高性能钢管混凝土组合桁梁桥

提出一种新型桥梁结构形式——高性能钢管混凝土组合桁梁桥。从结构性能方面阐述该组合桁梁桥高效传力机制、高性能结构构件及节点力学性能,从预制件划分、存放、运输、拼接方面阐述组合桁梁桥高效装配施工性能,从防灾性能方面对组合桁梁桥与混凝土梁桥进行抗震性能有限元对比分析,从耐久性能、可维护性能及环保性能方面论述组合桁梁桥良好的服役性能。结果表明：高性能钢管混凝土组合桁梁桥各杆件受力明确,杆件材料利用率高,结构刚度大,当结构跨径达到80 m时,用钢量指标仍在400 kg·m^-2以下;PBL加劲型等宽钢管混凝土节点可有效改善节点传力性能、静力破坏模式及抗疲劳性能;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件可改善钢混界面传力及钢管局部屈曲性能,有效提高构件承载力;组合桁梁桥主桁单元、桥面板单元、桥墩单元可在工厂标准化生产,预制构件单元质量可控,现场装配速度快,施工周期短;与混凝土箱梁桥相比,组合桁梁桥结构体系地震响应内力下降显著,反应谱分析中纵桥向墩底弯矩与剪力下降达94.0%、81.2%,时程分析中纵桥向墩底弯矩下降达91.6%;采用可更换桥面板构件、桥墩系梁构件使组合桁梁桥全寿命周期性能优异。可见,矩形钢管混凝土组合桁梁桥是一种装配式高性能桥梁结构体系,可为中国中等跨径公路装配化桥梁设计提供参考。     

矩形钢管混凝土组合桁梁连续刚构桥实桥试验

为了研究矩形钢管混凝土组合桁梁桥这种主梁由矩形钢管混凝土桁架和混凝土桥面板组成的新桥型的力学性能,以中国首座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为对象开展了实桥试验。试验桥孔跨布置为24 m+40 m+24 m,结构体系为连续刚构。试验采用400 kN加载卡车3辆,共进行了3个荷载工况12个加载步的加载,对试验桥的整体力学性能、矩形钢管混凝土杆件力学性能以及桥面板有效宽度进行了研究。试验结果表明：在荷载效率为1.90~3.05的超载工况下各控制杆件的轴力-应变及荷载-位移实测数据线性关系显著,试验桥在加载过程中始终处于良好的弹性工作状态;实测受压钢管混凝土下弦杆钢管与管内混凝土荷载的分配符合二者的轴向抗压刚度比例关系;由于矩形钢管混凝土管壁内设置了纵向PBL加劲肋（开孔钢板加劲肋）,其在开孔区域形成混凝土榫,大幅提高了矩形钢管混凝土杆件的抗拉刚度,使其可达受压杆件刚度的80%;两主桁之间桥面板实测有效宽度与既有文献研究结果符合良好,且剪力滞效应在节点处比节间处表现得更为明显。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土组合桁梁桥设计

高速公路跨线桥黄延桥为(24+40+24)m连续刚构体系PBL加劲型矩形钢管混凝土组合桁梁桥。该桥主梁采用矩形钢管桁架和混凝土行车道板构成的组合桁梁;桥墩采用Y形双肢矩形钢管混凝土树状桥墩,下设菱形承台+钻孔灌注桩基础。在负弯矩区下弦杆和Y形桥墩的矩形钢管内设置PBL纵肋并灌注混凝土,形成PBL加劲型矩形钢管混凝土断面,以提高杆件承载力、改善受压钢管局部屈曲性能。为提高该桥PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的承载力、改善节点的失效模式,采取主管内灌注混凝土和支管与主管同宽两项优化措施。混凝土桥面板通过上弦闭口PBL开孔预埋钢板连接件与主桁相连。桥墩通过纵、横向呈方格网络集中布置的PBL开孔钢板与承台固结。     

冲刷作用下钢管混凝土拱桥地震易损性分析

地震和冲刷是导致桥梁发生损伤的两类主要自然灾害,为保证桥梁的抗震性能,有必要对冲刷作用下桥梁的地震易损性进行研究。分析了桥梁地震易损性理论与冲刷深度的计算方法,运用有限元软件建立了某一钢管混凝土拱桥的数值模型,根据地震易损性理论确定了各损伤状态下的损伤指标,建立了不同冲刷深度下的地震需求响应概率模型,进而得到了该拱桥拱肋和主梁的易损性曲线,并分析了冲刷深度与地面峰值加速度变化对拱肋和主梁地震易损性的影响。研究表明：桥梁拱肋和主梁在各损伤状态下的损伤概率均随着地面峰值加速度的增大而呈现非线性增加,其增速为先变快而后变缓;当地震峰值加速度较小时,冲刷深度的变化对于损伤概率几乎无影响,但当其大于某一临界值时,冲刷深度越大,拱肋和主梁发生损伤的概率显著提高;当冲刷深度和地震峰值加速度一定时,桥梁拱肋和主梁的损伤概率随着损伤程度的增加而减小。     

新型矩形钢管混凝土组合桁梁桥结构形式与绿色建造

随着国家践行“双碳”战略和工业化建筑时代的到来,桥梁作为生命线节点工程正在向着装配化、工业化的方向大步迈进,而钢管混凝土组合桁梁桥作为一种高性能组合结构桥梁形式在承载性、承灾性及装配化等方面具有优势,融合“工业化建造”“绿色建材”理念是实现钢管混凝土组合桁梁桥绿色建造的有效手段。为此,从高传力体系、高承载力结构构造及高承载力节点构造等方面阐述了矩形钢管混凝土组合桁梁桥的构造优势,证明其是一种高承载性能桥梁结构形式,从高韧性与高经济性方面进一步论述了矩形钢管混凝土组合桁梁桥的优势所在,并就抗震性能、工程经济性与常规混凝土梁桥进行类比;而后从全预制件装配单元、预制件现场快速拼装角度阐述了矩形钢管混凝土组合桁梁的工业化建造理念,提出与快速拼装相适应的构造措施,并对具有绿色高强优点的碱激发UHPC混凝土应用于钢管混凝土组合桁梁桥进行了构思和设想;最后通过典型工程实践证实了钢管混凝土组合桁梁桥具有轻质高强、力流传递明确的显著特征和高效的装配建造性能。     

曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥大修改造方案设计

某环城快速路上的跨铁路编组站大桥是一座曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥,由于近年来交通量的增加和车辆超载,主桥结构各构件存在不同程度的损伤。针对该桥的病害及桥位环境,该文提出4种改造方案,经过比选,最终确定了一套系统性的大修改造设计方案,包括桥面系整体改造,上弦杆、腹杆、下弦杆等局部加强等。有限元分析表明:采用的大修改造方案效果显著,预期能达到修复桥梁现有病害、提载及行车道改造的目的。     

曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥加固方案研究

郑州市北三环路彩虹桥为(122+62+62+122)m简支曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥,为改善其目前运营服务能力,提出6种加固改造方案,针对各加固方案进行仿真计算分析。计算结果表明:简支变连续体系改造使主桁端部出现应力集中现象,不适用于该桥改造;在改造横撑的基础上增设跨中吊杆是减小横梁跨中相对变形的有效途径;增设边纵梁和外吊杆可有效改善横梁悬臂端变形,提升悬臂段桥面承载力;增大腹杆截面可明显提高62m跨径桥梁的整体刚度和横梁局部刚度,有效降低腹杆的应力幅;加强纵向预应力可有效降低桥梁的下弦杆变形,但对横梁相对变形影响不大。综合运用横撑改造、增设跨中吊杆和外吊杆、增大腹杆面积、加强下弦杆纵向预应力等几种改造措施使桥面变形明显改善,62m跨径桥梁整体结构刚度得到有效提高,腹杆最大应力显著降低,上弦杆最大应力仍有足够的安全储备。     

钢-混凝土组合桥梁承载力可靠度分析

根据编制中国<钢-混凝土桥梁设计与施工细则>的需要,对钢-混凝土组合桥梁中组合梁的承载力进行了可靠度分析,其中承载力包括抗弯承载力、纵向抗剪承载力和竖向抗剪承载力.利用最大熵函数构造的凝聚函数,将分段表达的抗弯承栽力和纵向抗剪承载力集成为一个计算公式,进而计算了钢-混凝土组合梁抗力的统计参数.给出了材料分项系数γ5取1.1、1.15和1.2时3种抗力统计参数的计算结果,其中车辆荷载按汽车一般运行状态和密集运行状态2种情况考虑.可靠度分析结果表明:组合梁抗弯承载力和纵向抗剪承载力的可靠指标比较接近,当γ5=1.15时,一般运行状态可靠指标在5.0～5.9之间,密集运行状态可靠指标在5.4～6.5之间;竖向抗剪承载力的可靠指标较小,当γ5=1.15时,一般运行状态可靠指标在4.1～5.0之间,密集运行状态可靠指标在4.0～5.5之间.     

80m钢-混凝土组合桁梁钢结构制造安装技术

某80 m钢-棍凝土组合桁梁的上弦杆采用钢筋混凝土结构,下弦槽型板采用预应力钢筋混凝土结构,腹杆和横撑为钢结构,腹杆节点(耳板)直接埋入上弦杆和下弦槽型板中,与其中钢筋采用剪力件连接.钢箱腹板和盖板间II级棱角焊缝采用埋弧焊焊接,耳板与钢箱盖板间I级对接焊缝采用手工电弧焊定位,CO2气体保护焊打底,埋弧焊焊接.耳板联接...     

不同相位差地震作用下钢管混凝土拱桥减震研究

强震发生时大跨度钢管混凝土拱桥地面各支承处所受激励并不相同,按多点激励的模式进行地震反应分析较为合理.通过ANSYS建立三维有限元模型,以某99 m跨径的钢管混凝土拱桥为分析对象,在其拱脚设置粘滞阻尼器,考虑不同相位差行波效应进行地震响应分析,研究设置粘滞阻尼器的减震效果以及粘滞阻尼系数对减震效果的敏感性.     

钢管混凝土拱梁组合桥设计安全性研究

以一座钢管混凝土拱梁组合桥为背景工程,基于荷载试验建立基准有限元模型,对钢管混凝土拱肋与吊杆等构件设计安全性开展分析。研究结果表明:荷载试验各工况下,结构响应测试值均小于理论计算值,拱梁组合桥具备足够承载力承受运营荷载作用;2本不同规范下钢管混凝土拱肋整体截面承载力存在差异,GB国标计算安全度大于JTG行标;在2根吊杆连续断裂情况下,拱梁组合桥依然保持安全性,其中以跨中同侧2根长吊杆连续断裂最为不利。     

变截面钢-混凝土组合连续桁梁桥设计与施工

钢桁架-混凝土组合桥梁是组合结构桥梁的一个重要分支。虽然我国起步较晚,钢桁架-混凝土组合桥梁更是少之又少,但该结构经济效益佳,并能兼顾美学功能,因此在国内具有广阔的发展空间。现以北京顺于路西延跨温榆河桥为例,总结变截面钢-混凝土组合连续桁梁桥的设计、建造要点,并提出措施优化设计、施工。     

基于响应面法的钢管混凝土组合桁梁桥多尺度有限元模型修正

为建立适用于钢管混凝土桥梁的高效、高精度有限元分析模型,提出一种基于响应面法的全桥多尺度有限元模型修正方法。首先以一座钢管混凝土组合桁梁桥为工程背景建立包含全桥、组合桁梁桥面板以及钢管混凝土桁架杆件3个尺度的ABAQUS全桥多尺度有限元模型。在考虑钢管混凝土结构的特点和施工误差的基础上选取桥面板混凝土弹模、厚度,桁架弦杆内混凝土弹模,钢材弹模以及加载车辆荷载5个影响因素作为待修正参数;根据实桥试验条件选择中跨跨中挠度、下弦空管弦杆应力、墩顶钢管混凝土弦杆应力、墩顶受压腹杆应力以及桥面板顺桥向应力5个目标函数。其次采用中心复合设计方法生成了待修正参数的样本集,并将每组参数样本代入有限元模型进行计算。进而采用响应面法建立待修正结构参数和目标函数的2次多项式函数关系,结合参数显著性分析得到响应面方程。最后结合实桥试验结果对多尺度有限元模型3个尺度上的结构参数进行同步修正。结果表明：修正后的参数变化情况与依托工程的实际施工情况相符;采用修正后的参数建立的多尺度有限元模型计算值与实桥试验结果吻合良好;修正后的有限元模型具有较高的精度,可真实反映实际工程中桥梁结构的受力状态。该修正方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。     

敞开式钢管-混凝土桁架组合桥参数敏感性分析

为了更好地进行施工过程控制,对一座敞开式钢管—混凝土桁架组合桥进行参数敏感性分析,详细分析了结构受力特性对主桁架刚度、温度效应及混凝土收缩徐变等因素的敏感性,旨在掌握各参数对结构受力性能的影响。研究结果表明,温度效应与收缩徐变对结构影响较大,主桁架刚度和桥面板厚度对结构有一定影响,横梁对结构影响较小。研究结果可为敞开式钢管-混凝土桁架组合桥的设计和施工提供参考。     

地震荷载作用下钢管混凝土拱桥的动力稳定分析方法

随着钢管混凝土(CFST)拱桥极限跨径不断被刷新,拱肋作为其主要承压构件,其结构趋于细长化,稳定问题日益突出。针对钢管混凝土在地震激励下的动力稳定问题展开了研究,针对钢管混凝土拱结构的静、动力失稳特点,提出了适用于随机动力荷载作用下动力稳定的高效分析方法,并以既有的地震台试验研究为例,对CFST拱进行了抗震稳定分析,并对拱肋的截面、几何、结构等参数进行了敏感性分析。研究发现：CFST拱的动力稳定性对几何参数的变化最为敏感,在大跨度拱桥的设计中,应充分考虑初始缺陷的影响。当CFST拱的矢跨比为1/4时其抗震性能最佳。     

行车荷载作用下水泥混凝土路面力学性能分析

采用有限元方法,建立计算模型,对行车荷载作用下水泥混凝土路面的力学性能进行了研究,重点分析了面层、基层和土基强度、面层厚度及车辆荷载等不同参数对路面力学性能的影响。     

桥梁钢管混凝土主梁的试验分析

基于试验分析揭示一类钢管混凝土和组合叠加在其上的混凝土桥面板联合承载的力学机理,对于分析和评估工程施工中钢管混凝土竖向架设的情况也有一定的参考价值。试验研究主要包括结构设计、试件制作及加载测试至破坏等几个环节。还结合弯矩曲率法预测结构的极限承载能力,预测结果与试验结果完全相符并具有良好的精度。试验分析表明,结构具有良好的塑性特性,能始终保持一定的强度,应用于梁桥结构是可行的。     

方形FRP-混凝土-钢管组合柱约束模型对比分析

介绍国内大件荷载公路中大跨悬浇连续梁的设计理念、计算思路,分析了不同荷载对于桥梁结构设计的影响。     

大跨度钢管混凝土拱桥地震反应分析

利用有限元法分析大跨度钢管混凝土拱桥的地震反应,考虑了剪切变形的影响,用子空间迭代法分析了其振动规律和动力特性,应用反应谱法和时程分析法分析了该拱桥的地震反应,得出了一些有价值的结论.     

中承式钢管混凝土拱桥地震易损性分析

为了研究中承式钢管混凝土拱桥的地震易损性,基于国内工程实际和统计资料对拱桥相关参数进行取值,使用超拉丁法抽样形成桥梁样本,从太平洋地震工程研究中心数据库选取符合我国地质条件的地震记录作为地震动样本,对桥梁和地震样本进行配对;使用数值方法模拟相关动力响应,根据基于变形或内力和积累耗能的双重破坏准则判断其破坏状态。通过概率分析得到桥梁关于峰值加速度(PGA)的易损曲线和关于地震震级、震源距离的易损曲面,为地震风险评估抗震加固提供了理论依据。