钢-弹性体夹层正交异性桥面板受力性能分析

通过三跨聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板空间结构的计算,分析该种夹层桥面板在夹芯层厚度及面板厚度变化时,在不同受力状况和不同截面处各控制点的受力性能.结果表明,夹层桥面板的受力特性在于:在跨中截面中间纵向U形加劲肋上方的夹层板底面纵、横向应力拉压性质与常规受弯构件不同;加劲肋底面纵向应力比截面其它位置大得多,横向应力可忽略;在支点截面中间加劲肋与桥面连接处,聚氨酯芯层纵向应力最大,横向应力可忽略;钢板与聚氨酯结合面的剪切强度大于6 MPa时可满足粘结要求.     

桥面铺装对钢桥面板疲劳应力幅的影响

钢桥面板厚度小,铺装层的相对刚度较大,钢桥面板疲劳设计时,应该考虑铺装层与钢桥面板的共同作用。假设桥面铺装与顶板没有相对滑移,采用有限元方法探讨了桥面铺装弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板疲劳应力幅的影响。     

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。     

桥面铺装温度对正交异性钢桥面板疲劳的影响

通过带桥面铺装的正交异性钢桥面板足尺模型疲劳试验,实测了不同桥面铺装温度条件下钢桥面板的受力,分析了桥面铺装温度对钢桥面板疲劳损伤度的影响.结果表明:沥青混合料钢桥面铺装刚度随着温度升高迅速降低,导致铺装层下的正交异性钢桥面板受力迅速增加;在相同的荷载条件下,高温(55℃)条件下钢桥面板疲劳损伤度约为常温(10℃)的21倍.     

正交异性钢箱梁桥面第二体系结构优化设计

在力学分析的基础上,建立了正交异性钢箱梁桥面铺装体系的力学模型,通过有限元计算,研究了正交异性钢桥面板铺装体系的力学特性。从铺装层厚度、材料、横隔板间距、钢板厚度以及梯形加劲肋刚度等方面,探讨了在弯沉值、应力、应变等约束条件下正交异性钢箱梁桥面第二体系的优化设计方法,给出了正交异性钢桥板各个参数的合理数值界限,将本文的结果与已建成的同类型桥相比较可知,本文的设计结果合理,可作为大跨径钢箱梁桥面板的依据。     

桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响

目的研究沥青混凝土桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响,提出合理的铺装层厚度与弹性模量.方法建立正交异性钢桥的有限元模型,并与试验结果进行对比,验证正交异性钢桥有限元模型及其边界条件的有效性;选取易产生疲劳裂缝4个典型位置的构造细节进行有限元分析,从而找到桥面铺装层厚度、弹性模量等铺装层参数对正交异性钢桥面板疲劳细节处应力幅的影响趋势;验算疲劳细节应力幅值是否小于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中疲劳S-N曲线中相应疲劳细节的200万次循环疲劳强度35 MPa.结果当铺装层厚度自60 mm增加到100 mm时,疲劳细节的等效应力幅值逐渐下降,且呈线性递减趋势;铺装层厚度为70 mm时,其弹性模量应不小于5 000 MPa为宜;当其模量自1 000 MPa增加到10 000 MPa时,不同疲劳细节的等效应力幅值呈非线性下降趋势.当其模量增加到8 000 MPa时,疲劳细节的等效疲劳应力幅趋于稳定;铺装层材料的模量为3 000 MPa时,其铺装层厚度应不小于80 mm为宜.结论 4种疲劳细节中,与钢桥面板接触的疲劳细节其疲劳性能受铺装层厚度、铺装层模量影响比其他疲劳细节大.桥面铺装层能有效地降低疲劳细节的等效疲劳应力幅,改善正交异性钢桥面板的疲劳性能.     

裂缝对钢桥面铺装受力性能的影响

钢桥面铺装开裂破坏是沥青铺装最典型的病害类型,铺装层开裂不仅仅影响到钢桥面铺装层路用性能,而且对钢桥面板的受力也相当不利.本文采用ANSYS通用有限元软件,建立了典型的正交异性钢桥面板结构以及其上的ERS铺装体系的有限元模型,研究车轮荷载作用下表层裂缝对钢桥面铺装体系受力性能的影响,并进一步分析裂缝宽度对钢桥面铺装体系主要受力指标的影响.结果表明裂缝对与其垂直方向的应力影响较大,而对平行方向的应力影响较小,裂缝宽度对各项应力的敏感性影响较高.     

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.     

新型铺装正交异性桥面板局部变形影响面分析

为研究钢纤维混凝土+沥青的新型铺装结构下正交异性钢桥面板局部变形的影响面分布规律,运用单位荷载法对某桥行车道中部、横隔板和纵隔板三处加劲肋的肋间相对位移进行了仿真分析。结果表明:钢纤维混凝土+沥青的新型铺装结构下,正交异性钢桥面板肋间相对变形的影响面分布具有明显的局部效应,其影响面的横向分布范围约为2~4个加劲肋间距,影响面的纵向分布范围约为1个横隔板间距。行车道中部远离横隔板处的肋间相对变形远大于横隔板和纵隔板附近的肋间相对变形。复合铺装梁段模型试验的肋间相对变形影响线分布规律与仿真结果吻合,验证了仿真分析方法和结果的有效性。     

简支正交异性夹层桥面板稳定性能分析

采用实验和数值计算方法,研究了简支正交异性钢板-聚氨酯夹层桥面板的稳定性能.通过弹性稳定计算研究了该种桥面板几种参数变化对前4阶屈曲模态的影响,以及考虑材料及几何非线性稳定计算对临界荷载的影响.结果表明:夹层桥面板处于受压状态时,车轮作用对顶、底面钢板应力的影响程度会有较大差别;芯层厚度、纵向加劲肋间距、钢面板厚度3个参数中,前两个参数对桥面板的稳定性能影响较大;设计时建议先设定合理的夹层板厚度,再通过试算选择纵向加劲肋间距,工作量会较少.     

夹层桥面板的有限元分析

分别建立相同构造尺寸的普通正交异性钢桥面板和夹层桥面板有限元计算模型,并另外建立三种改变U型肋数量和间距的夹层桥面板计算模型,采取相同的边界条件,施加相同的荷载,以比较两种结构桥面板的总体受力性能。结果表明：当采取相同的构造尺寸时,夹层桥面板的刚度和承载力与普通正交异性钢桥面板相比得到了很大的提高;当两种桥面板获得的总体受力性能接近时,夹层桥面板可以大大减少加劲肋的数量。     

夹层桥面板的有限元分析

分别建立相同构造尺寸的普通正交异性钢桥面板和夹层桥面板有限元计算模型,并另外建立三种改变U型肋数量和间距的夹层桥面板计算模型,采取相同的边界条件,施加相同的荷载,以比较两种结构桥面板的总体受力性能.结果表明:当采取相同的构造尺寸时,夹层桥面板的刚度和承载力与普通正交异性钢桥面板相比得到了很大的提高;当两种桥面板获得的总体受力性能接近时,夹层桥面板可以大大减少加劲肋的数量.     

开口U形肋组合桥面板基本力学性能

为了检验所提出的开口U形肋组合桥面板在桥梁使用中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了3个不同桥面板试件,其中包括1个混凝土桥面板、1个正交异性钢桥面板、1个带U形肋组合桥面板.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、极限承载力等.试验结果表明,在车轮荷载作用下,开口U形肋组合桥面板的应力远远低于正交异性钢桥面板的应力,避免了桥面板钢结构疲劳的发生;在重量比混凝土桥面板小57%的情况下,组合桥面板的承载力是混凝土桥面板的1.42倍;在用钢量约为钢桥面板1/2的情况下,二者的承载力相当.     

大跨径连续钢箱梁钢桥面铺装设计研究

采用三阶段力学分析方法对崇启大桥大跨径连续钢箱梁钢桥面铺装受力特点进行分析,结合崇启大桥的使用环境和国内钢桥面主要铺装类型的调研,推荐双层环氧沥青铺装作为崇启大桥的钢桥面铺装方案.针对崇启大桥大跨径连续钢箱梁桥面铺装的受力特点,进行了崇启大桥钢桥面铺装关键材料及性能、防水黏结层性能以及钢桥面铺装组合结构疲劳性能研究,同时从崇启大桥桥面铺装疲劳耐久性角度对富沥青环氧沥青混凝土进行了研究.结果表明:铺装下层采用富沥青环氧沥青混凝土能够更好地满足崇启大桥钢桥面铺装的性能要求.     

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。     

钢桥面复合铺装结构永久变形预估

针对浇注式与环氧沥青混凝土两种铺装材料组成的5类铺装结构,采用恒高度剪切疲劳试验对铺装材料的流变特性进行试验研究,根据试验结果,利用多元非线性回归方法获得基于Bailey-Norton模型的铺装材料高温蠕变参数;而后,建立正交异性钢桥面铺装复合结构有限元模型,仿真模拟60℃下铺装的永久变形;最后,利用等厚度修正的车辙试验对5类铺装结构的永久变形仿真结果进行了试验验证.研究表明:浇注与环氧组成的异性铺装结构中,铺装永久变形贡献率大部分是浇注式沥青混凝土,而环氧沥青混凝土的贡献率很小;浇注或环氧组成的双层同质铺装结构中,铺装车辙变形主要发生在上面层.研究内容为钢桥面铺装结构与材料的高温变形设计提供理论支撑.