钢箱梁斜拉桥正交异性桥面板的受力性能

以青岛海湾大桥红岛航道桥为工程背景，对钢箱梁斜拉桥桥面板进行受力性能分析。将桥面板分为3个基本受力体系：桥面板作为主梁截面的一部分承受车辆运营荷载（第一基本体系）；由桥面板和纵横向加劲肋组成桥面结构，承受桥面车轮荷载（第二基本体系）；支承在纵横加劲肋上的钢桥面板直接承受车轮局部荷载（第三基本体系）。建立空间杆系模型和空间板壳模型对桥面板进行有限元分析，得到各体系下结构的受力特性，针对3个体系下桥面板正应力进行叠加。结果表明：钢箱梁顶板的最大压应力为87．7MPa，满足规范要求；运用应力叠加进行钢桥面板计算是一种近似的方法，计算得出的结果一般偏于保守，但其精度可以满足设计要求。     

UHPC铺装加固斜拉桥正交异性钢桥面板

针对正交异性钢桥面板存在的桥面铺装破损及钢桥面疲劳开裂这一系列问题,以长期被该病害困扰的天津海河大桥为研究对象,分析此类病害的分布特征及产生机理;根据病害形成的原因提出采用超高性能混凝土铺装层(UHPC)与钢桥面通过剪力钉形成组合结构的加固方法,并将该方法首次应用于大跨径斜拉桥的加固;基于有限元计算和加固前后实桥比对试验,对UHPC层及桥面板关键部位应力情况进行分析,并连续2年对加固后桥梁的状况进行监测。研究结果表明:桥梁病害产生的主要原因是自身刚度不足,在重载车辆的长期作用下出现疲劳开裂;采用UHPC铺装加固后,钢桥面转变成钢-UHPC组合桥面,可大幅度提高桥面板整体刚度,其受力状态得到明显改善,钢箱梁U肋、横隔板、顶板在标准车荷载下的应力分别降低52.7%、39.2%、28.3%,UHPC铺装加固能有效抑制疲劳裂缝的产生和发展,UHPC材料的抗拉强度能满足活载作用下最大拉应力的要求;在重载交通的运营状况下桥面铺装依旧完好,钢箱梁无新增裂缝。采用UHPC铺装加固正交异性钢桥面板在改善其受力状况方面具备优越性和技术可行性。     

超高性能混凝土铺装层对钢桥面板疲劳性能影响

目的以港珠澳大桥钢箱梁为例,在面板上增加一层超高性能混凝土形成钢-UHPC组合桥面板,分析超高性能混凝土层对钢桥面板各细节疲劳性能的影响.方法利用有限元软件ABAQUS建立带UHPC铺装层和不带铺装层的局部钢箱梁节段模型.结果对于加了UHPC铺装层的正交异性钢桥面板,纵肋与盖板连接处盖板纵向处的最不利细节横向位置及对应的最不利横向加载点均未发生变化;纵肋与盖板连接处纵肋纵向处、纵肋与横隔板连接处纵肋腹板处和纵肋与横隔板连接处横隔板腹板处的最不利细节横向位置未发生变化,但其对应的最不利横向加载点发生变化;横隔板腹板切口自由边和纵肋下缘对接焊缝处的最不利细节横向位置及对应的最不利横向加载位置均发生了变化.结论 UHPC层大幅度增加了钢桥面板的刚度,进而大大降低了各疲劳细节的应力幅水平,减少了各细节发生疲劳开裂的几率.     

纵隔板对钢桥面板构造细节疲劳应力的影响

为研究斜拉桥纵隔板对钢桥面板构造细节疲劳应力的影响,基于子模型方法分别建立了钢桥面板和顶板与U肋焊缝、横隔板与U肋焊缝以及U肋对接焊缝的有限元模型,分析不同构造细节的应力特征,确定横桥向最不利加载工况。在最不利工况下提取各关注点处应力时程,采用Goodman公式计算等效应力幅,以等效应力幅来衡量各构造细节处的疲劳性能。针对设置纵隔板影响较大的构造细节,分析设置纵隔板横桥向影响范围。研究结果表明:斜拉桥钢箱梁纵隔板构造增大了横隔板与U肋焊缝的等效应力幅,降低了其疲劳性能,而对顶板与U肋焊缝疲劳受力的影响可以忽略不计,对于与纵隔板相邻的两根U肋对接焊缝,设置纵隔板能够有效改善对接焊缝疲劳区域的受力性能。     

基于疲劳性能的正交异性钢桥面板构造参数优化分析

为了给正交异性钢桥面板各构造参数的抗疲劳设计提供理论参考,以泰州大桥钢箱梁标准梁段为研究对象,建立钢箱梁参数化有限元模型.以焊缝疲劳性能为目标,提出了基于BP神经网络与遗传算法相结合的构造参数优化方法,进行了车载作用、车载-温度共同作用下钢箱梁构造参数的最优设计分析.结果表明,三层神经网络预测模型客观地反映了正交异性钢桥面板主要构造参数与焊缝等效应力幅的对应关系,模型预测结果与ANSYS分析结果高度吻合,最大相对误差不超过5%.车辆荷载对于钢箱梁构造参数优化结果影响较大.温度作用对于钢箱梁顶板厚度和U肋开口尺寸2个参数的优化结果影响较大,尤其是对于普通车道钢箱梁焊缝疲劳性能的影响较大.     

钢桥面铺装轮载骑撑效应力学分析

当两轮胎分别作用于肋缘两侧或双轴荷载分别作用于横隔板两侧时,支撑顶部的桥面铺装层将产生应力集中现象.根据线弹性理论和层状体系理论,采用有限元法计算分析了这一特定结构的受力现象.计算结果表明,增加钢桥面板厚度可以适度缓解骑撑效应导致的铺装层应力集中现象.因此建议正交异性钢桥面板的厚度应采用14 mm为宜.     

T形肋正交异性组合桥面板力学性能

为了检验所提出的T形肋正交异性组合桥面板在局部车轮荷载作用下的受力特性及这种桥面板在桥梁第二体系中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了4个不同桥面板试件,其中包括一个混凝土桥面板,一个正交异性钢桥面板,两个不同尺寸的T形肋正交异性组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形等.试验结果表明T形肋正交异性组合桥面板在车轮荷载作用下其局部应力水平显著低于正交异性钢桥面板,相同宽度的T形肋正交异性组合桥面板其极限抗弯承载力分别是混凝土桥面板和钢桥面板的2.30倍和1.57倍以上,表明T形肋正交异性组合桥面板具有较强的抗疲劳性能.     

斜拉桥扁平钢箱梁的有限混合单元法分析

同时利用六自由度的梁单元和壳单元模拟桥梁中不同位置扁平钢箱梁,根据平截面假定推导了两种单元在交界面上的约束方程,形成混合单元法.通过算例验证了该方法的正确性,它不仅能够计算构件的应力,还可以计算其整体稳定、局部稳定以及局部稳定与整体稳定的相关作用.利用该方法对苏通大桥进行整体受力计算,得到钢箱梁板件的横桥向和顺桥向应力,分析了钢箱梁顶板应力在横桥向的不均匀性.     

下承式钢桁结合梁桥面系的对比分析研究

钢桁梁-混凝土板组合梁桥是混凝土桥面板与钢桁架结合共同受力的一种新型组合结构。现对80m双线下承式钢桁结合梁-混凝土桥面板两种结合形式的有限元计算结果对比分析,研究桥面系和下弦杆的受力差异,通过对比分析得知,全结合桥面系结构较为合理。     

钢桥塔局部稳定试验与数值分析

依据钢桥塔的结构形式和受力特点,设计了具有典型构造形式的钢桥塔节段模型.对模型进行了轴心受压试验,得到了构件破坏时的稳定承载力、局部失稳模态以及受力特征,揭示了钢桥塔局部失稳破坏机理,建立了钢桥塔节段的板壳有限元模型,分别进行了一类稳定和二类稳定计算.结果表明:考虑材料非线性、几何非线性以及结构初始缺陷影响的二类稳定计算结果与试验结果吻合较好;局部失稳的发生导致了结构的几何构形发生了改变,在局部变形不断增大的同时,钢桥塔壁板的轴向应变分布也由均匀变为不均匀;基于模型试验和数值分析结果,对钢桥塔的稳定性分析和设计提出了建议.