西江特大桥钢-混结合段模型试验研究

新建广州南沙港铁路西江特大桥跨西江主桥为(2×57.5+172.5+600+4×57.5)m混合梁斜拉桥,主跨600 m跨越西江。钢-混结合段是钢箱梁与混凝土箱梁的连接点,也是混合梁斜拉桥的施工关键控制点。其施工质量直接关系到全桥的刚度、过渡段平顺性及应力传递的可靠性。为确保西江特大桥钢-混结合段混凝土浇筑工艺的可靠性并有效保证钢-混结合段混凝土施工质量,在实体工程施工前现场进行了1:1的模型试验,重点对试验模型的结构设计和制作、混凝土配合比的设计与优化、混凝土的浇筑工艺以及试验结果分析等进行了阐述,进一步完善了钢-混结合段混凝土浇筑工艺试验的做法,为将来类似斜拉桥钢-混结合段施工工艺提供了经验借鉴。     

混合型自锚式悬索桥连接部位传力研究

某大桥是目前世界上最大跨径的钢与混凝土混合梁自锚式悬索桥,主跨350 m,钢-混结合段是该桥设计的关键技术之一。介绍了目前国内外混合梁主要的结合形式,针对大桥钢-混结合段设计制作了1∶4缩尺模型,并进行有限元分析和试验,研究了钢-混结合段的位移、附近区域的应力分布、结合面处钢与混凝土之间的相对滑移以及混凝土梁表面的裂缝发展。结果表明:钢-混结合段构造合理,刚度过渡平缓匀顺,传力顺畅,结合可靠,有很强的承载力;结合段采用的新型剪力连接件PBL键连接可靠,作用牢固。试验为该桥设计提供了依据,并可为类似设计提供技术储备。     

铁路斜拉桥钢锚箱索塔锚固区力学性能研究

新建杭州至温州铁路楠溪江特大桥主桥为(40.5+79.5+240+79.5+40.5)m双塔混凝土梁斜拉桥,考虑到大跨度铁路混凝土斜拉桥具有自身荷载重及疲劳活载大等特点,本桥采用了内置式钢锚箱型的索塔锚固形式来保证索塔锚固区受力的安全性与可靠性,通过对锚固体系构造与有限元计算分析表明:内置式钢锚箱型组合索塔锚固体系受力合理,传力途径明确;斜拉索水平荷载传递时各节段钢锚箱承担比例较高,较好地发挥了钢结构抗拉性能强的特点;索塔锚固区混凝土塔壁与钢锚箱构件各应力计算指标均满足规范设计要求,钢构件可通过工厂进行加工组装,施工质量得到保证,可为类似大跨度铁路桥梁设计提供参考。     

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1:3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究.结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面...     

铁路斜拉桥钢混结合段的收缩徐变行为分析

基于甬江特大铁路斜拉桥工程,运用Fortran语言对Ansys有限元软件进行二次开发,数值模拟出核心混凝土的收缩徐变作用,并在此基础上深入研究收缩徐变对钢混结合段应力分布规律和传力机制的影响;提出了承压板传力率、钢混结合段传力斜率、钢混结合段传力不均匀度等衡量钢混结合段传力性能的指标,并评价了收缩徐变对钢混结合段受力行为的影响。研究结果表明:考虑混凝土收缩后钢结构应力增大1倍,混凝土应力减小1/2;考虑3年徐变后,钢壳体应力为瞬时应力的1.9～2.47倍,混凝土应力为瞬时应力的0.13倍;收缩、徐变作用均改变了钢混结合段的传力模式,考虑收缩、徐变后传力不均匀度分别增加了0.13、0.44,钢混结合段端部剪力连接件剪力最大增长幅度分别为75%、150%。     

斜拉桥箱梁钢-混结合段受力的试验研究

研究目的:研究大跨度桥梁工程中钢箱梁与混凝土箱梁结合部的应力、应变及其变化规律,探讨结合段的传力机理,为实例桥梁工程的钢箱梁和混凝土箱梁结合部的设计方案和构造处理提供理论和试验验证的依据.结合某大跨度斜拉桥梁工程设计实例,设计并制作斜拉桥主梁钢-混结合段试验模型,对试验模型进行静力试验,利用ANSYS建模进行有限元计算,对静力试验结果与有限元分析计算结果进行对比分析.研究结论:通过对钢-混结合段受力的研究分析表明:只要设计方案合理,构造处理恰当,钢箱梁-钢-混结合段-混凝土箱梁沿纵向刚度过渡就平稳,预应力施加作用明显,钢板与混凝土节点位移耦合;试验结果验证各测点实测结果与计算值吻合较好,说明有限元分析能较好地模拟钢-混结合段模型实际加载及受力情况.     

铁路混合梁斜拉桥钢混结合段研究综述

针对铁路大跨度混合梁斜拉桥的钢混结合段,从发展历程、结构构造形式、结构参数、结构受力特性、剪力连接件受力状况、传力机理、疲劳受力特性等方面,阐述其发展动态、研究现状、研究成果及存在的问题.钢顶底板插入混凝土段的剪压式结合段成为工程实用的主要形式,其发展的趋势是长度缩短、构造简化、整体构造进一步优化、布置位置更灵活.结合...     

钢-混凝土混合结构在大跨度连续刚构桥中的应用

重庆石板坡公路长江大桥采用填充混凝土后板式钢—混凝土接头。在轴力、弯矩和剪力的作用下,钢—混凝土接头处将产生轴向压应力、拉应力和剪应力。压应力由承压板及PBL剪力键共同传递,拉应力、剪应力主要由PBL剪力键传递。计算得到钢—混凝土接头的最不利荷载组合内力。在钢—混凝土接头附近截取18m长的1个梁段,将混凝土与贯穿钢筋进行耦合、贯穿钢筋与PBL板进行耦合,采用实体单元、板单元和梁单元,建立钢—混凝土接头有限元模型,利用有限元软件ANSYS进行仿真分析,得到钢—混凝土接头各部分的应力分布。结果表明:结构各构件在设计荷载下并未出现超出材料强度的应力峰值;剪力主要靠腹板上的PBL剪力键传递;有效的预应力体系是钢—混凝土接头可靠性的根本保证。     

铁路刚构-连续混合梁桥钢-混结合段合理构造参数研究

以主跨216 m杭温铁路永嘉右行线跨甬台温特大桥为背景,研究铁路钢-混结合段的力学性能及传力机理,并讨论该桥钢混结合段的合理构造参数.采用ANSYS软件建立其钢-混结合段局部有限元模型,分析结合段中钢与混凝土内力的分配情况,并对影响其传力分配的构造参数进行探讨.结果表明:结构纵向受力板件处于受压状态,钢梁应力沿结合段逐...     

波纹钢腹板矮塔斜拉桥结构静动力分析

通过建立有限元模型对波纹钢腹板矮塔斜拉桥以及钢筋混凝土梁矮塔斜拉桥进行了静动力性能分析,对比了两者在移动荷载作用下主梁内力、主梁挠度、主塔内力、拉索内力以及结构自振特性的区别。研究结果表明:矮塔斜拉桥结构整体受力性能接近于连续梁;将钢筋混凝土梁替换成波纹钢腹板后,矮塔斜拉桥主梁刚度降低,主梁承担的荷载效应减少,此部分荷载效应通过拉索传递到主塔结构上,因此整体结构受力特点由主梁依赖型向主梁拉索协同型转变。     

高铁大跨度斜拉桥主梁钢混结合段力学性能研究

为研究4线高速铁路混合梁斜拉桥新型钢混结合段的力学性能，以主跨672 m的安九铁路鳊鱼洲长江大桥主梁钢混结合段为背景，开展局部缩尺静力和疲劳模型试验，并结合有限元分析钢混结合段的应力分布、滑移开裂及疲劳性能。研究结果表明：最不利工况下，结合段钢构件应力沿横向分布不均且边箱处最大，沿纵向在承压板处产生突变，承压板传力作用显著；最大负弯矩工况下，钢构件的实测应力在1.8倍逐级加载过程中均呈线性变化。钢混间最大滑移仅为0.065 mm,结合段钢混间协同变形良好；挠度结果反映结合段具有良好的刚度并整体呈弹性受力状态；混凝土段顶板于1.4倍最大负弯矩加载时开裂，1.8倍加载下裂缝纵向分布形态表明结合段受力优于钢过渡段。活载最不利工况下，边箱顶板处为主要疲劳敏感区域，钢过渡段水平隔板在疲劳165万次后发生开裂，其余钢结构未开裂；混凝土在疲劳50万次后即开裂，但裂后劣化并不显著；剪力钉和PBL连接件抗疲劳性能良好。钢混结合段具有良好的承载能力及抗疲劳性能，传力合理，可为类似结构提供参考。     

铁路混合梁斜拉桥设计创新与实践

研究目的:依托多工点桥梁,本文开展合理成桥状态、关键设计参数、钢混结合段构造、钝形钢箱梁气动选型等理论分析及试验研究,以解决铁路大跨度混合梁斜拉桥荷载重、疲劳活载大、动力性能及刚度要求高等诸多技术难题。研究结论:(1)建立的"塔偏梁拱"合理成桥状态,解决了铁路活载大、恒活比小引起的结构受力不均衡性难题;(2)推导的梁、塔、索关键设计参数解析公式,揭示了结构受力行为及影响规律;(3)采用的钢混结合段梯形填充混凝土连接构造技术,解决了铁路荷载作用下结合段刚度过渡平顺性技术难题;(4)提出的铁路正交异性钢桥面板的疲劳应力解析公式,揭示了疲劳影响因素及规律,首创的加厚加高型V肋改善了铁路钢桥面结构疲劳性能;(5)提出了钝形钢箱梁涡振扭转振幅限值标准;(6)本研究成果可为类似大跨度斜拉桥的设计提供参考。     

混合梁钢-混结合段PBL剪力键的受力性能研究

为研究混合梁钢-混结合段PBL剪力键的受力性能,本文对2类7组共28个插入式试件进行破坏性试验。基于试验结果,对分别采用超高性能活性粉末混凝土(RPC)和C50普通混凝土浇筑的PBL剪力键力学性能、破坏形态及传力原理等进行分析,探讨影响PBL受力性能的主要因素;同时将试验结果与国内外学者提出的PBL承载力公式计算值进行比较,建立孔内榫剪断形式下、考虑开孔钢板与混凝土黏结作用的PBL承载力计算式。结果表明:采用RPC浇筑的PBL剪力键相对采用C50浇筑受力性能得到改善,PBL延性主要受孔内贯穿钢筋变形性能控制,混凝土榫能有效提高PBL的抗剪能力。建立的承载力计算式物理意义明确,计算值与试验值吻合较好,可用于采用RPC或普通混凝土浇筑的混合梁钢-混结合段PBL承载能力的确定。     

铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁力学性能分析

W形腹板箱梁具有典型桁式体系受力特征,更符合单索面斜拉桥的受力要求,目前已在公路桥中推广应用。为指导铁路桥相关设计,通过采用有限元软件建立计算模型,对某铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁设计开展系统分析,研究不同设计参数对箱梁各板件内力的影响、荷载作用下箱梁截面横向受力性能、以及箱梁截面剪力滞效应。研究结果表明,同梁高、不同斜腹板倾角的铁路W形截面顶板、内腹板均受拉,底板与外腹板均受压;随着边斜腹板倾角减小和内腹板倾角增大,顶板、外腹板轴力变大,内腹板轴力减小,底板轴力则基本不变;根据计算分析得到不同位置处的W形截面在铁路荷载作用下,预应力筋合理的布置方式;剪力滞效应方面,荷载作用下,支点及拉索附近的剪力滞效应较为明显,剪力滞系数约为1.1。通过研究,对铁路荷载作用下该种新型截面形式有了系统全面的认识,合理选择截面参数的同时应考虑剪力滞效应以提高结构经济性。     

铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段创新技术

结合甬江左线特大桥主桥工程,论述铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段设计;从钢-混结合段分块、支架体系、组拼和BIM技术应用方面阐述钢-混结合段在设计与施工方面的创新技术,提出钢-混结合段模块组拼施工方法,并利用BIM技术模拟施工工序等,可为同类桥梁设计与施工提供借鉴。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段剪力连接件群力学性能研究

为研究钢-混结合段剪力连接件群的力学性能,根据原桥结合段中典型钢格室设计制作剪力钉和PBL剪力键群足尺试验模型,按照应力等效原则对试验模型进行静力及疲劳加载。试验结果表明:在设计荷载作用下,两种剪力键的应力与应变仍为线性关系;由于群钉效应,靠近施荷端前五排的剪力钉群应力水平较高,PBL剪力键和其余部分剪力钉应力水平较低;疲劳验证和破坏试验后PBL剪力连接件应力水平增大但仍处于弹性受力阶段,靠近施荷端(端部)受力较大的剪力钉已进入塑性受力状态,剪力钉群刚度降低,PBL剪力键传递荷载比例有一定增加;该桥结合段剪力连接件设计安全可靠,可为今后结合段连接键群在实际工程的应用提供参考。     

新型混合连接件双钢板混凝土夹层梁抗弯性能数值模拟

对一种具有新型混合连接件的双钢板混凝土夹层梁(SCS夹层梁)的四点弯曲试验进行了数值模拟。考虑了材料和几何的非线性行为,采用实体单元对结构中的剪力钉、高强螺栓、钢面板、混凝土芯等元件建模,同时考虑剪力钉连接件、高强螺栓以及钢面板和混凝土芯之间的复杂相互作用,建立了双钢板混凝土夹层梁的三维有限元模型,并将有限元计算结果与试验梁的跨中荷载-位移曲线、破坏模式、跨中荷载-应变曲线进行对比,对三维有限元模型的准确性进行了验证。进一步探究了夹层梁的混凝土芯强度、钢面板材料特性对梁抗折性能的影响。结果表明,提升混凝土强度对梁的弹性刚度和承载能力的影响不明显;钢面板特性对梁的弹性刚度影响不大,但可显著提高梁的承载能力。     

深汕铁路特殊结构桥梁设计

深汕铁路建设标准高,地形、地质条件复杂,沿线分布较多道路、河流,桥梁建设条件复杂。文章以深圳水库特大桥高低塔部分斜拉桥和跨厦深铁路特大桥钢-混组合梁2座特殊结构桥梁为例,结合工点实际情况,介绍特殊结构桥梁桥式方案、结构设计、受力分析、指导性施工组织设计,可为复杂建设条件下高速铁路桥梁建设提供借鉴和参考。结论可知：(1)部分斜拉桥结构刚度大、动力特性优、跨越能力强,斜拉索加劲可有效控制混凝土结构的徐变变形,边跨受地形条件限制较小时,可因地制宜选用高低塔方案,高低塔部分斜拉桥可根据具体情况,选择塔-墩-梁固结,既可以增大结构刚度,也可以避免设置超大吨位支座;(2)跨越既有高速铁路,可考虑采用钢盖梁门式墩配合钢-混组合梁,钢盖梁吊装就位,组合梁拼装后横向顶推就位,有效减少对既有高速铁路的影响;(3)门式墩结构主梁采用钢-混组合梁代替预应力混凝土梁,可以显著减少梁部重量,改善门式墩受力,加大门式墩跨度。     

钢—混凝土混合结构在梁桥中的应用

对两座典型梁式桥的钢-混凝土接头段的细部构造、受力性能和分析方法进行了介绍,利用有限元软件,对其建立空间有限元模型进行仿真分析,得出了其应力分布和大小.分析表明:梁式桥的剪力主要由腹板的剪力连接器承担,足够的预应力是保证接头段混凝土可靠性的根本保证.两梁式桥中钢-混凝土接头段的细部构造设计合理,在设计荷载下,各构件均有较大的安全储备,过渡段刚度变化连续,抗疲劳性能良好.     

重载铁路部分斜拉桥结构参数分析

以蒙华重载铁路主跨248 m部分斜拉桥为例,采用有限元分析理论,分析在该跨度范围内部分斜拉桥应用于重载铁路的适应性及特殊性。对该桥结构体系、主梁梁高、预应力次内力、桥塔刚度、桥塔高度及索塔梁刚度匹配等结构参数进行比选研究,确定合理布置形式。结果表明:(1)该重载铁路部分斜拉桥采用塔梁固结、墩梁分离体系,主墩支座采用双1 90 000 kN超大吨位球形钢支座;(2)主梁中支点—跨中梁高采用13 m-6 m组合为优;(3)短预应力钢束时弯矩近似矩形分布于预应力钢束布置区域,次内力较小;长预应力钢束次内力弯矩近似呈三角形分布,次内力影响明显;(4)桥塔尺寸主要由索鞍等构造及桥塔本身受力控制,其刚度对结构整体受力及刚度影响均较小;(5)为提高跨中截面等控制性区域结构受力性能,桥塔采用高塔型体系,高跨比1/4.35;(6)结构整体刚度主要由主梁提供约占67%,主塔及拉索对整体刚度贡献值为33%,主塔及拉索对刚度影响因素主要为桥塔高度。