正交异性钢桥面铺装层受力分析

研究和分析正交异性钢桥面铺装层的受力状态,可以为桥面铺装设计提供必须的理论依据和设计指标;研究在车载作用下,沥青混凝土铺装层的应力应变分布变化规律及与钢板的粘结性能,同时考虑了沥青混凝土模量和加载位置对铺装层受力的影响.     

正交异性钢桥面板第一体系受力状态对铺装层的影响

针对不同桥型主梁上正交异性钢桥面铺装层破坏的差异，采用预应力模拟正交异性钢桥面板的第一体系应力，用有限元方法计算作用有不同预应力水平的局部正交异性钢桥面系在标准轴载作用下的力学响应。得到了局部桥面系铺装层的各控制指标值分别随预应力水平的变化关系。结果表明，第一体系纵向正应力对铺装层表面最大纵向拉应变影响显著，第一体系横向正应力对铺装层表面最大横向拉应变影响较大，而第一体系应力状态对最大肋间相对挠度的影响很小、对层间最大剪应力基本没影响。     

桥面铺装改造对正交异性钢桥面板受力性能的影响

为了验证桥面铺装改造对正交异性钢桥面板的加固效果,以某公路简支钢箱梁为背景进行研究。选取3跨箱梁,分别采用聚合物混凝土、夹心钢板系统和活性粉末混凝土3种桥面铺装方案对钢桥面板进行加固,并通过实桥试验测试改造前、后正交异性钢桥面板的应力及局部变形,验证加固效果。结果表明:原铺装与裸面板状态下钢桥面板的受力及变形规律基本一致,原铺装基本不参与正交异性钢桥面板共同受力;3种铺装改造后,钢桥面板应力及局部变形均有较大降低,但钢桥面板应力及变形的改善效果仍面临长期运营的检验。     

正交异性钢桥面沥青铺装受力特征的有限元分析

分析国内外钢桥沥青铺装使用状况与直道试验结果发现,疲劳开裂是正交异性钢桥面沥青铺装破坏的主要形式之一。本文应用有限元方法分析直道试验钢桥模型,针对加劲肋顶部出现纵向疲劳裂缝的实际情况,对应变及相关因素进行研究,对比计算结果与直道试验结果,验证计算的正确性,得到相关的图表公式。     

正交异性钢桥面板的计算分析

正交异性钢桥面板在钢桥尤其是大跨度钢桥设计中广泛使用。该文通过分析总结正交异性钢桥面板的计算方法,为设计人员在设计工作中提供参考。对比整体计算法和叠加计算法的优缺点,并通过工程实例,采用格子梁法详细分析了正交异性钢桥面板的计算过程,同时阐述了计算过程中的注意事项,指出整体计算法、P-E法和格子梁法三种计算方法中格子梁法更加高效,整体计算法最为准确。     

基于桥面铺装受力分析的正交异性钢桥面结构优化研究

以某跨径90 m的连续钢箱梁桥为研究对象,建立精细化的正交异性桥面铺装体系有限元模型,并验证其准确性.先确定箱梁结构参数的水平,分析单一结构参数影响铺装层受力,然后进行多因素正交数值试验,最后对钢箱梁桥面系进行优化设计.研究表明:车轮中心作用在加劲肋侧肋的正上方时,铺装层内横向拉应力、竖向位移及铺装层层底剪应力最大;在...     

超重车辆作用下正交异性钢桥面板细部受力分析

我国公路桥梁在运营阶段车辆超重超速的现象十分普遍,严重影响了桥梁结构的耐久性。文中结合北盘江特大桥工程实例,进行了正交异性钢桥面板在重载作用下关键受力部位的应力、变形分析,并针对性地进行了移动荷载下桥面板细部动力响应分析,就超重超速对正交异性钢桥面板的受力性能影响进行了初步评估。     

正交异性钢桥面铺装层表面裂缝应力强度因子分析

首先建立了正交异性钢桥面系三维断裂力学有限元模型,计算并对比了开裂铺装层与完好铺装层表面最大拉应变值,结果发现铺装层开裂后会使表面拉应变值减小,表明铺装层表面最大拉应变不适合作为带裂缝铺装层的设计指标,因为铺装层的疲劳破坏是由裂缝前沿的奇异应力场强度,即应力强度因子的大小所决定;接着计算了铺装层表面纵向裂缝和横向裂缝的应力强度因子值,分析了应力强度因子随荷载作用位置变化的规律,确定了轴载作用的最不利荷位。     

铁路桥梁正交异性钢桥面的疲劳特征

研究采用开口加劲肋的铁路钢桥正交异性钢桥面的疲劳特征.通过几个试件的疲劳测试,发现横梁腹板的孔洞形状、剪力以及焊缝熔透深度都是影响疲劳特性的重要因素.正交异性钢桥面的疲劳损伤最容易发生在横梁腹板的孔洞附近,也可能由质量不高的焊缝内的裂纹引起.     

正交异性钢桥面板的研究进展

正交异性钢桥面板具有自重轻、承载性能好、跨径大、装配速度快等优点,逐步取代了传统砼桥面板。随着近年来交通量的迅猛增加,正交异性钢桥面板的焊缝疲劳问题愈发突出,其中以纵肋-顶板焊缝的疲劳开裂最常见,桥面板、横梁、纵肋三者相交位置也是桥梁结构中对疲劳最敏感的部位。文中对正交异性钢桥面板的发展历史、力学性能、疲劳问题及正交异性钢桥面技术的发展等进行梳理,并对正交异性钢桥面板的未来发展进行展望。     

正交异性钢桥面板实桥试验研究与应力分析

本文选取U肋与桥面板连接区域、U肋与横隔板交叉部位、U肋等细节,通过实桥静力试验,结合有限元模型分析,研究正交异性钢桥面板局部应力的大小和分布规律.结果表明:钢桥面板各关键构造细节的应力影响线都比较短,纵向应力主要受两个横隔板间距的影响,横向应力受与其相邻的两个U肋间距内荷载的影响;当车辆通过时,测点会出现多个应力循环;在U肋-横隔板连接焊缝附近,U肋腹板上的应力水平较高;横隔板弧形切口自由边缘两侧应力性质相反,一侧受压、一侧受拉,应力幅值较大,存在疲劳开裂隐患;因此设计中应该对构造细节进行详细研究分析,并注意焊接区域的细部设计与制造,避免疲劳开裂.     

正交异性钢桥面铺装的力学分析

采用有限元方法分析正交异性板桥面铺装体系在车辆荷载作用下的力学响应规律,探求钢桥面铺装破坏的力学机理。比较各种工况的计算结果,确定了每种应力的最不利荷载位置。分析结果表明,钢桥面铺装在轮载作用下的应力最值均位于正交异性板的刚度突变位置,如最大纵向应力位于横隔板上方,最大横向应力及最大剪应力位于加劲肋腹板上方。研究结果可以为正交异性板优化设计及钢桥面铺装设计指标的确定提供理论依据。     

正交异性钢桥面板足尺疲劳试验

以某大跨径斜拉桥采用的正交异性钢桥面板为工程背景,进行钢桥面板疲劳性能试验研究,足尺疲劳试验循环次数累积达到1 020万次.试验结果表明:加劲肋与盖板连接部位出现了纵向疲劳裂纹;加劲肋与横隔板连接的焊缝端部出现了在焊趾处萌生并沿加劲肋腹板扩展的疲劳裂纹;受焊接残余应力影响,处于疲劳荷载压应力区的腹板与横隔板连接焊缝端部也萌生了疲劳裂纹;横隔板挖孔部位无疲劳裂纹;若以测点应力发生变化为疲劳失效判据,则加劲肋与横隔板连接端部的疲劳细节高于AASHTO中D类和Eurocode的63类细节等级,加劲肋与盖板连接的疲劳细节高于AASHTO中D类和Eurocode的71类细节等级;若以出现疲劳裂纹为疲劳失效判据,则其疲劳细节高于AASHTO规范中D类和Eurocode的80类细节等级.     

基于等效结构应力法的正交异性钢桥面板体系疲劳抗力评估

正交异性钢桥面板的疲劳问题属于多疲劳失效模式下的结构体系疲劳问题,为研究其结构体系的疲劳失效模式和疲劳抗力,以典型的正交异性钢桥面板为研究对象,提出基于主导疲劳失效模式的结构体系疲劳抗力评估方法。由正交异性钢桥面板的重要疲劳失效模式入手,设计3组共8个足尺节段模型,通过疲劳试验研究确定纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节的重要疲劳失效模式及其实际疲劳抗力;基于所提出的结构体系疲劳抗力评估方法,探讨引入镦边纵肋和双面焊等新型构造细节条件下正交异性钢桥面板结构体系的疲劳抗力问题。研究结果表明：纵肋与顶板焊接细节主导疲劳失效模式为疲劳裂纹萌生于焊根并沿顶板厚度方向扩展,而纵肋与横隔板交叉构造细节主导疲劳失效模式为疲劳裂纹萌生于端部焊趾并沿纵肋腹板扩展;初始制造缺陷会显著降低正交异性钢桥面板重要疲劳失效模式的疲劳抗力并导致疲劳失效模式迁移;对于正交异性钢桥面板的结构体系而言,引入新型镦边纵肋与顶板焊接细节无法提高结构体系的疲劳抗力;而引入纵肋与顶板新型双面焊细节,可使结构体系的主导疲劳失效模式迁移至顶板焊趾或纵肋与横隔板交叉构造细节,结构体系的疲劳抗力得到显著提高。     

Stress Analysis of Arc-shaped Cutouts in Steel Orthotropic Deck Plates

正交异性钢桥面板应用广泛、但疲劳问题也较多,特别是与U肋相交的横隔板弧形缺口位置较为严重,各国规范和工程实践做法迥异.为研究弧形缺口边缘的2个主要疲劳开裂热点,选取4种不同缺口形式,考虑横隔板间距与厚度、肋高、缺口间隙等4种尺寸参数,建立桥面板局部空间模型进行分析,结合热点应力法进行疲劳评估.结果表明:对于这些缺口构造形式,与疲劳性能密切相关的热点应力水平和几何应力集中系数均表现出对各尺寸参数的显著相关性;不同缺口构造形式适用于不同的荷载条件.综合分析结果,本文推荐了一种弧形缺口形式,各项计算指标均较好.     

正交异性钢桥面新型复合铺装结构研究

针对正交异性钢桥面存在的主要破坏形式,提出其铺装层相应的4个主要设计指标:铺装层表面拉应力、铺装层与钢桥面板层间剪应力、铺装层垂直压应变和铺装层剪应力。利用有限元方法,以铺装层与含加劲肋和纵横隔板的正交异性钢桥面局部梁段作为计算对象,进行有限元分析,分析各个设计指标随铺装过渡层模量和铺装层厚度的变化规律。首次提出以水泥基材料为过渡层、焊钉为剪力连接件和SMA13为表层的新型复合铺装系统,并进行了热相容试验、高温复合车辙试验和复合梁疲劳试验等一系列小型试件试验研究。研究结果表明,增大铺装过渡层模量或适当增加铺装层厚度,有助于降低正交异性钢桥面板的应力和应变,使铺装层总体受力越有利;与传统双层沥青混凝土铺装结构相比,新型复合铺装系统性能更优越。     

正交异性钢桥面水泥基铺装过渡层的研究

首先以铺装层与含加劲肋和纵横隔板的正交异性钢桥面局部梁段作为计算对象,进行有限元分析,发现随铺装下层模量的增大,铺装层与钢桥面板复合效应增强,使铺装层总体受力也越有利,故有必要研制模量较大的水泥基铺装过渡层,以改善正交异性钢桥面板与铺装层之间的受力状态。其次,鉴于轻质混凝土与聚合物改性水泥混凝土的优越性,开展合理选材与配合比设计研究,研制同时具备这2种混凝土优点且适用于钢桥面过渡层的轻质聚合物水泥砂浆(LPCM)。然后,对所研制的轻质聚合物水泥砂浆进行抗压强度、抗折强度、疲劳性能、应力应变曲线特点和改性机理等进行了分析。研究发现:所研制的砂浆密度约1 800 kg/m3,为轻质砂浆;丙烯酸乳液的掺入有利于降低轻质砂浆水灰比、改善浆体工作性、增大轻质砂浆的柔韧性与抗裂性,但存在一个最佳掺量问题;具有高抗拉强度的聚合物膜是显著改善其抗折强度、压折比、弯曲韧性和疲劳性能等一系列力学性能的根本原因。轻质聚合物砂浆是一种性能优异的柔韧性水泥基材料,建议使用在对厚度、自重和柔韧性有一定要求的钢桥面铺装过渡层。     

正交异性钢桥面板的精细有限元分析研究

以鄂尔多斯乌兰木伦湖区3号大桥正交异性钢桥面板为研究对象,参照日本《道路桥示方书》及美国AASHTO规范,采用Midas/Civil软件建立空间杆系模型进行第一体系分析,采用ANSYS软件建立空间板梁模型进行第二、三体系分析。结果表明:桥面板、U肋及大、小横梁的强度和刚度均在限值之内,且富余度较大;正交异性钢桥面板受力复杂,必须采用精细有限元分析;正交异性钢桥面板的强度和刚度均应重视分析,以充分了解结构的真实受力状态。