连续钢板组合梁力学性能研究

为了解连续钢板组合梁力学性能特点,并改善其负弯矩区易开裂的状况,以长沙至益阳段高速公路扩容工程4×30m连续钢板组合梁桥为背景,采用ANSYS软件建立组合梁有限元模型,分析组合梁结构施工过程及成桥阶段的应力分布,研究支点负弯矩区桥面板裂缝控制措施。结果表明,施工阶段简支状态下,连续钢板组合梁混凝土桥面板基本处于受压状态,钢梁跨中最大Von Mises应力约为70.5MPa,翼缘焊钉顺桥向剪力从跨中向两侧支点逐渐增加,最大值12kN;汽车活载作用下,墩顶处混凝土桥面板顺桥向最大拉应力为2.9MPa,钢梁最大Von Mises应力约为64.6 MPa,焊钉顺桥向剪力峰值约为22kN。采用调整施工顺序、墩顶区现浇微膨胀纤维混凝土、加强负弯矩区纵筋配置等措施有效调整了结构应力分布,减小负弯矩区的裂缝宽度。     

新型钢板组合梁桥施工全过程结构性能分析

新型钢板组合梁桥因为施工简便、受力明确并能充分利用钢和混凝土两种材料优势,在国外得到广泛应用,但在我国尚处于起步阶段。论文以一座在建钢板组合梁桥为工程背景,细致研究了该结构体系在考虑钢梁安装、桥面板吊装、湿接缝浇筑等全施工过程下,成桥状态以及运营状态下结构的受力行为与安全性能。研究表明,预制桥面板的钢板梁桥施工工序,钢梁的应力水平较低,但是桥面板的会出现较大拉应力;汽车荷载作用下钢梁应力和桥面板受力较为不利,桥面板会带裂缝工作,此外钢梁部分加劲板件和横隔梁存在优化前景,需要细致研究。研究成果可为新型钢板梁桥在我国的工程实践提供参考。     

钢板组合梁桥面板预应力参数分析及优化

针对双工钢板组合梁桥,开展负弯矩区桥面板预压应力的影响参数研究,探索提高预压应力的设计与施工方法。通过建立实体有限元模型,对比分析各参数情况下成桥状态与徐变30年后的状态,研究表明:剪力连接件在常规设计情况下,对成桥应力影响较小;墩顶取消剪力连接件、纵向缩小墩中心线两侧剪力连接件的距离,将通长束优化为墩顶束,可以提高桥面板永存预压应力,提升幅度0.3～0.8MPa;支点预顶升回落的工艺可以大幅度提高成桥应力及永存预压应力,提升幅度2MPa左右。研究结论可用于双工钢板组合梁的设计优化。     

大跨径简支钢-混凝土组合梁桥设计研究

钢-混凝土组合梁桥可以充分发挥钢材和混凝土各自的优势,具有良好的力学性能和施工性能。基于大跨径简支钢-混凝土组合梁桥设计实例,论述其计算方法及力学性能。此类梁桥在成桥及运营阶段的各部分应力均满足规范要求;后续类似设计中还可考虑采用塑性设计进行比选;临时支撑可以有效改善钢梁受力。简支钢-混凝土组合梁桥具有广阔的应用前景。     

基于无应力状态法的系杆拱桥施工控制研究

为解决系杆拱桥在钢拱肋和钢梁拼装过程中线形的确定和控制等问题，通过基于无应力状态法的系杆拱桥施工控制方法，利用系杆拱桥构件单元的无应力长度和无应力曲率，建立了拱桥施工中间过程与最终成桥状态之间的联系，避免了系杆拱桥成桥后繁琐的调索步骤，并以某在建系杆拱桥为例，采用MIDAS Civil有限元软件建立全桥数值模型，对该桥施工过程进行模拟。结果表明：基于无应力状态法的系杆拱桥线形及索力控制方法计算准确，可行性好，实测拱肋、钢主梁线形偏差以及吊杆索力偏差均满足规范要求，同时可节省工期。     

考虑施工阶段的装配式钢-混凝土组合梁非线性全过程分析方法

为解决常规钢-预制混凝土桥道板组合梁的剪力键预留孔角隅和板间现浇接缝易开裂的问题,提出了带装配式栓钉(PCSS)剪力键和预制预应力桥道板的钢桁-混凝土组合梁(Prefabricated Steel Truss-Concrete(PSTC)Composite Beam)。针对从施工到成桥到破坏的全过程力学行为,提出了一种装配式组合梁的非线性全过程分析方法:建立精细化有限元模型,预制桥道板和板间接缝采用在混凝土实体单元中是否嵌入普通钢筋单元分别模拟;桥道板采用预应力钢束降温法模拟板内获得预压应力的过程;组合梁采用导入初应力的方法,实现将先期获得预压应力的桥道板与钢桁结整为组合梁共同受力。利用该方法模拟分析了装配式钢桁-混凝土组合梁在负弯矩作用下,从施工到成桥到破坏的全过程力学行为,并与组合梁负弯矩区段力学行为性能试验的结果进行了对比。结果表明:该模拟方法能较真实模拟装配式钢-混凝土组合梁从安装桥道板到桥道板的破坏的全过程受力行为,挠度计算值与实测值相差4.1%,吻合较好。     

新型大跨连续钢桁组合梁桥施工监控关键技术

大跨度连续钢桁架-混凝土组合梁桥在公路桥梁上应用的实例极少,且有关大跨组合结构桥梁施工监控及相关问题的研究还处在探索阶段.依托某连续桁架组合梁桥工程,采用了新颖的抗拔不抗剪剪力键,并对传统的混凝土桥面板浇筑顺序进行了调整,极大地提高了负弯矩混凝土的抗裂性能.桥梁施工阶段的拆架跨中位移量、跨中混凝土预压应力、桥面板与钢梁滑移量是本桥监测的重点内容,为实现成桥状态设计目标,精确而有效的施工监控至关重要.将监测结果与有限元分析软件理论数据进行对比,分析判断桥梁施工过程中的安全性,确保全桥施工的顺利进行.     

宽幅异形钢板组合梁的设计与研究

以丰台火车站东侧立交专用匝道宽幅异形钢板组合梁桥为研究对象，从结构优化和安全设计两方面对组合梁桥进行分析，以桥梁结构安全性与经济性为原则，提出最优设计方案。在有限元软件中，采取刚臂连接模拟剪力钉设置，结合混凝土桥面板和工字形钢主梁，建立全桥整体模型；通过调整中横梁设置个数、改变支座平面布置方式，优化桥梁结构设计；根据桥梁实际受力情况，分析桥梁结构在常态下钢主梁的刚度、承载能力、屈曲稳定和疲劳应力情况。结果表明：在满足结构使用安全的情况下，减少中横梁数量，会增加结构应力，降低稳定安全系数；宽幅异形钢板组合梁受混凝土收缩影响明显，外侧支座容易脱空，优化支座布置显得尤为重要；在正常使用状态下，钢板组合梁外侧主梁刚度较小，变形明显，应力较大，最早容易出现屈曲失稳，且受疲劳荷载影响较为敏感。     

不同预制方式下大跨度组合梁桥受力性能分析

为了明确整体预制大跨度π形钢混组合梁与分离预制组合梁的受力性能,结合实际工程,采用板壳-实体有限元方法,计算了两种大跨度组合梁受力性能。计算结果表明：在成桥阶段整体预制组合梁的钢梁应力比分离预制组合梁的小很多,两种组合梁钢梁上缘的最大压应力分别为84.3 MPa和229.0 MPa,下缘的拉应力分别为167.3 MPa和196.0 MPa,两种组合梁中支点处混凝土上缘应力基本相同。钢梁在成桥十年时,两种组合梁钢梁上缘的最大拉应力增量分别为88.1 MPa和-4.0 MPa。整体预制组合梁的混凝土最大拉应力为分离预制组合梁的0.67倍。另外,在施工效率和施工质量方面,山区建造大跨度组合梁桥采用整体预制方式具有明显的优势。     

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。     

泉州湾跨海大桥钢混组合梁施工控制参数敏感性分析

泉州湾跨海大桥主桥为主跨400m的双塔分幅式组合梁斜拉桥,采用整体节段悬臂拼装架设,干拼法连接进行主梁节段施工。为研究结构参数对施工过程中结构响应的影响,指导施工控制,采用有限元法建立该桥计算模型,计算施工过程中桥塔弹性模量、钢梁弹性模量、桥面板弹性模量、钢梁重量、桥面板重量等参数对桥塔塔偏、主梁线形、桥面板应力和斜拉索索力的影响。研究结果表明,桥面板及钢梁重量对桥塔塔偏、主梁线形及斜拉索索力影响较大,钢梁弹性模量、桥面板弹性模量及桥面板重量则对混凝土桥面板应力有很大影响,施工过程中需重点控制敏感性参数。该桥采用基于分析结果确定的施工控制原则实施控制,主跨合龙后,成桥实测线形与理论线形、成桥实测索力与理论索力均满足施工控制目标值的要求。     

大跨度钢混组合梁斜拉桥钢主梁截面参数对成桥状态主梁受力敏感性分析

针对成桥索力一定情况下,可能仍存在主梁局部应力较大的现象,再次调索较为繁琐,采用改变钢主梁截面参数对成桥状态组合梁受力敏感性进行分析,利用钢主梁参数调整的方法,局部优化主梁的应力,作为对其合理成桥状态计算方法的补充。主要研究内容如下:(1)建立BDCMS及Midas/Civil模型,在成桥索力一定的情况下,以不改变钢主梁的横截面积为前提,对刚成桥及混凝土收缩徐变完成两种状态下的钢主梁截面参数均进行研究分析。以赤壁长江公路大桥塔区五段梁为研究对象,调整塔区五段梁的钢主梁顶、底、腹板厚度,分析成桥状态下组合梁的受力性能;(2)针对成桥状态下Midas/Civil模型中塔区及辅助墩主梁下缘应力局部偏大,边墩桥面板上下缘拉应力较大的情况,采用钢主梁参数调整的方法进行局部优化。     

普通预应力与后结合预应力钢混组合梁桥性能对比

为了对比普通预应力钢混组合梁桥与后结合预应力钢混组合梁桥的性能差异,采用数值模拟的方法,建立了钢混组合梁桥有限元模型。基于实际钢混组合梁桥的施工过程及使用条件,详细分析了钢混组合梁桥的受力情况,对比了两种预应力钢混组合梁桥的材料用量、钢主梁应力,以及负弯矩区混凝土桥面板应力。结果表明,相对于普通预应力钢混组合梁桥,采用后结合预应力技术,对钢混组合梁桥的负弯矩区混凝土板施加预应力,可以使施工更加方便,从而降低施工难度,并提高材料的利用率,减少材料用量。     

型钢组合梁桥合理跨径及性能试验研究

为确定梁高大于700mm的H型钢组合梁的适用跨径,对实际工程结构设计与应用提供理论依据及参考,以每平米用钢量与控制应力为指标,进行H型钢组合梁合理跨径的数值理论研究。同时依托实际工程对H型钢组合梁进行现场性能试验,把握结构在施工与加载情况下的挠度变形与应力状态,检验理论模型的有效性。研究结果表明,不同型号下H型钢组合梁的最大适用跨径在19-27m,且在桥宽相同及满足控制指标的情况下,梁高越高所需的用钢量越小。加载过程中,H型钢组合梁的跨中挠度与最大应力都相对较小,结构刚度较大,安全可靠；卸载过程中,变形与应力都能很好地恢复至上一状态,结构仍处于弹性阶段。     

复杂竖曲线宽幅组合梁桥大跨度顶推施工控制技术

广西柳州凤凰岭大桥为(96+124+3×130+90) m连续钢-混组合梁桥,主梁为等高双箱单室钢-混组合梁,由槽形钢箱梁和混凝土桥面板构成,梁宽46.6 m,该桥竖曲线由3段圆曲线和2段直线组成。钢梁采用连续步履式顶推、跨间不设临时墩的方案施工,最大顶推跨度达130 m。由于该桥竖曲线线形复杂、顶推悬臂长度较大、桥面板及体外预应力束施工工序繁杂,为确保施工中结构安全、成桥线形和内力满足设计要求,从线形控制、导梁过墩控制、桥面板安装控制等方面进行施工控制。钢梁顶推施工时,采用几何状态传递法对各梁段安装线形进行预测与控制,确保成桥线形满足设计要求;分析临时拉索张拉、环境温度改变与导梁前端位移响应关系,计算临时拉索张拉力,通过张拉临时拉索实现导梁顺利过墩;桥面板施工时,对皮尔格铺装法进行优化,改变桥面板安装顺序,确保了钢梁及桥面板应力满足要求,并缩短了工期。通过以上施工控制,该桥钢梁顺利顶推完成,全桥线形平顺,实测主梁线形满足设计要求,成桥状态良好。     

长边跨高墩大跨连续刚构桥施工方案比较

多跨连续刚构桥属高次超静定结构,施工至成桥需经历复杂的体系转换过程,施工过程显著影响成桥后的线形与受力状态。某山区连续刚构桥长边跨现浇段施工时,由于墩高及地形限制无法采用落地支架和长悬臂托架施工,为减小边跨现浇段长度,提出增设不对称悬浇段的非对称施工方法。以该桥为背景建立有限元仿真模型,分析3种不同施工方案对施工过程及成桥后结构应力与变形的影响,探讨高墩大跨度连续刚构桥的合理施工方案。研究表明:3个施工方案施工和运营阶段应力与变形均满足规范要求;边跨增设非对称悬浇段时,对成桥应力影响较小,主梁下缘压应力储备增加,上缘压应力储备略有减小;增设非对称悬浇段会导致边跨跨中长期挠度增大,但通过合理设置预拱度,不影响成桥线形实现;先边跨、再中跨的合龙顺序有利于减小边跨跨中长期下挠;非对称施工时最大悬臂状态第一类稳定系数较原设计略小,但安全储备仍较高。     

独塔四索面空间异形斜拉桥施工控制技术分析

宁波外滩大桥是一座独塔四索面异形斜拉桥,为确保桥梁结构在施工过程中和成桥状态下的安全和稳定性,保证桥梁结构成桥状态的线形和内力值符合要求,对施工过程进行模拟计算和分析,结合该桥特点分析了该桥施工控制过程的重点和难点,确定了主塔和主梁的应力、主塔偏位和主梁的线形、斜拉索索力等作为主要控制内容,以及相应的测量方法。在主塔施工、中跨主梁梁段施工、合龙段施工和成桥施工4个主要施工阶段分别监测各个主要控制内容,通过监测数据判断施工过程中各主要控制内容是否符合设计要求。另外,在成桥阶段进行了全桥通测,得到成桥状态下的线形和结构内力值与理论计算值的拟合情况,从而确定此研究控制理论和方法在工程实例应用中的可行性。     

顶推施工中波形钢腹板PC组合梁整体受力性能分析

波形钢腹板PC组合梁在成桥状态下的受力与顶推施工中的受力有较大的不同,为了明确箱梁顶推施工过程中受力性能,以国内第一座采用整体式顶推施工的大跨度波形钢腹板PC组合梁为例,采用板壳实体模型详细计算了组合梁在顶推过程中各个部分构件的受力特性。揭示了箱梁不同位置处截面上顶底板混凝土的应力变化规律、支墩反力变化情况和梁体的变形等,可供分析计算同类桥梁结构受力参考。     

下承式钢筋混凝土异型系杆拱桥的施工监控技术

依托上海市大庆桥-下承式钢筋混凝土异型系杆拱桥,研究了异型系杆拱桥的施工监控技术。通过拱肋、主梁的线形与应力监测及吊杆的索力监测,取得了很好的成桥状态。结构变形和受力均与有限元分析结果吻合且安全可控,成桥索力与设计索力最大误差不超过8%且全桥索力累积误差为1.3%,验证了施工方案的可行性,可为类似城市异型拱桥施工提供参考。     

钢与预应力混凝土后结合法组合梁的受力特性研究

为了明确大跨度后结合预应力组合梁桥的受力性能,以一主跨70 m的预应力组合梁桥为例,采用空间有限元模型详细模拟了组合梁的施工过程,计算从施工到成桥初期及长期运营情况下组合梁的受力情况。计算结果表明：中支点钢梁上翼缘和底板在施工阶段的最大应力分别为118 MPa和-133 MPa,后结合法和顶升/回落法在中支点混凝土桥面板内产生7.33～10.33 MPa的预压应力储备;中支点钢梁上翼缘和底板在短期运营阶段的最大应力分别增长了22 MPa和13 MPa,而中支点混凝土桥面板在曲线外侧的边缘只剩下3.33 MPa的预压应力储备,满足全预应力状态的要求;在第10年的长期运营阶段,中支点钢梁上翼缘和主跨跨中钢底板的最大拉应力分别减少17%和35%,中支点钢底板和主跨跨中钢梁上翼缘的最大压应力分别增加10%和42%。收缩徐变在长期运营阶段降低负弯矩区混凝土桥面板的预压应力储备,负弯矩区混凝土桥面板在运营第2年由全预应力构件变成A类部分预应力构件,在运营第13年变成B类部分预应力构件。