双工字钢组合梁桥钢梁设计参数敏感性分析与优化

对于中小跨径的双主梁式钢板组合梁桥,通过有限元法进行参数分析,综合考虑弯曲应力、局部抗屈曲能力、体系极限承载力等因素,研究局部设计参数(翼缘板宽厚比、腹板高厚比、加劲肋布置等)对双工字钢组合梁桥结构性能的影响,提出设计参数的合理取值建议,并从全桥用钢量最小的角度提出合理钢梁梁高,可为同类工程提供设计参考.     

小半径曲线双主梁钢板组合梁桥剪力滞效应研究

以某高速公路匝道桥采用的小半径曲线双主梁钢板组合梁桥作为研究对象,分析了在恒载+车道外偏载情况下,曲率半径和计算跨径对于双主梁钢板梁剪力滞效应的影响。结果表明：支点截面剪力滞效应随着曲率半径的增大而增大,而跨中截面则相反;支点截面的剪力滞效应随计算跨径的增大而减小;在跨中截面,外侧钢主梁剪力滞效应随计算跨径的增大而增大,中间跨剪力滞效应随计算跨径的增大而减小,但规律性并不显著。在纵桥向,除支点截面外,其他截面外侧钢主梁对应顶板的剪力滞系数沿纵向逐渐增大,但在同一截面上剪力滞系数随着计算跨径的增大而减小。总体来说,对于多跨连续的小半径曲线双主梁钢板组合梁桥,中间跨的剪力滞效应比边跨要大。     

35m跨屋面简支梁结构选型设计分析

文章针对35 m大跨度梁,分别按预应力钢筋混凝土梁、型钢混凝土梁和预应力钢-混凝土组合梁3种方案进行计算分析,并对梁的承载力、挠度、裂缝、梁高及用钢量等技术指标加以比较.从而得到最为经济适用的设计方案.计算分析结果表明:采用预应力钢-混凝土组合梁,能够充分发挥混凝土翼板的受压性能优势和钢的受拉性能优势,承载力高,刚度大,自重轻,梁高减小.使用空间大.     

钢板组合连续桥梁的耐火极限

针对油罐车火灾对钢结构桥梁造成的严重威胁,选取四跨双肋钢板组合连续梁(4×35 m)作为研究对象。根据油罐车火灾燃烧特点选取最为贴近的碳氢(HC)火灾升温曲线,以实际受火特征还原了4种受火模式,采用热-力耦合计算方法,建立有限元模型,并对模型有效性进行了验证。首先分析了油罐车火灾作用下钢板组合梁的温度场,然后推导了火灾下双肋钢板组合梁塑性抗弯承载力计算方法,基于温度场分析结果计算了油罐车火灾下钢板组合梁正弯矩区域的抗弯承载能力衰退曲线,分析4种火灾作用下钢板组合梁的挠度变化过程,采用抗弯承载力和挠度破坏准则得出组合梁的耐火极限;最后对4种火灾场景下钢板组合梁的破坏形态进行了分析。研究结果表明:油罐车火灾下,钢材整体升温幅度远大于混凝土,组合梁截面沿梁高方向出现明显的温度梯度,其最大值为1 020℃,这种温度梯度导致的热拱是钢板组合梁在延火初期下挠的主要原因;截面抗弯承载力在延火初期降低缓慢,在进入高温阶段后截面抗弯承载力急剧降低,最终在30 min左右降低至荷载效应以下,组合梁破坏;在火灾作用下组合梁挠度总体呈三阶段发展,边跨受火长度对组合梁挠度变化影响较大,边跨受火长度越大,挠度增长越快;采用挠度准则判断组合梁的破坏相较于抗力准则偏于不安全,并基于抗力破坏准则对挠度准则进行了修正;边跨在火灾作用下表现为整体垮塌破坏,中跨受火表现为混凝土板的挠曲破坏和钢梁的鼓胀破坏。     

基于PTMD的双主梁钢-混组合梁桥车-桥耦合振动控制

针对双主梁钢-混组合梁桥车-桥耦合振动问题,文章以某高速公路路段1座4×35 m双主梁钢-混组合梁桥为例,设计一种通过调谐质量块与黏弹性层之间的碰撞来耗散能量的碰撞调谐质量阻尼器(pounding tuned mass damper, PTMD),以减小车辆引起的桥梁振动;结合桥梁和车辆的运动方程,建立车-桥-PTMD耦合系统运动方程;考虑路面条件,基于三维车辆模型、桥梁模型和PTMD系统建立车-桥-PTMD耦合系统的仿真模型,以研究该装置的减振效果。结果表明,该文研究的PTMD对钢-混组合梁桥的车-桥耦合振动有明显的抑制效果,且随着其质量比的增大,减振效果有显著提升。     

独塔部分斜拉桥结构设计研究

为研究独塔部分结构构造和设计方法,在广泛收集国内外已建独塔部分斜拉桥设计资料的基础上,列表给出了典型独塔斜拉桥的跨径布置、结构体系,主梁截面形式、高度、宽度及宽跨比,主塔布置形状、截面形式、塔高及高跨比,拉索索面数、形状、材料,在塔身、主梁上的间距等信息,对独塔部分斜拉桥的结构布置方法、主梁、主塔和拉索的结构构造及设计方法等进行了分析和总结.结果表明:独塔部分斜拉桥双跨布置时,副跨占主跨的比例为0.6¹.0,多跨布置时,副跨占主跨的比例为0.41.0,多跨布置时,副跨占主跨的比例为0.4⁰.9;适用跨径范围为350.9;适用跨径范围为35¹70m.主梁等高度布置时,梁高取主跨跨径的1/40170m.主梁等高度布置时,梁高取主跨跨径的1/40¹/25;变高度布置时,塔根部主梁高度取主跨跨径的1/351/25;变高度布置时,塔根部主梁高度取主跨跨径的1/35¹/20,桥台处主梁为桥墩处主梁的1/1.81/20,桥台处主梁为桥墩处主梁的1/1.8¹/1.5.主塔高跨比主要集中在1/51/1.5.主塔高跨比主要集中在1/5¹/2范围内.独塔部分斜拉桥索面可采用单索面、双索面和三索面形式;梁上的索距为41/2范围内.独塔部分斜拉桥索面可采用单索面、双索面和三索面形式;梁上的索距为4⁶m,塔上索距大小与结构自重、斜拉索索面形状有关.     

长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的挠度计算与分析

为科学合理计算钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度,综合考虑钢梁与混凝土桥面板层间滑移效应、钢-混组合梁全截面剪切变形及混凝土桥面板收缩徐变的影响,运用能量变分法推导出钢-混组合梁挠度计算的控制微分方程.引入均布荷载作用下简支和两跨连续钢-混组合梁的自然边界条件,求解出了钢-混组合梁在这两种边界条件下的挠度计算公式.计算公式的可靠性得到了实测值和有限元值的验证.研究结果表明:考虑剪切变形与层间滑移后,两跨连续钢-混组合梁跨中最大挠度计算值相对于初等梁理论增大37.4％,而同时考虑混凝土收缩徐变后其挠度计算值增大58％;简支钢-混组合梁考虑混凝土的收缩徐变后挠度计算值相对于初等梁理论增大1.55倍,可见混凝土的收缩徐变效应对钢-混组合梁的挠度影响较大.研究成果可为实际工程中钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度计算提供理论依据.     

长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的挠度计算与分析

为科学合理计算钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度,综合考虑钢梁与混凝土桥面板层间滑移效应、钢-混组合梁全截面剪切变形及混凝土桥面板收缩徐变的影响,运用能量变分法推导出钢-混组合梁挠度计算的控制微分方程.引入均布荷载作用下简支和两跨连续钢-混组合梁的自然边界条件,求解出了钢-混组合梁在这两种边界条件下的挠度计算公式.计算公式的可靠性得到了实测值和有限元值的验证.研究结果表明:考虑剪切变形与层间滑移后,两跨连续钢-混组合梁跨中最大挠度计算值相对于初等梁理论增大37.4％,而同时考虑混凝土收缩徐变后其挠度计算值增大58％;简支钢-混组合梁考虑混凝土的收缩徐变后挠度计算值相对于初等梁理论增大1.55倍,可见混凝土的收缩徐变效应对钢-混组合梁的挠度影响较大.研究成果可为实际工程中钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度计算提供理论依据.     

考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法

利用考虑滑移的钢混凝土组合梁单元,建立了考虑滑移的钢混凝土组合梁有限单元法.在粘结剪力和滑移微分控制方程的基础上,建立了关于组合梁单元杆端未知力的力法方程.在力法方程的基础上,给出了组合梁单元的刚度矩阵、杆端位移向量及杆端荷载向量并建立了刚度方程.为验证有限单元法的正确性,对试验梁进行了跨中挠度、沿梁高应变分布及梁端滑移的计算分析.计算结果表明,所建立的考虑滑移的钢混凝土组合梁有限单元法与试验值吻合较好,计算结果可靠.     

钢-混凝土组合梁混凝土收缩徐变的增量微分方法

为深入了解混凝土收缩徐变对钢-混凝土组合梁力学性能的影响,采用随时间变化的换算弹性模量法建立了钢-混凝土组合梁混凝土收缩徐变的增量微分模型,得到了组合梁内力、挠度和钢-混凝土界面滑移的微分控制方程.根据边界条件,给出了内力、变形及钢-混凝土界面滑移等各项力学性能指标的闭合解.为验证增量微分方法的正确性,对试验梁和算例梁进行了跨中挠度-时间曲线、沿梁高应变分布及梁端钢-混凝土界面滑移的计算分析.计算结果表明,所建立的增量微分法与试验值和其他计算方法的计算结果吻合较好,可以有效地预测钢-混凝土组合梁的长期力学性能.     

砖墙基础托换的钢梁-砖砌体Timoshenko组合梁模型分析

将钢夹梁和钢梁间的砖砌体等效为组合梁, 基于Timoshenko 弹性梁理论, 建立了钢梁-砖砌体组合梁弯曲变形的控制方程, 给出了钢梁-砖砌体组合梁弯曲变形的解析解. 在此基础上, 考虑砖砌体墙的拱效应, 研究了砖砌体墙的基础托换问题, 得到了不同型号工字钢夹梁的钢梁-砖砌体组合梁最大挠度和最大应力, 以及基础单段托换的最大长度. 研究结果表明: 钢梁-砖砌体组合梁挠度和应力随着工字钢型号编号的增加而减小, 但钢梁承担的荷载以及锚栓承担的压力不变. 同时, Timoshenko模型的组合梁挠度大于Euler模型的组合梁挠度, 但两种模型的应力及紧箍压力相同. 因此, Euler 组合梁模型可用于基础托换设计中的强度分析, 而刚度分析建议采用Timoshenko 组合梁模型.     

均布荷载作用下简支组合梁受力机理分析

为了揭示组合梁在均布荷载作用下的受力机理,考虑弯曲和滑移耦合变形,建立组合梁滑移受力机理模型.首先,以单跨简支组合梁为研究对象,探讨组合梁变形与滑移规律、横截面内力分布及结合部传力机理;然后,分析截面尺度、界面刚度与荷载加载面对组合梁受力机理的影响.结果表明：混凝土板抗剪和抗弯作用在房建组合梁中较明显,在桥梁组合梁中可忽略;随着界面刚度比的增加,简支组合梁的曲率、转角、挠度和滑移均减小;混凝土板和钢梁轴力同步增大,混凝土板剪力增大而钢梁剪力减小,混凝土板、钢梁弯矩减小而轴力力偶增大;结合部界面切向力增大而界面法向力基本不变;相较于按自质量分配荷载,均布荷载由混凝土板承担时界面压力增大,由钢梁承担时则界面受拉,应注意验算界面抗拉拔性能.     

大宽跨比T梁桥的改进空间梁格算法

由于目前“G-M法”(比拟正交异性板法)计算主梁内力较复杂繁琐,为了更快速精确地计算大宽跨比,多横隔梁以及主梁较为密集的T梁桥主梁内力效应,提出了基于受压翼板有效宽度的大宽跨比T梁桥改进空间梁格算法。该方法通过有限元软件建立空间梁格模型,基于T形梁受压翼板有效宽度原理,精确考虑横隔梁与主梁顶板协同受力完成荷载横向传递时的横桥向横隔梁翼板有效宽度,对梁格模型中的横隔梁进行横隔梁-桥面板的截面等效换算,保证沿桥横向翼板内的应力分布均匀,模拟实桥横向联系。分别采用“G-M法”和本文方法计算分析桥宽20、24 m,跨径20、28、35 m的4种算例的装配式简支T梁桥主梁跨中弯矩,对比分析发现：改进空间梁格法与比拟正交异性板法吻合较好,误差均在±5%左右,精度较高;改进空间梁格法相比“G-M法”无须复杂的插值和查表,只需要借助简单的有限元模型,能快速高效的对主梁结构内力进行计算,操作方便,效率高;改进空间梁格法对大宽跨比,多横隔梁以及主梁较为密集的T梁桥结构内力计算结果更可视化,更能精确直观地反映受力后的整体结构响应。     

复杂曲线钢槽梁跨线顶推施工关键技术: 以响堂铺2号大桥为例

响堂铺2号大桥位于丘陵山区,其下侧需跨既有高速,主梁整体线形呈S型,施工难度较大。其中第一联主梁采用钢-混组合结构,下侧钢槽梁采用步履式顶推施工工艺,临时支架设计为非对称布置。针对此情况,为确保钢槽梁顶推施工的安全性、可靠性,分析了钢槽梁顶推施工的路径以及千斤顶摆放的位置后,通过多种有限元模型的搭建,以顶推过程中的梁体应力及变形模拟计算为依据,为钢管支架结构进行了抗剪优化,并设计出降低主梁弯矩的同时仍可在汇交138°的垫梁及支架上进行落梁的钢导梁。在施工时采用优化后的主梁同步顶推系统对S型主梁进行连续顶推,而提出的导梁上墩保障措施,主梁临时锁定、横向旋转、线形保障等措施在确保施工过程安全性的同时,亦可保障主梁线形的完整平顺。此外现场监测方案,采用几何监测与物理监测相结合的方式,使得实测值与理论值一致性良好,并以此进一步提高施工质量和大桥生命周期内的服役能力。该项顶推施工技术丰富了复杂情况下的桥梁施工技术,也可为今后类似的跨线、S型主梁、钢-混组合梁桥的顶推施工提供参考。     

钢、砌体及混凝土构成的组合梁跨中截面应力分析

在房屋建筑中时常会用到钢窗。试图在组合结构中让钢窗框参与受力,用以提高开洞组合墙边框对砌体的约束。本文着重研究钢过梁与其上的砌体及圈梁构成的钢-砌体-混凝土组合梁(GQH组合梁)的截面应力分布。通过应力分析得出厚钢板需要满足一定高度才能保证砌体不开裂等一些有利于后续研究的结论。     

粘钢加固混凝土梁的解析分析

本文根据弹性梁理论和部分组合截面假定，对受３种荷载作用的粘钢加固混凝土简支梁，推导出钢板与混凝土梁之间的结剪应力和法向应力的解析解，还给出钢板拉应力和加固梁找度的解析解，由例题梁的计算分析，得到了降低钢板端部处应力集中的方法（采用刚度较低的粘结剂层）。     

装配式钢桁-混凝土组合梁变形性能的试验及计算方法研究

为了研究课题组提出的装配式钢桁-混凝土组合梁（PSTC）负弯矩区段的变形性能,针对某依托工程桥梁设计制作了一根变截面PSTC试验梁,开展了负弯矩区段变形性能试验研究。针对此梁,提出了一种挠度简化计算方法：将钢桁腹杆等效为钢腹板,从而计入其剪切变形对组合梁刚度的影响,同时考虑钢与混凝土之间的滑移。结果表明,该新型组合梁表现出显著的三阶段受力,根据简化计算结果,在20吨和47吨荷载作用下,梁的挠度为3.96mm和8.31mm,相比试验测试值4.03mm和8.39mm,计算结果准确,可为同类桥梁提供参考。     

基于改进三弯矩方程的钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度研究

为简便估算恒载作用下钢-混凝土混合梁变截面连续梁合理钢箱梁长度,基于现有三弯矩方程推导了适用于变截面连续梁的改进三弯矩方程,建立了基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩简化计算方法,并采用MATLAB软件编制了计算程序。构建了不同跨径的变截面钢-混凝土混合连续梁桥标准结构,运用改进三弯矩方程分析了恒载作用下不同跨径钢-混凝土混合连续梁桥关键截面弯矩随钢箱梁段长度变化的规律,建立了主跨跨径150m~300m间钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度预估公式。不同跨径的钢-混凝土混合连续梁的墩顶负弯矩和跨中正弯矩均随钢箱梁段长度的增大而减小;主跨跨径150m、200m、250m、300m的变截面钢-混凝土混合连续梁桥钢箱梁段长度与主跨跨径的比例分别为0.35、0.40、0.40、0.45时,主跨跨中正弯矩减小趋势变缓;研究结果表明：基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩计算结果与有限元计算结果的偏差小于10%,可便捷且准确地计算恒载下变截面连续梁弯矩;预估公式计算得到的钢箱梁段合理长度与实桥使用的钢箱梁段长度之间的误差在12.5%以内,预估公式具有良好适用性。     

钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算

为了研究钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算方法和影响其挠度变化的因素,将钢桁腹杆换算为具有等效厚度的换算钢腹板,对悬臂板纵向位移函数进行修正,再利用变分法原理推导综合考虑腹杆剪切变形和剪力滞效应的挠度计算公式.运用有限元软件ANSYS建立组合箱梁的有限元模型,对有限元数值计算值和理论计算值进行比较分析,并在此基础上研究高跨比和腹杆水平倾角对组合箱梁由腹杆剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度的影响.研究结果表明:对组合箱梁悬臂板纵向位移函数进行修正可提高挠度计算精度;对于处于合理高跨比的组合箱梁而言,其腹杆的剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度不可忽略;组合箱梁腹杆水平倾角仅会对腹杆剪切变形引起的附加挠度产生影响.     

混合梁斜拉桥钢混结合段试验与传力机理研究

武汉二七长江大桥为三塔混合梁斜拉桥,为验证其主梁钢混结合段构造的合理性,设计并制作了几何缩尺比为1∶3的主梁钢混结合段试验模型.对模型进行了试验研究,分别考察了在正常使用荷载作用下、设计极限荷载作用下及1.7倍设计极限荷载作用下钢混结合段钢构件与混凝土构件的应力分布情况及钢混结合段的承载性能,基于对钢混结合段钢板与混凝土之间2种不同连接方式的假设,分别建立了相应的有限元计算模型,研究2种不同的传力机理.模型试验和有限元计算分析表明：武汉二七长江大桥主梁钢混结合段的承载能力满足设计要求,剪力钉的剪切刚度对钢混结合段的受力与传力影响较大.