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。     

正交异性钢桥面-RPC薄层组合铺装体系研究

为了综合解决钢桥面疲劳开裂和铺装层易损坏两大棘手问题,本文提出薄层活性粉末混凝土(RPC)钢桥面组合结构.正交异性钢桥面铺装有限元模型计算结果表明:相对于柔性铺装,组合铺装体系中铺装层最大拉应力、剪应变、竖向位移降幅分别为54.8%,78.9%和39.1%;组合铺装体系结合面抗剪试验及钢桥面-RPC悬臂梁抗拉疲劳试验结果表明:在高温(60℃)不利条件下,RPC与沥青磨耗层界面抗剪强度为1.3MPa;RPC与钢板抗剪栓钉承载力为66.75kN;在拉应力幅值7.5～14.5MPa条件下,钢桥面-RPC悬臂梁承受200万次疲劳荷载没有出现裂缝.研究结果显示,薄层组合桥面铺装体系,有效降低了铺装体系应力应变幅值以及局部竖向变形,且铺装层各结合面抗剪强度可以满足使用要求.     

桥面铺装疲劳性能参数及可靠性

探讨桥面铺装层疲劳开裂机理,并对其疲劳力学性能指标进行分析研究,以钢桥铺装层为例,得出其最大横向拉应力、最大横向剪应力、最大横向拉应变、最大纵向拉应力、最大纵向剪应力、最大纵向拉应变和其表面最大弯沉与铺装层厚度和铺装层材料弹性模量之间关系,建立起桥面铺装结构层的可靠度研究方法,提出桥面铺装可靠度各指标与大修周期的最优分配模型。     

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.     

沥青路面在半正弦荷载下的力学响应

研究轮胎/路面的接触印迹特征及随机荷载作用特点,采用ABAQUS软件构建路面结构三维有限元模型,对半正弦荷载作用下的沥青路面力学响应进行分析。结果表明,半正弦荷载作用下沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中,应力应变值随路面深度的增加而逐渐减小;沥青路面的竖向、横向及纵向应力最大值均出现在上面层,且竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向、横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,且路面结构内部出现反复的纵向拉-压变形,这很可能是沥青路面轮迹带附近材料产生疲劳损坏的根本原因。另外,荷载作用时间和路面温度对沥青路面应变的影响要大于其对应力的影响,路面温度的升高导致应变增大且延迟了残余应变的恢复时间。     

钢-混凝土组合简支桥面连续结构横向应力分析

针对钢-混组合简支梁桥的桥面连续结构开裂等病害,围绕桥面连接板的横桥向应力问题,采用线弹性理论和板的偏微分方程进行分析,得出了桥面连接板挠度和应力的分布函数,建立非线性有限元模型,并进行实桥荷载试验.通过比较理论解、有限元解和实测试验结果,证实了理论解和有限元的有效性.根据得到的分布函数,发现横桥向和纵桥向上的最大拉应力出现在钢梁端部位置的连接板的上缘.此外,还分析了连接板区域尺寸变化对横桥向应力峰值的影响,包括纵梁端部距支座的长度、纵梁的间距以及连接板区域整体尺寸变化.结果表明：较小的纵梁间距和较长的纵梁端部与支撑之间的距离会导致连接板中的横向拉应力峰值增加,并提高横向拉应力在总应力中的占比,从而导致桥面连接板早于设计荷载开裂.因此对于纵梁间距较小、梁端长度较长的钢-混组合简支梁桥桥面连续结构,仅计算其纵桥向受力性能会导致计算结果偏危险,建议按照本文方法考虑横桥向应力对桥面连接板的影响.     

基于车-路耦合振动状态下沥青路面力学响应

利用ABAQUS,建立三维两自由度1/4车辆模型与黏弹性沥青路面模型,考虑橡胶轮胎以及轮胎与路面非线性接触,采用中心差分法求解,并与相关文献对比.结果表明:该模型具有一定可行性;静载作用下,上面层最大竖向压应力为0.402 MPa,1/4车辆动载为0.563 MPa,比静载增大40.05%;A,B和C级路面上面层最大竖向位移分别为0.589,0.698和0.941 mm,C级比A级大59.76%;上面层最大竖向压应力分别为0.497,0.702和0.739 MPa,C级比A级大48.69%;中面层出现最大竖向及横向压应变,下面层出现最大竖向拉应变、最大纵向压应变及最大横向拉应变,土基出现最大纵向拉应变;车速越大,路面响应越小;轴重越大,路面响应越大.     

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.     

桥面混凝土裂缝处防水层抗拉分析

为充分了解桥面防水层的层间拉应力的变化规律,研究桥面混凝土裂缝处防水层的抗拉性能,利用有限元法对混凝土桥面铺装结构建模,分析了在行车荷载作用下,桥面各铺装层参数对桥面防水层层间法向拉应力的影响规律,并针对桥面水泥混凝土调平层裂缝处的防水层,建立了防水层张力计算模型.计算结果表明:沥青混凝土面层与水泥混凝土调平层的模或量和厚度、防水层厚度等参数的变化对层间法向拉应力影响很小;防水层模量是影响层间法向拉应力的主要因素,当防水层模量为10~50MPa时,对层间法向拉应力的影响最大,防水层模量为50~300MPa时影响较大,防水层模量为300~1500MPa时影响基本稳定.     

高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法

为研究高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法,采用ANSYS有限元分析,探讨钢-STC-SMA结构厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力的影响规律,建立轻型组合桥面铺装层间应力估算模型,提出层间最大剪应力、最大法向拉应力简化计算公式. 研究结果表明： SMA厚度、STC厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力有不同程度的影响;在最不利荷载组合下,不计桥面纵坡时,层间最大剪应力变化范围为0.38~0.55 MPa（常温）、0.35~0.55 MPa（高温）;层间最大法向拉应力变化范围为0.18~0.23 MPa;层间应力随着桥面纵坡的增加而线性增加,纵坡从0%增加到8%,层间最大剪应力升幅为9.4%（常温）、12.0%（高温）,层间最大拉应力升幅为12.0%（常温）、12.5%（高温）;通过纵坡坡度修正,建立高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力通用计算公式,并与实桥有限元计算结果对比,误差在9%以内,说明本文提出的计算方法可用于估算不同纵坡下高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力.     

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.     

体外预应力锚固横梁拉应力域法配筋

针对体外预应力混凝土桥端锚固横梁内侧承受较大拉应力且传统配筋方法有所欠缺的现状,提出一种新方法——"拉应力域法"配筋:对于承受主拉、压应力,存在有规律的二维"拉应力域"实体结构,可连续划分二维"拉应力域切片",通过对各切片网格配筋的方式以承担混凝土拉应力的正交分量,并以"拉应力域深度"控制网格的纵向布置区域.以某体外预应力端锚固横梁为例,建立有限元模型,并考虑锚固端横、竖向预应力的影响.应用拉应力域法配筋的分析结果表明,锚固端横、竖向预应力对于配筋量有较大影响,原设计竖向钢筋过多,横向钢筋分布不尽合理,而拉应力域法可根据实际应力分布来配筋,结果更准确.     

钢桥面复合铺装结构的大比例模型试验

在钢桥面板与沥青铺装层之间设置轻质混凝土层,组成了一种新型钢桥面复合铺装体系。为研究这种新型铺装体系的力学特性,制备了大比例模型试件,实测了不同车位下钢桥面及铺装结构的力学响应。结果表明：钢桥面板最大横向拉应力为90MPa,而设置加劲肋后最大拉应力降至为43MPa,即设置加劲肋有利于改善钢桥面板的受力。浇筑轻质混凝土铺装层后,钢桥面板顶板和加劲肋底板的应力峰值、位移都降低,最大应力降幅达48%,最大位移降幅达18%,而且钢桥面板中的应力分布也更加均匀。作为铺装结构,轻质混凝土铺装层也与桥面板共同参与结构受力,使得桥面铺装体系的结构刚度得到提高。     

混凝土梁式桥沥青混凝土桥面铺装层力学分析

本文结合实体工程,针对混凝土梁式桥沥青混凝土桥面铺装层的受力特点,利用ABAQUS软件建立模型,并通过对不同位置铺装层应力的分析,确定铺装层的最不利荷载位置,分析此处铺装层体系的拉应力和剪应力,确定控制铺装层破坏的力学指标,为桥面铺装设计提供力学理论依据．     

装配式混凝土板桥桥面加固技术的试验研究

通过在装配式混凝土板板顶植筋并对桥面施加横向预应力,不但可以加强板与桥面铺装层的连接,而且还可以加强整体结构的横向整体性,增强结构对动载冲击、震动、磨耗抵抗能力.以寨河桥为工程实例,进行了植筋和预应力张拉前后10个工况的混凝土板挠度和应力的现场测试,结果表明,植筋等增加桥面预应力的措施确实能够预防桥面病害的发生,并能提高桥面的承载力,减小挠度,为相关工程提供了依据.     

高速铁路下承式板桁结合梁的受力分析

为了了解下承式板桁结合梁的受力性能,根据京沪高速铁路上的1座简支下承式板桁结合梁桥,设计制作了1个4节间下承式板桁结合梁模型,并分3个阶段10种荷载工况进行了模型试验,对主桁和纵梁的挠度,横梁的竖向、水平位移,纵、横梁、主桁各杆的应力,混凝土板上的应力、裂缝分布及宽度进行了分析,研究了混凝土板与主桁结点是否直接相连以及制动撑对结构的影响.试验结果表明:主桁的挠度和内力与按平面桁架计算的结果相比相差不大;在桥面系中,最大应力发生在横梁2上,混凝土的受力状态以竖向荷载作用下的弯曲为主;在竖向荷载作用下,制动撑的作用不大,但在水平荷载作用下,制动撑的作用明显;设计时可不考虑各种偏载的影响.     

移动荷载下钢桥面铺装表面拉应力粘弹性分析

正交异性钢桥面铺装体系的受力复杂,铺装表面承受较大的弯拉应力。沥青铺装层具有明显的粘弹性特征,其应力应变与时间、温度的关系密切。钢桥面铺装使用的荷载与温度条件相对恶劣,因此采用粘弹性材料模型,利用试验数据计算得到的材料计算参数,对钢桥面沥青铺装表面的拉应力进行了粘弹性有限元计算分析,相关结论供铺装设计进行参考。     

无黏结预应力混凝土连续梁承载力的研究

为研究无黏结预应力混凝土连续梁在单跨集中荷载和双跨对称集中荷载下的承载力和预应力筋应力增量,基于通用有限元软件ANSYS建立了无黏结预应力混凝土连续梁的有限元计算模型,研究了不同加载方式下非预应力筋配筋率、预应力筋的张拉控制应力以及混凝土强度等参数对连续梁的承载力和无黏结筋极限应力增量的影响.结果标明,无黏结预应力混凝土连续梁在单跨集中荷载下的承载力小于双跨对称集中荷载下的承载力.将计算得到的无黏结筋极限应力增量与中国现行规范JGJ92-2004和美国ACI318-05规范进行对比后发现:对于承受双跨对称集中荷载的无黏结预应力混凝土连续梁,规范偏于安全;当无黏结预应力连续梁承受单跨集中荷载时,中国现行的JGJ92-2004规范和美国ACI318-05规范均过高估计了无黏结筋的极限应力增量.     

多横梁整体桥面结构桥面荷载传递途径及计算方法

以1座多横梁整体桥面钢桁梁桥为例,采用空间有限元法研究桥面荷载的传递路径及其变化规律,并得出路径传力比的计算式。研究结果表明:在多横梁整体桥面钢桁梁桥中,下弦杆不仅承受轴向力作用,而且承受竖向弯矩作用,竖向弯矩与节间横梁传力比有关;当节间内布置3根横梁时,节间横梁总传力比为0.6左右;路径传力比同下弦杆与桥面系(纵梁、纵肋和钢桥面板)的竖向刚度比λ1、节间横梁与节点横梁的竖向刚度比λ2有关,并随着λ1和λ2增加而增加;2条路径传递的荷载在不同的节间变化不大。     

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.