钢-混凝土混合连续梁桥钢混结合段局部分析及检测

钢-混凝土连续梁桥作为一种新型的组合结构,将主跨部分梁段采用钢结构代替传统的混凝土结构,以达到降低桥梁结构自重,增大跨越能力,改善结构的受力性能。在钢-混连续梁中钢混结合段为该结构的关键点。以某钢-混凝土连续梁桥为背景,对钢混结合段建立空间有限元模型进行局部应力分析,并结合对该桥荷载试验的检测结果,分析钢混结合段的受力情况,评价其技术状况。     

连续刚构桥钢-混凝土结合段静力性能试验研究

以嘉华轨道专用桥为工程依托,在总结境内外已有混合梁钢-混结合段理论与试验研究成果的基础之上,采用模型试验的方法对连续刚构桥主梁钢-混结合段的静力性能进行研究。选取实桥钢-混结合段附近共11.5 m长梁段,设计相似比为1∶2的结合段缩尺试验模型,进行设计状态循环荷载和极限状态循环荷载两种工况的试验研究,测试结合段关键截面应变、位移以及钢-混界面滑移情况。试验结果表明:在设计荷载循环作用下,混凝土梁段、钢混结合段以及钢梁段均处于线弹性工作阶段,钢混界面相对滑移量处于较低水平,最大值不超过0.07 mm。在极限荷载循环作用下,混凝土梁段底板靠近结合段薄弱区域出现表观裂缝和局部混凝土剥落,靠近承压板的钢梁段在荷载为2 500 kN时开始表现出屈服趋势,而混凝土梁段和结合段仍处于线弹性工作阶段;结合段钢混界面相对滑移最大值不超过0.4 mm,钢与混凝土之间协同受力良好,承压板、界面黏结力及摩擦力作用明显;最后对结合段主要传力部件的极限承载力做了理论分析,结果表明结合段受压承载力远高于钢梁侧极限受压承载力,具有较高的安全储备。     

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。     

渭河大桥钢-混结合段设计

为减轻自重,增大桥梁跨越能力,渭河大桥主桥第一联采用钢-混混合连续梁桥方案。第一联90m边跨为钢-混混合梁,其中混凝土段长36m,钢-混结合段长2.5m,钢箱梁段长51.18m。采用ANSYS 10.0建立钢-混结合段模型,进行受力性能分析。分析结果表明:全桥及钢-混结合段的破坏荷载较高,结合段的安全储备很大;钢-混结合段在最不利荷载作用下应力均较小,材料在弹性范围内;通过钢-混结合段的设计,能保证结构刚度的平稳过渡和内力平顺传递。     

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...     

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。     

大跨度自锚式悬索桥主梁钢-混结合段模型试验

为研究大跨度自锚式悬索桥主梁钢-混结合段的受力性能与传力机理,以重庆鹅公岩轨道专用桥为研究背景,设计相似比为1：3的钢-混结合段缩尺试验模型,采用自平衡加载方法施加轴向试验荷载,测试模型的应力与滑移情况,并将试验结果与有限元分析结果进行对比,验证有限元模拟方法的正确性;而后利用有限元分析结果,得到钢-混结合段在轴向荷载作用下的传力机理。研究结果表明：在试验荷载作用下,试验模型各构件的应力水平均随荷载增大呈线性趋势增长,结构整体处于弹性工作状态;结合段开孔钢板与填充混凝土之间的相对滑移量较小,最大相对滑移量仅为4.2 μm,钢-混之间的协同受力状态良好;轴向荷载首先通过结合段开孔钢板端部的面内承压作用传递至钢梁,之后PBL连接件与栓钉连接件进一步将轴力传递至钢梁,最后通过承压板的面外承压作用将剩余轴力全部传递至钢梁;其中,承压板为主要传力构件,传递61.1%的轴力,剪力连接件与开孔钢板端部传力比例分别为17.0%与21.9%,开孔钢板端部的传力作用不可忽略。研究结果可为后续类似结构的研究与设计提供参考。     

自锚式悬索桥钢-混结合段受力性能研究

混合梁在自锚式悬索桥中具有广泛应用，其钢-混结合段是影响结构整体受力的关键部位。以主跨336 m的上海嘉松大桥为工程背景，建立了考虑相对滑移的钢-混结合段板壳-实体有限元模型，分析了混凝土、钢结构应力及抗剪连接件的剪力分布规律，研究了结合段受力性能，并提出了连接件最大剪力简化计算方法。     

沙埕湾跨海大桥主梁钢-混结合部传力机理研究

沙埕湾跨海大桥主梁核心传力部件的结合段由异种材料结合,结合段受力大并且构造复杂。采用大型通用有限元软件ANSYS建立了该桥钢-混结合部三维有限元模型,分析了沙埕湾跨海大桥钢-混结合部分别在最不利荷载工况、收缩和徐变工况下,钢-混结合部的传力机理。研究结果表明:箱梁钢-混结合部承压板承受结合部大部分荷载,随着时间的增长,承压板承受的作用力比例逐渐由承压板向焊钉和开孔钢板分担,设计中宜加强承压板的构造措施。通过混合梁结合段的有限元分析研究,掌握结合段的传力机理,为实桥钢-混凝土结合段的设计与施工提供参考,确保结构的安全、可靠,分析数据可为类似工程设计提供借鉴。     

钢格室顶板对斜拉桥结合段受力性能的影响研究

为便于钢-混结合段钢格室内浇筑混凝土,同时保证结构的安全性,研究去除钢格室顶板对混合梁斜拉桥钢-混结合段受力性能的影响。以主跨为530m的银洲湖大桥为背景,设计并制作了有钢格室顶板及去除钢格室顶板的钢-混结合段局部钢格室模型,进行轴向加载试验,分析钢格室破坏形态、界面滑移及应力传递规律。结果表明:2种钢格室模型均整体处于偏压受力状态,破坏时偏压侧混凝土出现压溃现象,受拉侧混凝土出现水平裂缝;去除钢格室顶板使结构的极限承载力降低约10%,但仍满足设计要求且有较大富余,结构刚度及整体受力状态没有发生明显变化;去除钢格室顶板的钢-混结合段设计方案具有足够的安全性及可靠性。     

自锚式悬索桥钢-混结合段局部受力分析

为了解自锚式悬索桥钢-混结合段局部应力分布和连接件受力特点及是否满足设计要求,以怀化市高堰西路舞水自锚式悬索桥为背景,建立该桥钢-混结合段局部分析精细化空间有限元模型。对最大轴力、最大竖向弯矩、最大竖向剪力等力学性能进行分析,研究钢结构、混凝土及螺栓等主要受力构件应力分布和受力情况。结果表明,钢-混结合面处内力值较大,除混凝土拉应力值超限外,结合段钢结构及螺栓应力安全,建议对于应力水平高的混凝土结构局部优化配筋,增加构造钢筋。研究成果可为同类桥梁设计、施工提供技术参考。     

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。     

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。     

基于超高性能混凝土组合桥面钢箱梁的混合梁钢与混凝土结合段受力性能仿真分析

对于某钢混凝土组合-混合连续箱梁桥,提出了跨中采用钢-超高性能混凝土（UHPC）组合梁、桥面板采用矮肋板的方案以减轻自重,钢-混结合段区域上表面再覆盖一层UHPC,从而形成超高性能混合梁。为重点研究钢-混结合段的受力性能,首先采用MIDAS/CIVIL桥梁专用有限元计算软件建立了连续箱梁桥的大尺度整体模型,以确定钢-混结合段的最不利受力工况及其具体的内力数值;随后采用ABAQUS建立了钢-混结合段的小尺度局部有限元模型进行精细化分析,以明确该区域钢、普通混凝土（NC）和UHPC的应力分布情况。计算表明该桥钢-混结合段的刚度能平稳过渡,钢、NC和UHPC的应力水平均较低,具有良好的安全储备,能够满足桥梁的受力要求。     

基于ANSYS的钢-混凝土组合结构力学性能分析及荷载试验研究

钢-混凝土组合结构受力情况复杂,成桥质量难以控制和评价,本文以渭河大桥为工程背景,对其进行力学性能分析和荷载试验研究,评价其成桥质量和工作状态,为此类结构的建模和质量评价提供参考。首先建立桥梁上部结构有限元模型,绘制出内力包络图和影响线,确定测试断面、试验工况、加载位置及大小等试验参数,计算出各工况实际车辆荷载作用下各测点的挠度和应变值,将其与现场测试结果进行对比分析,其静载试验结果表明该桥在试验荷载作用下,表现出良好的弹性工作状态,结构的强度和刚度满足要求,钢-混结合段也起到了良好的纽带作用,达到了设计要求;动载试验结果表明结构的竖向动刚度满足要求,桥梁整体工作状态良好。     

基于静载实测数据的钢-混组合结构桥梁状态评估

结合一座钢-混组合式连续桥的静力荷载试验工程实例,探讨了钢-混组合式连续桥的荷载试验与结构分析方法,并依据试验成果对工程实例桥的结构性能、实际工作状态进行了评价分析,得出了该桥当前的结构性能状况。分析结果可以为桥梁的运营状态评估、后期运营维护以及今后的桥梁设计提供参考。     

常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载～滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明：在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。     

大跨钢桁拱钢-混组合桥面板极限承载力试验

为评估钢一混组合桥面板结构在公路荷栽作用下的极限承载力,对其进行极限承载力性能试验研究。根据圣维南原理,选取正负双向弯矩受力的立柱区部分桥面板作为实桥的有限元分析模型,并试验制作了2个等尺模型试件A和B,用于考察钢一混组合桥面板正负双向弯矩区的极限承载力性能。试验结果表明：模型A混凝土板被拉坏,工．字钢上下翼缘板、腹板以及纵向钢筋始终未屈服,PBL、钢底板以及横向钢筋均在破坏之前屈服,模型A的破坏荷载为1750kN;模型B混凝土板被压坏,PBL在破坏之前屈服,模型B的破坏荷载为2200kN。研究结果可为钢一混组合桥面板极限承栽能力设计计算提供参考。     

不同预测模型下钢-混结合梁收缩徐变效应对比分析

为选择一种精度较高的混凝土收缩徐变预测模型进行大跨度高速铁路钢-混结合梁结构体系的收缩徐变效应分析,以昌吉赣客专赣州赣江特大桥为背景进行研究。设计钢-混结合梁等效节段模型,开展节段模型施工全过程的收缩徐变效应试验;采用MIDAS FEA建立钢-混结合梁节段的精细化有限元模型,分析5种预测模型(CEB-FIP90模型、ACI209模型、EN1992-2模型、JTG D62-2015模型和JSCE模型)下钢-混结合梁节段的收缩徐变效应,并与实测结果进行对比。结果表明:CEB-FIP90预测模型的计算结果与实测值吻合较好,预测精度较高,可以采用该模型进行钢-混结合梁的收缩徐变效应预测分析。     

三跨钢-混混合连续梁桥结合段传力性能研究

G318国道长桥大桥主桥为三跨钢—混混合连续梁航道桥,该桥钢—混结合段在预应力混凝土箱梁侧预埋钢接头与钢箱梁焊接.为研究该桥钢—混结合段传力性能,采用有限元软件MIDAS FEA建立钢—混结合段有限元模型,对结合面钢箱梁侧腹板、结合部分混凝土及预埋钢板顶底面、钢接头部位进行应力分析.分析结果表明:该桥钢—混结合面钢箱梁侧腹板处于较好的工作状态;钢—混结合部分传力性能良好;钢—混结合部分传力机理为当弯矩荷载传递到钢垫板时,荷载主要由预埋钢接头的上、下缘承担,然后荷载通过钢板传递到混凝土,钢接头中的PBL开孔板及钢横隔板传力作用不明显.