车载作用下大跨径缆索支承桥桥型对铺装层受力的影响研究

以润扬长江公路大桥为工程背景，通过有限元数值模拟技术，分析建立其北汊斜拉桥和南汊悬索桥的三维整桥模型，进行整桥力学分析，提出整体—局部分析方法，进而分析铺装层的受力特点；悬索桥的桥型对铺装层的受力影响较大，作者计算的铺装层拉应力明显大于以往模型；对于斜拉桥跨中位置，考虑整桥后铺装层的受力略大于局部模型，对于承受斜拉索水平分力挤压的主梁部分，其铺装的受力略小于局部模型。     

润扬大桥南汊悬索桥桥面铺装在竖向荷载静力作用下的力学分析

介绍了一种整体局部模型的分析方法对钢桥面铺装进行力学研究,即分别建立整桥、局部梁段、正交异性板桥面铺装的三维有限元模型,通过边界条件的设置,将整桥力学分析的结果移植到正交异性板桥面铺装模型中.研究结果表明,考虑悬索桥桥型特点计算的铺装层最大纵向拉应力比以往局部模型的计算结果大12.6%左右,这是由于悬索桥主梁和桥面铺装活载挠度大于一般连续梁桥的结构特点所致.桥面铺装力学分析方法能较为准确地反映桥面铺装在整桥力学环境下的受力特点.     

TPO-薄层UHPC轻型组合桥面层间温度应力研究

为掌握轻型组合桥面温度应力变化规律,避免TPO-UHPC层间受力破坏,采用应变片法和超声波法分别测定TPO材料的热膨胀系数和弹性模量;利用ABAQUS有限元软件对组合铺装进行层间温度应力研究;对影响TPO-UHPC层间温度应力的主要因素进行参数敏感性分析,探讨热膨胀系数比、TPO厚度、施工温度等对层间温度应力的影响.试验研究表明:TPO热膨胀系数比水泥基材料要大得多,TPO弹性模量随温度升高而减小.仿真计算显示:均匀温度变化下,层间剪应力和法向拉应力随着膨胀系数比和TPO层厚度减小而减小;层间剪切应力相较于法向拉应力在铺装体系中占主导地位;在高温和低温环境下,施工温度对TPO-UHPC层间应力的影响趋势相反,选择合适的TPO厚度及施工温度,可以减小温度应力幅.     

混凝土桥面复合式铺装层受力分析和设计

选取典型的T梁和箱梁桥型,将桥梁体、水泥混凝土铺装层、防水层、沥青混凝土铺装层视作一个整体,研究了复合式桥面铺装在承受汽超-20偏载作用下的结构响应.采用有限元方法进行三维空间实体建模,分析了铺装层受力最不利位置、铺装层拉应力、层间剪应力和层间法向拉应力.结果表明：桥梁体、水泥混凝土铺装层、防水层和沥青混凝土铺装层相互作用,在桥梁结构特殊部位产生铺装层最大拉应力,在轮载作用域产生最大层间应力;铺装层厚度对荷载应力大小有重要影响.提出了复合式铺装的设计指标,建议沥青混凝土铺装层和水泥混凝土铺装层厚度的设计采用复合式结构.     

基于层间接触的空心板梁及桥面铺装在双轴移动荷载下的力学响应分析

目的研究考虑铺装层间接触的桥面铺装及空心板梁在双轴移动荷载下的受力状态,以解决混凝土桥梁在桥面铺装设计时对铺装层之间的关系状态考虑不全面的问题.方法采用ABAQUS有限元软件建立含有沥青铺装层、粘结层、混凝土调平层、空心板及铰缝的数值模型,利用子程序模拟行车移动载荷,设置库仑接触摩擦建立层间接触,考虑不同荷位、层间摩擦系数对空心板梁及桥面铺装的影响.结果铺装层间最大水平接触力出现在梁端区域;铰缝与空心板的挠度相差10%,应力在轮载附近处变化较大;沥青铺装与粘结层间接触摩擦应力为0.209 3 MPa,大于混凝土铺装与粘结层间接触摩擦应力0.156 MPa;连续模型与接触模型的应力最大差值达4.5倍.结论不同结构层间界面薄弱,易发生剪切破坏;为防止板与铰缝间发生剪切破坏,可加强轮载附近处板与铰缝的连接;采用不同措施处理各层之间的粘结,可使经济效益最大化;将铺装层视为连续体考虑不周,层间接触假定更符合实际情况.     

温度荷载作用下连续箱梁桥桥面铺装的应力分析

针对连续梁桥的混凝土桥面铺装层,建立了三维有限元计算模型,对温度荷载作用下桥面铺装层进行了应力计算和分析.分析结果表明,在温度荷载作用下,随着降温幅度的增加,混凝土铺装层内各应力最大值均呈单调上升趋势,各应力最大值增幅均较大.相关结论可为混凝土桥面铺装的设计和施工提供参考.     

寒冷地区桥面铺装层层间工作状态

为了研究寒冷地区桥面铺装结构在交通荷载和温度应力耦合作用下复杂的层间受力状态,探究层间受力与各因素的响应关系,定量计算不同工况对层间力学响应的影响权重,最终得到基于实际工况下桥面铺装层层间工作状态,达到指导桥面铺装层间的设计、施工及检测目的。以北方寒冷地区的典型桥面铺装结构建立力学分析模型,引入针对沥青混凝土桥面铺装力学分析的有限元软件BISAR3.0程序,计算分析桥面铺装层层间剪应力分布特征。选取桥面铺装层在实际工作中层间剪应力影响因素中的桥面铺装层厚度、模量、桥梁纵坡、桥梁圆曲线半径、气温、超载6个主要实际工况,以最不利荷载位置为计算点位,分析了不同工况下铺装层层间力学行为。采用主客观赋权法相结合的层次-变异系数法综合评价不同工况条件对桥面铺装层层间剪应力的影响程度,引入桥面层间组合工况评价指数I,建立基于实际工作环境下桥面铺装层层间组合工况分级标准,评价其层间工作状态。研究结果表明:桥面铺装层和桥面板层间承受很大应力,桥面铺装层层间最不利荷载位置位于力学计算模型(1.0δ,1.5δ,0.11m)处(δ为轮胎当量半径);6种实际工况对层间影响程度差异明显,温度对层间剪应力影响所占比例最大,约为36.56%,铺装层模量的影响最小,仅为5.53%;组合工况分级共分3个等级,将评价指数I在0~50划分为1级,代表层间组合工况较差,层间剪应力代表值为0.26 MPa;3级时评价指数I为80~100,代表层间组合工况良好。     

层间接触状态对桥面铺装结构力学响应的影响

针对桥面铺装混凝土调平层和沥青铺装层层间接触状态复杂的问题,运用ANSYS有限元分析软件,建立了更符合实际的后轴双轮组轮胎模型,以目前我国常用的空心板梁桥为研究对象,分析了摩擦、完全黏结、绑定和完全粗糙等多种接触状态下铺装结构的应力响应.计算结果表明:车辆荷载并不是均布荷载,其压力峰值随胎压和轴重的变化而变化;混凝土调平层与沥青铺装层间的接触状态对铺装结构受力影响显著;4种接触状态中,黏结接触状态下的铺装结构受力最优,当层间黏结不足时,层间接触更接近假设的"绑定"接触状态.     

日照作用下遂德高速不等跨径装配式桥梁的温度效应

山区不等跨径装配式桥梁在日照温差影响下存在较高程度的开裂风险，本文以遂德高速公路在建九岭岗大桥为工程实例，采用Midas civil数值模拟并结合现场温度场监测的方法，研究了在不等跨径桥梁结构中的温度效应问题，并与现行规范进行对比分析.研究结果表明：温度梯度沿主梁竖向变化显著，高温差主要位于顶板；温度梯度作用下主梁顶板下缘的拉应力最大，较大的温度应力易使混凝土产生纵向裂缝；温度梯度效应作用下，相邻不等跨径主梁支座截面应力大于跨中截面应力，截面梁高越高、跨度越大的主梁产生的温度应力越大；相邻不等跨径主梁因温度效应产生的内力和变形不同，活动端纵向位移最大，存在落梁风险.研究结论为山区日照温差影响下的桥梁工程建设提供一定的理论依据，对防治工程病害及提高结构耐久性具有参考价值.     

均匀温度下多跨半刚接整体桥受力性能

以某多跨空心板梁桥改造为半刚性节点整体桥为例,建立考虑桩-土相互作用的桥梁有限元实体模型,进行上、下部结构不同连接方式对温度变化作用下结构受力性能影响分析. 结果表明：主梁与桥台连接方式对整体桥受力的影响大于主梁与桥墩处的连接方式;主梁与桥台刚接时,在温度变化作用下,结构内产生的附加轴力、弯矩远大于主梁与桥台采用半刚接的. 对半刚性节点进行参数分析,结果表明,橡胶套壁厚是影响主梁弯矩的主要因素,橡胶垫及钢棒直径对主梁弯矩影响较小;橡胶套壁厚和钢棒直径对桥台处柱-桩基的影响较大,对桥墩处柱-桩基弯矩影响较小,可忽略不计.     

混凝土桥沥青铺装层力学计算分析

桥面铺装是桥面行车体系重要组成部分,由于桥面铺装的受力模式不同于一般的沥青路面,沿用原力学计算方法不能较准确地揭示桥面铺装的真实受力状态。文章将桥面系和沥青混凝土铺装层作为统一的力学计算体系,研究了桥面铺装体系的力学特性和分布变化规律,为桥面铺装层体系设计和选材提供理论依据,达到改善铺装层受力和延长铺装层使用寿命的目的。     

钢桥桥面铺装层温度场分布特征

钢桥桥面铺装层早期破坏一直是一个世界性难题,高温是造成钢桥桥面铺装早期破坏的一个主要因素。如果掌握钢桥桥面铺装层温度分布规律,便能选择适合钢桥桥面铺装层温度特点的铺装材料,从而能够推迟早期破坏的发生。基于这一目的,本文以傅立叶传热定律为理论基础,根据气象部门提供气象资料,运用有限元手段,对钢桥桥面铺装层温度场温度分布特征进行了系统研究,分析了钢桥桥面铺装层温度分布规律。研究后发现,钢桥面铺装层内温度场变化与路面温度场变化并不相同,较路面温度变化更为剧烈,温度条件更为苛刻。由此可以得出结论：道路温度场理论并不完全适合钢桥桥面铺装层,在进行钢桥桥面铺装层设计时,不能按照当前普遍采用的设计方法,简单地按照路面设计方法进行设计。在钢桥桥面铺装设计中,更应注意高温问题。     

钢纤维混凝土桥面铺装层的细观应力破坏分析

基于复合材料力学和线弹性断裂力学,简化了桥面铺装层及桥面板体系的力学模型,建立了修正的剪滞控制方程组.将模型裂缝区及远场的应力、位移条件合理转换为所建立计算模式的求解边界条件,进而得到了桥面铺装层和桥面板各子层的位移分布函数.运用能量法则,考虑温度效应对桥面铺装层的影响,得到了桥面铺装层破坏应力的解析解.运用该计算模式对某桥桥面铺装层的破坏进行了仿真分析,证实了该方法的适用性.     

基于桥面不平度的车辆动载对铺装层应力的影响研究

为了研究混凝土桥梁在车辆随机动载作用下,桥面不平整度对铺装层控制应力响应的影响规律,采用具有典型性的双自由度1/4车辆模型,考虑车轮的随机动载作用,建立车—桥—铺装层耦合振动的实体模型,研究了铺装层不平整度以及车速变化时,铺装层控制应力的变化规律。结果表明：铺装层的应力极值响应相比于跨中节点的应力时程响应,不仅可以反映车辆荷载的随机性,还能够抓住结构最不利响应;同一不平整度下,铺装层内各项控制应力的极值响应曲线峰值的放大系数非常接近;当桥面平顺性一般及较差时,铺装层各项控制应力的极值相比于桥面绝对平顺时增大了1倍多。通过对桥面铺装平整度进行测量和评估,可一定程度上把握铺装各项控制应力的变化情况,可较为直观和方便的实现对铺装层的检测评估。     

钢纤维增强混凝土桥面铺装层的破坏分析

借鉴复合材料力学的分析方法,对桥面板和桥面铺装层组合体系建立一种分层剪滞模型,并结合线弹性断裂力学,研究了混凝土公路桥中钢纤维混凝土桥面铺装层的破坏机理,同时考虑了温度改变对铺装层破坏应力或破坏弯矩的影响.通过分析和比较,证实了本文模型和方法的正确性和可行性.本文为混凝土公路桥中桥面铺装层的破坏分析提供了一种新的研究途径和方法.     

桥面铺装对中小跨径桥自振频率的影响分析

为了对桥梁结构计算中是否需要考虑桥面铺装质量对桥梁结构自振频率的影响进行分析,以曲线连续梁桥为对象,采用空间梁单元建立动力分析模型,通过模型桥的实测与计算结果对比分析,验证了空间梁单元模型是可行可靠的。基于现场曲线桥,对实桥进行自振频率实测,与此同时,分别建立4种有限元模型来讨论桥面铺装、护栏质量和尺寸对自振频率值的影响,通过现场实测与4种模型计算的自振频率值得比对分析,表明：模拟考虑的越精确,计算结果与实测结果越接近,但计算工作量大;以精确模拟计算结果为参照,裸梁的计算更接近。针对新建桥,不考虑铺装质量的结果更加合理,在设计计算中往往考虑桥面铺装的质量,却不考虑其对截面几何特性的影响是偏不利的。     

温度效应下的板桁结合钢桥局部分析

板桁结合结构钢桥在日照作用下,因桥面板和主桁升温速度不同而存在较大的温差,这种温差的存在对桥面板与桁架连接部位以及横梁与桁架连接的部位造成不利的影响。以重庆市东水门长江大桥为工程实例,运用有限元分析软件Midas FEA对实桥建立三个节段有限元模型,采用板单元,温度荷载加为单元温度,对局部温差作用进行了分析。结果表明:桥面板应力主要影响位置在横梁的两侧0.3 m内,其应力符号相反;温差19℃时,引起板应力最大2.9 MPa,横梁剪应力在22.8 MPa波动;温差30℃时,应力5.35 MPa,剪应力高达32.52 MPa。根据结构钢材考虑的温差,可知本工程设计的结构在目前考虑的温差效应是安全的,在施工拼装的过程中,应严格控制局部温差。     

桥面铺装层温度场的ANSYS模拟

为了较准确地掌握桥面铺装层温度场的分布规律,为温度应力计算及铺装材料设计提供理论依据,从气象学和传热学基本原理出发,分析了影响桥面铺装层温度场的环境因素,根据傅立叶传热定律导出了桥面铺装层瞬态温度场的二维计算模型,采用AN-SYS有限元软件对该模型进行了模拟分析,并将计算结果与实测结果进行比较.结果表明:在正确掌握边界条件及材料热物性参数的条件下,采用文中的计算模型可得到较为精确的数值解.     

多车激励下波形钢腹板连续梁桥沥青铺装动力学响应

为研究多车激励作用下大跨径桥梁桥面铺装层的动力学响应,建立含有Fiala轮胎的多刚体实车模型以及大跨径桥梁有限元精细模型,考虑桥面随机不平顺激励,构建包含桥面铺装层的车-桥刚柔耦合系统动力学模型。计算准静态条件下桥梁控制截面的挠度,并与现场静载试验进行对比,验证了所建车-桥耦合模型的正确性与计算结果的有效性。研究不同编队多车荷载作用下波形钢腹板连续箱梁桥铺装的动力响应,不同工况对于车辆后轴悬架力和垂向轮胎力的影响,结果表明：多车荷载相比于单个车辆荷载所引起的动力响应更大,更容易引起桥面铺装和桥梁结构的早期损伤;在车辆数量相同、车速相同、前后车距相等的情况下,车辆行驶编队不同时所引起的桥面铺装层最大挠度、最大纵向应力和最大横向剪应力分别增大了19.7%、23.5%和8.0%,且最大纵向拉应力和剪应力均发生在防水混凝土-混凝土梁之间,容易产生早期疲劳开裂;车辆后轴悬架力随着载重增加而增大,垂向轮胎力随着速度和载重增加而增大。     

Analysis of structural hot spot stress in orthotropic plates

On the basis of the actual steel deck structure of Taizhou Bridge, this paper carries out hot-spot stress analysis on some key spots by using the finite element model which simulates local structure of orthotropic steel bridge decks. A finite element model is established for local structure of orthotropic steel bridge decks, and in the analysis of linear elasticity of the structure, face load is employed to simulate the loads from vehicle wheels. Analysis results show that main stresses are relatively heavy at the joints between diaphragm plates, top plates and U-shaped ribs and the joints between diaphragm plates and U-shaped ribs. These joints shall be regarded as key points for hot-spot stress analysis. Different mesh densities are adopted in the finite element model and the main stresses at different hot spots are contrasted and linear extrapolation is carried out using extrapolation formulae. Results show that different mesh densities have different influences on the hot-spot stresses at the welded seams of U-shaped ribs. These influences shall be considered in calculation and analysis.