钢板梁桥上部结构标准化设计研究

为了能更好地适应新型工业化生产方式,提高中等跨径钢桥的设计建造水平,针对公路钢板梁桥,对其上部结构的各项参数进行标准化设计,同时对正交异性钢桥面板进行不同参数组合下的优化分析。在此基础上,运用模块化思想对钢板梁的纵向、横向标准设计进行了研究和比较。研究结果表明:中等跨径钢板梁桥桥面系标准部件中顶板厚度采用16 mm、U肋高度采用260 mm、铺装层厚度采用70 mm时桥面系受力最佳;相对于仅纵向分段的设计方案,钢板梁桥采用纵、横向的标准设计可以获得较多的标准化部品,且部品之间可互换使用,通用化程度较高,能够实现更多的组合方案,同时由同一种规格的标准部品组合的不同规模钢桥经强度验算都能满足结构承载力要求。     

大跨径钢桥箱梁面板下梯形加劲肋参数变化对铺装层应力的影响分析

大跨径钢桥面层铺装常见的破坏类型之一是铺装层表面拉应变过大引起的铺装层纵、横向开裂,这是与钢箱梁正交异性面板的加劲肋设计与布置密切相关的。本文将正交异性钢桥面板、铺装层作为整体建模,借助有限元分析软件详细研究了钢桥面板下梯形加劲肋三参数变化对铺装层表面变形的敏感性,并进一步从铺装材料模量变化和不同的荷位分布两方面分析了铺装层表面的横向拉应力分布规律,得到了一些有益的结论,以期为大跨径钢桥桥面铺装设计、桥面铺装层破坏指标的确定和钢桥面系结构刚度设计提供有益的参考。     

UHPC组合桥面铺装层对铁路钢桥面板影响分析

为了解铁路钢桥采用超高性能混凝土(UHPC)组合桥面铺装时钢桥面板的力学特性及UHPC层厚度对其结构性能的影响,以银西高铁银川机场黄河特大桥正交异性钢桥面系及铺装结构为背景进行研究。采用ANSYS软件建立包括钢轨、轨枕、道砟层、铺装层以及正交异性钢桥面板的主梁及铺装结构有限元模型,对比在高速铁路列车荷载作用下采用普通C40聚丙烯纤维网混凝土铺装层(原铺装设计)和UHPC组合桥面铺装层时的钢桥面板结构受力,并分析UHPC层厚度对易损细节受力的影响。结果表明：采用UHPC组合桥面铺装层可显著降低钢桥面板典型细节的应力极值;随着UHPC层厚度的增加,其上表面最大拉应力、钢桥面板各细节应力峰值均降低;UHPC层厚度变化对其上表面纵向拉应力的影响大于对横向拉应力的影响。     

加劲肋形式对钢桥面铺装影响与全厚单层铺装研究

为掌握L型、U型加劲肋对正交异性桥面板铺装结构受力影响和差异,解决薄钢板桥面铺装方案设计与施工一体化问题,延长薄钢板桥面铺装耐久性,依托马房大桥钢桥面铺装维修工程,通过有限元数值模拟分析掌握L型、U型加劲肋桥面铺装体系受力特点和差异,基于钢桥面铺装与桥面板复合结构分析,结合典型铺装材料力学性能试验评价,进行了增韧补强型环氧沥青桥面铺装一体化设计研究,对实体工程的全厚度单层铺装层混合料均匀性、性能进行了试验检测评价。马房大桥L型、虎门大桥U型加劲肋桥面铺装结构对比分析表明,U型加劲肋桥面板的整体刚度高于L型加劲肋桥面板,而L型加劲肋桥面板正交异性显著性相对较低。计算分析表明铺装层模量对铺装层横向应变水平影响呈指数关系,超载率对应变水平呈线性影响。经工程应用验证,采用全厚度单层80 mm环氧沥青铺装施工方案,可满足压实、平整、均匀性的设计要求,全厚度单层钢桥面铺装方案可有效提高铺装体系整体性、缩短施工时间、延长铺装使用寿命。     

杨泗港长江大桥正交异性钢桥面铺装层仿真分析

为准确把握杨泗港长江大桥正交异性钢桥面铺装层的受力变形特性,文中通过建立杨泗港长江大桥钢桥面铺装层仿真分析模型,对钢桥面铺装层的荷载效应进行分析,得出车辆荷载作用下钢梁桥面板应力集中最不利梁段为中部附近的正交异性板段,且横肋顶部附近的横向荷位是最不利荷位。     

钢桥面系统各项参数敏感性分析

大跨径钢桥桥面系统一般由钢箱梁盖板、纵向加劲肋，横隔板以及沥青铺装层组成，在车辆荷载作用下，铺装层的受力状态相当复杂。作为沥青铺装层的支承体系，钢桥面板体系的结构特性与结构刚度是影响铺装层受力的主要因素，因此就可以通过改变桥各项参数来分析桥面系统刚度的改变对铺装层受力的影响程度。本文利用有限各分析方法，对影响桥面系刚度的各项参数进行分析，揭示了钢桥面沥青铺装层受力大小与桥面系统各项参数的内在联系。     

大跨径钢桥面结构有限元优化分析

运用有限元法分析了轮载作用下正交异性钢桥面铺装的受力状态和桥面板厚度、加劲肋厚度对铺装层受力状态的影响,对正交异性钢桥面结构进行了优化分析。分析结果表明,桥面板厚度对桥面铺装的受力状态影响较显著,提出了钢桥面板的优化组合设计参考数据。     

热轧纵肋与传统纵肋正交异性钢桥面铺装层受力特性对比研究

为研究热轧纵肋正交异性钢桥面板铺装层的受力特性,首先建立了钢桥面铺装体系的精细化有限元分析模型,进行多轮位工况下的仿真分析,得到铺装层主要设计指标(表面最大拉应力、层底最大剪应力及最大竖向压应变)对应的最不利荷位,并与传统纵肋钢桥面铺装模型进行比较。对热轧纵肋钢桥面铺装层主要设计指标进行构造参数局部敏感性分析,得出各指标的主要影响参数。研究结果表明:当采用相同铺装方案时,热轧纵肋钢桥面铺装层最大竖向压应变相对传统纵肋钢桥面铺装层的更小,从而表现出更好的抗车辙能力;铺装层弹性模量、铺装层厚度与顶板厚度对各设计指标影响较大,而横隔板厚度与纵肋肋底厚度的影响较小。     

正交异性桥面结构数值模拟优化分析

运用有限元子模型法,分析轮载作用下正交异性钢桥面铺装的受力状态,比较了桥面板厚度、加劲肋厚度等不同结构参数对铺装层受力状态的影响,对正交异性钢桥面结构进行了优化分析,分析结果表明桥面板厚度对桥面铺装的受力状态影响较显著,其影响比加劲肋厚度对铺装的受力状态影响更显著,提出了钢桥面板的优化组合设计模式.     

正交异性桥面结构数值模拟优化分析

运用有限元子模型法,分析轮载作用下正交异性钢桥面铺装的受力状态,比较了桥面板厚度、加劲肋厚度等不同结构参数对铺装层受力状态的影响,对正交异性钢桥面结构进行了优化分析,分析结果表明桥面板厚度对桥面铺装的受力状态影响较显著,其影响比加劲肋厚度对铺装的受力状态影响更显著,提出了钢桥面板的优化组合设计模式.     

大跨径桥梁正交异性钢桥面铺装受力分析

大跨径桥梁大多采用正交异性钢桥,这种结构形式受力变形复杂,置于其上的铺装层易出现疲劳开裂、车辙、推移、脱层等早期病害,甚至由此导致桥梁结构功能性破坏。钢桥面铺装破坏需要从多个方面进行研究分析,本文通过ANSYS子结构法数值理论分析,分析结构尺寸、温度、制动及超载对铺装层的影响,为正交异性钢桥铺装设计提供参考。     

超高性能混凝土-钢正交异性板组合桥面受力性能研究

针对柔性铺装正交异性钢桥面板存在的钢板疲劳开裂和铺装层极易损坏的问题,提出超高性能混凝土(UHPC)-钢正交异性板组合桥面体系。以武汉军山长江大桥为背景,通过ANSYS有限元仿真计算分析该组合桥面体系正交异性板相对于柔性铺装正交异性板受力性能的改善情况,并通过单U肋2跨连续梁足尺模型试验对UHPC层的受力性能进行研究。研究结果表明:采用组合桥面后正交异性板各构造细节的应力大幅下降,其中面板应力降幅最大,加劲肋次之,横隔板最小;采用UHPC-钢正交异性板组合桥面体系后正交异性板主要构造细节最不利热点应力幅降至常幅疲劳极限以下,理论上具有无限疲劳寿命;模型试验显示在实桥最不利应力作用下,UHPC层未发现可见裂纹,当名义应力达到18.79 MPa时在模型中支撑板顶部UHPC上发现0.05mm宽的裂纹。     

铺装层温度效应对U肋与顶板构造疲劳损伤的影响

为研究50 mm厚EA10环氧沥青混凝土铺装层温度对正交异性钢桥面板U肋与顶板构造疲劳致损效应的影响,开展带沥青混凝土铺装层的正交异性钢桥面板足尺节段模型拟静力循环加载试验。分析不同铺装层温度下正交异性钢桥面板顶板的横向应变、挠度以及U肋与顶板构造的局部热点应力响应,在此基础上,对不同铺装层温度下U肋与顶板外侧焊趾疲劳损伤进行研究。结果表明:常温(25℃)条件下,采用沥青混凝土铺装层可降低钢桥面板顶板35.2%的横向应力和10.3%的局部挠度,以及U肋与顶板双面焊构造外侧顶板焊趾区域的应力幅值和疲劳损伤;随着沥青混凝土铺装层温度升高,顶板横向应力、挠度及U肋与顶板双面焊构造外侧顶板焊趾区域的应力幅值、疲劳损伤显著增大,高温(60℃)条件下该区域疲劳损伤度增幅可达41.5%。     

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学分析

该文以开口加劲肋正交异性钢桥面铺装体系作为研究对象,建立了包括桥面板和铺装的整体三维有限元分析模型,研究了荷载作用下铺装层的力学特性.分析表明,横向拉应力是开口加劲肋正交异性钢桥面铺装设计的一个重要控制指标;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装层问剪应力较大,在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应.     

刚性铺装在桥面正交异性板补强中的应用

为应对重交通或桥面系刚度不足时,桥面正交异性板的疲劳裂缝和铺装的早期破坏问题,国外发展了刚性铺装技术。该文结合实际工程案例,对比分析了国内外刚性铺装的典型结构、受力特征、铺装材料和施工工艺。综合分析表明:荷兰、日本和中国刚性铺装结构的主要区别在于铺装层与桥面顶板的连接上;相对于柔性铺装,刚性铺装可使正交异性板疲劳细节的峰值拉应力降低约95%;各国刚性铺装的加筋材料和用量有所不同,混凝土则有超高性能混凝土、钢纤维快硬水泥混凝土和高韧性水泥混凝土3种类型。     

钢箱梁桥面铺装体系结构优化研究

采用有限元分析的结构优化设计方法对钢箱梁桥面铺装体系进行整体优化研究。建立钢桥面铺装体系的有限元模型,选择包括钢板厚度、梯形加劲肋刚度、横隔板间距、铺装厚度等结构参数作为设计变量,建立铺装最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力、加劲肋挠跨比、钢桥面板最大拉应力等指标的约束条件,采用零阶方法进行优化计算。结果表明,优化设计可以节省材料,降低造价。通过减小梯形加劲肋间距和横隔板间距,增大桥面板厚度和梯形加劲肋高度,可改善铺装的受力状况。     

子模型法在大跨钢桥面铺装有限元模型优化中的应用

为了提高大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型的计算精度,在用子模型法对钢箱梁桥面铺装进行精细模拟的基础上,运用有限元正交数值模拟试验和综合评价方法对模型几何尺寸与边界约束条件进行优化。发现大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型合理的几何尺寸与边界条件为:纵向为3跨,横向有8个U肋,横隔板高度为1.2 m,纵边自由,横边简支,横隔板底固结。对比分析结果表明:该简化模型具有较高的计算精度,横向拉应变误差仅为0.7%,纵向拉应变误差为3.7%,可供大跨钢桥面铺装力学分析和设计参考使用。     

大跨径钢桥面铺装力学分析研究

桥面铺装是桥梁行车系的主要组成部分 ,其直接影响行车的安全、舒适性和桥梁的耐久性 ,是大跨径钢桥建设的一项关键技术。将正交异性钢板和铺装层作为受力整体 ,建立有限元分析模型 ,分析了铺装层应力的分布和变化规律 ,为桥面铺装结构体系设计积累理论基础     

正交异性钢桥面板第一体系受力状态对铺装层的影响

针对不同桥型主梁上正交异性钢桥面铺装层破坏的差异，采用预应力模拟正交异性钢桥面板的第一体系应力，用有限元方法计算作用有不同预应力水平的局部正交异性钢桥面系在标准轴载作用下的力学响应。得到了局部桥面系铺装层的各控制指标值分别随预应力水平的变化关系。结果表明，第一体系纵向正应力对铺装层表面最大纵向拉应变影响显著，第一体系横向正应力对铺装层表面最大横向拉应变影响较大，而第一体系应力状态对最大肋间相对挠度的影响很小、对层间最大剪应力基本没影响。     

正交异性钢桥面铺装轴载换算的初步研究

钢桥面铺装的受力变形特性与普通沥青铺面的受力变形特性有较大差别。因此,钢桥面铺装层厚度的设计及铺装疲劳试验技术标准的制定等不能套用现行规范的方法。针对润扬大桥正交异性钢桥面板及其铺装,采用三维有限元方法,以钢桥面铺装中的最大横向及纵向拉应力为换算指标,分析钢桥面铺装的轴载换算,并以BZZ 100为标准车型,推导并得出单轴单轮、单轴双轮、双轴双轮3类后轴形式的钢桥面铺装的轴载换算系数。