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。     

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。     

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。     

组合梁负弯矩区UHPC接缝抗弯性能试验

为提高钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性并简化现场施工工艺,提出新型钢-混组合梁桥负弯矩区超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）接缝方案。以湖南省某桥为工程背景,进行1∶2缩尺模型抗弯试验研究;编制截面弯矩-曲率关系MATLAB程序,并与实测值进行对比,验证该程序可用于计算UHPC覆盖下的普通混凝土（NC）中钢筋应力;对现有NC裂缝宽度规范公式进行修正,提出考虑UHPC约束作用的组合梁负弯矩区NC最大裂缝宽度的建议公式;讨论钢-混组合梁桥负弯矩区UHPC湿接缝合理的纵桥向长度,分析UHPC层厚度及层内配筋对抗裂性能的影响。研究结果表明：新型UHPC接缝方案的抗裂性能和抗弯承载能力均满足工程要求,且接缝节点强度高于非接缝区预制部分强度;负弯矩作用下,试件沿梁高的应变较好地满足平截面假定,钢梁与混凝土板及UHPC与NC间的层间滑移量均较小;UHPC裂缝呈现“多而细”的特征,而NC裂缝呈现“少而宽”的特征,预制部分混凝土顶面最先开裂,之后UHPC-NC交界面、UHPC顶面、UHPC覆盖下的NC侧面依次出现裂缝;对于负弯矩区采用UHPC接缝的中小跨径钢-混组合连续梁桥,UHPC层的纵桥向长度宜为20%标准跨径,UHPC层厚度可根据实际工程设计要求确定,增大桥面板内钢筋直径可以提高负弯矩区混凝土的抗裂性能。     

收缩徐变作用下混凝土连续箱梁拼宽桥拼接段受力性能研究

为研究收缩和徐变作用下混凝土连续箱梁拼宽桥拼接段受力性能,以沪宁高速公路上某连续箱梁拼宽桥为工程背景,建立实体和梁格有限元模型并进行了现场调研。将两种模型反力计算结果与现场顶升支反力进行对比,比较结果验证了模型的准确性。结合拼接和不拼接两种情况下新旧桥的纵向和竖向变形,说明了拼接段的受力机理。研究表明收缩和徐变作用下,边支点附近后浇段上的纵桥向拉应力可能会引起横向开裂,边、中跨挠度最大处拼接段横桥向应力变化较大,设计中应予以重视。此外,有限元模型计算结果表明增加新旧桥拼接等待时间可以减小收缩徐变对拼接段新旧桥内侧翼板受力状态的影响,但不能减小后浇段的纵桥向拉应力。     

自锚式悬索桥桥塔钢-混结合段局部受力分析

为研究双索面自锚式悬索桥桥塔钢-混结合段局部应力分布和连接件的受力特点、验证该部位受力是否满足设计要求,以武汉江汉六桥为背景,利用有限元软件ANSYS建立桥塔钢-混结合段三维模型,对施工过程、成桥恒载和最大轴力等工况进行分析,得到结合段钢结构、混凝土及预应力锚杆等主要受力构件在施工过程中的应力分布和变化情况。分析结果表明,除少数应力集中点应力较大外,整体上结合段的应力水平符合设计的要求,针对计算结果对施工阶段的划分提出了优化建议,建议适当提前第1次鞍座顶推的时机以避免下塔柱局部压应力过大,对钢桥塔格构柱间主拉应力较大区域采用增设间接钢筋的加强措施。     

混合梁悬索桥钢混结合段局部应力分析

为了解混合梁悬索桥钢混结合段受力性能,为该类型桥梁的设计和科研提供参考,以某混合梁悬索桥工程为背景,采用有限元软件对该桥钢混结合段进行施工过程模拟,分析该部位在各施工阶段下的应力分布特点及变化规律.同时,建立边主梁结合段有限元模型,研究钢混结合段中剪力钉受力状态、结合段各部位传力途径和比例等.分析结果表明:该桥结合段钢结构、混凝土应力基本满足规范要求,仅在混凝土局部较小区域位置拉应力偏大,需要在构造上采取相应措施;结合段剪力钉最大受力为52.3 kN,小于规范限值,说明剪力钉静力承载力不控制结合段设计.     

独塔混合梁大跨斜拉桥钢—混结合段的受力分析

以聊城中华路大桥为例，采用midas总体计算和ANSYS细部分析的有限元联合分析方法对独塔混合梁斜拉桥的钢—UHPC结合段的受力开展了研究。首先采用midas civil分析软件建立全桥的总体杆系模型，以获得钢—混结合段控制截面在各种不利工况下的内力；然后在ANSYS中建立了结合段板壳—实体有限元精细化模型，将提取的内力施加于局部模型，计算得到钢—混结合段细部应力。通过受力分析发现，独塔斜拉桥采用钢—混结合段后，充分发挥了混凝土抗压和钢结构抗拉的材料优点，构造受力合理，实现了材料和结构刚度的平顺过渡，是一种合理的方案选择。通过细部应力分析发现，在钢格室与承压板连接处以及顶底板折角、腹板折角与填充混凝土的接触面处，易产生较大的应力集中，应对这些部位进行局部加劲或采用平滑倒角的方式加以避免。对结合段中腹板的厚度与承压板厚度的参数敏感性分析结果表明，增加中腹板厚度可适当降低中腹板的应力，但不能降低其他钢结构的高应力水平；而增加承压板的厚度可以显著降低钢结构的高应力水平。     

斜拉桥钢-混结合段力学行为仿真分析

以山东省济宁市龙拱河特大桥为研究对象,首先借助专业软件Midas/Civil建立整体梁单元模型,以确定钢-混结合区域的内力数值;然后基于有限元软件ABAQUS,建立钢-混结合段的三维板壳实体模型进行精细化分析,明确该区段钢箱梁、混凝土横梁的应力场分布。研究表明:该桥主梁钢-混结合段的刚度过渡平顺,传力机制合理,安全储备良好,能够满足桥梁的受力需要,保证斜拉桥的结构安全。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段受力性能的有限元分析

为研究混合梁斜拉桥钢-混结合段的传力机理和受力性能,以某混合梁斜拉桥为工程背景,采用通用有限元软件Ansys建立了该桥钢-混结合段的仿真模型,分析了钢-混结合段内各构件的受力情况。结果表明:在设计荷载作用下,钢-混结合段内各构件应力水平较低,沿纵桥向变化平顺,能有效传递内力,满足结构整体受力性能的要求,且具有较大的安全储备;钢箱梁底板折角与横隔板交接处、加劲T肋尾端及靠近承压板预应力锚固区的混凝土等区域应力变化较大,且存在应力集中现象;抗剪连接件受力不均匀,距承压板最远的剪力钉所受剪力为其他部位剪力钉的2～7倍,距承压板最远的PBL剪力键所受剪力为其他部位PBL剪力键的2～6倍;PBL剪力键所受剪力比剪力钉大,但均远低于其抗剪承载力。     

某正交异性板钢箱梁斜拉桥UHPC组合桥面改造方案研究

某跨江大桥为主跨460m的斜拉桥,运营多年后正交异性板钢箱梁出现大量裂纹,提出采用超高性能混凝土(UHPC)组合桥面(由配钢筋网的UHPC层与钢桥面板通过短栓钉组合而成)进行改造。为选择合适的改造方案,采用有限元法建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁(UHPC层厚4.5,5.5,6.0cm)模型,分析各疲劳细节应力及UHPC层应力;开展UHPC层配置钢板条的组合结构模型试验,验证其疲劳性能。结果表明:UHPC组合桥面降低了钢箱梁各疲劳细节最大应力幅,降幅为11%~88%,顶板疲劳细节处裂纹尖端最大应力幅降幅达92%;疲劳荷载作用下,UHPC层顶面应力较低,钢桥面板开裂后UHPC层底面应力较大;采用钢板条对5.5cm厚UHPC层的组合结构加强后,UHPC层名义开裂应力达43.2MPa,200万次疲劳寿命达22.1MPa,疲劳性能满足要求,选择该方案进行改造。     

无背索斜拉桥钢-混凝土组合脊骨主梁的关键受力分析

根据无背索斜拉桥中大悬臂钢-混凝土组合脊骨主梁的结构和受力特点,采用空间有限元法分析了混凝土桥面板徐变对组合脊骨梁内力分配的影响、钢箱梁扭转效应、组合悬臂挑梁受力及荷载横向分布、桥面板剪力滞效应等几个关键性受力问题,并利用外国规范验算了钢箱梁承压板的局部稳定性。由分析可知,混凝土徐变导致脊骨梁中钢箱梁应力增加,混凝土板应力下降;钢箱梁的扭转翘曲正应力可达到弯曲正应力的10%;大悬臂组合行车道板的横向分布计算取3片梁模型即可,且施工中采取预弯措施可防止组合挑梁的混凝土板受拉开裂;《本四桥规》中承压板容许应力计算公式约具有2.0的安全度;混凝土行车道板的剪力滞效应明显,塔梁固结处的行车道板还出现了负剪力滞现象。上述结论可为同类结构设计提供参考。     

钢-UHPC连续组合梁抗弯性能试验

为研究钢-超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）连续组合梁的抗弯承载能力,完成了2根大比例缩尺模型的静载试验,包括1根钢-UHPC连续组合梁和1根预应力钢-普通混凝土（Normal Strength Concrete,NC）连续组合梁,对其挠度、应力分布、裂缝发生发展模式及承载能力进行分析,并研究了钢-UHPC连续组合梁的弯矩重分布性能。同时,采用ABAQUS软件中的塑性损伤模型（CDP）进行数值模拟。结果表明：钢-UHPC连续组合梁UHPC板的名义开裂强度为普通组合梁预应力NC板的2.2倍,钢-UHPC连续组合梁的极限承载力约为普通组合梁的1.2倍;UHPC板开裂后裂缝密集、间距小,且以长度较小的微裂纹为主;UHPC板/NC板与钢梁均采用群钉连接,二者相对滑移较小,可有效形成整体共同工作;采用塑性理论计算钢-UHPC连续组合梁的抗弯承载能力,应考虑UHPC的抗拉强度,与现有组合结构规范公式相比,根据所提出方法计算得到的负弯矩区截面抗弯承载力与试验值吻合较好;考虑UHPC抗拉强度后,钢-UHPC连续组合梁负弯矩区塑性铰转动能力降低,弯矩调幅需求及有效弯矩重分布能力均明显下降。     

钢-混凝土连续组合梁桥施工全过程监测及数值分析

介绍1座钢-混凝土连续组合箱梁桥的设计特色及施工过程,采用先一次建立全桥有限元模型,然后利用Ansys中的生死单元技术,建立了该桥模拟施工全过程的数值分析模型。不同施工阶段的分析表明,设计采用的预应力方法可以使内支座处混凝土桥面板保持压应力状态,有效防止负弯矩区混凝土的开裂。将计算结果与不考虑体系转换情况下组合梁桥计算结果进行了比较,并对该桥成桥状态的性能作了评价。最后,指出了组合连续梁在应用中应解决的关键问题。     

大跨闭口钢箱组合梁组合桥面板有效宽度研究

为研究大跨度闭口组合钢箱梁组合桥面板的有效宽度系数变化规律,依托G1503高速公路跨吴淞江大桥建立了组合连续钢箱梁桥有限元模型,分析了不同桥梁跨度、不同箱室宽度下的跨中截面和中支点截面有效宽度系数变化规律,对比了钢桥面板和混凝土桥面板有效宽度的差异,给出了混凝土桥面板有效宽度系数建议取值。结果表明,组合桥面板的钢桥面板和混凝土桥面板横断面应力分布规律相似。钢桥面板的有效宽度与规范规定基本相等,跨中断面小约0.41%,支点断面小约4.13%;混凝土桥面板的有效宽度与规范规定差异较大,跨中断面小约3.25%,支点断面小约27.9%。组合桥面板的钢桥面板有效宽度比混凝土桥面板有效宽度大,跨中断面相差0.51%,支点断面相差5.9%,混凝土桥面板有效宽度系数可参考钢桥面板有效宽度系数折减0.9倍取值。     

大悬臂宽箱组合梁的应力不均匀性研究

大悬臂宽箱组合梁是一种结构形式新颖的桥梁结构,九堡大桥引桥采用了这种形式钢与混凝土组合梁。该文结合该工程,采用有限元方法建立全桥板壳和实体有限元模型,计算了不同荷载作用下的组合梁受力,得到了主梁各个部分构件的应力。研究了组合梁中顶、底板的应力分布的不均匀性,揭示了大悬臂组合梁桥中钢与混凝土的应力分布特点,为同类结构的日后设计计算提供了参考。     

跨海单索面钢混组合梁斜拉桥设计关键技术

富翅门大桥主桥采用57 m+108 m+340 m+108 m+57 m双塔单索面钢混组合梁斜拉桥。主梁采用单箱三室钢混组合梁，标准段宽度27.5 m，主桥岑港侧边跨位于互通变宽段，主梁变宽至35.5 m，主梁采用节段预制、悬臂拼装施工。采用Midas/civil分析软件建立有限元模型，对桥梁施工中最大悬臂阶段、运营阶段进行抗风稳定性分析。为提高海洋环境下的结构耐久性，对海工混凝土性能、钢筋保护层厚度、混凝土外加剂、钢梁除湿及防腐涂装等提出了明确要求，并设置了完善的维护和检修设施。     

石板坡长江大桥钢混结合段局部应力分析

结合石板坡长江大桥的设计及施工特点,运用大型有限元软件ANSYS建立了石板坡大桥钢混结合段结构分析的空间有限元模型,钢箱梁用shell63壳单元模拟,混凝土箱梁用solid95实体单元模拟,预应力钢绞线用link8单元模拟,并采用约束方程模拟预应力筋和混凝土间的粘结作用.根据运营过程中的最不利荷载工况,分析了钢混结合段在4种工况下的应力状态,检验了设计的安全性与合理性.结果表明,除钢箱梁锚垫板下预应力管道支承钢板以及与混凝土箱梁结合面折角处存在应力集中现象、部分拉应力超出混凝土的抗拉强度外,结构总体受力合理,内部应力满足设计要求;鉴于钢混结合段的构造与受力都很复杂,建议在此部分的混凝土箱梁采用钢纤维混凝土作为加强措施.     

钢-混凝土组合脊骨梁中大悬臂挑梁荷载分布的空间有限元分析及简化计算研究

首先采用空间有限元方法,对长沙市洪山大桥的钢-混凝土组合脊骨主梁中大悬臂钢挑梁间的荷载分布规律进行了计算分析,并探讨了荷载作用位置对挑梁荷载分布的影响,得出钢挑梁荷载分布可以采用3片梁分析模型进行计算的结论;然后提出了考虑挑梁刚度沿其纵向变化和混凝土行车道板受钢箱梁约束程度影响的弹性支承连续梁平面简化算法来分析挑梁间的荷载分布,并将沿横桥向布置的多排车轮荷载用一个等效集中荷载代替。对比分析表明平面简化算法具有较高的精度,简单可行。