铁路箱形混合梁斜拉桥钢-混结合段有限元分析

为研究铁路钢箱混合梁斜拉桥钢-混结合段的受力特征及传力机理,以宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥为背景,采用ANSYS有限元软件建立该桥钢-混结合段的三维有限元模型,分析钢-混结合段中钢壳体和混凝土的受力及轴力分配比例。结果表明:在计算荷载作用下,结构纵向受力板件均处于受压状态,应力水平较低;除承压板处发生突变外,其他部位变化平缓;混凝土各截面应力水平较低,截面发生一定的面外变形;承压板传力作用较大,结合段54%的轴力通过其传递,其余轴力通过PBL键和剪力钉传递;剪力键轴力传递比例呈两头大、中间小的马鞍形分布。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段力学性能研究

为了解混合梁斜拉桥钢—混结合段受力及传力规律,指导钢—混结合段的设计,以某主跨580m的混合梁斜拉桥为背景,采用有限元软件建立钢—混结合段整体模型,并对比缩尺模型试验结果,建立局部剪力钉推出模型,分析剪力钉传力规律。结果表明:钢—混结合段截面混凝土竖向应力分布不均匀,大小呈凹曲线分布;纵向应力由结合段截面向混凝土段递减。竖向上各剪力钉剪力呈马鞍形分布,上、下剪力钉剪力高于中间剪力钉;横向上内侧剪力钉剪力大于外侧剪力钉;荷载越大,剪力钉竖向受力越均匀,剪力钉刚度越大,各剪力钉的受力越不均匀。     

大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段受力性能研究

为研究大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段的力学行为与传力机理,设计相似比为1:4的全截面静载试验模型,测试最不利及超载工况下结构的应力、变形、开裂等;结合有限元仿真分析,研究桥塔钢-混结合段的传力机理,并进一步探讨结构构造参数对其影响规律。结果表明:最不利荷载工况下,钢结构最不利压应力为-165.44 MPa,位于钢过渡段主跨受压侧壁板;混凝土最不利拉应力为8.65 MPa,叠加预应力效应后约为1.73 MPa,位于混凝土段边跨受拉侧;沿塔轴向,钢结构应力平缓降低并在承压板附近存在突变,混凝土应力较为平稳;剪力钉及PBL剪力键弯曲应力均呈"两头大、中间小"的马鞍形分布。模型各构件实测应力随荷载增加呈线性增长,模型整体处于弹性受力状态;结合段钢-混最大滑移值仅65 μm,钢-混之间协同受力良好;模型上下缘实测应力差异约为10%,表明双向曲面构造引起一定的空间受力特性,但挠度量值差异小。超载工况下,1.4倍加载时混凝土段边跨受拉侧出现裂纹;1.7倍加载时钢过渡段主跨受压侧局部应力屈服,模型受力整体表现为以钢过渡段受压侧及混凝土段受拉侧最为不利。2.0倍加载下,模型水平挠度随荷载变化均近似线性增加,转角近似满足线性变化,受混凝土开裂影响较小;最大水平挠度仅1.43 mm,挠跨比约为1/3 000,结构具有良好的刚度性能;结合段内混凝土局部开裂对受拉区的钢-混相对滑移影响较为显著。通过承压板、钢壁板及PBL板分别传递荷载66.3%、15.2%及18.5%,承压板为主要传力构件。参数讨论表明,原桥合理承压板、钢壁板厚度分别介于40~80、24~40 mm之间,剪力连接件刚度对结构传力影响较小。     

某大跨径斜拉桥钢-混结合段PBL剪力键承载力研究

基于某大跨径斜拉桥的设计,为分析其钢-混结合段PBL剪力键的承载能力,采用推出试验方法,得到PBL剪力键试件的破坏形态为钢板孔中混凝土被剪切破坏、孔中贯穿钢筋弯曲、混凝土块表面在开孔板开孔处出现横向裂缝。根据试验测试结果及PBL剪力键的传力机理、荷载~滑移规律得出PBL剪力键的极限承载力和抗剪刚度计算公式,该公式具有较高的精度。对钢-混结合段中PBL剪力键进行有限元计算分析表明:PBL剪力键在最不利设计荷载作用下,应力水平仍小于材料的允许应力。设计具有足够的强度储备。     

拱肋节间钢-混结合部接头剪力钉剪力计算方法

为准确且简便地计算拱肋节间钢-混结合部接头剪力钉剪力,以某特大跨度拱桥为背景进行研究。针对该桥拱肋E₂₀-E₂₁节间下弦杆的钢-混结合部接头(设前承压板),基于钢材与混凝土之间相对滑移的微分方程,考虑合适的边界条件,推导轴力从钢结构段传递给钢-混结合段时剪力钉剪力的理论求解方法,并进行数值模拟加以验证。结果表明：钢-混结合部接头中多排多列剪力钉的受力规律表现较大差异性,侧面剪力钉传递总剪力的70%;当不设承压板时,理论公式与有限元计算结果吻合较好,最大剪力分别为244 kN和234 kN;当设承压板时,剪力钉最大剪力出现位置远离承压板,有限元计算的最大剪力为51 kN,满足规范要求。     

斜拉桥主梁钢-混结合段技术性能提升关键技术

为提升大跨径混合梁斜拉桥主梁钢-混凝土结合段的传力能力、抗疲劳性能和耐久性等综合技术性能,优选钢-混结合段的连接形式,提出改进钢-混结合段技术性能的路线。对比分析4种钢-混结合段连接形式,推荐采用"承压+传剪"复合传力的部分连接填充混凝土形式。针对早期部分连接填充混凝土形式的不足,提出从传力模式和构造方案、填充材料、施工工艺等方面进行改进的技术路线。在此基础上以某主跨820m的混合梁斜拉桥为背景,研究提升钢-混结合段技术性能的关键技术。结果表明:"承压+传剪"复合传力模式、"大尺寸钢格室+PBL剪力键+后承压板"构造方案、填充RPC高性能混凝土、短线法节段预制拼装施工工艺等技术措施,是提升混合梁斜拉桥主梁钢-混结合段综合技术性能的有效途径。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段力学性能模型试验研究

针对钢-混组合梁与混凝土梁结合段受力复杂的问题,为指导该类钢-混结合段设计,以某混合梁斜拉桥为背景(钢-混结合段为有格室后承压板结构形式),制作大比例钢-混结合段模型,考虑混凝土的徐变效应,进行静载试验,分析9个工况下模型的应力分布情况,并结合试验结果和理论分析结合段传力特性.结果表明:在各工况下,全部钢构件和混凝土均...     

钢-混结合段群钉推出模型试验研究

武汉二七长江大桥主桥为三塔斜拉桥,主梁采用混合梁,端部为预应力混凝土梁,其余梁段为工字钢结合梁,结合段为工字钢外包混凝土梁.为研究钢-混结合段长列剪力钉的受力,制作群钉推出模型,采用模型试验和有限元法分析密集型群钉应变、滑移量和承载能力.结果表明:群钉推出试验破坏形式为剪力钉剪断;群钉的承载能力可按单钉承载能力乘以剪力...     

某双套拱塔斜拉桥钢-混组合段局部受力分析

为了解双套拱塔斜拉桥钢-混结合段受力性能,并通过对受力性能分析得出结论,以此为该类桥梁提供一定的理论依据和技术支持。以某双套拱塔斜拉桥工程为背景,合理选取钢-混结合段,并通过大型的通用有限元分析软件ANSYS对该结合段进行施工过程的模拟,分析总结出该钢-混结合段的应力特点、变化规律以及内部各构件的传力途径。分析结果表明:该双套拱塔斜拉桥钢-混结合段的力学性能基本满足相关规范的要求,其中钢结构部分应力全部小于200 MPa;混凝土结构部分仅在其顶部与锚头结合的部位出现较大的拉应力,需要在施工过程中采取必要的加固措施;钢-混结合段剪力钉最大受力为73 k N,满足相关规范基本要求。     

无背索斜拉桥主梁钢—混凝土结合段有限元分析

为了研究无背索斜拉桥主梁鱼腹式箱形截面钢—混凝土结合段的受力性能和传力机理,以成都市杉板桥为研究背景,利用有限元分析方法,建立了钢—混凝土结合段精细有限元模型。研究结果表明,钢—混结合面在最不利轴力工况下,结构纵向受力构件均处于受压状态且应力水平较低,钢结构最大mises应力为75.8 MPa。混凝土轴向压应力最大值为-12.7MPa,出现在预应力筋锚固区域,其余大部分均低于-8.1 MPa,结构整体处于弹性工作状态;栓钉和PBL连接件抗剪安全系数约分别为3.6和3.5。连接件具有一定的安全储备,满足设计要求;轴向荷载首先通过钢格室承压板的面外承压作用将轴力传递至混凝土,然后通过钢格室中PBL连接件将轴力继续传递至混凝土,随后通过翼缘承压板传递部分轴力,其余轴力通过PBL连接件和翼缘栓钉连接件平稳传递至混凝土。其中,钢格室承压板、翼缘承压板分别传递了71%、8%的轴力,是主要传力构件;PBL连接件与栓钉连接件合计传递21%的轴力。     

混合梁钢混结合段格室受力精细化分析

钢混结合段是混合梁研究的重点,如何模拟结合段复杂构造是结合段受力性能分析的关键。现以某混合梁斜拉桥为背景,开展了钢混结合段格室受力的精细化分析,研究钢混结合段的受力特性。精细化分析利用ANSYS截取结合段格室局部建立有限元模型,模拟其格室、承压板、开孔板、剪力钉和PBL键的构造,分析其在轴向力作用下的响应,剪力钉的传力规律,混凝土与钢格室之间的相对滑移关系,以提出结合段合理的简化模拟方法,为类似结合段的分析提供参考。     

九江长江公路大桥宽幅主梁结合段剪力滞效应分析

九江长江公路大桥主桥为双塔双索面混合梁斜拉桥。该桥主梁宽高比大,钢-混结合段构造和受力复杂,剪力滞效应显著。为研究钢-混结合段剪力滞效应分布对主梁受力及结构布置的影响,选取含结合段的主梁节段建立模型,采用有限元法分析结合段钢梁及混凝土梁关键截面顶、底板在设计控制工况内力作用下的应力和剪力滞系数分布。分析结果表明:结合段混凝土梁存在较强的剪力滞效应,底板靠斜底板处剪力滞系数最大,达到1.5,在未考虑纵向预应力作用的情况下,混凝土梁底板存在较强的顺桥向拉应力,建议根据剪力滞系数分布加强纵向预应力布置。     

常泰长江大桥主航道桥索塔锚固构造研究

常泰长江大桥主航道桥为(142+490+1 176+490+142) m公铁合建双塔斜拉桥,采用钢-混混合结构空间钻石型桥塔,索塔锚固区采用钢箱-核芯混凝土组合结构,S4～S39号斜拉索锚固于核芯混凝土上。为实现索塔锚固区斜拉索竖向分力的有效传递,提出方案A(钢齿块+剪力钉)、方案B[钢齿块(加肋)+剪力钉]、方案C(混凝土齿块)、方案D(钢锚箱+PBL剪力键)以及方案E(钢锚箱+承压板+剪力钉)共5种索塔锚固构造方案,从结构受力及施工工艺对5种方案进行比选,并采用模型试验及有限元分析对所选锚固构造方案进行验证。结果表明：方案E剪力钉受力分布均匀,剪力大小适中,且施工便捷,对于S7～S39号斜拉索,推荐采用方案E;对于斜拉索竖向角度较大的S4～S6号斜拉索,钢锚箱在构造和张拉空间上存在冲突,推荐采用方案C。方案E模型试验和有限元分析表明：结构应力、剪力钉受力及钢锚箱构造各板件应力均有安全储备,锚固构造处于线弹性状态,能满足规范及使用要求。     

大跨径斜拉桥索塔锚固构件抗剪性能研究

针对大跨度斜拉桥的索塔锚固区连接件选取栓钉和PBL剪力键（开孔钢板连接件）的抗剪切性能进行对比分析。设计出一种梁式加载试验装置来替代传统的推出试验,以此更为真实反映出索塔锚固区结构的钢牛腿的剪力键受力情况,通过对栓钉和PBL剪力键的荷载—滑移量曲线、抗剪切刚度以及极限抗剪切承载力等方面对两种剪力键进行分析最终得出：与栓剪力键相比,PBL剪力键具有极限承载力高,抗剪切刚度大等优点,PBL剪力键的单孔极限承载力比栓钉高出43.66%,PBL剪力键最大滑移量仅有0.08 mm,少量的PBL剪力键能够替代大量栓钉剪力键达到相同的承载效果。     

鄂东长江大桥混合梁结合段受力分析

鄂东长江大桥为主跨926 m的混合梁斜拉桥,混合梁结合段采用有格室后承压板形式,钢与混凝土间通过焊钉和开孔板连接件结合。为得出连接件受力分布和内力分担比例,校核连接件布置,对该结合段局部格室建立空间有限元模型,并考虑相对滑移、承压接触和连接件作用进行受力分析。研究结果显示,连接件和承压板各分担约50%的轴压力。焊钉作用最大剪力约为40kN,开孔板连接件约为130 kN,开孔板传力作用明显。沿主梁轴向,钢格室应力平缓减小,混凝土轴向压力线性增加,结合段应力过渡平滑。计算结果与模型试验结果较为吻合。     

钢锚板式钢—混组合索塔锚固体系中钢结构应力分析

选择青岛海湾大桥红岛航道桥的钢锚板式斜拉桥钢-混组合索塔锚固体系为研究对象,采用有限元仿真计算对体系中的主要钢结构在不同受力工况下的应力分布规律进行了分析,结果表明:钢结构整体最大应力随所承受的索力增长基本保持同幅度增长,锚板、横隔板、侧板竖隔板和PBL剪力键等主要构件最大应力形成的位置比较集中;各钢结构的水平和竖向应力在非断索和断索条件下呈现不同的分布特征;作为应力主体传递构件的PBL剪力键,各列穿孔钢筋由外侧两边列向中间列轴向应力逐列减小,不同层间的同列钢筋轴向应力无明显规律性。     

佛山平胜大桥钢混结合段设计

针对佛山平胜大桥钢混结合段的受力特点,采用PBL剪力键作为其主要的连接构件,进行了详细的构造设计和空间局部应力分析,确保结构安全可行。通过钢混结合段PBL剪力键和栓钉对比推出试验和钢—砼结合段1∶4缩尺模型试验验证,采用PBL剪力键作为钢混结合段及组合结构主要的连接构件的设计理念是科学可行和合理的,应得到广泛应用。     

佛山平胜大桥钢混结合段设计

针对佛山平胜大桥钢混结合段的受力特点,采用PBL剪力键作为其主要的连接构件,进行了详细的构造设计和空间局部应力分析,确保结构安全可行.通过钢混结合段PBL剪力键和栓钉对比推出试验和钢一砼结合段1:4缩尺模型试验验证,采用PBL剪力键作为钢混结合段及组合结构主要的连接构件的设计理念是科学可行和合理的,应得到广泛应用.     

厦漳跨海大桥南汊主桥主梁设计与研究

厦漳跨海大桥南汊主桥为跨径布置135m+300m+135m的双塔斜拉桥.该桥主梁采用钢-混结合梁,双工字形钢主梁、横梁和小纵梁形成钢构架,与混凝土桥面板通过剪力钉连接,在工字形钢主梁的上翼缘板上焊接锚拉板.对主梁进行整体和局部分析,并对主梁混凝土桥面板正应力和存放时间2个关键问题进行研究.分析结果表明:钢主梁和混凝土桥面板受力均满足规范要求,且有一定的安全储备;结合梁斜拉桥混凝土桥面板正应力分析中必须考虑弯矩和轴向力综合作用下的剪力滞效应的影响;混凝土桥面板存梁时间对主梁受力有影响,建议存梁时间不宜小于半年.     

PBL剪力键承载能力试验研究

为研究灌注材料与钢板的粘结作用力、孔内榫作用力、贯穿钢筋作用力对PBL剪力键承载力的影响,以某混合梁斜拉桥的钢-混结合段剪力键实际结构为依托,分别以C55混凝土和活性粉末混凝土为灌注材料,设计制作了16个PBL剪力键试件进行单板插入式加载试验,分析了试件的荷载~相对位移曲线、破坏形态及各组成部分占总承载力的比重。结果表明:各试验试件均为传剪构件剪断破坏,在承载力及延性方面,采用RPC作为灌注材料的试件均优于采用C55混凝土作为灌注材料的试件;设置贯穿钢筋后,PBL剪力键的承载力及延性性能均有明显的提高;灌注材料与钢板的粘结作用力、孔内榫作用力、贯穿钢筋作用力分别约占PBL剪力键总承载力的20%、40%、40%。