高性能钢管混凝土组合桁梁桥

提出一种新型桥梁结构形式——高性能钢管混凝土组合桁梁桥。从结构性能方面阐述该组合桁梁桥高效传力机制、高性能结构构件及节点力学性能,从预制件划分、存放、运输、拼接方面阐述组合桁梁桥高效装配施工性能,从防灾性能方面对组合桁梁桥与混凝土梁桥进行抗震性能有限元对比分析,从耐久性能、可维护性能及环保性能方面论述组合桁梁桥良好的服役性能。结果表明：高性能钢管混凝土组合桁梁桥各杆件受力明确,杆件材料利用率高,结构刚度大,当结构跨径达到80 m时,用钢量指标仍在400 kg·m^-2以下;PBL加劲型等宽钢管混凝土节点可有效改善节点传力性能、静力破坏模式及抗疲劳性能;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件可改善钢混界面传力及钢管局部屈曲性能,有效提高构件承载力;组合桁梁桥主桁单元、桥面板单元、桥墩单元可在工厂标准化生产,预制构件单元质量可控,现场装配速度快,施工周期短;与混凝土箱梁桥相比,组合桁梁桥结构体系地震响应内力下降显著,反应谱分析中纵桥向墩底弯矩与剪力下降达94.0%、81.2%,时程分析中纵桥向墩底弯矩下降达91.6%;采用可更换桥面板构件、桥墩系梁构件使组合桁梁桥全寿命周期性能优异。可见,矩形钢管混凝土组合桁梁桥是一种装配式高性能桥梁结构体系,可为中国中等跨径公路装配化桥梁设计提供参考。     

新型矩形钢管混凝土组合桁梁桥结构形式与绿色建造

随着国家践行“双碳”战略和工业化建筑时代的到来，桥梁作为生命线节点工程正在向着装配化、工业化的方向大步迈进，而钢管混凝土组合桁梁桥作为一种高性能组合结构桥梁形式在承载性、承灾性及装配化等方面具有优势，融合“工业化建造”“绿色建材”理念是实现钢管混凝土组合桁梁桥绿色建造的有效手段。为此，从高传力体系、高承载力结构构造及高承载力节点构造等方面阐述了矩形钢管混凝土组合桁梁桥的构造优势，证明其是一种高承载性能桥梁结构形式，从高韧性与高经济性方面进一步论述了矩形钢管混凝土组合桁梁桥的优势所在，并就抗震性能、工程经济性与常规混凝土梁桥进行类比；而后从全预制件装配单元、预制件现场快速拼装角度阐述了矩形钢管混凝土组合桁梁的工业化建造理念，提出与快速拼装相适应的构造措施，并对具有绿色高强优点的碱激发UHPC混凝土应用于钢管混凝土组合桁梁桥进行了构思和设想；最后通过典型工程实践证实了钢管混凝土组合桁梁桥具有轻质高强、力流传递明确的显著特征和高效的装配建造性能。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土结构力学性能研究综述

为改善钢管混凝土套箍效应和节点传力可靠性问题,提出PBL加劲型矩形钢管混凝土结构,从管壁局部屈曲力学性能、构件力学性能、界面力学性能和节点力学性能4个方面,对已有研究成果进行总结,并与传统的钢管混凝土结构进行对比,综述了不同结构的宽厚比限值、轴压强度、轴压稳定、抗弯性能、压弯性能、剪切-滑移本构关系、节点传力长度、疲劳荷载作用下钢-混界面黏结性能、节点静力性能和节点疲劳性能,系统地阐述了PBL加劲型矩形钢管混凝土结构的力学性能优势。结果表明:在轴压和压弯荷载作用下,由于混凝土的支撑作用,以及PBL纵肋的加劲和连接作用,钢管的宽厚比限值相比矩形钢管混凝土结构提高到2倍以上;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件轴压承载力相比矩形钢管混凝土有所提高,同时,PBL纵肋保证了构件的完全黏结,组合作用得到发挥,结构的轴压和抗弯刚度也得到提高;PBL加劲肋孔中的混凝土榫提供了较大的抗剪承载力,界面强度相比矩形钢管混凝土提高2倍以上,剪切模量提高3倍以上,有效缩短了节点传力长度,且疲劳荷载作用下,界面性能更可靠;管内PBL纵肋的抗拔作用,可有效限制节点部位主管表面弯曲变形,使节点刚度和承载力得到提高,焊趾位置热点应力集中系数明显减小,疲劳性能得到改善。     

钢管混凝土桥墩环梁式节点动力响应及结构优化研究

混凝土环梁节点是一种新型的无支座桥梁结构体系,钢管混凝土桥墩与上部结构的横向连接是结构的薄弱环节.利用数值模拟的方式对钢管混凝土桥墩普通环梁式节点在反复荷载作用下的动力响应进行了分析,得到了节点内薄弱环节处的应力变化曲线、滞回曲线、骨架曲线及刚度变化曲线,认为普通节点由于钢筋配置不合理造成混凝土过早拉坏,未充分发挥材料...     

钢腹杆-劲性骨架混凝土弦杆组合拱节点受力性能试验

为进一步增大拱桥的跨越能力,结合劲性骨架钢筋混凝土拱桥的结构和施工特点,提出钢腹杆-劲性骨架混凝土(SRC)弦杆组合桁式拱圈结构,利用钢腹杆替代混凝土腹板,省去混凝土腹板的浇筑工作,并减轻拱圈自重以达到增大拱桥跨径的目的。为了解这种组合拱连接节点的受力特点,在钢腹杆-SRC弦杆组合拱桥试设计研究基础上,以弦杆外包混凝土厚度为主要参数,进行了3个组合拱节点及1个对比钢管混凝土节点的试验研究,并探讨了节点的失效机理。结果表明:组合拱节点首先发生弦杆外包混凝土开裂,最终发生钢管混凝土节点破坏;外包混凝土对受拉和受压腹杆的受力影响很小;相比钢管混凝土节点而言,组合拱节点受拉腹杆的接头刚度较大;弦杆外包混凝土的厚度只影响外包混凝土的开裂荷载,外包混凝土越厚,开裂荷载越大,但不影响组合拱节点的极限承载力;结合钢管混凝土劲性骨架混凝土柱的研究成果,建议组合拱节点的混凝土外包系数取0.50左右,其承载力可按照受拉节点发生冲剪失效模式和受压节点发生有效宽度失效模式进行计算,但其计算结果偏于安全。研究成果可为钢腹杆-SRC弦杆组合拱桥的设计提供依据,也可为类似连接节点的设计提供参考。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架拱桥设计

为避免或缓解拱肋钢管与混凝土界面的脱粘或脱空,对钢管混凝土拱桥中的拱肋和节点受力性能的不利影响,提出在钢管混凝土拱肋中设置PBL纵肋,形成一种新型的PBL加劲型钢管混凝土拱桥形式。结合青海省西宁市采用"PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架拱桥"结构形式的某在建桥梁,首先从下层拱肋、桁架-拱组合体系两个层面对该桥进行受力分析;根据主桥结构的受力特点,采用有限元数值模拟方法,分别建立腹杆受力较大的节点的局部精细化有限元模型、典型拱肋节段模型,研究节点的局部受力情况、太阳辐射下拱肋钢管与混凝土的界面受力性能。研究表明:梁肋在靠近拱顶附近时的轴向压力最大,此后其轴力迅速变小;拱顶处的拱肋轴向压力最小,此后迅速增大,并在拱脚处达到最大;腹杆作为梁肋与拱肋之间的传力构件,将整个结构连接成整体,使整个桁架结构共同受力;靠近拱顶、且腹杆受力较大的节点受力较为复杂。设置PBL纵肋能明显减小节点的传力长度、缓解节点的应力集中和变形程度,从而改善节点的受力性能;能明显缓解太阳辐射作用下钢管与混凝土的脱粘和脱空,从而保证拱肋的运营安全;该桥不仅满足使用功能的要求,与环境协调、造型美观,且受力较为合理,整体应力水平不高,满足安全的要求。     

大跨中承式钢管混凝土拱桥结构受力分析

钢管混凝土是能够大幅度提升拱桥跨度的组合结构，充分利用钢材与混凝土的材料力学性能，在我国大跨度拱桥建设中有着广泛的应用前景。以某高速公路跨度为508 m中承式钢管混凝土拱桥为工程背景，通过有限元计算软件整体模型与局部实体模型，结合相关规范要求，对该桥成桥阶段各构件应力、荷载效应以及承载力进行了模拟计算分析。结果表明：该桥各项设计指标均满足相应规范要求，可为类似桥梁结构的设计与计算提供参考。     

广珠铁路跨西南涌主桥128m连续梁拱设计

通过桥梁博士程序建模,对(58.4+128+58.4)m预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱组合结构进行了主梁、拱肋以及吊杆等主要构件的强度以及稳定性计算,着重阐述其结构构造、连续梁拱组合结构的主要受力特点及静力计算结果。证明了对于桥下净空受限制,且需要采用较大跨度的桥梁,连续梁拱是一种较一般连续梁更合适的桥跨结构。     

下承式钢管混凝土拱梁组合结构设计与计算分析

采用桥梁专业软件MIDAS/Civil对一座下承式钢管混凝土拱梁组合结构进行空间有限元分析。通过共节点双单元法模拟钢管混凝土组合结构的受力,并参照新颁布《钢管混凝土拱桥技术规程》(DBJ/T 13-136-2011)进行结构验算。结果表明,该桥的各项指标均满足要求,并通过了施工监控和成桥荷载试验的进一步验证。     

一种新型桥梁——矩形钢管混凝土组合桁架连续刚构桥施工技术

矩形钢管混凝土组合桁架连续刚构桥作为一种新型结构桥梁,目前尚无成套的施工技术方案。该桥主要的结构形式为Y型钢管混凝土桥墩和部分填充混凝土的钢管混凝土桁架主梁,采用了钢管桁架现场拼组、节段安装和钢管灌注混凝土等关键施工工艺。为保证该桥的施工质量,进行了矩形钢管混凝土组合桁架连续刚构桥施工方法研究,形成了一套较为完善的施工技术以期能够指导同类桥梁的设计施工。     

组合截面桥梁结构计算方法研究

组合截面桥梁结构包括分层浇注混凝土结构桥梁以及钢混凝土组合结构桥梁等。近年来这类桥梁结构的工程应用越来越多,而这类桥梁结构的分析计算是一个比较复杂的工程计算问题。本文采用刚臂节点位移协调方法,用多个梁单元来模拟组合截面,建立组合截面桥梁结构施工全过程分析方法,并给出对比分析算例。     

组合荷载下钢管混凝土焊接节点疲劳强度的研究

以往开展的钢管混凝土焊接节点疲劳强度试验研究只计入腹管轴力影响,但随着钢管混凝土材料应用的发展,一些结构形式中腹管所受弯矩不可忽略。本文利用有限元模型以及疲劳试验相结合的方法研究在轴力及弯矩组合作用下,"K"型节点钢管及钢管混凝土焊接节点的疲劳强度,以及失效机理。     

德国内森巴赫山谷高架桥:技术与环境景观成功结合的典范

德国斯图加特市的内森巴赫山谷高架桥将结构布局与环境景观得到了充分的协调与统一.在结构设计方面,展示了轻结构的设计理念,混凝土薄板在空间钢管桁架的承托下跨越山谷,桥墩为树状的集束钢管构造,将整体钢管铸钢节点运用于空间钢桁架的杆件连接及其与混凝土板的连接.在桥梁建筑方面,用横向椭圆形的钢管拱承托声屏障与自行车道,并与两端隧道门洞自然衔接,其蜿蜒、通透的银色形体构成了山谷间的一道风景线.     

钢管混凝土拱桥管节点焊接裂纹成因分析及预防

钢管混凝土拱桥管节点经常存在结构不连续加工和焊接缺陷,在主支管连接的接头区,容易出现焊接裂纹,随着裂纹不断扩展,将导致整个构件破坏,从而影响结构的服役安全性和耐久性。对管节点结构特点和焊接裂纹产生原因进行分析,提出避免管节点焊接裂纹产生的预防措施。     

FRP材料组合结构桥梁的新技术

FRP材料轻质高强、又具有良好的耐腐蚀性,将它与钢材、或与混凝土、或与两者共同形成组合构件使用更具有发展前景。主要从组合结构的角度对FRP材料组合结构桥梁的研究成果以及连接技术加以介绍。     

圆钢管混凝土纯弯构件的承载力研究

1纯弯构件的特点 钢管混凝土以其抗压强度高而最适宜于作受压构件，在受弯构件中采用钢管混凝土，并无突出的优点。因此，钢管混凝土的抗弯强度及其计算方法，过去很少有人研究。但研究钢管混凝土的纯弯力学性能，有助于深入认识压弯构件的工作机理。同时，合理地确定钢管混凝土组合抗弯模量和组合抗弯刚度等力学指标，是进行钢管混凝土框架柱受力分析的重要前提之一。     

非同时受压矩形钢管混凝土界面传力特性研究

受结构构造、施工方法及制作精度等影响,钢管混凝土桥梁节点区域传力较为复杂,压力荷载传递往往先由钢管或混凝土承担,经过一定长度后再由钢管和混凝土共同承担,钢管和混凝土非同时受压现象较为普遍。界面传力机理决定着非同时受压钢管混凝土构件、节点及界面抗剪连接件的工作特性。基于弹性连续介质层法,利用变形协调条件,建立了非同时受压矩形钢管混凝土界面传力理论分析模型,推导出剪力传递长度及界面纵向剪力的解析表达式。经有限元验证理论分析模型,进行了矩形钢管混凝土界面传力特性的敏感性参数分析,给出了矩形钢管混凝土剪力传递长度和界面纵向剪力的变化规律。结果表明：给出的界面相对滑移、界面纵向剪力、剪力传递长度等解析公式计算精度较高,可为钢管混凝土构件、节点及界面抗剪连接件的设计计算提供理论依据;剪力传递长度是反映钢管混凝土界面传力特征的关键指标,决定着钢管与混凝土协同作用范围及强弱;弹性工作阶段混凝土先受压和钢管先受压时界面剪力传递长度相等,与轴力无关,受界面剪切刚度影响规律相同;界面纵向剪力与轴力成正比;剪力传递长度随界面剪切刚度的增大而减小,与之呈负指数函数关系,随钢管、混凝土的轴压刚度增大而增大,与之呈...     

钢管混凝土拱桥典型病害分析研究

早期兴建的钢管混凝土拱桥或多或少地存在着设计、施工等方面的局限性,后期缺乏必要的养护和维修。随着桥梁结构老化,营运量不断增加,使得钢管混凝土桥梁病害时有发生。有鉴于此,该文结合依托工程及相应的结构检查,详细介绍了钢管混凝土拱桥的病害特征及其原因,从而为该类桥梁的安全状况评估提供参考借鉴。     

中空夹层钢管混凝土柱力学性能研究

基于给定的核心混凝土和钢材的三轴本构模型,设定构件内、外两层钢管使用相同的钢材,并考虑核心混凝土和钢管变形协调,应用连续介质力学理论,对中空夹层钢管混凝土短柱进行了弹塑性全过程理论分析,建立了中空夹层钢管混凝土短柱组合弹性模量理论计算公式和应力-应变关系全曲线的理论计算模型。该计算模型形式简单,参数少易确定,便于程序化实现,并与文献资料的试验结果进行了比较,结果表明,该模型能较好地反映试验规律以及组合构件材料物理性能的优点,为中空夹层钢管混凝土组合结构进一步研究奠定了基础。     

基于实桥试验的钢管混凝土桁梁桥力学性能研究

钢管混凝土桁梁桥由钢管混凝土桁架和钢-混凝土组合桥面板组成,作为一种新型的组合结构桥梁,具有承载能力高、刚度大和抗震性能优异等特点,为研究其力学性能,选择在某30m跨钢管混凝土桁梁桥进行实桥测试,对钢管混凝土构件及桁梁桥的整体力学性能进行了研究。试验研究结果表明:在550kN试验荷载下,各杆件在加载过程中始终处于弹性工作状态,实测值和有限元计算值较为吻合;下缘同时存在轴力和弯矩作用,且主管应力水平较低;支管在两端承受相反的弯矩作用,热点应力和名义应力均处于较低水平;主梁整体刚度大,偏载效应较为明显。