钢桥面板在高温混合料摊铺时温度效应参数分析

为探究施工工艺参数对高温浇筑过程中钢桥面板温度效应的影响，基于瞬态温度场传热理论和热力学边界条件假设，采用生死单元法建立钢桥面板在浇筑式高温沥青混合料摊铺过程中的时空温度场、应力场、变形场模型，研究工艺参数变化对钢桥面板温度效应的影响。研究结果表明：摊铺区顶板在距离摊铺开始35 min达到峰值温度92℃,温度效应影响大约是左右宽度1 m范围；单次摊铺宽度和摊铺速度分别对钢桥面板纵向最大拉、压应力影响显著，峰值应力分别为79.36 MPa和-136.07 MPa,摊铺温度主要影响摊铺区顶板纵向压应力和横隔板横向拉应力；钢箱梁变形主要受单次摊铺宽度的影响，单次摊铺宽度7.5 m, 24 m节段钢箱梁上拱2.12 cm,纵向最大伸长量为1.72 cm。因此，可通过适当减小单次摊铺宽度、降低摊铺温度和增大摊铺速度方式降低温度效应的影响。     

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%。     

飞云江五桥浇注式钢桥面铺装温度场监测及温度效应分析

飞云江五桥为五跨连续钢桁系杆拱桥,采用浇注式沥青混凝土桥面铺装,为分析浇注式沥青混凝土摊铺过程对钢桥面系及桁架系的影响,进行了桥面板温度场实时测试,得到了随摊铺进程的桥面板升温规律和温度场分布特点。在此基础上,拟合得到了摊铺时沿桥纵向和横断面温度场曲线,并通过建立的有限元模型,计算分析了钢桥面系及桁架系的温度效应,评估了本次摊铺对钢桥结构的应力影响,可为同类钢桥面浇注式沥青混凝土摊铺安全性分析提供参考。     

浇注式沥青混合料摊铺中宽幅钢箱梁温度应力分析

以武汉某大跨宽幅斜拉桥扁平钢箱梁为例,采用有限元软件模拟计算浇注式沥青混合料高温摊铺过程中宽幅钢箱梁的温度应力变化.结果表明,浇注式沥青混合料摊铺期间,大跨径宽幅钢桥在跨中横截面处的钢桥面顶板变形较明显,竖向最大位移为0.0096 m,比普通大跨径钢桥跨中竖向最大位移高约28％;钢桥面顶板纵向应力的峰值均位于横隔板正上...     

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。     

浇注式沥青施工期钢桥面板温度场研究与监测技术

为确定浇注式沥青铺装施工对钢桁梁正交异性钢桥面板受力状态的影响,以杨泗港长江大桥为背景,采用自主搭建的物联云平台实时监测并结合节段有限元分析的方法,对铺装施工期桥面板温度场特征进行研究.在数值分析的基础上,确定测点位置,实测得到铺装施工期正交异性桥面板横隔板和U肋等的竖、横向温度传递规律及应力分布特性.结果表明:测点处...     

箱梁桥沥青摊铺温度实测及其顶板横向效应分析

高温沥青摊铺作为沥青混凝土桥面施工的一个环节,会对混凝土箱梁顶板的横向受力产生不利影响。该文首先提出沥青摊铺时的温度梯度分布模式,然后结合某桥沥青摊铺时的温度实测数据,得到顶板表面在接触传导后的当量温度值,并利用实体有限元进行了混凝土箱梁顶板的横向应力分析。结果表明:沥青摊铺会在箱梁顶板产生较大的横向拉应力,增设调平层能有效减少混凝土箱梁顶板在沥青摊铺时的温度效应,有利于防止箱梁顶板的纵向开裂。     

正交异性钢桥面肋-板焊接残余应力的数值模拟

由于正交异性钢桥面U肋与顶板焊后残余应力分布复杂,采用解析方法无法求解,为此,采用有限元热-力耦合分析技术对其温度场和应力场进行数值模拟。利用ANSYS有限元软件建立顶板厚16mm、U肋厚8mm的正交异性桥面板双层焊缝模型。引入高温条件下Q345q钢的力学性能参数,考虑焊接电流、电压、焊接速度,对焊接过程进行数值模拟。通过控制热源移动加载,计算出合理的焊接温度场;利用热-力耦合分析技术,调用温度场计算结果,分析得到焊接残余应力场分布。计算结果表明:有限元数值模拟技术可以用于焊接结构残余应力分析;焊缝处不均匀加热与放热导致焊缝中部垂直焊缝方向及沿板厚方向存在较大残余应力,设计时应充分考虑残余应力对结构力学行为的影响。     

高温混合料摊铺过程中的扁平钢箱梁温度效应分析

为探究高温沥青混合料摊铺过程中的扁平钢箱梁热固效应,建立基于瞬态温度场传热理论的扁平钢箱梁热力学FEA分析模型,研究提出三维时空变化温度场下的钢箱梁应力、变形响应及场分布规律.研究表明:以摊铺宽5 m、厚35 mm、温度240℃的混合料为例,摊铺过程中的温度力学效应随摊铺时间历程变化明显,摊铺后30 min左右应力及变...     

CFRP增强钢纤维混凝土钢桥面铺装力学性能试验与数值模拟

由于我国日益增加的交通量,很多正交异性钢桥面铺装和正交异性钢板在服役期内都出现了很多病害。碳纤维(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀等优越性,钢纤维混凝土具有沥青混凝土没有的刚度和普通混凝土没有的抗裂性能。对于将这两种材料用于钢桥面铺装中形成的组合桥面板,取涡河大桥主桥钢箱梁的一段正交异性钢板,分别对"无铺装","沥青混凝土铺装","钢纤维混凝土铺装"3种模型进行有限元模拟,比较正交异性钢板的应力、挠度、铺装层的纵向拉应力和横向拉应力,找出最不利荷载工况及变化规律。通过计算比较"沥青混凝土铺装"、"钢纤维混凝土铺装"和"CFRP-钢纤维混凝土铺装"3种铺装层的纵向和横向拉应力,得出CFRP网格筋对铺装层表面拉应力的控制作用。结果表明低弹模铺装时横向拉应力为控制应力,而高弹模铺装时纵向拉应力为控制应力,正交异性钢板应力最大部位发生在横隔板开孔附近,碳纤维网格筋可以有效地降低铺装面层的横向和纵向拉应力。     

重载交通条件下铺装层动态模量对正交异性钢桥面板疲劳的影响

以多温度条件下钢桥面铺装动态模量对比试验为基础,依托武汉军山长江大桥钢桥面铺装维修工程,建立了钢箱梁正交异性板有限元分析模型,研究重载交通条件下、不同温度时,铺装层动态模量变化对正交异性板疲劳性能的影响。结果表明,温度升高将引起铺装层动态模量的衰减,导致正交异性钢桥面板受力大幅增加。SMA铺装体系中,高温(55℃)条件下正交异性板疲劳应力幅较常温(25℃)提高21.6%～71.5%。采用ERE环氧沥青混凝土铺装相比原路面,高温条件下钢板疲劳应力幅降低16.5%～40.8%,常温条件下降低17.6%～66.03%,对延长钢板疲劳寿命有积极作用。同时,提高铺装层动态模量对正交异性钢桥面顶板疲劳性能影响最大,对横隔板影响最小。     

新型大纵肋正交异性钢—混凝土组合桥面板疲劳特性研究

由结构体系和受力特性共同决定,大纵肋正交异性钢桥面板纵肋与顶板焊缝以及纵肋与横隔板焊缝疲劳问题突出,是结构疲劳性能的控制部位。引入组合结构桥面板理念,通过在其顶板上铺设混凝土结构层组成新型组合桥面板,探索改善上述控制部位疲劳性能的新途径及其可行性,并通过与传统正交异性钢桥面板和薄层RPC组合桥面板两类关键疲劳易损部位的对比研究,验证其抗疲劳性能的优越性。研究结果表明,所提出的新型大纵肋正交异性钢—混凝土组合桥面板通过将混凝土结构层与正交异性钢桥面板组成协同受力体系,能够有效增强桥面板的整体受力性能和关键疲劳易损部位的疲劳性能,其典型疲劳易损部位的应力幅显著小于传统的正交异性钢桥面板,其疲劳性能优于传统的正交异性钢桥面板,是具有较好推广应用前景的新型桥面板结构形式。     

崇启大桥环氧沥青混凝土铺装对钢桥面板疲劳应力幅的影响研究

崇启大桥是目前我国建设的最大跨度连续钢箱梁桥,采用了正交异性钢桥面板和环氧沥青混凝土铺装层。由于铺装层分散了车辆的轮载,使正交异性钢桥面板主要构造细节在使用寿命内的等效应力幅值相应折减,而国内相关规范未对这一折减作用做出规定。建立了崇启大桥正交异性钢桥面板及其铺装层的有限元模型,计算了不同环境温度下正交异性钢桥面板主要构造细节的应力循环特征,依据Miner线性累积损伤准则,分析了环氧沥青铺装对等效应力幅的折减作用,得出了应力幅折减系数。     

钢桥面板及铺装的静载试验和有限元分析

介绍一正交异性钢桥面板模型在加铺沥青混凝土铺装前后的静载试验和有限元分析。对试验结果和分析结果进行比较，从而较全面地了解正交异性钢桥面板在加铺沥青混凝土铺装前后的应变值和分布规律，以及沥青混凝土铺装对钢桥面板的合成作用。     

基于断裂力学的正交异性钢桥面板疲劳等效应力幅分析

国内一些公路钢桥使用7~8年后,正交异性钢桥面板出现不同程度的疲劳问题。针对这些正交异性钢桥面板疲劳现象,国内外已进行了不少研究。但目前这些研究主要以疲劳试验为主,缺乏理论分析,还没有确定疲劳应力强度因子和顶板厚度与疲劳构造细节的关系等。将断裂力学理论和精细化数据模拟分析相结合,确定正交异性钢桥面板顶板与U肋焊接处的应力强度因子,明确不同顶板厚度、不同位置处的疲劳寿命和桥面板厚度与疲劳构造细节之间的关系等。     

新型大纵肋正交异性组合桥面板力学性能研究

为了解新型大纵肋钢-超高性能混凝土(UHPC)正交异性组合桥面板对传统正交异性钢桥面板的受力性能的改善效果,以港珠澳大桥深水区非通航孔6×110m连续钢箱梁桥为背景,建立全桥有限元模型,对2种桥面方案的静力性能进行对比,建立节段有限元模型,对比2种桥面方案U肋与顶板连接焊缝处的疲劳性能,并分析U肋开口宽度和UHPC结构层厚度对大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板疲劳性能的影响。结果表明:2种桥面方案下钢箱梁控制点的位移和应力相差不大,所提出的大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板在中等跨度连续梁桥中具有较好的适用性;大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板的疲劳性能显著优于传统正交异性钢桥面板;增大U肋开口宽度会导致U肋与顶板连接焊缝应力幅增加,增加UHPC结构层厚度能显著降低U肋与顶板连接焊缝应力幅。     

装配式纤维混凝土组合桥面体系试验

针对正交异性钢桥面疲劳开裂,传统沥青混凝土铺装层破损以及纤维混凝土铺装层采用整体现浇施工时需要大面积现场养护等技术难题,提出了一种新型装配式组合桥面体系,即:装配式活性粉末混凝土(RPC)层本体为现浇RPC层,其中嵌合有周围布设企口接头的预制RPC桥面板,并通过剪力钉与正交异性钢桥面板联合成整体,形成组合桥面。为验证该企口接缝的强度,进行了装配式纤维混凝土组合桥面结构模型试验及理论分析。研究结果表明:采用新型钢-RPC组合桥面结构后,钢桥面结构中的拉应力降幅可达49%;当企口接缝处出现肉眼可见的细微裂缝时,与接缝位置对应的同断面现浇RPC强度为12.5 MPa,表明此种接头形式将接缝承受的拉应力部分转化为剪应力,从而有效降低了装配式纤维混凝土组合桥面开裂的风险。     

大纵肋正交异性组合桥面板疲劳性能研究

在大纵肋正交异性钢桥面板结构中引入混凝土结构层,通过栓钉将钢桥面板与混凝土结构层组成新型大纵肋正交异性组合桥面板,是从结构体系层面提高大纵肋正交异性钢桥面板疲劳性能的有效途径。基于有限元数值分析,明确了大纵肋正交异性组合桥面体系对于钢桥面板典型疲劳易损细节的应力幅改善效果;采用足尺节段模型试验对结构的关键疲劳易损细节进行了疲劳试验研究,验证了关键疲劳易损细节在设计寿命期内的抗疲劳安全性和混凝土结构层在疲劳荷载作用下的耐久性,在此基础上对关键疲劳易损细节的疲劳损伤演化及结构体系的疲劳破坏模式进行了试验与理论研究。研究结果表明:大纵肋正交异性组合桥面板结构体系能够显著降低U肋与顶板以及U肋与横隔板连接细节的应力幅,横隔板开孔部位是控制钢桥面板疲劳性能的关键构造细节;设计寿命期内钢桥面板疲劳性能与混凝土结构层的疲劳耐久性均满足要求,且具有一定的安全储备;混凝土结构层负弯矩区疲劳开裂对钢桥面板各疲劳易损细节疲劳性能的影响不显著;大纵肋正交异性组合桥面板的疲劳破坏模式表现出典型的两阶段特征,栓钉发生疲劳断裂并导致组合效应局部劣化,进而加速钢桥面板关键疲劳易损细节的疲劳损伤累积速度并最终发生疲劳开裂。     

浇注式沥青铺装材料高温性能研究

针对浇注式沥青材料在钢桥面铺装工程中的应用,为进一步提升浇注式沥青混凝土的高温性能,现从浇注式沥青胶结料的类型、TLA掺量、外加剂、压入碎石对浇注式沥青混凝土高温性能的影响进行了相关研究。结果表明:30号直馏沥青+湖沥青的浇注式沥青混合料的高温性能最好;提高TLA掺量、掺加有机蜡类外掺剂,均可提高浇注式沥青混合料的高温性能。此外,压入碎石的粒径跟撒布量也会对浇注式沥青混合料的高温性能产生影响。     

基于不同超热温度的浇注式沥青混合料高温性能

浇注式沥青混合料摊铺温度一般在240℃左右,高温下沥青将发生严重的超热老化,然而超热老化温度对浇注式沥青混合料高温性能的影响规律鲜见报道.对此分别采用静态贯入度和动态贯入度试验对基于超热老化温度的浇注式沥青混合料高温性能变化规律进行了研究.研究结果表明:静态贯入度和动态贯入度均与超热老化温度高度线性相关,随着超热老化温度升高,贯入度值明显下降,并且动态贯入度考虑了改性沥青的弹性恢复能力,数值明显偏小.在通过降低超热温度提高浇注式沥青混合料疲劳性能的同时,必须采取措施解决由于超热老化温度下降导致其高温抗变形能力降低的问题.