装配式钢-UHPC组合桥面板试设计及性能研究

针对钢-UHPC组合桥面板使用传统机械剪力连接件的不足,提出一种装配式钢-UHPC组合桥面板。为给该装配式组合桥面板的设计和应用提供依据,以国内某大跨度扁平钢箱梁桥为依托,将该桥钢桥面板改为装配式钢-UHPC组合桥面板进行试设计,并采用ANSYS建立主梁节段空间有限元模型,对试设计的装配式组合桥面板的受力性能进行研究。研究结果表明:装配式组合桥面板中,UHPC层的横桥向拉应力和粘结层的横桥向剪应力是结构计算的控制指标;在装配式组合桥面板结构中,UHPC层受到的最大拉应力为10.87 MPa,粘结层受到的最大剪应力为0.97 MPa,材料均能满足结构的受力要求;装配式组合桥面板的钢面板最不利构造细节的最大应力幅仅为纯钢桥面板的1/5,说明装配式组合桥面板结构可满足实际桥梁需求且可有效地避免纯钢桥面疲劳开裂等病害。     

中国连续钢箱梁桥发展现状调查与分析

该文简要回顾了中国钢箱梁桥的发展历程,收集了大量中国已建和在建的连续钢箱梁桥的基本资料,对其数量、跨径、截面形式等方面进行了分析与总结。结果表明:2000年以来中国钢箱梁桥发展很快,数量迅速增加,且以立交桥和跨线桥居多;主跨跨径在80 m以下建得最多,截面形式以单箱多室居多;箱梁顶板板厚以14 mm居多,底板板厚以12、14、16mm居多,加劲肋的厚度以8mm居多;横隔板板厚在10~20 mm之间,间距一般在1.5~3.6m之间;主梁高跨比分布在1/43.5~1/13之间,其中又以1/30~1/20最多;钢箱梁施工方法主要采用吊装和顶推方法。     

U肋加劲板受压力学性能分析

为了探究U肋加劲的板件在压力作用下的受力性能与破坏机理,建立了受压混合钢U肋加劲板非线性有限元模型,分析了边界条件、初始几何缺陷和焊接残余应力对其受力性能的影响。结果表明:改变试件两端的转动约束条件会改变试件的破坏模式和受压稳定承载力;加载偏心方向对试件稳定承载力有较大的影响,当加载偏心弯矩效应与试件弯曲方向一致时,试件承载力随加载偏心的增大而减小,反之,试件承载力随加载偏心的增大而增大;在有限元模型中试件两端约束设置为自由转动,整体几何缺陷幅值取构件长度的1/1 000,局部几何缺陷幅值取子板宽的1/200,加载偏心矩取截面高度的0. 02倍,采用残余应力简化分布形式得到的承载力计算结果与混合钢U肋加劲板试验结果符合较好。该数值模拟方法可用于混合钢U肋加劲板的受力性能和抗压稳定承载力分析。     

横隔板间距对钢桥面板疲劳应力幅的影响

根据国内外钢箱梁的设计经验,选取3种不同的横隔板设置形式,通过有限元方法建立钢箱梁的空间有限元模型,计算横隔板与U肋相交的桥面板、U形加劲肋的对接处、横隔板过焊孔处等4种构造细节在车轮荷栽作用下的应力幅,得出横隔板设置形式对桥面板疲劳应力幅的影响.     

基于一阶优化方法的钢-混凝土组合索塔锚固区结构设计

研究了斜拉桥内置式钢锚箱钢-混凝土组合索塔锚固区的结构优化设计。建立以索塔锚固区典型节段的建造成本和水平承栽力为综合目标的多目标优化模型,以索塔混凝土塔壁的厚度、钢锚箱侧板尺寸、塔壁配筋为设计变量,建立设计变量与满足塔壁裂缝宽度、塔内钢筋配筋率、钢锚箱屈服强度要求的状态变量之间的约束关系,采用一阶优化分析方法确定钢-混凝土组合索塔锚固区最优结构尺寸,得到了钢-混凝土组合索塔锚固区设计的最优方案。优化结果显示：针对索塔锚固区的钢锚箱侧板与混凝土塔壁形成的组合结构承受斜拉索水平力的特点,建立以建造成本和水平承载力为综合目标的优化模型是合理的,充分发挥了钢材和混凝土两种不同材料的性能,有效的控制塔壁混凝土裂缝产生。     

钢桥面板对接焊缝表面多缺陷疲劳效应研究

为探明钢桥面板对接焊缝焊趾区域共面及异面表面多缺陷在裂纹扩展过程中的形态变化及相互作用机制,以钢桥面板U肋下翼缘对接焊缝简化后的基本焊接构造为研究对象,探明对接焊缝焊接区域的应力强度因子K_I分布,并在验证ABAQUS与FRANC3D数值模拟方法可靠性的基础上,对焊趾区域植入的共面或异面多裂纹进行多裂纹扩展分析。研究结果表明：含余高对接焊缝在轴拉荷载作用下,焊趾线附近存在应力强度因子K_I的峰值点;相邻共面裂纹在扩展至临界深度的过程中存在裂纹融合前、裂纹融合时及裂纹融合后3个典型的扩展阶段,不同阶段裂纹前沿形态及扩展速率da/dN变化可通过等效应力强度因子幅值ΔK_eff的分布来体现;共面裂纹融合前,单裂纹靠近另一裂纹长轴端点的裂纹相互作用比例因子随净间距s₁与裂纹深度a比值呈幂次负相关性;对接焊缝异面裂纹中焊趾处裂纹对热影响区裂纹存在抑制作用,并随着裂纹尺寸差异的累计增加,焊趾处裂纹对热影响区的抑制作用呈线性扩大,最终使得热影响区裂纹ΔK_eff低于门槛值ΔK_th     

钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生仿真

为建立适用于钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生分析方法,以Roe-Siegmund循环内聚力模型为基础,考虑混合加载模式下的内聚力参数转换,对ABAQUS进行二次开发,形成反映疲劳累计损伤的VUMAT子程序;通过试验数据获得了Q345钢材对应的焊接区域材料内聚力参数,基于Voronoi图法、焊接区域晶粒微观形态与力学特性建立了U肋-盖板焊缝焊趾处微观晶粒组织,并与宏观二维平面应变模型合并,模拟了多尺度疲劳裂纹萌生;结合等效结构应力法和线弹性断裂力学裂纹扩展理论,考虑初始缺陷形态和疲劳断裂临界标准反推了不同应力水平下的累积内聚力长度,进而得到疲劳裂纹萌生寿命的计算方法。分析结果表明：采用提出的方法模拟U肋-盖板焊缝焊趾裂纹萌生行为时,裂纹在焊趾处萌生并垂直于顶板表面进行扩展,形成了穿晶断裂模式,微观晶粒组织应力分布随裂纹萌生及短裂纹扩展而不断变化,且随着微观晶粒组织分布和力学特性的随机性变化,仿真结果中的短裂纹扩展路径细节与临界循环次数均不相同;反推得到的累积内聚力长度随初始缺陷形状比、长裂纹扩展临界深度、微观晶粒组织分布及其力学特性以及所处应力幅值的不同产生变化,考虑上述因素获取的累积...     

钢桥板式加劲肋局部稳定试验与设计方法研究

板式加劲肋是钢结构桥梁中钢箱、钢塔以及钢拱等结构的基本组成板件,板式加劲肋的局部失稳是其主要的失稳破坏模式。为研究板式加劲肋的局部稳定性能,分别设计了变化板肋厚度与宽度2组板肋局部稳定试件进行轴压试验,并建立相应的有限元分析模型,计入本构关系、残余应力与局部初始几何缺陷对局部稳定性能的影响,得到板式加劲肋与三边简支板的局部稳定简化计算公式。试验与分析结果表明:①当板肋宽厚比小于16时,出现板肋与被加劲板的同时屈曲破坏,反之,则仅出现板肋的局部失稳破坏;②随着板肋宽厚比的增大,试件发生破坏时的失稳变形现象越来越明显,对于变板肋厚度试件,试件极限平均应力随着板肋宽厚比的增大,呈先增大后减小的趋势,对于变板肋宽度试件,极限平均应力随着板肋宽厚比的增大逐步递减;③当相对宽厚比大于0.91时,采用板肋加劲板构件中的板肋所拟合的三次多项式曲线高于其他规范曲线,当相对宽厚比小于0.95时,三边简支一边自由的简化模型所拟合的公式曲线与GB 50017-2017规范曲线、Eurocode 3曲线以及美国AISI规范曲线较为接近,在整个相对宽厚比范围内均高于中国钢桥规范与日本规范曲线;④采用构件中板式加劲肋拟合的公式可以更好地计算实际试件承载力,采用三边简支一边自由的简化模型拟合的公式则更安全,推荐采用三边简支板拟合公式进行计算。     

中国钢拱桥发展现状调查与分析

该文简要回顾了中国钢拱桥的发展历程,收集了大量中国已建和在建的钢拱桥的基本资料,对其数量、跨径、结构形式、主拱构造、施工方法等方面进行分析与总结,并将其与混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥进行对比.分析结果表明:2000年以来中国钢拱桥发展很快,数量迅速增加,且以大跨径为主.从总体数量来看,跨径在200 m以下的建得最多,但与...     

钢箱拱肋组合梁桥面系提篮拱桥结构计算的几点探讨

我国现行的公路、铁路桥梁钢结构设计规范落后于桥梁建设的发展,以至于在桥梁钢结构和组合结构设计与计算中一些问题无相应规范可依据.通过一座主跨100 m的钢箱拱肋组合桥面系提篮拱桥为例,对受压钢箱拱和钢-混凝土组合结构设计与计算中的几个问题参考国外相关规范进行了一些探讨,为同类桥梁钢结构与组合结构设计提供参考.