高填土钢波纹板桥涵结构设计初探

分析了钢波纹板桥涵结构受力特点和工作机理,介绍了基于环压理论的钢波纹板结构设计理论及方法,结合实际工程项目设计,对高填土钢波纹板桥涵结构设计方法进行了探讨.     

公路钢波纹板拱桥受力特征分析

依托试验工程,对不同跨径钢波纹板拱桥进行荷载测试,得出不同工况下钢波纹板拱桥不同角度(位置)的应力变化规律,通过研究得到以下结论:荷载作用下不同跨径钢波纹板拱桥应力以拱顶(90°)为中心对称分布;钢波纹板拱桥与周围土体共同受力,由于纵向和轴向波纹的存在,使得力沿着板壁向下传递,致使拱脚位置(0°和180°)受力最大,但最大应力值小于钢波纹板材料的最大允许应力值,结构安全稳定;不同跨径钢波纹板拱桥在相同荷载作用下,随着钢波纹板拱桥跨径的增大(6 m→8 m→10 m),拱脚(0°和180°)的应力逐渐增大,拱顶附近(90°)的应力由相对稳定到波动变化,且跨径越大波动幅度越大。     

三维激光扫描技术在隧道钢波纹板套衬加固中的应用研究

钢波纹板套衬加固后隧道原有断面净空面积减小且突变，为准确掌握隧道加固后净空变化具体信息，提出采用三维激光扫描技术对钢波纹板套衬加固前后的隧道段分别进行扫描，建立包括外业扫描和内业处理的标准化工作流程。结果表明： 1）加固前隧道实际轮廓与设计存在一些偏差，不能直接利用设计资料加工钢波纹板； 2）三维激光点云数据处理结果不仅可以用于指导钢波纹板分段精细化加工，还可通过嵌套对比获取加固前后隧道净空变化信息，达到2次扫描即可实现工程情况全息掌握的目的； 3）钢波纹板套衬加固后隧道断面轮廓仍能满足隧道建筑限界要求，最大值位于隧道拱顶处，为20.9 cm。     

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。     

桥梁防船撞波纹钢夹层吸能结构耐撞性研究

为了确定桥梁防船撞波纹钢夹层结构的合理布置方式和结构参数,根据某长江大桥桥墩防撞需求设计波纹钢夹层结构,采用LS-DYNA软件建立夹层结构和船艏的有限元模型,模拟船艏撞击夹层结构的过程,分析不同波纹板布置方向、波纹板厚度和面板厚度下夹层结构的耐撞性指标和撞击力。结果表明:波纹板竖直布置比水平布置具备更好的吸能效果;波纹板厚度对耐撞性指标的影响不大;耐撞性指标随面板厚度的增大先增大后减小,厚度为7mm时耐撞性指标最大;波纹钢夹层结构对船舶撞击力的削减达到60%以上;波纹钢夹层结构对撞击能量不敏感,具备较好的稳健性和吸能效果。     

多孔钢波纹板拱桥结构的稳定性及动力响应分析

对自主设计的三孔钢波纹板拱桥结构进行野外车辆荷载试验,得出了不同车速、不同车道下三孔钢波纹板拱桥动态挠度及冲击系数的变化规律;通过对有限元计算数据与实测数据的对比,验证了建立的模型及边界条件计算结果与工程实际互相吻合。基于该模型,对不同车速下三孔钢波纹板拱桥动力响应进行计算分析,结果表明:当车辆以一定的速度过桥时动力效应比较明显,且速度越快动力效应越大;拱桥的应力幅值并不是随着车速的增加而增大,临界速度为40km·h-1。     

圆形竖井钢波纹板-模袋混凝土支护结构现场试验研究

为解决喷射混凝土工作环境差、能耗高以及施工中跑浆、漏浆等问题，提出钢波纹板结合模袋混凝土的新型支护方案。依托圆形竖井，采用倒挂井壁逆作施工法展开现场试验，分析灌注压力的变化规律及其影响。结果表明: 1）模袋混凝土可充填开挖面与钢波纹板之间的构造间隙及预留空间，与钢波纹板形成具有一定强度和刚度的组合结构，能够维持开挖面稳定、抵抗开挖面变形，施工工艺具有可行性； 2）根据现场监测结果可知，在混凝土灌注过程中，模袋内混凝土流动性良好，能充分填充模袋，注满后，灌注压力逐渐消散，且钢波纹板产生的环向应变很小，支护结构在工作状态下均匀受力； 3）试验选用的土工布均具有透气、透水、不透浆的特性，能有效解决喷射混凝土施工存在的跑浆、漏浆等问题，但材料特性和加工性能略有差异； 4）钢波纹板与模袋混凝土结合形成的新型支护结构，为隧道等地下工程支护技术提供了新思路，具有重要意义。     

基于车-桥耦合的钢波纹板动力分析方法对比研究

钢波纹板结构在车辆运行下的动力分析主要依赖于实验,为了弥补实验的不足,基于3种车-桥耦合模型,以一座跨径为6. 32 m的大波形钢波纹板桥梁为数值算例,对钢波纹板结构的动力分析方法做对比研究,并分析不同车速下的结构动力性能,结果表明:采用移动荷载模型分析本文数值算例较为合理;奇数测点的最大动应变分析值高于实测值,而偶数测点的最大动应变低于实测值,说明将钢波纹板等效为材料异性的矩形板会低估桥梁横向应变;实测阻尼均值为0. 31,分析阻尼均值为0. 197,误差约35%; 10 km/h时应变增大系数为1. 18,20 km/h时应变增大系数为1. 41,30 km/h时应变增大系数为1. 60;钢波纹板结构的动力性能与车速有关,位移、应变和动力增大系数在某一特定车速下达到最大值。     

低路堤大跨径钢波纹板拱桥受力特征分析

通过对低路堤大跨径钢波纹板拱桥施工过程中拱内壁应变和外壁径向土压力测试,得出不同施工情况下钢波纹板拱桥的受力特征,研究结果表明:(1)拱周填土至拱桥高度一半时,波峰和波谷不同位置受力均发生较大变化,施工时应进行重点观测;拱顶填土过程中,波峰和波谷变化规律呈现出相似周期性和交替性的变化,且同一位置拉、压应变正好相反;(2)施工过程中,拱桥1/8拱、2/8拱、跨中、6/8拱和7/8拱处均出现应力集中,施工时应进行观测;(3)拱外径向土压力随着填土高度的增加而逐渐增大,填土初期增长幅度较小,后期快速增大,且设置加劲肋位置的径向土压力值整体较未设置的增幅大;(4)钢波纹板拱桥采用加劲肋技术可增加波纹板的强度和刚度,有利于结构安全稳定。     

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。     

横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴压力学性能

横肋波纹板-方钢管(CPST)约束混凝土柱是由横肋波纹板与四角钢管焊接而成,并在腔内浇注混凝土形成的横肋波纹板约束核心混凝土、方钢管与混凝土共同承担轴向荷载构件。为了研究横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱的轴压性能,开展了3根横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴心受压试验。由于横肋波纹板具有较高的侧向刚度,核心混凝土能够得到较好的约束,但波纹板基本不承担轴向荷载,试件最终的破坏形式依次为方钢管局部屈曲、横肋波纹板向外鼓曲、方钢管内混凝土及核心混凝土均被压碎。在此基础上,利用ABAQUS分析了6类关键参数:混凝土的强度、正方形钢管/横肋波纹板的壁厚和抗压强度、钢管的截面尺寸。研究结果表明:如果提高混凝土强度,则抗压承载力提高,而延性降低;方钢管的厚度增加对柱的承载力和延性均有提升;方钢管的强度变高,承载力也随之提高;如果增加横肋波纹板的厚度,则承载力、延性都提高;横肋波纹板强度的变化对承载力影响不大,对延性有所提升;随着方钢管外截面尺寸变大,承载力呈现出提高的趋势。最后,基于Mander等提出的约束混凝土抗压承载力计算公式,通过引入综合影响变量,提出了计算横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱抗压强度的公式,期望为工程实践提供指引。     

地震作用下多孔钢波纹板拱桥力学分析

为给多孔钢波纹板拱桥的抗震设计提供参考,结合泗洪至许昌高速公路上一座3孔跨径4m的钢波纹板拱桥工程实例,利用大型通用有限元软件ANSYS建立该桥的三维空间有限元实体模型,采用动态时程分析法,对桥梁在人工合成地震波、El Centro波、Taft波3种地震波作用下结构的位移和应力进行分析。结果表明:在同一地震时程激励下,虽然各拱圈空间位置不同,但位移和应力响应的时程曲线走向一致;同一拱圈中,拱弧线拱顶位移比四等分点处位移约小24.9%,应力约小75.2%;不同拱弧线横桥向中部位移比外侧位移约大7.3%,应力约大17.6%;同一位置处边跨拱圈比中跨拱圈位移约大2.5%,应力约大20%。该拱桥结构具有良好的整体抗震性能。     

鹧鸪山特长公路隧道通风平导新型中隔墙技术可行性研究

特长公路隧道的通风平导采用混凝土中隔墙会导致施工进度缓慢且通风阻力增大,针对这一弊端,提出钢波纹板代替混凝土的新型中隔墙技术。通过数值模拟,从通风性能、力学性能、耐火性能等方面对新技术进行可行性分析,同时对其耐久性、密封性等其他性能进行研究。结果表明: 1)采用新型中隔墙会因风道断面面积增大而导致断面风速略有降低(约4%),但不影响通风效果; 2)平导拱顶沉降增至3. 783 mm,且固定柱轴力为124. 576 kN,未影响结构安全; 3)主洞发生火灾时平导内烟流未出现回流,且最高温度(168 ℃)未超过钢板正常使用范围; 4) 钢波纹板的耐久性、密封性等均满足要求; 5)新型中隔墙技术在保证施工进度的同时也满足特长公路隧道的通风防灾要求。     

公路建设钢波纹管涵设计与施工关键技术分析

钢波纹管涵洞通过管体与周围的回填土形成管土效应,互相作用、一起受力,目前被广泛的应用于公路桥涵工程中。在分析钢波纹管涵国内外研究现状的基础上,通过分析其平面有限元计算模型和空间有限元计算模型,得到结构设计原理的一般特点;同时,与钢波纹管涵的施工过程结合,分析在建造过程中的关键技术。最后给出钢波纹管涵的应用建议,为后续公路建设提供一定参考。     

简支钢-混凝土组合箱梁混凝土桥面板收缩徐变影响因素分析

结合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JGT 3362—2018)相关条文,列举了影响混凝土收缩和徐变的各类因素,选取了其中对组合梁设计密切相关的参数,详细分析了其对收缩应变、徐变系数、结构变形以及钢、混凝土各自应力的影响。     

拱形钢波纹板加固钢筋混凝土盖板涵探析

常用的盖板涵加固方法主要有碳纤维加固法、体外预应力法、门式刚架法等,但上述加固方法存在施工技术要求高,施工工艺复杂,施工费用高等缺点。本文提出一种全新的加固方法——拱形钢波纹板加固法,该加固法具有不影响行车、永久性根治盖板病害等特点。     

公路水毁防治(10)——桥渡冲刷防护

Ⅵ、挑坎防护浅基桥涵冲刷在公路建筑中,为了降低小桥涵造价,常常缩短桥孔长度,压缩自然水流断面,以致桥涵出口流速大多超过出口河床的自然流速而造成出口河床的冲刷。对浅基小桥涵,为保证桥涵和路基的安全,多对桥涵下游出口河床的一定长度范围进行铺砌加固以防冲     

波形钢腹板组合箱梁的顶板横向受力有效分布宽度试验研究

为了研究波形钢腹板组合箱梁顶板的横向应力有效分布宽度,制作了2根波形钢腹板组合箱梁的试验模型,对其横向内力进行了实际测定,并利用有限元进行了数值分析。分析结果表明,对于波形钢腹板箱梁的顶板和悬臂翼板,其横向受力的有效分布宽度均大于现行规范值。从而说明现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中关于箱梁顶板和悬臂翼板横向受力有效分布宽度的有关规定,对波形钢腹板组合箱梁设计是安全的。     

小流域公路桥涵设计流量计算方法研究

小流域公路桥涵设计洪水流量是确定小桥涵孔径、类型及建筑形式的主要依据。目前,我国有关小流域公路桥涵设计流量的计算方法仍然停留在20～30年前的水平。详细介绍了国内公路部门已有的小流域公路桥涵设计流量计算方法;然后对径流形成法和暴雨推理法的优缺点进行分析;在此基础上对已有方法进行改进,最终形成较为完善的小流域公路桥涵设计流量计算方法。     

小桥涵易损性综合评价指标的研究

为了预测小桥涵的整体抗水灾能力,对小桥涵进行了水毁机理分析,结合小桥涵水毁灾害的野外现场调查资料和室内试验资料,运用因素分析法,提出影响小桥涵易损性的主要评价指标及其评定标准。研究结果表明,小桥涵位置、进出口形式、过流能力、水力特性、水位特征、流速特征是决定小桥涵易损性的关键因素,其评价指标及标准为小桥涵的设计、施工与养护提供抗水灾的决策依据。