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。     

冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装力学响应

为研究冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装的力学响应及适合该极端气候下的钢桥面铺装方案,解决冬季极端气候下钢桥面铺装在行车荷载作用下容易产生的开裂问题,利用ABAQUS建立钢桥面三维铺装体系模型,模拟不同铺装层厚度组合和不同工作温度等条件,计算“双层EA”结构和“下层EA+上层SMA”结构的铺装层上表面最大拉应力、最大拉应变、最大竖向位移及层间最大剪应力4个特征力学响应值,分析钢桥面铺装厚度对力学控制指标的影响,探究钢桥面铺装温度对力学控制指标的影响,以此进行冬季极端气候下城市快速路钢桥面铺装的结构组合方案优选。研究结果表明:相同铺装材料下,对比3种厚度组合的桥面铺装层上表面最大拉应力、最大拉应变、最大竖向位移及层间最大剪应力,均为下层2. 5 cm+上层3. 5 cm下层3 cm+上层3. 5 cm下层3 cm+上层4 cm;在-45～50℃范围内,随着温度升高,两种铺装结构的铺装层上表面最大拉应力和层间最大剪应力逐渐减小,铺装层上表面最大拉应变、最大竖向位移增大;“双层EA”结构铺装层上表面最大拉力大于“下层EA+上层SMA”结构;“双层EA”结构和“下层EA+上层SMA”结构铺装层上表面最大拉应变、最大竖向位移和层间最大剪应力较为接近;“下层3 cm EA+上层4 cm SMA”的铺装结构能够适应冬季极端气候工况。     

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。     

开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学行为特性研究

为了研究开口加劲肋正交异性钢桥面铺装的力学行为特性,通过建立钢箱梁和铺装整体三维有限元模型,分析了荷载作用下铺装层最大拉应力、铺装与钢板层间最大剪应力等技术指标的变化及分布规律。得到如下结论:拉应力是导致铺装出现开裂破坏的主要原因,疲劳裂缝应沿桥梁的纵向;当以拉应力作为控制指标时,钢桥面铺装在距离横隔板0.4 m范围内受力最为不利;开口加劲肋正交异性钢桥面铺装应变水平远大于一般沥青路面;铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应;铺装与钢板层间剪应力较大,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。     

钢桥面铺装层弹性模量与铺装层厚度对铺装体系受力影响分析

采用美国环氧沥青、日本环氧沥青两种钢桥面铺装材料在不同厚度下分析铺装层受力变形规律。推导出铺装层最大拉应力、剪应力与弹性模量、铺装层厚度的数学模型。结果表明：铺装层最大拉应力、剪应力同铺装层弹性模量均可用多项式4次方程拟合,铺装层表面横向最大拉应力随着铺装层厚度的增加而减小,横向最大层间剪应力不随铺装层厚度增加而减小,而是在铺装层厚度处在40～50 mm之间有一个峰值,而后随厚度的增加而逐渐减小。     

莫桑比克马普托大桥钢桥面铺装力学响应状态分析

根据莫桑比克马普托大桥结构条件参数及桥面铺装初步设计方案,采用Abaqus有限元软件,建立钢桥面铺装局部分析模型,确定桥面系最不利荷位,并对不同工况条件下钢桥面铺装层横、纵向最大拉应变、最大纵向变形、最大剪应力等进行计算分析。结果表明,马普托大桥钢桥面最不利荷位位于跨中区域,钢桥面铺装最大拉应变达到834×10-6,最大剪应力达到0.769 MPa。     

超高性能轻型组合桥面铺装体系基本力学性能研究

为解决大跨径钢桥面疲劳开裂和铺装层早期损坏这两大难题,提出薄层聚合物混凝土(TPO)铺筑于超高韧性混凝土(STC)-钢桥面板的超高性能轻型组合桥面铺装体系。基于马房大桥的有限元模型,分析STC+TPO铺装体系的受力和变形特点。计算结果表明:采用STC+TPO铺装体系,钢桥面板中的拉应变平均降幅达76.4%,铺装层中的拉应变峰值和竖向位移峰值降幅均大于49.0%;此外,车辆荷载、环境温度和铺装层厚度等对STC+TPO铺装体系的受力状况有较大影响,60℃时STC-TPO界面抗剪强度可达2.56 MPa;STC+TPO铺装体系能大幅提高桥面系刚度,降低铺装层和桥面板的应力应变幅值,从而减小桥面板和铺装层疲劳开裂的风险;同时,STC和TPO的抗拉强度及界面抗剪强度均满足重载和高温环境下的使用要求。     

基于可靠度指标的桥面铺装层设计参数确定

通过对桥面铺装层力学性能的分析研究,确定对铺装层力学性能与其设计参数的关系,如铺装层最大横向拉应力、最大横向剪应力及其表面最大弯沉与铺装层厚度之间的关系;铺装层最大横向拉应力、最大横向剪应力、最大横向拉应变、最大纵向拉应力、最大纵向剪应力、最大纵向拉应变与铺装层材料弹性模量之间的关系,建立了桥面铺装层可靠度计算模型,确立可靠度指标与铺装层设计参数的关系,为桥面铺装可靠性设计提供依据。     

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。     

大跨径钢桥面铺装有限元模拟分析

运用有限元及子模型法分析了桥梁整体变形对铺装层的受力状态的影响,并分析了局部轮载作用下正交异性钢桥面铺装的内部受力状态及应变分布特点。分析了铺装层模量对其受力状态的影响,对磨耗层及刚度过渡层的模量组合进行了优化设计分析。分析结果表明钢桥面铺装设计的控制受力因素是轮载局部作用下铺装层的横向应变,铺装层模量对铺装层的受力状态有显著影响。     

正交异性钢桥面铺装层表面裂缝应力强度因子分析

首先建立了正交异性钢桥面系三维断裂力学有限元模型,计算并对比了开裂铺装层与完好铺装层表面最大拉应变值,结果发现铺装层开裂后会使表面拉应变值减小,表明铺装层表面最大拉应变不适合作为带裂缝铺装层的设计指标,因为铺装层的疲劳破坏是由裂缝前沿的奇异应力场强度,即应力强度因子的大小所决定;接着计算了铺装层表面纵向裂缝和横向裂缝的应力强度因子值,分析了应力强度因子随荷载作用位置变化的规律,确定了轴载作用的最不利荷位。     

大跨径斜拉桥桥面铺装在活载作用下的力学特点

应用有限元分析软件MIDAS对润扬长江公路大桥北汊斜拉桥进行了成桥阶段的静力分析,并将计算得的整桥力学特点通过局部模型边界条件,反映在局部正交异性板桥面铺装有限元模型上。研究表明斜拉桥主梁轴向受力这一力学特点对桥面铺装将产生直接的影响。跨中主梁轴向受拉部分增加了该处桥面铺装的纵向拉应力,非跨中主粱轴向受压部分削减了该处桥面铺装的纵向拉应力。因此在做同类型的桥面铺装设计时,应以跨中截面作为控制截面。     

沥青混凝土高温摊铺下钢梁支座体系温度效应

沥青混凝土高温摊铺所引起的钢桥正交异性板结构温度效应备受关注,为研究高温摊铺引发的钢梁支座体系温度效应,依托九江长江大桥的公路桥加固改造工程,采用生死单元法模拟了钢桥面沥青混凝土动态摊铺施工过程,建立了密支座钢梁摊铺温度场模型,结合现场温度监测数据确立了高温摊铺下钢梁节段的温度场时空分布规律,在此基础上,仿真模拟了不同工况下钢梁支座体系的力学响应,并剖析了高温摊铺下支座体系温度效应的影响因素。研究结果表明:沥青混凝土高温摊铺下钢桥面板的温度先急剧上升,摊铺完成约12 min后逐渐下降直至稳定,夏季热拌环氧沥青混凝土(摊铺温度为185℃)摊铺下钢桥面板的最高温度达到96.1℃,钢梁节段的竖向最大温差达到55℃;高温摊铺会导致钢梁支座体系产生较大的支反力,摊铺宽度增大,支反力显著提高,当摊铺宽度超过5 m时,支座最大竖向拉力将超出其承载能力,当摊铺宽度超过8 m时,最大横向支反力将超出支座承载能力;对于纵向有连续固定支座的钢梁节段,纵向连续固定支座数目对竖向支反力和横向支反力的影响较小,但高温摊铺时会产生远超支座承载能力的纵向支反力,支座结构存在安全隐患。研究可为类似钢梁支座体系的沥青混凝土摊铺施工方案设计和支座处置提供理论支撑。     

混凝土桥桥面铺装力学分析

针对钢管混凝土系杆拱桥的受力特点,建立力学分析模型对桥面铺装体系进行受力分析,找出铺装层的最不利荷载位置和加载方式,研究该位置和加载方式下铺装层的应力应变规律,确定铺装层设计的各个控制指标,为桥面铺装层设计提供力学理论依据。     

移动荷载作用下沥青混凝土桥面铺装层动力响应分析

为了准确地分析铺装层的受力状态,将车辆荷载简化为移动均布荷载,采用有限元法分析了铺装层在移动荷载作用下的动力响应。分析结果表明,在移动荷载作用下,以较低的速度行驶对铺装各层应力影响较大,各应力分量与移动荷载速度基本呈线性关系;刹车情况下离表面较近区域不再经历正反两次剪应力作用,只是离表面较深处存在很小正反剪应力作用;最大水平剪应力发生在铺装表面,且随深度的增加迅速减小;水平荷载对水平剪应力影响很大,随着水平力系数δ增大,在同一铺装层深度处的最大水平剪应力增加比较明显;在相同δ的条件下,随着深度的增加水平剪应力越小。通过上述分析,提出桥面铺装层控制性设计指标,从而为桥面铺装设计提供理论依据。     

铁路桥梁超高性能混凝土桥面铺装力学性能分析

针对铁路桥梁超高性能混凝土桥面铺装层的受力特点,结合某连续钢桁梁特大桥工程,采用有限元软件建立力学分析模型.通过对桥面铺装层最不利荷载位置进行分析,研究桥面铺装结构的纵、横向应力及疲劳应力,发现超高性能混凝土铺装层能够有效改善正交异性钢桥面板的应力状态,确定了超高性能混凝土铺装层设计的力学控制指标.     

正交异性钢桥面新型复合铺装结构研究

针对正交异性钢桥面存在的主要破坏形式,提出其铺装层相应的4个主要设计指标:铺装层表面拉应力、铺装层与钢桥面板层间剪应力、铺装层垂直压应变和铺装层剪应力。利用有限元方法,以铺装层与含加劲肋和纵横隔板的正交异性钢桥面局部梁段作为计算对象,进行有限元分析,分析各个设计指标随铺装过渡层模量和铺装层厚度的变化规律。首次提出以水泥基材料为过渡层、焊钉为剪力连接件和SMA13为表层的新型复合铺装系统,并进行了热相容试验、高温复合车辙试验和复合梁疲劳试验等一系列小型试件试验研究。研究结果表明,增大铺装过渡层模量或适当增加铺装层厚度,有助于降低正交异性钢桥面板的应力和应变,使铺装层总体受力越有利;与传统双层沥青混凝土铺装结构相比,新型复合铺装系统性能更优越。     

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     

钢与预应力混凝土后结合法组合梁的受力特性研究

为了明确大跨度后结合预应力组合梁桥的受力性能,以一主跨70 m的预应力组合梁桥为例,采用空间有限元模型详细模拟了组合梁的施工过程,计算从施工到成桥初期及长期运营情况下组合梁的受力情况。计算结果表明：中支点钢梁上翼缘和底板在施工阶段的最大应力分别为118 MPa和-133 MPa,后结合法和顶升/回落法在中支点混凝土桥面板内产生7.33～10.33 MPa的预压应力储备;中支点钢梁上翼缘和底板在短期运营阶段的最大应力分别增长了22 MPa和13 MPa,而中支点混凝土桥面板在曲线外侧的边缘只剩下3.33 MPa的预压应力储备,满足全预应力状态的要求;在第10年的长期运营阶段,中支点钢梁上翼缘和主跨跨中钢底板的最大拉应力分别减少17%和35%,中支点钢底板和主跨跨中钢梁上翼缘的最大压应力分别增加10%和42%。收缩徐变在长期运营阶段降低负弯矩区混凝土桥面板的预压应力储备,负弯矩区混凝土桥面板在运营第2年由全预应力构件变成A类部分预应力构件,在运营第13年变成B类部分预应力构件。