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。     

城市组合梁桥施工方法概述

组合梁桥在城市桥梁建设中应用越来越广泛。对目前城市组合结构梁桥经常采用的施工方法进行了概述,总结了组合梁桥钢梁与桥面板分步施工法和整体施工法的工法特点,介绍了预制桥面板的各种接缝施工工艺,并对改善结构受力状况的一些施工技术措施进行了阐述。     

孟州黄河公路大桥组合梁整孔架设受力分析

孟州黄河公路大桥主桥为19孔80 m钢-混组合梁桥,组合梁由单箱单室槽形钢梁与预制桥面板通过焊钉结合而成,针对该桥特点,提出采用架桥机安装整孔钢梁,并在桥面板与钢梁结合前采用架桥机对钢梁施加吊拉力的方法施工。为验证该施工方案的可行性和实施效果,开展了施工阶段的受力分析和实桥试验。结果表明:利用架桥机在桥面板与钢梁结合前施加吊拉力,能大幅降低钢梁应力,同时增加跨中区域桥面板的压应力储备;考虑架桥机和钢-混组合梁一体化设计时,架桥机对该桥施加的吊拉力最优值取1300 kN;除个别测点误差较大外,各施工阶段应力和挠度实测值与理论计算值基本吻合,趋势一致,且整孔架设钢梁具有预制化程度高、作业效率高等优点。     

简支组合梁桥的设计分析

为了详细阐述简支组合梁桥的设计流程,以某座跨径为40 m的简支组合梁桥为例,利用Midas有限元分析软件对该桥的施工过程及使用过程进行模拟.主要对比分析模型建立精度及施工方案对结构受力的影响,以及材料优化对结构轻型化设计的益处.结果表明:钢梁底板加劲肋对底板受力情况有较大的影响.在建立模型时,建议对加劲肋进行模拟.设置临时支撑能有效改善钢梁的受力,但同时会大幅度地增大混凝土桥面板的压应力.合适的施工方案和优化材料的结合能使结构设计轻型化,有效地减少工程材料用量.     

中小跨整体预制Π形钢板组合梁力学与经济性研究

我国中小跨径桥梁以预制混凝土T梁、小箱梁为主,钢板组合梁具有广阔的推广空间。常规中小跨径钢板组合梁通常先安装钢梁再安装混凝土桥面板,组合效率不高,施工不便。结合湖南省长益扩容高速公路项目工程,提出了一种钢梁-混凝土桥面板整体预制钢板组合梁。预制组合梁为Π形断面,采用架桥机安装,先简支后连续进行体系转换。采用MIDAS和ANSYS有限元软件对组合梁结构的力学性能进行了分析,通过工程实例对组合梁施工性能与技术经济指标进行了对比研究。结果表明:钢梁、混凝土桥面板、连接件承载能力与钢梁的疲劳性能满足现行规范要求;通过优化施工工序与配置普通钢筋,负弯矩区最大裂缝宽度小于规范要求,可按控制裂缝宽度的方式进行设计;组合梁满足梁上运梁强度要求,吊重与混凝土预制结构基本相当,有良好的施工性能,适合山区等复杂地形施工;组合梁建造成本比混凝土预制结构高,但考虑维护与回收价值的全寿命周期成本相对较低;组合梁总用钢量指标相比同类结构居中,混凝土用量最小,经济性较好。预制Π形钢板组合梁具有组合受力效率高、施工方便、造价可靠的优点,适合在我国交通建设中推广。     

不同结合方式对预应力组合梁桥受力的影响

为了明确不同结合方式对预应力组合梁桥受力性能的影响,以一主跨70 m的预应力组合梁为例,选取先结合组合梁和后结合组合梁两种结构形式作为对比分析对象,采用空间有限元模型详细模拟了组合梁的施工过程,计算两种不同结合方式的组合梁的受力性能。计算结果表明：采用常规的先结合组合梁在混凝土桥面板张拉预应力后,部分预应力通过连接件传递给钢梁,而后结合组合梁的混凝土桥面板获得全部的预应力。后结合组合梁与先结合组合梁相比,在中支点截面混凝土顶面预压应力前者比后者大2.84 MPa、钢梁顶板的压应力前者比后者减少46.74 MPa、钢梁底板的拉应力前者比后者减少4.84 MPa。后结合预应力桥面板比先结合获得更多的预压应力储备,预压应力提升比例为30%,提高了桥面板在正常使用过程的抗裂性能。     

钢-混凝土组合梁桥面结构施工阶段受力分析

为确保钢-混凝土组合梁的施工质量和施工安全,采用数值模拟方法对钢-混凝土组合梁桥面结构施工阶段的受力进行分析。结合某公路通道工程1号桥施工,对桥面板施工全程进行三维数值仿真分析,探讨实际桥梁在各加载阶段的钢梁和混凝土板受力情况,为今后钢-混凝土组合梁桥面结构的施工提供参考。     

连续曲线双重组合梁桥的畸变性能分析

连续曲线组合梁桥在竖向荷载作用下会产生弯扭耦合效应,并且其负弯矩区的钢底板也存在受压失稳问题。为改善负弯矩区的钢底板受力情况,提出连续曲线梁桥负弯矩区双重组合的结构形式,即由混凝土桥面板、槽形钢梁及底部混凝土板通过连接件相结合,形成共同受力的截面结构形式。在负弯矩区域采用双重组合结构形式,不仅可以提高钢底板的受压稳定性能,亦能增强截面的抗弯和抗扭刚度。为探讨该结构的受力性能,本文通过有限元数值模拟方法,对负弯矩区双重组合结构混凝土底板的长度和厚度2个变量进行参数分析,研究偏载作用下,连续曲线双重组合梁桥截面的纵向畸变应力和畸变角变化情况,为提出双重组合曲线梁桥的混凝土底板设计提供参考。     

变截面钢板组合梁施工方案结构性能对比分析

为分析大跨径变截面钢板组合梁在施工阶段的结构受力性能,文中提出桥面板与钢主梁安装施工的3种不同方案并建立midas模型,实现对钢主梁、桥面板在施工阶段的应力变化分析和该结构在不同施工方案下的应力变形对比。结果表明:钢主梁合龙后间断安装桥面板的施工方案利于该结构的受力状态;同时,针对大跨径钢-混组合梁负弯矩区容易出现的桥面板拉应力超限问题,建议采用支点顶升的方法并分析理想顶升量,最终提出间断安装法结合支点顶升的施工优化思路。     

钢与预应力混凝土后结合法组合梁的受力特性研究

为了明确大跨度后结合预应力组合梁桥的受力性能,以一主跨70 m的预应力组合梁桥为例,采用空间有限元模型详细模拟了组合梁的施工过程,计算从施工到成桥初期及长期运营情况下组合梁的受力情况。计算结果表明：中支点钢梁上翼缘和底板在施工阶段的最大应力分别为118 MPa和-133 MPa,后结合法和顶升/回落法在中支点混凝土桥面板内产生7.33～10.33 MPa的预压应力储备;中支点钢梁上翼缘和底板在短期运营阶段的最大应力分别增长了22 MPa和13 MPa,而中支点混凝土桥面板在曲线外侧的边缘只剩下3.33 MPa的预压应力储备,满足全预应力状态的要求;在第10年的长期运营阶段,中支点钢梁上翼缘和主跨跨中钢底板的最大拉应力分别减少17%和35%,中支点钢底板和主跨跨中钢梁上翼缘的最大压应力分别增加10%和42%。收缩徐变在长期运营阶段降低负弯矩区混凝土桥面板的预压应力储备,负弯矩区混凝土桥面板在运营第2年由全预应力构件变成A类部分预应力构件,在运营第13年变成B类部分预应力构件。     

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。     

曲线双工字钢-混凝土组合梁桥弯扭性能1∶2模型试验

为探究连续曲线双工字钢-混凝土组合梁桥在弯扭组合作用下的力学性能，设计了一座曲线半径为200 m,跨径布置为17.5 m+17.5 m的连续曲线组合梁桥模型，并进行了静载试验，包括两点偏心弹性加载及四点对称破坏加载。试验测试了模型桥荷载-挠度关系曲线，控制截面钢梁、桥面板及钢筋应变分布，记录了模型桥的破坏过程及特征荷载，混凝土桥面板裂缝分布及裂缝宽度。结果表明：对称荷载作用下，曲率效应使外弧侧结构受力更不利；加载截面、中支点截面钢梁翼缘屈服后，第2跨加载点外弧钢梁腹板发生剪切屈曲，截面塑性转动能力受到钢板局部屈曲的限制；中支点桥面板裂缝分布范围超过计算跨径±20%;模型桥第2跨外梁破坏后，其他结构仍能继续承载，内弧侧结构延性指标远小于外弧侧，模型桥横桥向具有冗余性；竖向荷载作用下，模型桥弹性阶段截面正应力主要由弯曲正应力和约束扭转翘曲正应力组成，此外，钢梁下翼缘存在额外的横向弯曲正应力；最后，给出了钢梁下翼缘横向弯矩简化计算方法，并基于Vlasov薄壁结构理论，提出了双工字钢-混组合梁桥约束扭转截面特性计算方法。     

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。     

先斜拉后悬索组合梁自锚式悬索桥桥面板浇筑方案研究

以一拟建钢-UHPC组合梁自锚式悬索桥为工程背景，建立全桥空间有限元杆系结构模型，研究了在“先斜拉后悬索”的施工过程中，UHPC桥面板浇筑阶段、UHPC桥面板的分段浇筑方案对加劲梁受力性能的影响。研究结果表明：UHPC桥面板在临时斜拉桥成桥后浇筑，在最终成桥状态下桥面板和钢梁的受力性能均优于在吊杆张拉完成后浇筑和在斜拉-悬索体系转换完成后浇筑；在临时斜拉桥成桥后浇筑UHPC桥面板，先浇筑斜拉索区梁段后浇筑中支点附近梁段，在最终成桥状态下中跨桥面板和钢梁的受力性能均优于先浇筑中支点附近梁段后浇筑斜拉索区梁段。     

泉州湾跨海大桥钢混组合梁施工控制参数敏感性分析

泉州湾跨海大桥主桥为主跨400m的双塔分幅式组合梁斜拉桥,采用整体节段悬臂拼装架设,干拼法连接进行主梁节段施工。为研究结构参数对施工过程中结构响应的影响,指导施工控制,采用有限元法建立该桥计算模型,计算施工过程中桥塔弹性模量、钢梁弹性模量、桥面板弹性模量、钢梁重量、桥面板重量等参数对桥塔塔偏、主梁线形、桥面板应力和斜拉索索力的影响。研究结果表明,桥面板及钢梁重量对桥塔塔偏、主梁线形及斜拉索索力影响较大,钢梁弹性模量、桥面板弹性模量及桥面板重量则对混凝土桥面板应力有很大影响,施工过程中需重点控制敏感性参数。该桥采用基于分析结果确定的施工控制原则实施控制,主跨合龙后,成桥实测线形与理论线形、成桥实测索力与理论索力均满足施工控制目标值的要求。     

钢板组合梁长期性能缩尺模型试验研究

通过实桥等效缩尺模型试验,对比和分析徐变效应下组合梁桥混凝土桥面板施加预应力后结构的长期性能。主要监测和分析负弯矩区混凝土和钢梁应力的变化趋势,以验证徐变对预压力的抵消程度。同时,通过数值模拟计算,结合试验数据,研究在徐变发展过程中应力的转移情况,得到施加预应力的组合结构其应力长期发展规律。可为组合梁桥的设计与施工提供指导和借鉴。     

宽幅异形钢板组合梁的设计与研究

以丰台火车站东侧立交专用匝道宽幅异形钢板组合梁桥为研究对象，从结构优化和安全设计两方面对组合梁桥进行分析，以桥梁结构安全性与经济性为原则，提出最优设计方案。在有限元软件中，采取刚臂连接模拟剪力钉设置，结合混凝土桥面板和工字形钢主梁，建立全桥整体模型；通过调整中横梁设置个数、改变支座平面布置方式，优化桥梁结构设计；根据桥梁实际受力情况，分析桥梁结构在常态下钢主梁的刚度、承载能力、屈曲稳定和疲劳应力情况。结果表明：在满足结构使用安全的情况下，减少中横梁数量，会增加结构应力，降低稳定安全系数；宽幅异形钢板组合梁受混凝土收缩影响明显，外侧支座容易脱空，优化支座布置显得尤为重要；在正常使用状态下，钢板组合梁外侧主梁刚度较小，变形明显，应力较大，最早容易出现屈曲失稳，且受疲劳荷载影响较为敏感。     

新型大跨连续钢桁组合梁桥施工监控关键技术

大跨度连续钢桁架-混凝土组合梁桥在公路桥梁上应用的实例极少,且有关大跨组合结构桥梁施工监控及相关问题的研究还处在探索阶段.依托某连续桁架组合梁桥工程,采用了新颖的抗拔不抗剪剪力键,并对传统的混凝土桥面板浇筑顺序进行了调整,极大地提高了负弯矩混凝土的抗裂性能.桥梁施工阶段的拆架跨中位移量、跨中混凝土预压应力、桥面板与钢梁滑移量是本桥监测的重点内容,为实现成桥状态设计目标,精确而有效的施工监控至关重要.将监测结果与有限元分析软件理论数据进行对比,分析判断桥梁施工过程中的安全性,确保全桥施工的顺利进行.     

银川滨河黄河大桥东水中引桥施工关键技术

银川滨河黄河大桥东水中引桥为双幅(5×80)m曲线连续钢-混组合梁桥,由开口钢槽梁和预制桥面板结合而成。桥位处施工场地受限,冬季长、冻土深。为实现冬季连续施工,该桥利用单侧场地,充分发挥钢-混组合梁的结构特点,采用无跨间支撑的整联横移技术进行双幅箱梁施工。在施工中,对地基进行冻结处理,在冻土上设预制扩大基础和钢管柱,形成快速拼装支架;利用双幅承台设横移支架和墩顶横向滑移装置,在顺桥向跨间无支撑状态下,将右幅钢梁整联横向滑移就位;采取了钢梁线形预设抛高、浇筑负弯矩区底板混凝土、设剪力钉及分步安装桥面板等综合措施,在无跨间支撑状态下将钢梁与预制混凝土桥面板结合,最终形成的钢-混组合梁结构满足设计目标线形与内力要求。     

不同预制方式下大跨度组合梁桥受力性能分析

为了明确整体预制大跨度π形钢混组合梁与分离预制组合梁的受力性能,结合实际工程,采用板壳-实体有限元方法,计算了两种大跨度组合梁受力性能。计算结果表明：在成桥阶段整体预制组合梁的钢梁应力比分离预制组合梁的小很多,两种组合梁钢梁上缘的最大压应力分别为84.3 MPa和229.0 MPa,下缘的拉应力分别为167.3 MPa和196.0 MPa,两种组合梁中支点处混凝土上缘应力基本相同。钢梁在成桥十年时,两种组合梁钢梁上缘的最大拉应力增量分别为88.1 MPa和-4.0 MPa。整体预制组合梁的混凝土最大拉应力为分离预制组合梁的0.67倍。另外,在施工效率和施工质量方面,山区建造大跨度组合梁桥采用整体预制方式具有明显的优势。