载的荷载步不大于100 mm时可以得到比较精确的结果;对于U肋对接疲劳细节,正确的应力幅分析过程为:首先将疲劳车辆的双轴组纵向中心线与车道中心线相对应进行纵向加载,获得U肋对接细节取得应力最大值时对应的轮载纵向位置,然后在该纵向位置进行横向移动加载,确定U肋对接细节最不利的横向位置,最后在该最不利横向位置进行纵向加载获取纵向应力历程曲线,再通过应力历程曲线计算该细节的应力幅。     

UHPC-钢组合桥面板结构设计分析

以某全互通立交为工程背景，匝道曲线段采用钢-UHPC组合连续梁结构，通过MIDAS有限元仿真计算分析了UHPC-钢组合桥面板在车辆荷载作用下的受力性能，对比了不同加劲肋对组合桥面板第二体系应力的影响，得到了一些有价值的结论，可以为类似结构设计提供参考。     

轮载横向分布对正交异性钢桥面板疲劳行为的影响研究

由于车辆轮载横向位置的离散性,在对正交异性钢桥面板进行疲劳验算时,采用单迹线加载方式求得的等效应力幅值较真实值偏大,而我国规范未就轮载横向分布对等效应力幅的折减作用做出明确规定。采用国内道路观测统计得出的轮载横向分布特征,建立了3种具有典型构造特征的正交异性钢桥面板有限元模型,研究了轮载横向作用位置对正交异性钢桥面板各构造细节应力循环特征的影响,依据Miner线性累积损伤准则,分析了轮载横向分布对等效应力幅的折减作用,得出了应力幅折减系数,建议取为0.85。     

基于轮式滚动加载的正交异性钢桥面板疲劳试验设计

能模拟车辆荷载通过效应的疲劳模型试验是研究正交异性钢桥面板疲劳性能的有效手段。利用国内首台自主研发的桥面结构专用轮式滚动疲劳加载装置,以广东虎门二桥坭洲水道桥为依托工程,研究了基于轮式滚动加载的正交异性钢桥面板疲劳试验设计问题。首先,根据实桥交通需求分析,合理确定实桥疲劳荷载谱;其次,计算疲劳敏感部位热点在疲劳荷载谱各车型作用下的应力历程,采用雨流计数法计算应力谱,根据Miner疲劳损伤累积理论转化为每种车型通过1次的等效应力幅,结合交通量预测计算实桥各构造细节在设计寿命期内的疲劳累积损伤;最后,根据设备性能参数,分别计算橡胶轮双轴加载和钢轮单轴加载下试验模型各细节的等效应力幅,通过与实桥钢桥面板各细节的疲劳累计损伤等效,从而确定试验加载轴类型、加载水平以及对应各细节的等效作用次数。研究成果对改进正交异性钢桥面板疲劳试验设计有重要参考意义。     

基于随机车辆荷载的大跨悬索桥钢桥面板疲劳损伤评估方法

钢箱梁是大跨径桥梁常用的结构形式，其桥面板一般采用正交异性钢桥面板，在大量交通荷载反复作用下，正交异性钢桥面板易出现疲劳病害。现依托西堠门大桥的状态评估项目，基于桥梁结构健康监测系统中的动态称重系统监测数据，对实际运营车辆荷载进行概率拟合，然后基于随机车辆荷载法对正交异性钢桥面板关键疲劳细节进行疲劳损伤计算，为钢箱梁的养护管理决策提供相应的理论依据。研究表明：西堠门大桥正交异性钢桥面板的疲劳损伤和裂纹处于可控范围内。基于随机车辆荷载模型的钢桥面板疲劳状态评估方法，为西堠门大桥的钢桥面板疲劳养护提供指导，并为境内同类正交异性钢桥面板桥梁的疲劳评估提供借鉴。     

公铁两用桥公路组合桥面板车辆荷载试验

公路桥面板直接承受反复车轮荷载，活载效应大，疲劳破坏风险大，已成为桥梁工程领域不可忽视的问题。为研究新型平钢板-PBL组合桥面板的初始应力状态和长期车辆荷载作用下的活载应力响应，以某新建公铁两用钢桁梁桥为工程背景，利用3轴施工车辆进行单车静载、单车动载和双车并行动载试验，通过预埋钢弦应变计和电阻应变片测量桥梁跨中截面和支墩截面的应变，并建立桥梁有限元模型分析桥面板在各种工况下的受力。研究结果表明：桥梁服役之前跨中截面和支墩截面桥面板分别处于受压和受拉的初始应力状态，支墩截面即使采用分段浇筑拉应变仍达101.8×10^-6,存在较大的开裂风险；车辆荷载在桥面板大部分部位产生附加压应力，但在主桁附近横桥向产生附加拉应力，车辆长期作用下主桁附近桥面板有纵向开裂风险；桥面板各测点的影响线长度较短，大多为20 m左右，小于2个节间长度，试验车辆每次通过产生1个较大的应力循环；活载引起的实测应变幅值最大为34.6×10^-6,考虑弯曲应变沿板厚的分布梯度，相应部位桥面板顶、底面的最大应变幅值为51.9×10^-6,有可能引起疲劳失效；有限...     

正交异性桥面板的局部分析

正交异性桥面板各向异性,受力复杂,计算方法尚未完善。本文采用大型通用有限元软件ANSYS建立了某特大悬索桥桥面结构,在仅车辆荷载作用下,计算分析了桥面各构件的受力状况。计算结果表明:使用有限元方法能合理的反映正交异性桥面板的实际受力状况,在车辆荷载作用下桥面各构件均满足设计要求。     

中巴预应力混凝土桥梁上部构造设计异同分析

介绍了巴基斯坦PKM项目中预应力混凝土梁桥上部构造的设计验算,并基于该项目将设计过程与中国规范进行比较,总结两国在桥梁上部构造设计方面的异同点。验算主要包括桥面板和主梁两大部分。桥面板验算依据规范建立公式进行;主梁承载极限通过CSiBridge软件建模进行分析验算。巴基斯坦桥梁的结构计算根据美国规范AASHTO LRFD,车辆荷载依据西巴基斯坦高速公路桥梁规范;桥面板的验算中,除对抗弯、抗剪、裂缝控制进行验算外,AASHTO还要求对桥面板悬臂部分受撞击作用进行验算;主梁的验算应分别对正常使用极限状态和承载能力极限状态进行荷载组合和验算。分析得到:中巴两国规范在计算预应力损失方面基本一致,另外在车辆荷载、裂缝控制、应力验算等方面都存在较大差异。     

基于随机车辆模拟的钢桥面板焊接细节疲劳可靠度研究

为给钢桥面板焊接细节的设计及运营管理提供参考,针对随机车辆作用下的钢桥面板焊接细节,考虑交通量增长、车辆轴重的相关性和路表温度长期效应等因素的影响,进行了钢桥面板焊接细节的疲劳可靠度研究。基于某钢箱梁悬索桥WIM实测数据,分析了随机车辆各参数的分布特征,尤其是车辆轴重的相关性,采用能考虑轴重相关性的非参数核密度估计-Copula轴重抽样方法,编制了多参数随机车辆模拟程序;采用有限元法分析了路表温度、车辆轴重的相关性对疲劳荷载效应的影响;最后建立了基于疲劳损伤理论的功能函数,采用MC法进行疲劳可靠度计算,分析了交通量增长、轴重的相关性和路表温度长期效应对钢桥面板焊接细节疲劳可靠度的影响。研究结果表明:轴重具有多峰分布的特点,且轴重之间具有较强的相关性,模拟随机车辆时,如不考虑轴重的相关性,将会造成较大误差;路表温度变化主要影响钢桥面板焊接细节的应力幅,对循环次数和考虑车轮横向位置的应力幅折减系数影响不大,考虑路表温度长期效应的日等效应力幅,概率密度函数更具有多峰性质;考虑轴重相关性的日等效应力幅均值比不考虑轴重相关性的大;交通量增长对结构初期的疲劳可靠度指标影响不大,将造成结构后期的疲劳可靠度指标快速降低;考虑轴重相关性和路表温度长期效应均会降低钢桥面板焊接细节疲劳可靠度指标,而轴重相关性对疲劳可靠度指标的影响比路表温度长期效应更明显。     

现浇箱梁桥桥面板受力分析

为了研究现浇预应力混凝土城市桥梁桥面板的受力、 构造及配筋， 以天水市藉口镇藉河大桥工程的3～35 m现浇预应力混凝土梁为例， 采用Midas Civil程序进行桥面板结构计算， 在此基础上提出常规现浇箱梁桥面板的倒角尺寸。计算结果表明: 城市桥梁车辆荷载轴重较大， 且由于新桥涵通规基本组合对车辆荷载分项系数的提高， 以往的小尺寸倒角桥面板在腹板根部抗剪承载力已显不足， 需增大倒角尺寸以满足桥面板抗剪承载力要求。