变截面椭圆形主塔节段模型试验研究

基于某变截面椭圆形独塔斜拉桥钢-混凝土组合桥塔节段,建立了桥塔节段1:8缩尺比例模型,采用大型静力加载装置对模型进行了加载试验。结合ANSYS有限元分析,研究了桥塔外包钢板和塔内混凝土的受力情况。研究结果表明:在1.7倍等效设计荷载作用下,桥塔外包钢板和塔内混凝土均处于弹性受力阶段;桥塔外包钢板承受的最大压应力发生在主塔长轴与主梁交接位置,其值约为210 MPa;塔内混凝土承受的实际最大压应力约为18 MPa。研究成果揭示了椭圆形钢-混凝土组合桥塔在正常运营状态下的力学性能,为该类桥塔的设计、建造提供了理论依据。     

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。     

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。     

跨越既有铁路线斜拉桥设计

山东济宁如意洸府河大桥主桥采用(60+80+320+80+60)m支座体系混合式结合梁斜拉桥。该桥边跨采用混凝土边主梁,中跨采用钢小边箱结合梁,桥塔采用H形混凝土塔,其基础采用钻孔摩擦桩,结构体系采用支座体系。主桥全宽40m,梁高2.7m,小角度斜跨繁忙运输的电气化铁路线,设双向2.0%横坡、双向2.5%纵坡。桥塔上横梁外挂椭圆形装饰罩,呈拱形门造型。针对该桥实际建桥条件,进行了桥型(支座体系混合式结合梁斜拉桥)、结构(PBL剪力键与剪力钉复合型钢-混结合段)、施工方法(完全依靠汽车吊安装斜拉桥主跨主梁及在结合梁斜拉桥中进行限时合龙)等方面的技术创新。     

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。     

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%。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段受力性能的有限元分析

为研究混合梁斜拉桥钢-混结合段的传力机理和受力性能,以某混合梁斜拉桥为工程背景,采用通用有限元软件Ansys建立了该桥钢-混结合段的仿真模型,分析了钢-混结合段内各构件的受力情况。结果表明:在设计荷载作用下,钢-混结合段内各构件应力水平较低,沿纵桥向变化平顺,能有效传递内力,满足结构整体受力性能的要求,且具有较大的安全储备;钢箱梁底板折角与横隔板交接处、加劲T肋尾端及靠近承压板预应力锚固区的混凝土等区域应力变化较大,且存在应力集中现象;抗剪连接件受力不均匀,距承压板最远的剪力钉所受剪力为其他部位剪力钉的2～7倍,距承压板最远的PBL剪力键所受剪力为其他部位PBL剪力键的2～6倍;PBL剪力键所受剪力比剪力钉大,但均远低于其抗剪承载力。     

长门特大桥主桥塔梁墩固结区模型试验研究

长门特大桥主桥为主跨550m的双塔双索面混合梁斜拉桥,采用塔梁墩固结体系。为分析该桥塔梁墩固结区的受力特性,设计制作缩尺比1∶5的塔梁墩固结区模型进行试验,研究塔梁墩固结区在使用阶段的应力、位移和抗裂安全性。结果表明:在设计荷载作用下,塔梁墩固结区各关键截面应力均满足规范要求,混凝土主梁和下横梁的竖向位移较小,结构安全且具有足够的抗弯和抗剪刚度;试验测得的固结区主梁混凝土开裂弯矩远大于设计荷载作用下最大弯矩,混凝土主梁具有较大的抗裂安全性和安全储备。     

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。     

混凝土斜拉桥П形截面主梁弯曲受力分析

为了研究混凝土斜拉桥П形截面主梁的弯曲受力特征,指导П形截面主梁的设计,以某跨径组合为(110+220+110)m的双塔四索面预应力混凝土斜拉桥为例,采用有限元软件分别建立全桥整体杆系单元模型与桥塔附近主梁节段实体单元模型,对其П形截面主梁的弯曲受力情况进行了计算分析,并通过截面剪力滞系数来描述剪力滞效应的影响。结果表明,最不利组合荷载作用下,塔底主梁节段在桥轴线处上拱,П形截面主梁两侧肋板下挠;预应力对横梁的作用明显,横梁产生向上反拱;主梁在计算荷载作用下除应力集中点外,全截面受压;塔根部主梁截面的剪力滞较为显著,剪力滞系数介于0.68~1.12之间;其它截面的纵向应力分布相对均匀,剪力滞系数介于0.81~1.12之间。对于П形截面主梁斜拉桥,塔根部附近主梁节段在设计时必须考虑剪力滞效应的影响,其它位置截面可以按照初等梁理论进行设计。     

钢管混凝土斜塔斜拉桥设计

金寨长征大桥主桥为(80+100)m斜塔斜拉桥。桥塔采用钢管混凝土组合结构,在钢管内部设置钢筋笼、钢管内壁焊接PBL纵向加劲肋及环向加劲肋,并灌注高性能混凝土,基础采用钻孔灌注桩;主梁采用钢箱结构;斜拉索呈扇形布置在中央分隔带内,单索面双排布置,斜拉索采用镀锌高强平行钢丝束,外层护套表面设置螺旋线以抑制风雨振;塔、墩、梁处钢-混结合段采用剪力钉、PBL连接键等,形成塔、墩、梁固结的约束体系。主桥采用临时墩辅助下的钢箱节段拼装方法施工。利用有限元软件对主桥进行整体结构计算,结果表明主桥的钢管混凝土桥塔、主梁、斜拉索应力均满足规范要求。     

绵阳三江大桥桥塔钢—混凝土结合段受力性能分析

该文介绍了绵阳三江大桥桥塔钢-混凝土结合段的结构特点,通过有限元分析表明:由钢板、混凝土、PBL剪力键共同组成的钢-混凝土结合段各部分变形协调,工作性能良好。     

无背索曲塔曲梁斜拉桥施工稳定性分析

以某一无背索曲塔曲梁斜拉桥为分析对象,针对桥梁结构特征,采用结构整体静力有限元分析桥梁极限状态及施工关键节点的整体与局部结构静力性能和动力特性,获得桥梁稳定性特征。研究结果表明:极限承载力作用下,桥塔混凝土、桥塔钢板、钢箱梁、边跨混凝土梁应力范围均满足施工标准;恒载作用下,索塔混凝土最大竖向压应力出现在内索塔与墩底连接处,在内塔底部出现最小压应力,主梁最大竖向变形出现在梁顶端位置;活载和风荷载作用下,外索塔在顺桥向荷载下产生最大变形,内塔底部产生局部最大拉应力;连接索塔削弱薄塔处顺桥向和横桥向最大拉应力均较大,因此,在设计施工中需要对该削弱薄塔区进行局部加强,避免出现结构失稳性破坏。     

椭圆形钢-混凝土组合桥塔受力性能试验研究

为研究钢-混凝土组合桥塔的承载力和应变分布,以某独塔斜拉桥为背景,针对其椭圆形钢-混凝土组合桥塔,设计制作缩尺比1:8的桥塔局部模型进行偏心受压试验,研究设计荷载下钢塔壁和塔内混凝土的应变变化规律及桥塔的承载力,参考相关规范和文献计算组合桥塔的承载力并与试验结果进行对比。结果表明:组合桥塔模型的承载力为其等效设计荷载的2.65倍,具有较大的安全储备;塔梁交接处长轴向壁板产生应力集中现象,从而产生较大的纵向应变;壁板环向应变在焊缝处存在应力集中现象,该处壁板的环向拉应变最大;壁板对混凝土具有较强的套箍作用,使混凝土的应力～应变曲线具有强化阶段;采用规范中的钢管混凝土承载力公式能较准确计算组合桥塔的承载力。     

东平大桥钢-混凝土结合段模型试验

为研究钢-混凝土结合段全过程受力性能,结合东平大桥实桥,根据等效原则设计并完成了一榀钢-混凝土结合段模型试验。模型比例采用1∶2.5,混凝土梁肋部分为T形截面,结合段采用钢箱混凝土横梁过渡。钢与混凝土粘结界面采用PBL剪力连接件构造,并辅以纵向预应力筋共同作用。试验过程进行了静力、疲劳和破坏3个阶段的加载。试验结果表明:设计荷载作用下,结合段具有良好的强度和刚度,应力水平较低;疲劳荷载作用下,结合段的混凝土表层会有微小裂纹出现,但结构整体刚度依然良好;破坏荷载相对于设计荷载具有较高的安全储备。     

部分斜拉桥塔梁墩固结点局部应力分析

庆淄路惠青黄河公路大桥为部分斜拉桥,矩形桥塔,塔梁墩固结,桥塔处主梁设置有斜向横隔板.建立其塔-梁-墩固结部位的三维有限元模型,分析该部位的局部应力.重点分析桥塔作用在主梁上的荷载对0号块主梁应力的影响,以及竖向及横向预应力荷载的效应.     

空间异形混合桥塔钢混凝土结合段有限元分析

钢混凝土混合结构在斜拉桥的设计中被广泛应用。临沂市西安路祊河大桥为独塔斜拉桥,桥塔采用三根塔柱组成空间异形混合桥塔,桥塔的三根塔柱均采用钢混凝土混合结构型式。对大桥的空间异形混合桥塔塔柱的钢混凝土结合段建立有限元模型,并对其进行分析。重点研究采用PBL连接件的全截面承压传剪式钢混凝土结合段各构件的受力情况及传力效应,重点强调在此类钢混凝土结合段设计中应注意PBL连接件的传力不均匀性及混凝土受钢结构传力所产生的拉应力。     

结合梁斜拉桥悬臂施工阶段剪力滞效应分析

为研究结合梁斜拉桥在悬臂施工阶段剪力滞效应的分布规律,以厦漳跨海大桥南汊主桥为背景,在实桥中布设4个测试截面,并采用ANSYS软件建立主梁有限元分析模型,对施工阶段结合梁的剪力滞效应进行现场测试和数值分析.分析结果表明:结合梁斜拉桥主梁在斜拉索轴向荷载和竖向荷载产生的弯矩共同作用下,存在较为显著的负剪力滞效应;在整个悬臂施工阶段,各截面有效宽度系数为0.85～0.95.根据分析结果,建议在对悬臂施工阶段进行应力验算时,混凝土板的应力应按初等梁理论计算的结果提高15％考虑;设计过程中可以忽略小纵梁对桥面结构剪力滞效应的影响,计算结果偏于安全.     

贯通钢筋PBL剪力键静动载性能试验研究

为研究钢-混凝土结合段部位PBL剪力键结构的极限抗剪承载力与疲劳性能,依据某大桥钢-混凝土结合段剪力键实际结构,设计并制作了14个PBL剪力键结构推出试件进行静载与疲劳推出试验,分析了其荷载~滑移曲线、疲劳性能及疲劳破坏方式,并拟合得到荷载~滑移曲线计算公式及失效概率为50%与2.3%时的荷载与寿命曲线方程。结果表明:在静载推出试验中,PBL剪力键结构试件混凝土纵向劈裂破坏,其极限承载力均值为198.11kN;在疲劳试验中,试件混凝土榫破碎,同时贯通钢筋被剪断。     

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.