本谷桥的设计与施工：采用悬臂架设施工法的波纹形钢腹板预应力混凝土箱梁

介绍日本本谷公路桥，一座用波纹形钢板作腹板的箱梁桥，波纹形钢腹板桥结构特点，纵向设计，桥面设计的研究，以及压屈与剪切的研究，最后介绍了混凝土桥面与钢腹板结合部的设计及施工概要。     

波纹腹板开孔对预应力钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

桥梁工程中为了方便工程检修与管线布设,经常在梁腹板上开孔。为研究腹板开孔对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,按照完全抗剪连接设计了2片承受两点对称集中荷载作用的预应力波纹腹板钢-混凝土简支组合梁,其中一片是预应力波纹腹板开孔组合梁,另一片是预应力波纹腹板无孔组合梁;采用ISO834国际标准升温曲线对其进行了恒载升温耐火试验,同时采用有限元软件ABAQUS对其进行了数值研究。研究结果表明:高温下2类预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁均在剪弯区发生剪切屈曲;在截面尺寸和跨度相同条件下,承受相同的绝对荷载时,腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于后者在临界状态下抗弯刚度降低,抗火性能下降;在高温作用下,腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于腹板未开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,预应力拉索的效率更高,下降速率更慢;腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁,在升温后期其滑移曲线发展速率略高于腹板未开孔钢-混凝土组合梁;对于腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,在未出现腹板局部屈曲截面上,腹板分担的剪力可达截面总剪力的78%;开孔截面的总剪力几乎完全由混凝土板承担;临界状态下钢梁腹板正应力略高于常温下的腹板正应力水平。     

波纹钢腹板组合梁的发展及应用

为了有效提高大跨径桥梁的经济性和耐久性,优化桥梁结构设计,介绍了波纹钢腹板的构造特点,分析了波纹钢腹板箱梁的受力特点,对比了波纹钢腹板组合梁与一般梁的优缺点。     

波纹钢腹板预制节段箱梁在大型桥梁建设中的应用与研究

随着我国桥梁建设的快速发展,桥梁结构在满足安全稳定性的同时,更加注重结构的整体美观。波纹钢腹板作为一种新型的桥梁结构形式,有效地利用了混凝土顶底板的抗压性、波纹钢腹板的抗剪性,明显提高桥梁结构的整体抗剪性能与结构稳定性。本文研究结合波纹钢腹板预制施工的过程控制,对波纹钢腹板施工的精准定位、节段箱梁钢混结合处的止浆以及对结构整体变形控制等施工关键技术进行研究,提高波纹钢腹板预制节段箱梁机械化安装的施工效率。     

波纹钢腹板剪切屈曲性能的参数研究

波纹钢腹板梁与采用平面腹板的传统钢板梁相比，在用钢量相同的情况下，具有更大的抗剪屈曲能力。目前的一些标准和规范，如欧洲规范，给出了确定波纹腹板梁抗剪屈曲承载力的设计方法。本研究利用ANSYS软件进行非线性有限元分析，对波纹腹板的抗剪屈曲能力开展了参数研究，并验证了欧洲规范计算公式的准确性。结果表明，波纹腹板的抗剪屈曲能力随着腹板厚度、腹板高度、波纹角度、波纹深度和沿梁跨波纹数的增加而增加，随着波纹宽度的增加而降低；欧洲规范公式的精度对于梯形波纹腹板是合适的，但对于使用三角形或矩形波纹腹板的梁，则必须加以修正。     

钢混组合梁力学性能的研究

由于钢混组合梁形式较多,选取波纹钢腹板与平钢腹板组合槽形梁为研究对象，对两种形式的组合梁进行力学性能对比分析；以某试验梁为依托，建立平钢腹板和波纹钢腹板2种腹板形式的实体有限元模型并对其进行破坏加载，比较两者的截面应变分布、荷载-位移曲线、刚度，并对钢腹板全过程力学行为进行分析。结果表明：波形钢腹板对强度的影响并不明显，但平钢腹板极易出现屈曲破坏状态；波纹钢腹板混凝土槽形组合梁、平钢腹板混凝土槽形组合梁荷载-位移曲线总体上均具有显著的弹性阶段、弹塑性阶段、弱化阶段；平钢腹板组合梁在弹塑性阶段位移增长较快，弱化阶段强度下降速率较快；加载过程中，刚度、Mises应力均小于波形钢腹板。     

钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥的发展及其应用现状

介绍了钢腹板混凝土组合箱梁的发展过程，并着重介绍了波形钢腹板混凝土组合箱梁的结构特点，以及在设计和施工中应注意的问题，最后结合国外已建成的桥梁实例，阐述了钢腹板混合凝土箱梁在桥梁建设中的应用现状。     

波纹钢腹板组合箱梁的抗剪受力性能

以某跨径为40 m的波纹钢腹板预应力组合梁桥为原型,根据相似理论设计制作了缩尺模型试验梁。通过测试模型梁在静力荷载作用下的挠度和应变,研究了该桥型的抗剪受力性能。采用有限元方法研究了波纹钢腹板的整体尺寸、波纹板厚度、波折角度、波纹板高度和平板宽度等对波纹钢腹板构件非线性剪切屈曲性能的影响。另外,对Hamilton所做的波纹钢腹板剪切屈曲试验结果进行了回归分析,给出了波纹钢腹板局部屈曲强度的半经验半理论计算公式。结果表明:混凝土顶板和底板承担了大部分弯矩,波纹钢腹板主要承担剪力,且剪力沿波纹板高度方向均匀分布。     

波纹钢腹板体外预应力箱梁桥的发展与展望

介绍了波纹钢腹板体外预应力箱梁的发展历史、国内外关于波纹钢腹板体外预应力箱梁的研究现状及已经取得的研究成果。分析了波纹钢腹板体外预应力箱梁的结构特点、理论计算方法、与普通预应力混凝土箱梁桥的区别以及在桥梁工程中应用的优势。最后,结合我国实际情况提出这一结构需要进一步研究的问题,包括波纹钢腹板的拼装工艺、与箱梁的剪力连接构造、波纹钢腹板体外预应力箱梁的疲劳性能研究及动力性能研究等等。     

腹板形式对箱形梁桥体外预应力效率及经济性影响的研究

为对比混凝土腹板、平钢腹板及波纹钢腹板3种腹板形式对箱形梁桥体外预应力效率及经济性的影响,通过卡式定理推导验证了波纹钢腹板箱梁桥纵向刚度小于混凝土腹板箱梁桥及平钢腹板箱梁桥。基于推导结果,在预应力作用下,波纹钢腹板预应力效率应高于其他两种腹板形式箱梁桥。该文设计了3座配束相同、腹板形式不同的简支箱梁桥,利用有限元软件Ansys分别建立了有限元模型,计算了沿梁纵向1/4、1/2及3/4共3个截面的预应力效率。结果表明:波纹钢腹板预应力效率最高。通过比较3种腹板箱梁桥的初始费用及寿命周期成本现值,波纹钢腹板箱梁桥的寿命周期成本现值最低,经济性最优。     

波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的设计计算分析

针对目前国内跨度最大的波纹钢腹板预应力组合箱梁桥——三道河中桥,对其箱梁主体、波纹钢腹板、剪力连接键及预应力布置等方面的设计及构造细节进行了介绍;并采用ANSYS建立了其空间有限元模型,参照现行的桥梁设计规范对其设计计算过程中的截面受力、波纹钢腹板的受力、剪力连接键的抗剪能力以及主梁变形等关键性问题进行了详细的阐述。计算结果表明,在正常使用极限状态下,混凝土顶底板的应力、波纹钢腹板剪应力及主梁挠度满足要求,且波纹钢腹板不会在其发生剪切屈服之前而发生局部屈曲、整体屈曲或合成屈曲破坏;在承载能力极限状态下,主梁承载能力满足要求;剪力连接键的抗剪能力满足要求且具有较大的安全储备。可为今后波纹钢腹板预应力组合梁桥的设计计算提供参考。     

波纹钢腹板组合结构抗剪连接件疲劳分析

波纹钢腹板预应力组合箱梁是一种新型的桥梁结构形式,由混凝土顶底板、体外预应力束和波纹钢腹板构成,是对传统的混凝土桥梁的一种改进。波纹钢腹板组合箱梁桥的疲劳,尤其是连接件的疲劳是设计时必须考虑的重要问题。文中基于某波纹钢腹板预应力连续刚构桥,采用BS5400的疲劳设计方法分别建立整体模型和局部模型分析了剪力件的应力历程,对该桥剪力连接件焊缝进行疲劳验算,介绍了疲劳分析的基本方法,证明了该桥剪力连接件在设计基准期内不会发生疲劳破坏。     

波纹钢腹板组合箱梁桥应力集中系数分析

为进一步深化现有波纹钢腹板组合箱梁桥应力集中效应研究理论,优化现有工程设计,以某波纹钢腹板组合箱梁桥为工程背景建立节段空间有限元模型,分别对腹板与顶底板倾角、波纹钢腹板尺寸参数等进行分析。通过多组设计参数,研究应力集中变化情况,找出不同设计参数对应力集中的影响规律,并进行相应的敏感性分析。     

波纹钢腹板混凝土箱梁动力特性研究

采用sap2000建立了波纹钢腹板混凝土箱梁的空间有限元模型,并通过与波纹钢腹板混凝土试验箱梁实测值的对比验证了有限元模型的适用性,进而分析了波纹钢腹板结构参数对梁动力特性的影响规律。分析结果表明,波纹钢腹板厚的增大能在一定程度上提高箱梁的振动频率,尤其是扭转振动频率;波纹钢腹板折叠角变大时,其对竖向振动频率和横向振动频率影响较小,但能较大地提高扭转振动频率;波纹钢腹板水平面板宽度的变化使波纹钢腹板箱梁的竖向振动频率、扭转振动频率、横向振动频率都是先增加后减小,因此存在最优板宽范围,但不宜过大。     

波纹钢腹板组合结构桥梁地震反应的参数影响分析

以一座单箱单室三跨波纹钢腹板组合结构桥梁为研究对象,利用有限元软件Midas Civil建立波纹钢腹板组合结构桥梁的动力分析模型,通过大量分析计算,分别详细讨论了滑动支座摩阻系数、墩高等参数对波纹钢腹板组合结构桥梁桥墩及主梁地震反应的影响程度及规律。为同类桥型的抗震设计提供参考。     

波纹钢腹板组合箱梁疲劳试验

在总结分析国外波纹钢腹板组合梁疲劳试验研究成果的基础上,采用美国MTS电液伺服加载系统,对3片波纹钢腹板组合箱梁试验梁进行了疲劳试验,并对波纹钢腹板组合箱梁的应变、挠度变化规律进行了分析。结果表明:波纹钢腹板疲劳残余应变随疲劳加载次数的增加而增加,变化规律比混凝土顶、底板的变化规律明显;波纹钢腹板组合箱梁混凝土顶、底板及波纹钢腹板的刚度在疲劳荷载作用下下降不明显,不足以对梁的受力产生明显影响;随着疲劳加载次数的增加,截面应变沿梁高方向的分布变化不大,而且基本保持直线;对波纹钢腹板组合箱梁采用基于平截面假定的承载能力计算方法是可行的。     

大跨度波形钢腹板梁桥施工线形分析研究

针对大跨度波形钢腹板施工控制困难,结构复杂,温度敏感,施工要求严格,施工控制难度大,技术应用缺乏有效借鉴等不利因素,以我国在建的广东某大桥工程为背景,系统研究了波纹钢腹板PC梁桥施工全过程线形变化过程。通过现场实测和理论计算对比分析线形、应力监测与调整方法,总结出影响施工控制的主要因素和有效措施,为今后类似桥梁设计提供参考价值。     

波纹钢腹板混凝土箱梁的扭转振动分析

在分析箱梁扭转振动的基础上,根据波纹钢腹板混凝土箱梁的特点,推导了波纹钢腹板混凝土箱梁扭转振动的理论计算方法,并考虑了横隔板对扭转振动的影响。制作了波纹钢腹板混凝土箱梁模型,对其进行了动力试验和详细的空间有限元分析,并采用所推导的理论计算方法进行了计算。对理论分析结果、有限元数值计算结果以及动力试验结果的对比表明:推导的理论计算方法具有较高的精度;在波纹钢腹板混凝土箱梁跨内合理设置横隔板能够有效提高箱梁的抗扭刚度,改善其动力性能。     

波纹腹板H形钢梁承载力的参数化分析

采用ANSYS有限元软件对波纹腹板H形钢梁进行参数化分析,通过对比不同腹板厚度、波纹板宽、波纹倾角和材料强度对钢腹板承载能力和失稳的影响,为设计和下一步研究提供参考。     

波纹钢腹板剪切屈曲分析中初始缺陷的模拟和影响程度分析

通过非线性有限元方法分析波纹钢腹板剪切屈曲极限荷载和屈曲模态,采用一致缺陷模态法模拟波形尺寸缺陷,钢板厚度缺陷则通过钢板厚度分布函数对单元厚度的修正来引入。分析结果表明过大的波形尺寸缺陷会降低波纹钢腹板的剪切屈曲极限荷载,而波纹钢腹板对因钢板厚度缺陷而引起的过早屈曲要大大优于平钢腹板,微小的厚度缺陷对波纹钢腹板的剪切屈曲极限荷载影响很小。