组合梁斜拉桥桥面板纵向抗裂措施研究

为增强组合梁斜拉桥混凝土桥面板抗裂性能,以某在建主跨320m的双塔双索面组合梁斜拉桥为背景进行抗裂措施研究。采用ANSYS软件建立三维有限元模型,分析张拉桥面板横向预应力筋工况下混凝土桥面板、钢主梁应力以及焊钉剪力,并计算改变焊钉直径、采用柔性焊钉与改变湿接缝施工顺序后的横向预应力施加效率。结果表明:仅改变焊钉直径或采用柔性焊钉对横向预应力施加效率影响很小;相比于原设计方案(湿接缝全部施工完成后张拉横向预应力,Φ22mm普通焊钉),主纵梁或横梁与桥面板滞后结合将导致局部焊钉受力增大,焊钉剪力增大86%～130%,应用柔性焊钉后,可有效减小该效应;主纵梁、横梁与桥面板滞后结合后,施加效率可提高7%～30%,而仅主纵梁与桥面板滞后结合对施加效率影响很小。主纵梁、横梁与桥面板滞后结合,并在小纵梁布置柔性焊钉连接件的方案最有效,预应力施加效率达88%以上。     

不同剪力连接度下装配式钢-混组合箱梁受力性能试验研究

采用预制桥面板和集簇式栓钉连接的装配式钢-混组合梁桥,可减少现浇工序,加快施工速度。文中为研究剪力槽孔间距及剪力钉数量对组合梁共同工作程度的影响,制作4片采用不同簇钉群连接参数的钢-混组合箱梁,进行抗弯弹塑性全过程加载试验,研究剪力连接度对组合梁结构受力性能的影响。结果表明,当组合梁剪力连接度由1降低到0.65时,组合梁受弯承载力减少17%;当组合梁剪力连接度大于1时,受弯承载力基本未增加,而结构延性有所下降。在界面滑移方面,随剪力连接度增大,界面滑移量则明显减少。在破坏模式方面,剪力连接度越大,预制混凝土板的纵向劈裂及局部压溃,可能成为破坏控制条件;反之,栓钉剪断及钢梁破坏易成为结构失效控制条件。     

大跨径组合梁斜拉桥试设计及力学性能研究

为探索千米级组合梁斜拉桥的技术可行性,以主跨700,800,900,1 000m为目标,开展大跨度双塔组合梁斜拉桥方案试设计。从结构静力强度、静力稳定、颤振稳定等多方面论证方案的可行性,并指出设计主要控制因素。针对主跨1 000m的组合梁斜拉桥,对钢-混界面滑移影响、几何非线性效应两方面的力学性能进行研究。结果表明:设计方案是成立的,组合梁斜拉桥动、静力性能均满足要求,运营组合下近塔区混凝土桥面板应力、主梁面内失稳为设计主要控制因素。对千米级组合梁斜拉桥而言,在组合梁连接件按常规设计的情况下,钢-混界面滑移对斜拉桥受力性能的影响基本可忽略;几何非线性效应对活载工况影响较大,对收缩徐变工况影响较小。     

桥面板徐变效应对组合箱梁桥剪力钉力学行为的影响

钢—混组合梁桥中桥面板通过剪力钉连接。以某三跨一联钢—混组合连续箱梁直桥为例,使用ANSYS建立全桥精细化实体模型,模拟桥梁的分阶段施工,对比了预制桥面板与现浇桥面板徐变效应下剪力钉内力,并分析了预制桥面板存放时间对其的影响及其在成桥10年间的时间历程。研究表明,桥面板采用现浇施工时,剪力钉横桥向徐变内力较采用预制桥面板时有不同程度的增大,在每跨支点区域增量可达其徐变内力值的25%～30%,而跨中区域增幅较小;桥面现浇对剪力钉顺桥向徐变内力有一定的“卸载”作用,全桥剪力钉顺桥向徐变内力均减小并且在两侧支点处减幅最大,可达25%,而跨中区域剪力钉减幅不明显。若采取预制桥面板,可通过延长预制混凝土板龄期来减小成桥阶段剪力钉的徐变内力,但这种方法对早期混凝土较为有效,经综合比较认为预制存放龄期为180 d较为合理。混凝土徐变速率在成桥初期较大,而后逐渐降低,成桥前2年桥面板徐变可完成80%～90%;作为累计内力的剪力钉徐变内力,在成桥前2年可达总徐变内力的90.2%,而后由于混凝土徐变速率缓慢,剪力钉内力变化不大。     

钢-混组合梁剪力钉抗剪性能试验研究

为研究钢—普通混凝土与钢—钢纤维混凝土组合梁剪力钉的极限抗剪强度及破坏形式,根据某实际钢—混组合桥梁结构,设计2种钢—混组合梁剪力钉试件进行极限抗剪强度推出试验,根据试验结果拟合试件荷载～滑移曲线,并与不同规范计算得到的剪力钉抗剪承载力进行比较分析.结果表明:钢—钢纤维混凝土组合梁剪力钉的极限抗剪承载力较钢—普通混凝土组合梁剪力钉高约16％;其极限承载力对应的滑移值约为钢—普通混凝土组合梁剪力钉的2～2.5倍;钢—钢纤维混凝土组合梁破坏特征为剪力钉全部被剪断,钢—普通混凝土组合梁破坏特征为混凝土被压裂.由各公式得到的试件抗剪承载力均偏于保守.     

大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁力学特性研究

为明确在多种不利荷载组合作用下大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁的受力规律,以某桥跨布置为(40+175+410+175+40)m的双塔钢-混组合梁斜拉桥为背景进行研究。采用ANSYS建立该桥混合单元空间有限元计算模型,分析自重及斜拉索索力、车辆轮载、桥面板预应力、混凝土收缩和徐变效应、温度效应等荷载及组合作用下中跨跨中段主梁的结构响应。结果表明:对于双索面钢-混组合梁斜拉桥,局部轮载作用下桥面板呈现出明显的局部受力特性,桥面板"第二体系"拉应力可能会大于"第一体系"压应力,中跨跨中区域及边跨尾索区桥面板应配置纵向预应力;桥面板混凝土的收缩和徐变效应、温度效应的叠加是桥面板出现顺桥向裂缝的根本原因,设计时应全桥配置桥面板横向预应力。     

考虑界面滑移的钢-混组合连续梁负弯矩区抗裂性试验

为了解界面滑移效应对钢-混组合连续梁负弯矩区混凝土桥面板抗裂性的提升效果及工作机理,设计并制作采用常规剪力连接件和抗拔不抗剪连接件的钢-混组合梁各1组进行负弯矩区加载试验,分析试验梁预应力施加效率、关键部位纵向应变、梁体刚度及关键截面界面滑移情况。结果表明：采用抗拔不抗剪连接件时,梁体抗裂性更好,界面滑移效应可避免以往负弯矩区预应力通过常规剪力连接件传递到钢梁的情况发生,明显提高预应力效率;同时可使负弯矩区混凝土桥面板承受的拉应力分布更均匀,有效降低中支点截面的拉应力峰值,使后续裂缝宽度增长缓慢;加载前期2组梁体总体刚度没有明显不同,加载后期界面滑移使梁体结构刚度下降,变形增加,但变化幅度较小;抗拔不抗剪连接件对钢-混组合连续梁负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性提升效果较好。     

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥组合梁设计

港珠澳大桥主体工程采用桥隧组合方案,其中浅水区非通航孔桥采用85 m连续组合梁桥形式,全长5 440m,共64孔,跨径布置主要采用6×85 m和5×85m2种形式.组合梁采用单箱单室分幅等高连续梁,由开口钢箱梁和混凝土桥面板通过剪力钉联结而成.钢箱梁为倒梯形结构;混凝土桥面板为横向整块预制,在剪力钉处设置预留槽.为改善混凝土桥面板的横向受力性能,该桥组合梁截面设置小纵梁;为保持桥面板的整体性,剪力钉采用集束式布置方式.组合梁采用大型运架一体浮吊整孔安装架设,逐孔合龙.     

混合梁斜拉桥钢-混结合段力学性能研究

为了解混合梁斜拉桥钢—混结合段受力及传力规律,指导钢—混结合段的设计,以某主跨580m的混合梁斜拉桥为背景,采用有限元软件建立钢—混结合段整体模型,并对比缩尺模型试验结果,建立局部剪力钉推出模型,分析剪力钉传力规律。结果表明:钢—混结合段截面混凝土竖向应力分布不均匀,大小呈凹曲线分布;纵向应力由结合段截面向混凝土段递减。竖向上各剪力钉剪力呈马鞍形分布,上、下剪力钉剪力高于中间剪力钉;横向上内侧剪力钉剪力大于外侧剪力钉;荷载越大,剪力钉竖向受力越均匀,剪力钉刚度越大,各剪力钉的受力越不均匀。     

预制桥面板在组合梁桥中的应用研究

采用预制桥面板可快速更换组合梁桥的劣化混凝土桥面板,提出一种预制桥面板与主梁间的新型剪力连接及设计准则,即剪力凹槽区域布置在预制板中,内填充无收缩水泥砂浆以实现组合效应.为验证该剪力连接的强度,进行钢--混组合梁、预应力混凝土组合梁横向接缝和剪力连接的试验,基于试验结果提出剪力连接强度计算经验公式,同时进行实体模型试验...     

异形剪力键桥面板湿接缝抗剪承载力试验研究

为抑制钢-混组合梁桥桥面板湿接缝处混凝土开裂,提高该处极限抗剪承载力,提出一种设置于桥面板接缝处呈方台形凸起的异形剪力键.采用加载试验对带异形剪力键桥面板湿接缝试件的力学性能进行研究,并与传统桥面板湿接缝试件的试验结果进行对比.结果表明:相比传统桥面板湿接缝试件,带异形剪力键桥面板湿接缝试件的混凝土材料性能发挥更充分;...     

连续钢板组合梁力学性能研究

为了解连续钢板组合梁力学性能特点,并改善其负弯矩区易开裂的状况,以长沙至益阳段高速公路扩容工程4×30m连续钢板组合梁桥为背景,采用ANSYS软件建立组合梁有限元模型,分析组合梁结构施工过程及成桥阶段的应力分布,研究支点负弯矩区桥面板裂缝控制措施。结果表明,施工阶段简支状态下,连续钢板组合梁混凝土桥面板基本处于受压状态,钢梁跨中最大Von Mises应力约为70.5MPa,翼缘焊钉顺桥向剪力从跨中向两侧支点逐渐增加,最大值12kN;汽车活载作用下,墩顶处混凝土桥面板顺桥向最大拉应力为2.9MPa,钢梁最大Von Mises应力约为64.6 MPa,焊钉顺桥向剪力峰值约为22kN。采用调整施工顺序、墩顶区现浇微膨胀纤维混凝土、加强负弯矩区纵筋配置等措施有效调整了结构应力分布,减小负弯矩区的裂缝宽度。     

火灾作用下剪力钉抗拔性能研究

为研究钢-混组合梁中剪力钉在不同温度场下的抗拔破坏模态和承载力,以某铁路桥钢-混组合梁为基础设计剪力钉试件,采用Abaqus软件建立试件有限元模型,分析剪力钉试件在双面受火、混凝土单面受火和钢板单面受火3种形式下的抗拔破坏模态、荷载~位移曲线和承载力,并根据承载力结果拟合不同温度下剪力钉的抗拔承载力计算公式。结果表明:钢-混组合梁在常温下和混凝土单面受火时,其受拉破坏模态为混凝土脆性破坏、剪力钉被整体拉出;在双面受火约10min后,其受拉破坏模态变为剪力钉的延性断裂;钢-混组合梁双面受火时,剪力钉的抗拔承载力在短时间内就会受温度影响急剧下降,30min后下降速度变慢,受火15,30,180min时,其抗拔承载力比常温时分别下降33.2%、59.1%、79.1%;混凝土单面受火时,剪力钉的抗拔承载力随受火时间下降较慢,受火180min时,其抗拔承载力比常温时下降10.2%。     

清水浦大桥钢—混组合梁混凝土桥面板防裂技术

清水浦大桥为主跨468 m的组合梁斜拉桥,钢梁为由纵梁、横梁及小纵梁组成的梁格体系,桥面板分预制(厚27 cm)、现浇(厚28 cm)2种,为控制桥面板裂缝的产生,研究组合梁桥面板防裂技术.研究得到主要防裂技术有:采取结构设计措施以抵抗局部拉应力,消除桥面板结构性裂缝,如在跨中和边跨尾端桥面板中设置纵向、横向预应力钢绞线,梁上斜拉索用钢锚箱锚固(钢锚箱位于箱形纵梁外腹板外侧),尽量增大预制桥面板面积等;预制桥面板采用聚丙烯纤维混凝土,现浇桥面板采用纤维素纤维混凝土,在低温季节安装中跨合龙段桥面板及塔梁竖向支座等工艺措施;优化桥面板安装工艺及设备,以有效控制施工期裂缝的产生;应用硅化剂防护体系.     

装配式钢桁-混凝土组合梁抗裂性能研究

为解决常规钢-预制混凝土桥道板组合梁剪力键预留孔和板间现浇接缝易开裂的问题,提出了带预埋抗剪栓钉(PCSS)剪力键的装配式钢桁-混凝土组合梁(Prefabricated Steel Truss-concrete Composite Beam,PSTC),为考察其抗裂性能,在介绍基本概念的基础上,阐述了PSTC组合梁的制作方法,进行了1组3个带预应力的PSTC组合梁负弯矩区段加载试验,并分析了在负弯矩作用的开裂极限状态下PSTC组合梁截面应变的构成特征;依据考虑滑移影响后的截面应变协调条件和PCSS联结构造的剪力-滑移本构关系,分别建立了PSTC组合梁微段内混凝土板和钢梁的静力平衡方程,推导得到了考虑滑移后PSTC组合梁的开裂弯矩计算公式。研究结果表明:PSTC组合梁首先需要在预制混凝土板内预埋带栓钉的剪力传递钢板,然后在钢桁梁上安装预制混凝土板并施加纵向预应力,最后对剪力传递钢板与钢桁梁顶面的纵缝施焊联结形成组合梁;PSTC试验梁初始裂缝出现在加载点附近的混凝土板边,开裂荷载随混凝土板预应力的增大而增大,相邻预制板间接缝的初始裂缝均略晚于板内首条裂缝出现,PSTC组合梁无明显的抗裂薄弱部位;得到的计算公式计算结果与试验数据吻合良好,可为同类桥梁提供参考。     

采用抗拔不抗剪连接件的钢-混组合连续梁桥设计分析

钢-混组合连续梁桥能够充分发挥钢材和混凝土两种材料的优点,在受力性能、综合造价、施工速度以及耐久性方面具有很多优势,在工程上应用越来越广泛。“抗拔不抗剪”技术通过释放连接件的抗剪作用,能够有效地解决钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土的开裂问题。本文通过Midas建模,研究分析了“抗拔不抗剪”连接件组合梁与普通剪力钉组合梁的受力区别,结果表明：抗拔不抗剪连接件对负弯矩区桥面板轴力、应力和裂缝宽度的“消峰”作用非常明显,但会导致组合梁挠度和钢梁应力有所增加,设计时应综合考虑其对结构受力的影响。     

斜拉桥双边工字钢-UHPC桥面板组合梁静力性能研究

针对斜拉桥传统钢-混组合梁的不足,提出双边工字钢-UHPC桥面板组合梁。以湖南马路口资水大桥为依托,分别采用有限元软件MIDAS和ANSYS建立全桥模型和主梁节段模型,分析组合梁的受力性能,制作UHPC桥面板模型试件进行弯曲试验,研究UHPC桥面板的受力性能。结果表明:荷载组合作用下,钢主纵梁、钢横梁的最大正应力分别为223 MPa、197MPa,最大剪应力分别为145MPa、65MPa,小于钢材强度设计值;顺桥向、横桥向弯曲构件破坏时的名义拉应力分别为63.2MPa、34.5MPa,初裂应力分别为23.2MPa、10.4MPa,UHPC桥面板的抗弯承载能力满足要求,且具有良好的抗裂性能。     

扬州万福快速路钢-混凝土组合结构桥梁设计与研究

钢-混凝土组合结构是城市高架桥梁结构的重要形式,以扬州万福快速路钢-混凝土组合梁为背景,介绍了采用组合结构桥面板的组合梁在组合桥面板、剪力钉、桥面板钢筋等方面设计及研究的相关成果,为类似项目的建设提供了较好的借鉴。     

港珠澳大桥集束式剪力钉钢-混组合连续梁施工技术

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥采用85m钢-混组合连续梁桥形式,组合梁采用单箱单室等高连续梁,由开口钢箱梁和混凝土桥面板通过剪力钉连接而成,剪力钉采用集束式布置,桥面板在剪力钉处设置预留槽。钢箱梁采用"无马"焊接成整孔大节段,整孔打砂和涂装;混凝土桥面板采用整体式台座模板预制,施工缝采用洗毛工艺施工;按钢箱梁预拼时的预拱度线形进行钢箱梁与混凝土桥面预制板组合,采用高弹性防腐橡胶条和环氧砂浆材料进行密封和粘接;组合梁采用大型运架一体船进行整孔运输、逐孔安装架设;钢箱梁接口在墩顶进行配切和对接焊接,完成简支变连续体系转换。     

钢-混组合连续梁桥成桥后混凝土收缩徐变效应影响分析

钢-混组合连续梁桥的钢梁和桥面板通过剪力钉连接,混凝土桥面板的收缩徐变变形会受到钢梁的约束,继而引起桥面板和钢梁应力发生重分布。以某市区快速路环线工程钢-混组合连续梁桥为分析对象,研究发现混凝土收缩徐变对组合连续梁桥成桥后的线形和应力均产生一定不利影响,环境年平均相对湿度变化对组合连续梁桥线形和钢梁应力影响较小,相对湿度增加对桥面板受力有利。