大跨度系杆拱桥主拱钢-混凝土结合段受力状态分析

以鹰潭市余信贵大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,利用有限元软件分别建立大桥整体数值模型与钢-混凝土结合段局部实体数值模型,计算分析主拱钢-混凝土结合段在设计荷载作用下的受力状态与承载能力。分析结果表明:在持久状况荷载组合下,主拱肋钢-混凝土结合段模型变形连续,最大变形量为0.030 m,主拱肋钢-混凝土结合段结构刚度及变形满足要求;钢-混凝土结合段混凝土最大拉应力为1.63 MPa,钢结构部分Von-Mises等效应力最大值为236 MPa,均小于容许应力,满足结构设计要求;为避免应力集中,须对钢-混凝土结合段的坡口进行细化设计,或调整主跨系杆的张拉力。     

悬索桥索塔钢-混凝土结合段模型试验研究

研究目的:通过介绍江汉六桥索塔钢-混凝土结合段静力模型制作、加载过程和试验结果,总结静力试验模型的设计要点,找出悬索桥索塔钢-混凝土结合段设计的薄弱环节。研究结论:(1)为保证模型试验结果的准确性,应根据第三相似定理,严格按照刚度相似、边界条件相似、荷载相似原则设计静力试验模型;(2)确定合理的模型缩尺比例应统筹考虑模型制作和模型加载的便利性;(3)悬索桥索塔钢-混凝土结合部位在承受钢塔柱传递的大吨位集中荷载时,混凝土顶面产生较大的横向拉应力,设计需高度重视结合部位混凝土抗裂构造措施,如加大钢塔柱下垫板厚度和面积,加强结合部位混凝土构造钢筋布置等;(4)为抵抗施工阶段中部分塔柱产生的拉力、加强钢塔柱与混凝土塔柱连接而采取的张拉预应力粗钢筋措施,实质上进一步加大了结合部位混凝土顶面拉应力,不利于混凝土抗裂设计;建议采取非预应力张拉下的抗拔措施;(5)本研究成果可为类似混合结构的静力试验模型设计及悬索桥索塔钢-混凝土结合段设计提供借鉴价值。     

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.     

钢混组合梁施工阶段应变测试与分析

结合上海至嘉兴跨江公路通道1号桥工程,采用埋入式和表贴式应变传感器,测试不同工况下典型截面的应变、挠度等相关参数,研究钢混组合梁在施工阶段变形规律.研究结果表明:不同的工况对截面的滑移量影响不同,收缩发展阶段对截面滑移量的影响最大;不同工况下,混凝土桥面板纵向应变和横向应变均呈拉压交变状态;同一种工况下,不同的测点的纵向应变变化不大,而横向应变却有较大的变化;钢翼缘各测点纵向应变在不同的工况影响下均呈压应变状态,而钢板底各测点纵向应变呈拉应变状态;在混凝土板浇筑后35~40 h开始,截面收缩引起的应力相关应变迅速增加,该结论可为混凝土浇筑后的养护提供依据.     

大跨度四线铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段有限元分析

为研究四线铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段的受力特征及传力机理,以新建福厦高铁乌龙江高低塔混合梁斜拉桥为背景,采用ANSYS有限元软件建立该桥钢-混结合段三维有限元模型,分析最不利荷载工况下钢-混结合段中钢结构和混凝土的受力状态及轴力分配比例。结果表明:(1)钢-混结合段的受力状态处于安全设计范围之内;(2)结合段横向宽度大,剪力滞效应需给予关注;(3)刚度过渡段顶、底板轴力传递比例随外荷载变化而不同,但钢壳体总体传力规律与外荷载相关性较小;(4)钢-混结合段约46%的轴力由承压板以压力方式传递至混凝土,约18%的轴力由PBL剪力键传递给混凝土,剩余约36%的轴力由钢壳体上剪力钉和界面粘结力传递给混凝土。分析验证新建乌龙江大桥钢-混结合段结构设计的合理性,分析数据可为类似工程设计提供参考。     

客运专线无砟轨道槽型梁承载力破坏性试验研究

预应力混凝土槽型梁是一种适用于公路桥梁、铁路桥梁及城市轨道交通建设的新型下承式开口薄壁结构,对客运专线无砟轨道16 m后张法预应力混凝土简支槽型梁进行足尺承载力破坏性试验,研究槽型梁在荷载作用下的刚度、混凝土应力和钢筋应力。结果表明:槽型梁发生破坏时钢筋实测最大拉应力为213.40 MPa,混凝土实测最大压应力为21.655 MPa,钢筋和混凝土均满足设计要求,且在整个试验过程中,槽型梁表现出了一定的空间受力特性。     

钢锚箱索塔锚固区受力机理

根据苏通大桥索塔锚固区钢锚箱的实际尺寸进行有限单元计算分析和节段足尺模型试验研究。有限单元分析采用ANSYS程序,全面分析钢锚箱在荷载作用下的应力,得知钢锚箱中受力最大位置发生在侧面拉板靠下部的圆倒角处,钢筋混凝土结构的最大主拉应力出现在索孔出口下边缘处。节段足尺模型试验研究表明,钢锚箱实测最大应力位置与计算分析结果基本相同,但应力水平稍低一些;混凝土结构中拉应力较大的位置出现在斜拉索索孔出口、内壁倒角、侧壁内侧等处;剪力钉应力最大者是最外侧的几列,且表现为从外侧列向中间列逐渐减小;试验的顶推荷载水平分力约75.7%由钢锚箱侧面拉板和横隔板承担,竖向分力通过端板上的剪力钉与混凝土之间的相互作用传递到混凝土上。     

百米H型索塔防开裂控制技术研究

研究目的:主塔混凝土节段浇筑时,水化作用引起混凝土温度上升,随着时间推移,混凝土温度会逐渐下降,但结构各个位置的温度下降速度不均匀,形成相对温差,由于受到前节段的约束,在温差、收缩、徐变效应作用下,早期开裂问题更为突出。同时,塔柱底部混凝土在自重、外荷载的作用下会引起很大的弯矩,使得塔柱底部混凝土一侧受压、另一侧受拉,如果处理不当则有可能出现裂缝。郁江双线特大桥采用100 m高花瓶状索塔,结构尺寸庞大,施工精度要求高。本文以郁江桥索塔施工为实例,基于有限元软件ANSYS建模计算结构内力,选择主塔第1节段作为代表节段进行温度热分析和结构分析,随后将主塔施工过程分为20个仿真计算工况,分析不同工况下结构的受力情况及应力分布特征,根据早期水化热和后期索塔受力两方面的分析结果,提出百米H型索塔防开裂的具体措施,为同类工程施工提供参考。研究结论:(1)利用有限元软件分析主塔第1节段的早期水化热效应,并推导出了温差变形计算公式,与有限元应力计算结果相吻合,并提出混凝土中加冰块的降温控制措施;(2)在下塔柱设计位置设置平衡拉杆,在中塔设计位置设置2根平衡杆,上述措施有效地改善了结构的受力状况,确保了结构受力安全;(3)关键截面位置测点计算值与实测值的对比结果表明,塔柱应力有限元分析的应力结果与实际测试的应力值变化趋势完全一致,吻合良好;(4)本研究成果可为百米H型索塔防开裂控制施工提供参考。     

高速铁路隧道仰拱结构受力现场实测分析

针对高速铁路隧道仰拱受力状态复杂且对高速列车行车安全至关重要的特点,现场测试兰新第二双线福川隧道返工后仰拱混凝土和钢筋的应力,分析仰拱结构中混凝土和钢筋的受力特征及应力变化规律。结果表明:受隧道二衬自重及上部围岩荷载、隧道基底围岩膨胀、轨道道床及列车荷载的作用,返工后仰拱混凝土经历了受压、出现局部拉应力、拉压应力稳定的变化过程;仰拱中混凝土和钢筋的最大拉应力均出现在仰拱中心上部,从仰拱返工到隧道运营的整个过程中,混凝土的最大拉应力为1.9MPa,最大压应力约为8MPa;地下水大量补充后,隧底围岩膨胀释放大量荷载,使得混凝土应力、钢筋应力以及土压应力迅速增大。基于监测结果及地质条件,提出将福川隧道仰拱底鼓分为轻微、中度和严重3种程度,针对每种程度的底鼓给出相应的控制措施。     

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...     

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。     

混凝土收缩对空心墩墩顶实体段的应力影响研究

为分析混凝土收缩荷载对空心墩墩顶实体段应力的影响,以某单线铁路空心墩为例,对墩顶实体段进行结构有限元建模分析。分析表明:仅考虑竖向荷载(含动力系数)时,最大拉、压应力出现在顺桥向;考虑混凝土收缩荷载后,最大拉、压应力出现在横桥向,且拉应力数值增加明显,尤其是横桥向拉应力增加2~3倍,混凝土收缩荷载对墩顶实体段应力影响很大,设计配筋时应予以考虑。     

特大跨钢管混凝土拱桥徐变效应分析

以某特大跨径钢管混凝土拱桥为研究对象,进行1∶2.5缩尺的拱肋拱脚段上弦管钢管混凝土构件徐变模型试验,并引入考虑钢管约束的新的钢管混凝土徐变系数,结合有限元模拟和实桥实测,研究特大跨钢管混凝土拱桥的徐变效应。结果表明:试验模型在180 t荷载持续加载1 a后,钢管承担的荷载增加了1.2倍,管内混凝土承担的荷载下降了53%,内力重分布现象明显;截面含钢率和钢与混凝土的弹性模量比对钢管混凝土徐变系数有较大的影响;钢管应力的有限元计算结果与实桥实测结果的变化趋势总体一致,数值接近,且随施工的推进而增大;管内混凝土的应力较复杂,有限元计算结果与实桥实测结果有一定的差别,实桥实测应力较小,甚至出现拉应力。     

西堠门大桥正交异性钢桥面板静载和徐行试验研究

基于西堠门大桥正交异性钢桥面板静载和徐行试验,研究在汽车轮载作用下正交异性钢桥面板关键构造的应力大小、历程和分布规律。试验结果表明,在3轴30t试验车作用下,纵肋底板跨中测点的纵向应力最大,达51.7MPa,横隔板开口上缘测点的最大主应力次之,为30.8MPa,面板上测点的最大横向应力较小,为16.7MPa。面板横向应力、纵肋腹板竖向应力的纵向影响线长度约为2倍横隔板间距,横隔板开口上缘主应力的纵向影响线长度约为1.5倍横隔板间距,纵肋底板纵向应力的纵向影响线长度约为3倍横隔板间距。运用泄水法对徐行试验测得的应力历程进行分析,得到钢桥面板关键构造的应力振动幅值大于5MPa的次数分别为:纵肋底板跨中纵向应力3次,最大应力振动幅值为60.1MPa;面板横向应力3次,最大应力振动幅值为26.8MPa;纵肋腹板竖向应力4次,最大应力振动幅值为16.1MPa;横隔板开口上缘主应力2次。运用AN-SYS软件提供的SHELL181单元建立钢箱梁节段模型进行静力分析,计算结果与实测结果基本一致,表明SHELL181单元能够模拟钢桥面板的受力特征。     

客货共线铁路钢-混结合简支梁受力特征计算分析

针对跨度系列为24,32,40,48,64,80,96 m的客货共线铁路钢-混凝土结合简支梁进行了截面比选和尺寸拟定。通过有限元建模,对比分析主要荷载组合工况下的梁体受力特征。分析结果表明:设计速度200 km/h的客货共线铁路钢-混结合简支梁的设计控制指标为刚度(基频);与相同跨度既有预应力混凝土简支梁相比,钢-混结合简支梁的梁高大体相当,质量可降低40%以上。     

预应力张拉对现浇支架受力影响的计算分析

研究目的:预应力张拉时,混凝土梁与现浇支架相互作用。混凝土梁的变形引起支架上的荷载重分布,在工程实际中很少考虑对此工况的计算。由于计算不全面,设计的支架结构安全储备不足,有可能出现因现浇支架局部受力不够而发生安全事故。本文以某斜拉桥现浇支架施工计算为例,研究纵、横向预应力张拉对现浇支架受力影响的计算方法,分析预应力张拉引起现浇支架上荷载重分布的原因,为预应力混凝土梁的施工方法提供理论依据。研究结论:通过建立预应力混凝土梁与现浇支架的整体有限元模型,按施工阶段分析计算了混凝土浇筑、达到设计强度、张拉纵向预应力、张拉横向预应力各施工阶段下现浇支架受力的变化情况,计算结果表明对于纵、横向预应力张拉时,混凝土梁发生变形,导致作用在现浇支架上的荷载传递到支架两侧;张拉预应力钢束越多,荷载重分布的现象越明显,而重分布的荷载对支架局部结构产生较大不利影响。     

客货共线铁路钢-混结合连续梁受力特征计算分析

针对(5×40)m、(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m跨度系列的客货共线铁路钢-混结合连续梁进行截面比选与尺寸拟定,运用MIDAS/Civil软件建模,对各荷载组合工况下的梁体受力特征进行计算。结果表明:设计速度200 km/h客货共线铁路钢-混结合连续梁的设计控制指标为材料应力,可采取适当降低负弯矩区钢梁与桥面板之间的局部联结程度、局部增加钢梁上翼缘板厚等方法作为有效控制措施;与相同跨度预应力混凝土连续梁相比,钢-混结合连续梁的自重可降低约1/2。     

跨高铁800m半径PC连续箱梁顶推施工控制研究

研究目的:桥梁结构施工日趋大型化和复杂化,给施工控制技术带来新的挑战。为克服这一难题,一种有效的施工方法——顶推施工法应用前景越来越广阔。本文依托厦深联络线位于R=800 m圆曲线上PC连续箱梁的顶推施工控制,采用数值模拟与有限元仿真模拟的方式,施工前模拟计算出顶推法施工方案是否满足安全要求。研究结论:(1)导梁在顶推过程中,最大拉压应力和最大剪应力都出现在导梁根部;(2)分别在导梁根部最大负弯矩和最大正弯矩工况下,埋入混凝土部分的钢导梁各向正拉压应力、竖向剪应力均小于Q345钢材相应的许用应力,满足规范要求;(3)导梁翼缘和腹板高强螺栓连接在顶推荷载作用下,高强螺栓连接最不利截面受力满足要求,仅腹板螺栓连接安全储备略小;(4)本研究结果可为今后为圆曲线上PC连续箱梁桥顶推施工控制提供参考。     

预应力混凝土连续刚构桥施工监测与仿真分析

预应力混凝土连续刚构桥有其自身的结构特点和施工技术,结合河南水磨湾大桥工程实例,探讨了预应力混凝土连续刚构桥的施工监测与仿真分析方法。通过建立有限元仿真分析模型,分析了预应力损失以及混凝土收缩徐变对箱梁应力状态的影响,计算了桥梁各个施工阶段应力和变形状态,与施工现场的实测数据进行了对比分析。经分析比较,可知对箱梁各节点不同施工阶段应力路径影响比较大的荷载有:施工荷载包括重力、挂篮、混凝土湿重等;预应力钢束一次张拉荷载;收缩一次作用以及徐变一次作用。施工荷载和预应力钢束张拉对顶、底板节点的影响是相反的,而其他荷载对它们的影响是同向的。得出了桥梁关键部位在荷载作用下随施工阶段的应力变化路径和挠度,使悬臂施工的梁桥达到了设计要求的合理成桥状态,总结了施工监控的规律。     

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。