钢-混凝土组合梁桥的温度梯度作用——地域差异与等值线地图

为研究组合梁桥温度梯度作用取值的地域差异性，搜集了全国839个气象站的长期历史气象数据，建立了全国91个辐射气象站（有太阳辐射历史数据）太阳辐射预测的Bahel模型，补充了748个常规气象站（无太阳辐射历史数据）各23年的太阳日辐射总量数据。在这些气象数据的基础上，提出了温度作用代表值等值线地图的“逐层绘制法”，该方法首先采用有限元温度场长期计算和气象相关性经验公式分别得到91个辐射气象站和748个常规气象站的温度作用样本数据，随后基于广义帕累托分布（GP分布）的超阈值模型求得各气象站的温度作用代表值，最后，采用空间插值方法绘制各温度作用代表值的等值线地图。采用上述方法，绘制了组合梁桥温度梯度升温模式1、升温模式2和降温模式中各温差代表值的等值线地图。研究结果表明：Bahel模型在中国范围内具有很好的适用性，可用于太阳辐射数据的准确预测和补充；中国组合梁桥各温差存在显著的地域差异性，最大可达到27.89℃，若在一个较大的区域内选取一恒定温差作用取值会明显低估了这种地域差异性；“逐层绘制法”概念清晰，操作方便，是进行温度作用等值线地图绘制的有效方法；所绘制的50年回归期温差代表值等值线地图，可用于全国范围内组合梁桥温度梯度作用的准确取值，所提供的温差数据具有概率统计意义，较现行规范更能满足极限状态设计法的基本要求，对于中国组合梁桥的精细化设计和规范体系的补充具有重要价值。     

钢箱-混凝土组合梁桥竖向温度梯度分析

为了研究钢箱-混凝土组合梁桥竖向温度梯度分布模式和其影响因素,以某简支钢箱-混凝土组合梁桥为背景,基于三维遮挡算法,考虑太阳辐射、对流换热、结构热传导等因素影响,采用ABAQUS有限元软件建立钢箱-混凝土组合梁桥温度场,分析精细有限元模型。分析四季典型天气下竖向温度分布变化规律,提出了两种竖向温度梯度模式,采用基于温差基数、位置基数的多折线模式对竖向温度梯度进行简化。采用参数分析的方法分析环境参数、材料参数、截面参数对竖向温度梯度的影响,并采用多元线性回归的方法分析各参数的影响程度,提出钢箱-混凝土组合梁桥的竖向温度梯度基数回归函数。     

钢-混凝土组合梁桥温度场及温度效应研究

为研究钢-混凝土组合结构梁桥的温度场及温度效应,以一座钢-混凝土组合梁桥实际工程为研究对象,对其温度场进行了实测,并通过最小二乘法拟舍得到沿截面竖向的最不利温度梯度模式,与我国现行规范中规定的温度梯度模式进行对比,最后通过建立实桥的有限元模型分析了两种温度梯度模式作用下的桥梁结构响应.研究结果表明:钢-混凝土组合结构混凝土桥面板与钢梁接触的局部范围内存在较大温差;由实测温度场拟舍得到的温度梯度模式与我国现行规范规定的温度梯度模式形式上有所差别.     

钢-混凝土组合梁桥早期温度效应试验研究

为了研究混凝土浇筑早期水化反应引起的温度变化对钢混组合梁桥变形和应力的影响,以一简支梁桥为试验对象,测试了混凝土桥面板和钢梁在混凝土浇筑前后温度和应变变化数据,并对钢梁由于温度变化引起的应力进行了解析。分析结果表明:混凝土在凝结硬化过程中温度先升后降,在升温阶段结束后,混凝土板获得足够的刚度来约束钢梁的变形,在降温阶段结束后混凝土桥面板与钢梁变形协调。混凝土板在降温阶段的收缩受到了钢梁顶板的约束,拉应力开始产生。降温阶段结束后混凝土板中拉应力的大小与升温阶段结束后钢梁横截面上的温度梯度以及混凝土板与钢梁顶板的温差有关。     

曲线双工字钢-混凝土组合梁桥弯扭性能1∶2模型试验

为探究连续曲线双工字钢-混凝土组合梁桥在弯扭组合作用下的力学性能，设计了一座曲线半径为200 m,跨径布置为17.5 m+17.5 m的连续曲线组合梁桥模型，并进行了静载试验，包括两点偏心弹性加载及四点对称破坏加载。试验测试了模型桥荷载-挠度关系曲线，控制截面钢梁、桥面板及钢筋应变分布，记录了模型桥的破坏过程及特征荷载，混凝土桥面板裂缝分布及裂缝宽度。结果表明：对称荷载作用下，曲率效应使外弧侧结构受力更不利；加载截面、中支点截面钢梁翼缘屈服后，第2跨加载点外弧钢梁腹板发生剪切屈曲，截面塑性转动能力受到钢板局部屈曲的限制；中支点桥面板裂缝分布范围超过计算跨径±20%;模型桥第2跨外梁破坏后，其他结构仍能继续承载，内弧侧结构延性指标远小于外弧侧，模型桥横桥向具有冗余性；竖向荷载作用下，模型桥弹性阶段截面正应力主要由弯曲正应力和约束扭转翘曲正应力组成，此外，钢梁下翼缘存在额外的横向弯曲正应力；最后，给出了钢梁下翼缘横向弯矩简化计算方法，并基于Vlasov薄壁结构理论，提出了双工字钢-混组合梁桥约束扭转截面特性计算方法。     

混凝土箱梁温度梯度模式的地域差异性及分区研究

为了对混凝土箱梁温度梯度中温差取值的地域差异性和分区进行研究，对一混凝土箱梁桥开展长期温度场测试与有限元数值模拟，通过实测数据给出混凝土箱梁竖向温度梯度曲线形式，采用广义极值分布得到温度梯度中的温差代表值。建立有限元模型对中国34个主要城市混凝土箱梁温差进行计算，以地理、气象参数回归计算温差代表值的经验公式，在此基础上，对中国361座城市的混凝土箱梁温差代表值进行初步分区。研究结果表明：基于实测数据的混凝土箱梁竖向温度梯度曲线接近于新西兰规范推荐的"顶部5次抛物线"和"底部线性段"的形式；混凝土箱梁的顶部温差T₁和底部温差T₂分别服从参数为W（6.86，4.49，-0.42）和W（-0.32，1.46，-0.40）的Weibull分布，广东东莞地区混凝土箱梁顶、底部50年重现期的温差代表值分别为17.3℃和3.1℃；建立了以纬度l、海拔H和日温差T_V为参数的混凝土箱梁顶部温差代表值T_1，ref和底部温差代表值T_2，ref的经验公式，可以很好地反映中国混凝土箱梁温差取值的地域差异性，与已有研究成果亦可相互验证；基于经验公式，初步将中国划分为4个区域进行温差取值，4个区域T_1，ref的取值分别为18℃，20℃，23℃，29℃，T_2，ref的取值分别为4℃，5℃，6℃，7℃；提出的经验公式和温差代表值分区仅适用于100 mm沥青铺装的混凝土箱梁，研究方法和结论可为中国规范关于混凝土箱梁桥温度作用的完善提供参考。     

大跨度混凝土连续箱梁桥温度效应研究

为探明大跨度混凝土箱梁桥施工及成桥阶段的温度场及温度效应，以某实际箱梁桥为研究对象，基于现场监测的温度数据，拟合得到日照作用下混凝土箱梁的竖向温度梯度模式，并在此基础上，建立桥梁各阶段的温度效应结构计算模型，重点研究了箱梁桥在现场监测及各国规范规定的温度梯度模式下的温度应力及竖向挠度分布规律，分析了现场监测得到的最不利竖向温差模式下混凝土箱梁截面的横向及竖向温度应力分布规律。研究结果表明：1)中国《铁路桥涵混凝土结构设计规范》(TB 10092—2017)规定的温度梯度模式的计算结果与依托工程桥梁现场监测结果一致性最好，英国桥梁规范接近；2)混凝土箱梁的顶板和底板主要承受横向温度应力，腹板主要承受竖向温度应力。     

考虑铺装层厚度的钢-混组合桥面系竖向温度梯度研究

首先基于热传递理论,采用实测数据标定数值仿真模型,实现钢-混组合桥面系竖向温度梯度的精细化模拟;计算最大竖向温差下的温度梯度,并与实测结果及规范进行比对分析;最后对比了不同厚度铺装层下结构竖向温度梯度的差异,给出了考虑铺装层厚度的钢-混组合桥面系竖向温度梯度拟合曲线.结果表明,数值模型可以精确模拟日照温度场下结构竖向温...     

铺装层对T形梁桥梁竖向温度梯度的影响

为研究不同厚度、不同类型铺装层对T形梁温度梯度的影响,制作了2个钢筋混凝土T形梁试件并置于阳光下.从6月起至10月,对2个试件8个竖向断面146个测点的温度进行了连续监测.分析结果表明,日照下混凝土T形梁沿截面竖向高度的温度分布(温差)为非线性分布.沥青混凝土铺装层T形梁的竖向温度遵循对数函数和双折线分布函数,混凝土铺装层T形梁的竖向温度遵循指数函数和三折线分布函数.     

大跨组合连续梁桥不同温度梯度模式的效应研究

选取国内外四种温度梯度规范作为计算工况,对某大跨组合连续梁桥在不同温度梯度模式下的效应进行研究。分析结果表明:不同温度梯度模式下的效应分布具有一定相似性,但随着温差分布形态及特征值的不同,温度效应值相差很大。对于温度梯度各国规范规定了梁顶最大温差,但是自然环境复杂多变,不具有普遍适用性,采用改变梁顶最大温差方法,计算不同规范组合梁下缘应力和主梁线形,分析不同规范组合梁下缘应力和主梁线形的变化规律。     

碳氢火灾下钢-混组合梁破坏试验研究

为研究钢-混组合梁(钢结构桥梁)遭遇碳氢火灾时的耐火性能与抗火设计方法,设计制作了3榀大比例钢-混组合缩尺试验梁,包括简支体系箱形截面梁、连续体系箱形截面和双肋工字形钢截面梁。开展了碳氢火灾下(前期燃油急速升温和后期天然气维持高温)简支梁跨中受火和连续梁单跨局部受火试验,获悉了截面温度场、受火跨和非受火跨挠度变化路径、裂缝发展模式、钢板屈曲特征和破坏模式。分析得到了组合梁在碳氢火灾下的耐火极限,深入揭示了组合梁截面类型和结构体系对组合梁耐火性能的影响机理。试验结果表明:混凝土具有显著的热沉效应,火灾下钢梁的升温速率远快于混凝土板,停火后钢梁温度迅速降低而混凝土板温度持续升高,混凝土板上层的温度在停火48 min后仍然呈走高趋势;碳氢火灾下简支体系钢-混组合梁的挠度从初期就表现出快速增大的趋势,最终因挠度过大而失效;连续体系钢-混组合梁受火跨的挠度在初期增长较为缓慢,最终由于墩顶负弯矩区和跨中正弯矩区均出现塑性铰,梁转为机构体系,使得跨中挠度快速增大而破坏;连续体系钢-混组合梁非受火跨由于变形协调性先上拱,随后由于受火跨刚度衰退转向下挠;闭口截面箱梁仅外表面受火,其耐火性能显著优于双肋工字形钢截面梁,在相似荷载水平下其耐火极限分别为48 min和42 min;连续体系钢-混组合梁由于多余约束的存在,从受火开始就发生剧烈的内力重分布和变形协调,相较于简支梁,其耐火极限可提高100%;高温下连续体系钢-混组合梁出现的塑性铰与常温下的不同,是一种刚度逐渐降低的时变塑性铰。研究成果可为钢结构桥梁的耐火试验方法提供指导依据,也可为其抗火设计方法奠定理论基础。     

我国公路简支钢混组合梁合理截面研究

根据我国道路结构特点和公路荷载标准,对简支组合梁桥主梁设计的控制因素、主梁合理截面尺寸等进行分析研究。给出了公路Ⅰ级车道荷载作用下,应力控制设计时的主梁挠度,以及翼缘面积与跨径关系的近似公式,并将组合梁桥与非组合梁桥进行了对比。     

波形钢腹板预应力混凝土箱梁的试验研究

为研究波形钢腹板预应力混凝土箱梁这种新型桥梁结构的力学性能,根据国外已建实桥的箱梁尺寸,设计了缩尺模型试验梁。通过测试模型梁在静力荷载作用下的挠度和应变,来分析这种箱梁结构的弯曲、扭转和畸变等力学特性。试验结果表明:在弯曲荷载作用下,波形钢腹板主要承担剪力,而弯矩仅由混凝土顶板和底板来承担,同时箱梁的挠度应计及钢腹板的剪切变形的影响。另外,波形钢腹板预应力混凝土箱梁对偏心荷载作用时产生的扭转变形和畸变的抵抗能力相对较差。波形钢腹板预应力混凝土箱梁具有区别于传统混凝土箱梁结构的的力学特性。     

横向联结系对中小跨径钢板组合梁桥稳定性能影响的分析

近年来,随着我国组合结构桥梁的迅猛发展,中小跨径钢板组合梁得到广泛应用.针对30～40 m的中小跨径四主梁钢板组合梁,通过有限元方法建立全桥三维空间模型进行稳定分析,研究横向联结系的设计参数(数量、截面尺寸和竖向位置)对于中小跨径钢板组合梁稳定性能的影响.计算分析表明,当钢主梁发生整体的弯扭失稳时,增加横向联结系数量、...     

复杂环境下连续弯钢箱梁耐火性能提升方法

交通类火灾严重威胁钢结构桥梁的耐久性和安全性。为提升复杂环境(开放火灾和弯桥荷载)下连续弯钢箱梁的耐火性能,增强钢结构桥梁的安全服役寿命,选取大型立交桥枢纽工程中两跨连续弯钢箱梁为研究对象,通过建立耐火试验验证的钢箱梁与混凝土刚性基层协同工作的数值预测模型,深入揭示开放环境碳氢火灾下传热模式和结构特征耦合的箱梁力学行为演化规律。研究了局部环境火灾作用下结构的高温响应与失效模式,分析了复杂荷载状况、弯曲半径与支座布置方式对连续弯钢箱梁火灾响应行为的影响,提出了复杂环境下连续弯钢箱梁的耐火性能提升方法。研究结果表明:连续弯钢箱梁在火灾下的内外侧挠度差值不断增大,主梁内外侧支座反力的变化呈相反趋势,并且在受火初期支座反力变化程度剧烈;受火区域边缘靠近中支点的底板与腹板严重屈曲从而先形成塑性铰,然后在受火跨跨中形成塑性铰,随即整跨结构发生突然性垮塌;荷载水平的增大会显著缩短其耐火极限,受火前期及时撤离桥上的车辆荷载能够有效地延缓变形发展并且避免结构的突然性垮塌;曲率半径小于200 m会显著加剧连续弯钢箱梁高温下的弯扭耦合效应,增大主梁内外侧挠度差值与内外侧支座反力变化幅度,削弱火灾下结构的整体稳定性能;在钢结构桥梁抗火设计时中支点应设置抗扭支座,常温下支座的布置方式对火灾下连续弯钢箱梁的支座受力状况改善甚微,应在支座与梁端附近增设外部限位装置以防止结构变形过大。研究结论可为提升复杂环境下钢结构桥梁抵抗火灾的能力以及增强安全服役寿命提供设计依据。     

体外预应力钢-混结合梁桥温度效应分析

针对简支体外预应力钢-混结合梁,考虑钢梁与混凝土之间的相对滑移,温度沿混凝土截面线性分布,体外预应力筋直线布置,剪力钉所受到的剪力和钢梁与混凝土板的相对滑移呈线性关系,推导出结合梁及体外预应力筋由温度效应产生的内力计算公式。通过算例与有限元分析进行对比,并讨论了在日照温度效应下,各种因素对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响。结果表明:公式法和有限元法计算结果吻合;日照温度效应使简支结合梁的混凝土板受压,钢梁顶部受拉,底部受压,对体外预应力筋应力影响很小;当剪力钉刚度足够大时,温度应力不随剪力钉刚度变化而变化,剪力钉布置和桥梁跨度对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响不大。     

大跨径斜拉桥主梁选型及分析

首先基于积分法推导得到了斜拉桥各部件的造价和主梁应力计算公式，其次对比分析了5种不同主梁类型的斜拉桥技术及经济性，最后以传统组合梁斜拉桥为例进行参数分析。结果表明：采用UHPC材料代替传统的混凝土能极大地提高组合梁斜拉桥的极限跨径；主跨在300~750 m的斜拉桥主梁选用传统组合梁经济性最优，主跨在750~1 200 m时主梁选用钢箱梁经济性最优；斜拉桥的平方米造价指标随着桥宽的增加而相应减少；但对桥面以上塔高与跨径比的变化不敏感，经济合理的边中跨比和桥面以上塔高与跨径比分别在0.5和0.3左右。     

曲线箱梁桥悬臂施工应力与线形现场测试研究

通过现场监测和数值模拟手段,分析了预应力混凝土曲线箱梁桥悬臂施工过程中的应力和线形变化规律,讨论了曲线箱梁弯扭耦合效应及日照温度梯度对曲线箱梁桥内力和线形的影响。研究结果表明,曲线箱梁两侧翼缘板应力差值、竖向位移差值及箱梁径向位移随着箱梁曲率、墩身高度和悬臂长度的增大而增大;日照温度应力随温度梯度、约束条件和悬臂长度的变化而变化,其量级可能超过结构的活荷载水平,温度对箱梁标高的影响也不容忽视,且温度应力和温度位移具有滞后效应。研究结论可为预应力混凝土曲线箱梁桥的设计和施工提供有益的参考。