小半径连续叠合钢箱梁弯桥设计及其受力性能浅析

以某工程立交D、F匝道小半径连续钢箱梁弯桥为例,该桥平面为不规则曲线,介绍其构造特点及空间计算分析方法,采用梁单元及空间板壳单元建模对支反力及强度、刚度等计算并对比分析,供同类桥梁设计参考。     

连续钢箱梁抗火性能试验与演变机理

为研究火灾下具有板式橡胶支座支承条件的连续体系多室钢箱结构桥梁的高温响应,设计并制作了两榀两跨连续双室钢箱结构模型试验梁,对其开展了跨中区域与负弯矩区域的耐火试验。采用横向偏位加载实现弯扭耦合作用效应,制作了板式橡胶支座以研究火灾过程中支座性能的退化。通过试验获取了双室钢箱梁的截面温度分布特征、高温变形规律、钢梁屈曲模式以及裂缝开展过程,探析了火灾后钢材与橡胶支座的性能;然后建立了数值分析模型进行验证,结合模型计算剖析了其内力重分布规律与破坏过程,分析了负弯矩区功能失效路径,并开展了参数对比分析,揭示了连续钢箱梁抗火性能演变机理。研究结果表明：火灾下双室钢箱梁中腹板与边腹板的最大温差超过160℃,截面温度梯度分布受火灾强度的影响较大;单跨受火时受火跨持续下挠,而非受火跨先上拱后下挠,中支点受火时仅在末期出现位移激增,弯扭-高温耦合作用下双室钢箱梁出现随受火时间明显增长的横向扭转变形,破坏时截面两侧的挠度差值达到94 mm;连续钢箱梁在受火前期会发生剧烈的内力重分布,负弯矩区急剧扩大,中支座反力骤增至常温时的2倍以上;单跨受火时钢箱梁破坏状态表现出随着中支点附近的塑性扩展最终发展至受火跨...     

预应力超高性能混凝土梁的受弯性能研究

对超高性能混凝土(UHPC)的单轴受压应力一应变全曲线和UHPC梁的受弯性能进行了试验研究以及理论分析.研究结果表明:UHPC具有良好的受压变形性能,就试验中使用的UHPC而言,其峰值点应变可达3 500×10-6,极限应变可达4 500×10-6;UHPC梁具有良好的延性和极限变形能力,其极限变形可达到梁跨径的1/42～1/34;用提出的计算方法得到的预应力UHPC梁的破坏模式、开裂弯矩、极限弯矩以及钢绞线极限应力与试验结果吻合较好,说明这种计算方法具有较高的精度.     

燃油火灾下预应力混凝土梁耐火试验

为研究预应力混凝土（PC）桥梁遭遇燃油火灾时的耐火性能,设计制作了3榀大比例PC简支缩尺模型试验薄腹梁,包括1榀箱形截面梁和2榀双T形截面梁,以荷载水平和截面类型为试验参数,开展了燃油火灾升温条件下PC梁局部受火试验。获取了梁截面混凝土温度和预应力钢束温度变化、跨中挠度变化、有效预应力衰变、裂缝开展、爆裂分布与深度以及耐火极限相关试验数据,深入探索了燃油火灾高温下PC梁的损伤演化规律和破坏模式。试验结果表明：梁截面各测点温度在受火期间随着受火时间的增加其整体趋势不断升高,由于水分的蒸发造成温度曲线在100 ℃~120 ℃之间有一明显的缓平段,箱形截面梁箱内温度在达到100 ℃后几乎保持不变。停火后,混凝土内部和预应力钢束温度持续升高,距受火面距离越远,在停火后升温持续时间越长,预应力钢束在停火后最高升温161 ℃。火灾下PC梁挠曲变形分为受火初期显著增长、受火中期缓慢增长和受火后期急速增长3个阶段,最终由于预应力钢束断裂表现出明显的脆性破坏特征。按常温下适筋梁设计的PC模型试验梁在火灾高温下呈现为少筋梁破坏特征;钢束的有效预应力在火灾高温下表现出先增加、后衰减,最后被拉断应力突然降低的三阶段变化特性。箱形闭口截面梁的混凝土温度和预应力钢束温度均低于双T形开口截面梁,其耐火性能明显优于双T形开口截面梁,破坏时预应力钢束临界温度分别为397 ℃和319 ℃。荷载水平由0.35增加至0.55时,火灾下PC梁耐火极限降低21%,破坏时预应力钢束临界温度由416 ℃降低至319 ℃。研究成果可为PC桥梁耐火试验提供方法指导,为其抗火设计和灾后应急提供理论依据。     

钢纤维特性对UHPC轴拉性能与弯拉性能的影响及对比研究

为定量地研究钢纤维特征参数对超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）受拉性能的影响规律,现对同一纤维体积掺量（2%）下不同纤维长径比（59~100）、不同纤维类型（端钩型与平直型）及无钢纤维的UHPC试件分别开展了轴拉试验与四点弯拉试验。通过选取拉伸全曲线上的初裂点、峰值点及其他几个特征点,定量地分析了UHPC拉伸过程中的轴拉性能与弯拉性能,并对2种拉伸试验下的初裂强度与峰值强度进行了对比与分析,最后利用ABAQUS软件对2种拉伸全曲线进行了有限元倒推分析。研究结果表明：①随着一定范围内的纤维长径比的增加,与轴拉试验相比,UHPC试件的拉伸强度和拉伸韧性在弯拉试验中提升得更明显;②无论是端钩型还是平直型纤维试件,轴拉应变达到3 000×10^-6时的应力均高于7 MPa,且大弯拉变形状态下的强度均仍为弯拉初裂强度的1.17~2.43倍;③有无钢纤维对UHPC轴拉性能与弯拉性能均具有不同程度的裂后增强效果,其中后者优于前者;④在UHPC结构设计中可用考虑尺寸效应修正后的弯拉初裂强度来估算轴拉初裂强度,且扣除纤维取向的影响后,基于ABAQUS有限元软件倒推输入的三折线轴拉本构与实测的轴拉本构基本相符。     

弯剪扭荷载下配筋UHPC矩形梁的扭转性能与承载力计算

配筋超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)梁在弯剪扭组合荷载作用(复合受扭)下的抗扭性能研究较为匮乏。为此,开展了8根配筋UHPC矩形梁的复合受扭试验,获得了各试件损伤破坏模式、扭矩-扭率曲线、扭矩-应变曲线及扭矩-裂缝宽度曲线,分析了配筋UHPC矩形梁复合受扭破坏机理,探讨了扭剪比、纵向配筋率对抗扭承载性能和延性的影响。试验结果表明：试件破坏形态为纯扭破坏和非纯扭(扭转、剪扭、弯扭)破坏;相比于纯扭试件,非纯扭试件表面未形成空间螺旋形裂缝,同时其正立面裂缝比背立面数量更多且更宽,非纯扭试件开裂扭矩降低46%～73%,抗扭承载力降低1%～38%,扭转延性系数提高38%～169%。随扭剪比从1增加到3,非纯扭试件抗扭承载力提高1%～21%,扭转延性系数提高24%～88%;随着纵向配筋率从0.78%增加到4.90%,试件抗扭承载力提高12%～27%,非纯扭试件扭转延性系数提高35%～88%,但纯扭试件扭转延性系数下降了31%。配筋UHPC复合受扭梁弯扭相关性符合“三折线”模型,基于弯扭“三折线”模型提出的复合受扭梁抗扭承载力公式计算值与...     

锈蚀光圆钢筋混凝土受弯构件受力性能试验研究

进行了21根钢筋混凝土梁试件的试验,考察了钢筋锈蚀程度、钢筋直径等因素对配光圆钢筋混凝土梁力学性能的影响,分析了不同钢筋锈蚀率下混凝土梁破坏形态和承载能力的变化规律,讨论了钢筋-混凝土间黏结退化对构件承载性能的影响。试验结果表明:光圆钢筋的锈蚀致使钢筋截面积减小,拉伸强度降低,从而使锈蚀梁的承载能力下降;另一方面钢筋与混凝土之间的黏结退化也致使受弯结构的力学性能退化,但在钢筋达到屈服的条件下,钢筋与混凝土间黏结退化不是致使结构承载力降低的主要因素,对构件屈强比等性能也未产生显著影响。     

弯扭复合作用下RC圆形桥墩抗震性能

为了阐明弯曲和扭转耦合作用下 RC 圆形桥墩的抗震性能,对扭弯比不同的12个 RC 圆形桥墩进行了循环试验研究,并基于试件的破坏特征、滞回性能和钢筋应变等试验观测结果,分析了弯扭复合作用下扭转作用对桥墩抗弯能力的影响,以及配筋率、箍筋间距及箍筋形式对桥墩弯曲和扭转性能的影响;采用有限元软件 ABAQUS 模拟了不同扭弯比的 RC 圆形桥墩在弯扭复合作用下的破坏特性和弯扭承载能力。研究结果表明：弯扭相互作用降低了 RC 圆形桥墩的抗弯和抗扭承载力,桥墩的变形特征和失效模式发生了改变,损伤破坏区要高于弯曲塑性铰长度区域,提出的“交叉互锁”螺旋箍筋形式可有效解决由于扭转效应导致的RC圆形桥墩承载能力降低的问题。     

空心板梁桥超高性能混凝土(UHPC)铰缝弯剪受力性能研究

受普通混凝土(NSC)材料性能限制,空心板梁桥混凝土铰缝病害频发。在铰缝位置应用具有超高力学性能和良好界面黏结性能的超高性能混凝土(UHPC),可使铰缝受力性能得到明显改善,从而减少甚至避免铰缝病害的发生。首先通过数值模拟方法,得到了不同工况下装配式空心板梁桥铰缝截面的最大弯剪比;接着,为研究不同铰缝材料对结构在弯剪耦合作用下的主要开裂形态、承载能力和荷载～挠度响应的影响,对NSC铰缝试验梁(N—N)、UHPC铰缝试验梁(N—U)两组铰缝梁模型开展了三点静力加载弯剪试验;最后通过建立有限元模型,探究了不同弯剪比及铰缝结构形式对铰缝梁结构受力性能的影响规律。试验结果表明,所有铰缝梁均在铰缝与预制构件的交界面处发生初次开裂;与N—N试件相比,N—U试件初裂荷载和极限荷载分别提高了477%和104%,且N—U试件的刚度及抗裂性能均显著强于N—N。数值分析表明,与常规型铰缝相比,采用键齿形、倒T形、工字形铰缝及其组合结构形式的梁的初裂强度显著提高,构造优化的铰缝形式可以更好地确保各梁间的整体性。     

矩形钢管混凝土构件扭转性能及设计方法研究

基于ABAQUS软件,建立了圆形、方形及矩形钢管混凝土构件在纯扭矩作用时的数值模拟模型,并采用已有研究者完成的圆形及方形构件扭转试验结果对理论模型进行了验证,理论计算结果和试验结果总体上吻合良好。基于此理论模型,对影响矩形钢管混凝土构件扭转力学性能的主要因素进行了分析,考虑了钢材强度、混凝土强度、含钢率和截面高宽比等的影响。结果表明,钢材强度及混凝土强度只影响矩形钢管混凝土纯扭构件的Tθ关系曲线数值,对其形状影响不明显,含钢率和截面高宽比对Tθ关系曲线的数值和初始刚度都有影响。在参数分析的基础上建议了矩形钢管混凝土构件抗扭强度承载力计算公式。     

封一/四

钢结构桥梁形式多样,优点突出,在世界各地应用广泛,为了推进中国钢结构桥梁的建设,促进中国钢结构桥梁抗火防灾研究领域的全面发展,加快钢结构桥梁抗火防灾技术的研究,加强钢结构桥梁抵抗火灾的能力,提升管理部门应对钢结构桥梁遭遇火灾时的应急水平,对钢结构桥梁抗火防灾的研究现状与亟待解决的问题进行了总结。研究了国内外钢结构桥梁火灾发生时的场景以及钢结构桥梁遭遇火灾时的破坏形态,分析了钢结构桥梁火灾发生时的特点,强调了油罐车火灾对钢结构桥梁安全性能的严重威胁,给出了钢结构桥梁抗火防灾的关键技术。继而,对其抗火研究存在的问题进行了梳理,包括钢结构桥梁所用材料的高温特性,复杂环境下钢结构桥梁截面的传热机制、钢-混凝土组合梁界面间的高温作用机理、钢结构桥梁火灾行为的数值模拟与智能预测技术、火灾全过程中钢结构桥梁的试验与测试方法、火灾高温下钢结构桥梁的力学行为以及钢结构桥梁抗火研究的工程应用等七大方面给出了钢结构桥梁抗火研究亟待解决的问题和更高的目标。以期对钢结构桥梁抗火防灾方向的技术研究提供全新的视角和基础资料。     

曲线钢箱连续梁桥极限承载能力分析

采用弹塑性有限元方法,结合工程实际,建立了曲线钢箱连续梁桥三维板壳单元模型,进行了桥梁整体结构极限承载能力分析,分析过程中考虑了几何非线性、应力钢化与材料非线性对结构极限承载能力的影响。研究结果表明,曲线钢箱连续梁桥具有承载能力高的特点,在市政或公路桥梁建设中具有较好的应用前景。研究结论可供今后同类桥梁设计和分析参考。     

大跨度连续钢箱梁桥设计与施工

上海中环线跨共和新路立交(44 79 44 37)m连续钢箱梁桥跨径长、规模大,桥面变宽度30.8~44.1 m。为维持既有共和新路高架和地面道路的交通,采用少支架大节段拼装法施工,在施工过程中调整线形和内力,体系转换后箱梁应力和线形取得满意的结果。介绍该桥的主要设计与施工特点。     

曲线连续钢箱梁的三维空间结构分析

该文以宁波机场路高架匝道的一联曲线连续钢箱梁为工程实例,借助ANSYS的有限元分析程序,建立三维空间模型,对结构进行详细的力学分析。力学分析内容包括结构的支座反力,结构的总体变形与应力,以及桥面板的局部应力。计算分析结果能够为该曲线箱梁设计提供理论依据。     

基于Novozhilov-柔度理论的连续弯箱梁桥位移参数Kalman滤波识别

为了有效评估和预测弯箱梁桥位移场、应力场,进行了连续弯箱梁桥位移参数的识别,推导了连续弯箱梁桥位移参数的Kalman滤波方程,同时基于Novozhilov-柔度理论,给出了弯箱梁桥位移参数Kalman滤波识别的具体步骤。研究结果表明:连续弯箱梁桥位移参数的Kalman滤波识别对位移参数滤波初始值的选取有较强的依赖性,位移参数滤波初始值选取恰当时,位移参数的Kalman滤波识别过程稳定收敛,且收敛于参数真值;滤波初始值选取不合理时,滤波过程易发散。     

四线曲线钢箱梁斜拉桥施工控制技术

为了使曲线钢箱梁斜拉桥成桥后达到合理的内力和线形状态,以穗盐路斜拉桥为背景,基于无应力状态法,以钢箱梁制造线形为目标,进行全桥施工控制.在确定合理成桥状态下,计算了钢箱梁的制造线形,悬臂拼装时按制造线形夹角进行拼装,并保证合龙段的无应力拼装,则最终成桥必会达到合理成桥状态;讨论了无应力索长的计算方法,用无应力索长差实现全桥调索的一次性完成;该桥的横向效应计算结果表明水平横向弯曲效应明显,弯扭耦合效应并不明显,可按直线桥对主梁进行线形控制.监测结果表明,成桥后索力误差在5％之内,主梁线形满足设计要求,结构内力状态良好.     

杭州湾跨海大桥航道桥钢箱梁设计

杭州湾跨海大桥航道桥包括南航道桥和北航道桥,南航道桥为主跨318 m的A形独塔双索面钢箱梁斜拉桥,北航道桥为主跨448 m的钻石形双塔双索面钢箱梁斜拉桥。介绍南、北航道桥的钢箱梁构造、结构体系、细部构造、结构计算和涂装方案等。     

复杂城市环境下立交桥钢箱梁架设方案比选

长沙市湘府路快速化改造工程万家丽立交由主线桥和8条匝道组成,共5层,其中主线桥为(60+90+60)m连续梁桥,主梁采用三箱三室变截面钢箱梁;匝道桥主梁采用带悬臂的直腹板钢箱梁。针对该桥钢箱梁施工难点,结合桥址处施工环境,提出了大节段支架法+500 t履带吊架设(方案1)、小节段支架法+260 t履带吊架设(方案2)、双塔吊+260 t履带吊架设(方案3)3种钢箱梁架设方案,通过现场吊装条件、施工难度、工期等方面综合比选,采用方案3施工。该桥钢箱梁分节段制造后,分2期按从下往上的顺序,采用D5200-240塔吊、STT3330-160塔吊和260 t履带吊架设。实践证明采用方案3施工,将施工对城市交通的影响降至最低,解决了地铁交叉施工的问题,满足工期要求。     

混凝土连续弯箱梁桥支承体系研究

近年来弯箱梁桥的侧向位移病害日趋严重,而支座布置不合理是其中一个重要的原因。针对目前连续弯箱梁桥常采用的支承形式,提炼出四种支承体系,分析各支承体系的特点。通过某典型实桥,对不同支承形式各荷载作用下的竖向支反力和扭矩进行对比分析,最后提出相关的优化措施,为该类桥梁设计提供参考。