波形钢腹板特大桥体外预应力设计及应用研究

为给特大跨波形钢腹板组合箱梁桥体外预应力设计提供参考,以港珠澳珠海连接线工程前山河特大桥为背景,介绍体外预应力体系的布设、转向与锚固装置的设计细节、体外束保护与减振装置的构造及减振机理。采用有限元软件,建立体外预应力钢束转向块、锚固端节段及运营阶段全桥有限元数值模型,分析转向块及锚固端的局部应力,研究施加体外预应力后运营阶段结构受力情况,比较不同体外预应力张拉工序对成桥状态结构挠度、应力、弯矩等力学性能的影响。结果表明:转向块及锚固端节段满足结构局部应力安全要求;运营阶段结构挠度、混凝土主梁及波形钢腹板应力均满足设计规范要求,结构安全可靠;"全桥合龙后先张拉中跨,后对称张拉边跨"的体外束张拉方案为最优方案。     

斜拉桥索塔锚固区结构设计及计算

斜拉桥索塔锚固区承受拉索的巨大集中力,构造复杂,锚固区各构件处于复杂的应力状态,是特大桥设计中的重点和难点之一。以某长江公路大桥为例,对索塔锚固区结构设计及选型进行对比分析,得出内置式钢锚箱和外露式钢锚箱均适用于混凝土斜拉桥索塔,两者结构形式类似,只是与混凝土塔壁相对位置不同而造成的受力分摊上比例不同的结论。钢一混凝土组合索塔在一定程度上利用了钢和混凝土各自的材料特性,提高了索塔的整体安全性能。根据有限元计算模型及结果,进一步分析了钢锚箱的力学特性,并通过增加横向预应力对锚固区的结构进行了优化,为特大桥设计及施工提供参考。     

装配式预应力混凝土T梁负弯矩钢束锚固方式研究

中国工程界对预应力混凝土T梁负弯矩钢束的锚固方式认识尚不统一,通用图设计成果有较大差异,在学习和总结国内外装配式预应力混凝土T梁负弯矩钢束锚固方式设计成果的基础上,通过对实际工程进行调研考察,对比出桥面上浅埋、深埋和桥面下齿板锚固负弯矩钢束的优缺点,确定了标准化设计负弯矩采用桥面下设齿板的锚固方式,并优化齿板钢筋布置,以期达到采用适宜的结构构造形式来保证桥梁后期耐久性能的目的。     

索塔钢锚板锚固结构施工及监理要点

结合青岛海湾大桥第六合同段红岛航道桥索塔锚固区钢锚板锚固结构施工,和此前为验证钢锚板锚固结构的受力性能、设计计算理论和检验制造工艺等而实施的足尺试验模型经验总结报告,介绍索塔锚固区施工及监理的要点,为这一新型钢混结构施工质量控制提供参考.     

大跨度斜拉桥新型索塔锚固构造力学性能研究

针对斜拉桥传统钢锚箱构造复杂、吊装重量大,钢锚梁结构需设置环向预应力、索导管定位复杂等问题,研究一种新型钢锚箱锚固结构(主要由混凝土桥塔、U形钢锚固件和钢拉板组成,塔壁不设环向预应力)的适用性。以某大型斜拉桥(采用传统钢锚梁+环向预应力锚固形式)为背景,提出这种新型钢锚箱索塔锚固结构设计方案,建立锚固区节段有限元模型,研究其受力性能。结果表明:新型钢锚箱索塔锚固结构设计方案中,斜拉索水平力基本由新型钢锚箱承担,取消塔壁环向预应力,按钢筋混凝土受拉构件由最小配筋率下裂缝宽度控制塔壁设计,塔壁设计凹形部位便于钢结构锚固;在正常使用工况和断索工况下,新型钢锚箱索塔锚固区受力合理,塔壁应力、裂缝宽度等指标均满足规范要求。     

钢-混叠合梁斜拉桥线形及应力误差分析与控制方法

为使某钢-混叠合梁斜拉桥在成桥后其几何线形和应力与设计理想状态一致,分别对钢-混叠合梁斜拉桥计算、施工、测量中可能产生的误差进行分析.利用有限元软件建立全桥仿真模型,对工程实例进行结构参数敏感性分析,分析得出钢-混叠合梁斜拉桥成桥线形和应力的敏感参数.根据分析结果,提出相应的计算误差、施工误差及测量误差的控制方法.     

甬江斜拉桥索塔锚固区应力分析

大跨度斜拉桥索塔常采用预应力混凝土结构,在强大拉索力和预应力共同作用下,索塔锚固区受力十分复杂。针对索塔锚固区的受力研究,对优化锚固区构造及优化预应力钢束布置有重要意义。运用有限元方法对索塔锚固区进行了空间应力分析,总结了锚固区受力特点,为设计和施工提供了依据。     

乍甸1号大桥钢—混凝土组合梁桥面优化设计

乍甸1号大桥主桥为钢-混凝土组合连续梁桥,原方案采用全预制桥面板,支座处采用加厚托座,并在负弯矩区段布置预应力筋。由于桥址位于山区,墩高较大,原方案施工不便,且负弯矩区段桥面板易开裂,需对桥面结构和施工方案进行优化设计。优化桥面结构采用“预制板+后浇层”叠合板桥面,取消托座,单块板吊装重量由33.81 t减少至2.06 t,在负弯矩区段桥面布置50 mm厚高延性工程水泥基复合材料(ECC)层;取消预应力筋,采用支座顶升方式向负弯矩区段桥面板导入预压力。采用MIDAS Civil软件建立模型,模拟优化后桥面整体顶升和分次顶升2种方案的施工过程,对钢梁应力、桥面板应力、施工阶段整体变形、桥面板裂缝宽度进行计算。结果表明：2种方案各指标均符合规范要求,整体顶升方案优于分次顶升方案,最终采用整体顶升方案;根据最大裂缝宽度计算结果,确定ECC布置在支座两侧各10 m的桥面范围,具有较好的经济性。     

瓯江大桥主桥钢—混结合段设计

在借鉴已有桥梁钢—混结合段设计的基础上,针对瓯江大桥钢—预应力混凝土组合连续刚构梁式桥,采用PBL剪力板及加预应力束的设计方法,通过参考国内外规范,局部分析及对预应力锚固体的比较,提出基于传递弯矩和剪力的梁式钢—混结合段,采用PBL剪力板与预应力束组合的设计理念,并介绍PBL剪力板的作用原理及强度计算方法。     

常泰长江大桥主航道桥索塔锚固构造研究

常泰长江大桥主航道桥为(142+490+1 176+490+142) m公铁合建双塔斜拉桥,采用钢-混混合结构空间钻石型桥塔,索塔锚固区采用钢箱-核芯混凝土组合结构,S4～S39号斜拉索锚固于核芯混凝土上。为实现索塔锚固区斜拉索竖向分力的有效传递,提出方案A(钢齿块+剪力钉)、方案B[钢齿块(加肋)+剪力钉]、方案C(混凝土齿块)、方案D(钢锚箱+PBL剪力键)以及方案E(钢锚箱+承压板+剪力钉)共5种索塔锚固构造方案,从结构受力及施工工艺对5种方案进行比选,并采用模型试验及有限元分析对所选锚固构造方案进行验证。结果表明：方案E剪力钉受力分布均匀,剪力大小适中,且施工便捷,对于S7～S39号斜拉索,推荐采用方案E;对于斜拉索竖向角度较大的S4～S6号斜拉索,钢锚箱在构造和张拉空间上存在冲突,推荐采用方案C。方案E模型试验和有限元分析表明：结构应力、剪力钉受力及钢锚箱构造各板件应力均有安全储备,锚固构造处于线弹性状态,能满足规范及使用要求。     

双边叠合梁板后张法预应力装配道路施工关键技术研究

以深圳某公路工程装配施工为例,重点介绍了一种双边叠合梁板后张法预应力装配道路施工技术,其施工工艺流程包括:(1)路基处理;(2)纵向叠合梁吊装;(3)叠合板吊装;(4)叠合板端头L型槽打入钢棒;(5)误差校核调整;(6)预应力管道铺设、固定;(7)纵向相邻叠合板节点处横向叠合梁安装;(8)后浇段混凝土浇筑;(9)预应力筋张拉、锚固;(10)重复步骤(2)～(9),依次"逐段吊装,逐块预应力筋张拉封锚",直至完成整个道路工程施工。双边叠合梁板后张法预应力装配道路设计采用"双叠合构件+预应力+后浇混凝土装配"技术方案,整体遵循"逐段吊装,边吊边灌浆,双叠合构件现场装配,预应力筋配合后浇混凝土浇筑、养护、张拉、封锚"的原则,技术方案可行有效,对推动我国公路工程装配化施工具有一定意义。     

体外预应力加固桥梁转向块混凝土配制研究

为配制适用于体外预应力加固体系中转向块的自密实混凝土,以随岳高速汉北河大桥加固为背景,通过分析转向块应力分布特点及结构特性,结合转向块受力复杂、浇筑空间受限的特点,采用普通掺合料和高效减水剂研制了具有良好自密实性能和较高强度的混凝土。结果表明:转向孔之间区域混凝土所受拉应力较大且分布复杂;研究得到的自密实混凝土配合比配制出的混凝土拌合物工作性能表现良好,28d抗压强度较高,达到C55强度等级,满足汉北河大桥体外预应力加固施工要求。     

体外预应力桥梁锚固块构造分析及拉压杆模型法配筋研究

采用3种有限元分析模型进行体外预应力桥梁锚固块的应力分析,分别考虑角钢、钢垫板、体外预应力钢管,钢筋网和分布钢筋对锚固块的影响,并对3种有限元模型计算结果进行分析对比。另外,对单孔锚固的T梁锚固块直接利用美国ACI-318-05混凝土结构规范中的拉压杆模型进行配筋设计;对多孔锚固的箱梁锚固块,忽略横向应力和竖向应力的相互影响,利用弹性应力法建立箱梁锚固块的横向和竖向配筋的拉压杆模型进行配筋设计。研究结果表明,在体外预应力锚固块与主梁相接部位中设置角钢有效地降低了这一位置由于大吨位张拉力引起的应力集中;设置了钢垫板、角钢、体外预应力钢管以及锚固区钢筋网和分布钢筋后,锚固区是安全的。因此,运用拉压杆模型法对体外预应力锚固块的配筋设计是合理可行的。     

一种新型的预应力钢—混凝土组合梁

结合一座下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥，介绍一种新型的预应力钢－混凝土空心叠合板组合梁。有2个主要特点：采用现代体外预应力技术；采用叠合板组合梁新技术，实现双向组合。这种组合桥面体系在桥梁及建筑结构领域具有广阔的应用前景。     

体外预应力钢转向块的设计及受力特性研究

为了解决目前大规模应用的混凝土转向体系自重大、传力路径不清晰的问题,对当前体外预应力加固常用的转向体系进行了分析,结合工程经验,提出了一种优化设计的钢结构转向体系,并利用目前新型的自切底型后锚固系统,将体外束系统与原结构相连,能够大幅降低附加自重。以某工程为例,进行了精细化有限元分析,结果表明,转向器A钢结构受力略大于转向器B,钢结构中最大Mises应力为86. 8 MPa,发生于与混凝土接触的锚固板处,远小于Q420钢材的设计强度380 MPa;变形最大处为0. 21 mm,处于弹性阶段;锚栓最大拉拔力为16 kN,远小于受拉承载能力设计值65. 2 kN。新设计钢转向器整体结构处于弹性阶段,具有较高的安全储备,能够保证体外预应束有效应力的传递,可以用于本工程应用。     

三跨钢-混混合连续梁桥结合段传力性能研究

G318国道长桥大桥主桥为三跨钢—混混合连续梁航道桥,该桥钢—混结合段在预应力混凝土箱梁侧预埋钢接头与钢箱梁焊接.为研究该桥钢—混结合段传力性能,采用有限元软件MIDAS FEA建立钢—混结合段有限元模型,对结合面钢箱梁侧腹板、结合部分混凝土及预埋钢板顶底面、钢接头部位进行应力分析.分析结果表明:该桥钢—混结合面钢箱梁侧腹板处于较好的工作状态;钢—混结合部分传力性能良好;钢—混结合部分传力机理为当弯矩荷载传递到钢垫板时,荷载主要由预埋钢接头的上、下缘承担,然后荷载通过钢板传递到混凝土,钢接头中的PBL开孔板及钢横隔板传力作用不明显.     

体外预应力加固混凝土桥的钢结构锚固转向体系研究

体外预应力技术是一项加固既有梁桥的有效措施,而锚固转向体系是体外预应力加固技术中的重要组成部分。针对目前常用的钢筋混凝土锚固转向块的不足,提出一种新型的钢结构锚固转向体系,该体系具有对原桥跨结构的恒载影响小、联接方式可靠、后期影响小、施工快捷、体外预应力设计灵活等特点。工程实践证明,该新型钢结构锚固转向体系安全可靠,也使得体外预应力技术加固混凝土旧桥的设计更加方便、施工更加快捷,效应也非常明显。     

六广河特大桥施工过程张拉索力优化分析

为保证平行钢绞线斜拉索的张拉精度及锚固性能,并提高张拉效率,以跨径为(242+580+242)m双塔双索面叠合梁斜拉桥——六广河特大桥为例,对斜拉索张拉方案进行优化。原方案以消除结构自重为主,兼顾结构受力,但需反复微调,耗时长且不利于锚固安全;优化方案提高了第二次张拉的索力值,减小当前节段湿接缝压应力储备,以控制下一节段钢主梁拼装时当前节段桥面板及湿接缝应力不超限为目标,并将第三次张拉调整时的单根张拉法改为大吨位千斤顶整体张拉。有限元计算及实施效果显示:采用优化后的张拉方案,施工过程及成桥后主梁应力及线形、斜拉索索力及桥塔偏位均满足规范要求,相对于原方案工期提前40d。     

长门特大桥塔梁墩固结区局部构造设计参数分析

长门特大桥主桥为主跨550m的双塔双索面混合梁斜拉桥,H0梁段与桥塔塔柱及下横梁整体浇筑形成塔梁墩固结体系,其局部构造和受力模式均较复杂。为研究该桥塔梁墩固结区应力分布情况及设计参数的影响性,指导设计优化,采用ANSYS有限元软件建立该桥塔梁墩固结区局部结构实体模型,分析固结区的应力,以及固结区几何构造参数和横向预应力钢束、U形预应力钢束等配筋参数对固结区受力性能的影响。结果表明:塔梁墩固结区局部应力均在规范容许范围内;塔梁墩固结区主梁顶板、下横梁底板厚度等参数变化对其局部应力分布影响较小;等倍数整体调整预应力钢束中的钢丝数目将增大较大拉应力分布范围,原设计预应力配筋参数合理;为便于施工、减小较大拉应力分布范围,可去除人洞处的U形预应力钢束,在间距较大处增加钢束,作为优化设计方案。     

高海拔大温差环境钢—混组合梁温度效应研究

因材料导热系数的显著差异，高海拔地区钢—混组合桥梁可能出现超出规范的环境温度效应。针对拟建藏区某40 m跨径简支钢—混组合梁桥，通过热—结构耦合分析，研究了环境因素作用下的温度场以及结构温致效应，并对桥梁结构选型提出了建议。研究表明，在高海拔环境中，钢—混凝土组合梁存在较大温差梯度，且温差值、温差曲线与现有设计规范存在一定差异；环境温度下混凝土板应力分布极不均衡，温致拉应力超过材料抗拉强度；温致应力峰值多位于钢—混交界面，此处易成为结构薄弱环节；钢箱组合梁箱内、外混凝土应力水平差异较大，且温致结构竖向变形较大，从结构温致效应角度推荐采用钢板组合梁。