日照作用下钢管混凝土构件截面温度场有限元分析

提出日照作用下钢管混凝土构件截面温度场的有限元计算方法。日照作用下钢管混凝土构件表面的热流考虑钢管外表面与周围大气之间的对流换热、太阳辐射引起的钢管表面的辐射换热和钢管表面吸收的太阳辐射能,从而将边界条件简化为用牛顿传导定律表达的第3类边界条件。通过将构件表面分成4个区域来实现日照边界条件中太阳辐射强度的简化计算,其中,竖立构件表面可分为东、西、南、北朝向面上的太阳辐射;横放构件表面可分为东、西、水平面上的太阳辐射和仅与大气产生对流换热的一面。算例分析表明,有限元计算结果与实测结果吻合良好,可供今后研究和工程应用参考。今后有必要对通用程序进行二次开发,以简化目前复杂的太阳辐射作用的计算。     

加载方式对钢管混凝土轴压长柱和中长柱受力性能影响的试验研究

进行4种加载方式对钢管混凝土轴压长柱和中长柱试件受力性能影响的试验研究,并与轴压短柱试验进行对比和分析。结果表明,加载方式对长柱中截面应力的影响较小,但对刚度影响较大,从而影响稳定极限承载力,其中初应力对长柱的极限承载力降低的影响比短柱明显,而与之相反,对于荷载仅施加于钢管之上的长柱,其极限承载力反而大于同样加载的短柱。随着长细比的增大,加载方式对试件套箍作用的影响有减小的趋势,且受力性能的差异也逐渐缩小。加载方式对钢管混凝土中长柱受力性能的影响介于短柱与长柱之间,但与短柱更接近。最后,讨论不同加载方式作用下长柱和中长柱的极限承载力计算方法。     

基于中长期环境温度变形效应的半整体桥台-土相互作用试验

为研究环境温度作用对半整体桥台与台后土之间相互作用机理的影响,以简化半整体桥台-土结构模型为研究对象,进行了基于位移的环境温度作用下半整体桥台-土相互作用拟静力试验。研究结果表明:半整体桥台的滞回曲线随季节性温度变化而变化,季节性升温和降温转化段对桥台-土相互作用的影响非常显著,而持续增加或减小段对其影响较小;一年中的第1个升温段对桥台-土相互作用影响更大,随着几个季度的温度加载,台后土逐渐被压实,土压力变化趋于稳定,增加趋势减缓;不同季节昼夜温度变化对桥台-土相互作用的影响不同,夏季白天升温对桥台-土相互作用的影响小,而夜晚降温的影响大,冬季则反之;随着季节性温度的逐渐升高,桥台-土相互作用滞回曲线由凹形向凸形发展,呈现出更加饱满的梭形;中长期环境温度对台-土相互作用影响较大,经过一整年的温度作用后,台后土压力显著增大,产生棘轮效应;桥台转角与加载位移存在较大相关性,随着循环次序的增加,桥台转角先逐渐增大后趋于稳定;在中长期环境温度作用下,半整体桥台逐渐表现出往台后方向偏转的趋势;昼夜温度变化对桥台转角的影响不可忽视,在相同加载位移下,考虑季节性温度和昼夜温度叠加作用情况的桥台转角试验结果比仅考虑季节性温度作用时增大了94%。      

钢管混凝土桁拱温差计算取值研究

以经实桥实测温度场验证的有限元方法,对一座钢管混凝土桁拱的计算合龙温度、有效温度取值进行了分析。分析表明,大气平均温度对钢管混凝土桁拱的计算合龙温度的影响最大,该拱肋的计算合龙温度大致为混凝土浇注后28 d内平均气温加3～5℃,冬季合龙取小值,夏季合龙取大值;日照作用对最低有效温度的影响不大,而对最高有效温度的影响很大,最高有效温度接近当地全年最高温度,最低有效温度接近当地最低日平均温度,弦管管径、钢管表面的辐射吸收率的影响都较为明显,而拱平面方位的变化和风速的影响不大。通过大量的参数分析,给出了福建省钢管混凝土桁拱的计算合龙温度和最高、最低有效温度的取值建议。     

福建仙港大桥部分斜拉桥造型设计

部分斜拉桥是介于连续梁桥和斜拉桥之间的半柔半刚性桥梁,兼有连续梁桥和斜拉桥的优点,近年来在我国的修建日益增多.福建仙游仙港大桥为上下行分离式的城市桥梁,根据桥位条件,主桥采用部分斜拉桥,通过上下行桥梁主跨错位布置,而不是以复杂奇异的造型,来满足城市桥梁对景观的要求.以桥梁造型为主要出发点,介绍了该桥的桥位条件、设计构思、桥梁方案与部分斜拉桥的构造设计.     

无缝化改造的空心板桥受力性能

对某多跨空心板桥进行了无缝化改造, 简支板改为双排支座连续板, 桥台改为延伸桥面板桥台, 取消了全桥的伸缩装置; 测试了实桥静动载, 研究了无缝化改造后的多跨空心板桥受力性能; 应用有限元模型, 计算了结构受力、承载力、引板受力及单、双排支座对结构力学性能的影响。测试结果表明: 无缝化改造后的桥梁实测基频为8.60Hz, 高于改造前的5.37Hz, 4种车速下实测冲击系数最大值为1.11, 小于《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60—2004) 的计算值1.36, 应变与挠度校验系数均小于0.95, 因此, 无缝化改造提高了全桥整体性能, 改善了行车条件。有限元分析结果表明: 无缝化改造后桥梁基频的计算值为8.48Hz, 实测基频与计算基频比值为1.01, 因此, 改造后桥梁功能状况良好; 跨中截面的正弯矩明显降低, 第2跨跨中降幅最大, 达15.6%, 但内支座处出现了负弯矩, 同时剪力增大, 最大增幅为18.2%;跨中挠度明显降低, 以第2、3跨降幅最大, 达35.5%, 桥梁整体刚度明显提高; 最大裂缝宽度计算值为0.15mm, 小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62—2004) (简称《桥规》) 规定的0.20mm, 承载力、挠度和裂缝宽度验算均满足《桥规》要求; 支座排数对上部结构的受力影响较小, 采用双排支座是可行的; 引板与地基的摩擦因数对引板和铺装层轴向力影响较大, 对弯矩影响较小; 引板和铺装层最大拉应力分别为0.87、1.25MPa, 满足设计强度要求。      

超高性能混凝土收缩综述

分析了超高性能混凝土(UHPC)的收缩特性及其随时间发展的一般规律, 总结了材料组成、养护制度与内部温湿度场对UHPC收缩的影响。研究结果表明: UHPC收缩早期(0~7 d)发展快, 占总收缩的61.3%~86.5%, 中期(7~28 d)发展缓慢, 占总收缩的13.5%~27.9%, 后期(28 d后)趋于稳定; UHPC以自收缩为主, 占总收缩的78.6%~90.0%, 是早期开裂的主要诱因; 收缩测试起始时间可取试件成型后1 d(24 h), 终止时间可取90 d或120 d; 在结构设计时, 可参考各国规范取收缩为500~800 με, 热养护后可不考虑残余收缩; 对于收缩预测模型, 各国规范尚未统一, 多借鉴现有的收缩模型, 应完善与修正收缩预测模型; 对于材料组成, 目前集中于纤维、矿物掺合料的种类和掺量对收缩的定量影响, 且各组分对收缩的影响不同, 评价指标较为单一, 应结合结构用途、制备工艺与施工过程等进行综合评价; 对于内部温度与湿度场, 研究对象主要集中于28 d后的普通混凝土与高强高性能混凝土, 应深入研究胶凝材料含量大、组分差异性明显、活性矿物掺合料掺量高的UHPC早期内部温度与湿度场; 为了降低收缩, 基本采用内养护, 添加膨胀剂、减缩剂与粗骨料等措施。可见: 为了减小UHPC收缩的同时又不降低其力学性能, 应该优化UHPC配比, 合理使用外加剂, 采取适当养护制度等措施。      

日本上承式500 m混凝土坦拱试设计

为了探讨大跨度混凝土拱桥的设计与施工方法,以连接长岛与伊唐岛的大桥为假想桥址,进行了一座跨度达500m、矢高40m、宽17．4m的上承式混凝土拱桥的试设计,对桥梁进行了正常荷载和地震荷载作用下的静动力计算。通过试设计发现,拱肋混凝土的设计强度至少需要100MPa。试设计中提出了一种适合该桥作为跨海大桥的施工方法,设计施工周期为38个月。     

432 m活性粉末混凝土拱桥的设计

拟修建的巴卡尔桥为432m跨径的拱桥,位于里耶卡到塞尼的高速公路上,横跨巴卡尔海峡。该桥几乎完全由强度达到200MPa的活性粉末混凝土预制构件拼装组成。对该桥新颖的结构形式,施工工艺和富有美感的外形进行了描述与分析。     

世界拱桥建设与技术发展综述

为了解近20年世界拱桥的发展情况, 分析了钢拱桥、混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥等拱桥的建设和技术创新, 展望了拱桥今后的发展趋势。分析结果表明: 在活载比重较大、动力问题比较突出的高速铁路桥梁中, 拱桥刚度大, 应用优势突出。在跨径方面, 3种大跨径拱桥的平均跨径分别为464、370和425 m, 且最大跨径不断增大, 以钢管混凝土拱桥最为明显。在材料方面, 高强钢在钢拱桥中的应用趋势并不明显; 混凝土拱桥的材料强度随着跨径的增大而不断提高, 超高性能混凝土已经得到应用; 钢管混凝土拱桥的拱肋材料强度在不断提高; 超高性能砂浆的提出将有助于提高圬工拱桥的竞争优势。在结构方面, 主拱采用新材料和钢腹板(杆)-混凝土组合截面, 与其他结构形成组合结构, 以及桥面连续化、轻型化和强调强健性, 是重要的技术进步。在施工技术方面, 钢管混凝土劲性骨架施工法、转体施工法和快速施工法等的发明, 推动着拱桥施工技术的进步。在结构创新与技术进步的推动下, 由于拱桥在美观、经济、结构等方面的独特优势, 今后仍将被大量修建; 超高性能混凝土有望为拱桥发展带来革命性的变化; 在跨径方面, 近期可望取得明显突破的是混凝土拱桥; 桥面系与主拱共同受力、连续化、轻型化和强调强健性也是重要发展方向。