大跨连续梁桥钢-混结合段抗弯性能试验研究

为探究钢-混结合段的受力特征,设计制作了缩尺比为1∶3的主梁钢-混结合段试验模型（长×宽×高：6.0 m ×1.722 m ×2.0 m）,并进行了四点弯曲负弯矩受弯性能试验,分析比较了不同荷载加载工况作用下钢-混结合段的受力情况和传力机理,基于模型试验,采用ABAQUS软件对钢-混结合段进行数值分析.研究结果表明：在正常加载和超加载工况下,钢-混结合段各构件应力水平较低,结合段具有较高的安全储备,结合段承载能力满足设计要求,钢箱与混凝土之间共同受力性能良好,钢-混结合段钢顶板、底板和UHPC层所承担的弯矩由钢梁过渡段经承压板向钢-混结合段传递过程中逐渐减小,传力流畅.试验模型钢-混结合段主要由承压板承担荷载,荷载分担比例合理.     

复合剪力连接件群钢-混结合段力学性能

为研究复合剪力连接件群钢-混结合段的力学性能,以我国首座铁路混合梁斜拉桥为研究背景,通过数值模拟与模型试验相结合的方法研究了钢-混结合段及其复合剪力键群的静力和疲劳性能。结果表明：需注重钢-混结合段的构造细节处理以避免产生局部应力集中现象;剪力钉较PBL剪力键起主要传剪作用,与复合剪力键群形式相比,只采用PBL剪力键传剪会增大承压板传力负荷;底板剪力钉受形式与推出试验结果一致,由于混凝土浇筑质量等原因,顶板剪力钉受力形式与推出试验有一定差异;在疲劳试验后,受力较大的底板剪力钉根部应力水平增大较多,进入弹塑性受力状态,受力较大的PBL剪力键应力水平有所增大,但整体应力水平较低。可见采用复合剪力键形式的钢-混结合段受力合理,其设计可以为其他同类工程提供参考。     

钢-砼组合连续梁-V腿连续刚构桥施工阶段受力性能研究

钢-砼组合连续梁-V腿连续刚构桥是主梁为钢-砼组合结构、由V形墩连续刚构桥和连续梁组合形成的新型桥梁结构体系。它既有组合连续梁的结构特点与受力特征,又有V腿刚构桥的结构特点与受力特征。但是这种新桥梁结构体系的研究还相对减少。钢-混组合连续梁桥-V腿连续刚构桥的受力性能与施工过程密切有关。本文围绕国内首座钢-混组合连续梁-V腿连续刚构桥,以弹性理论为基础,结合结构特点和施工工艺,建立了考虑施工过程的全桥有限元分析模型,对分析研究了大桥各个主要施工阶段主梁的受力性能,并模拟与分析了该桥的顶推施工过程,分析了施工工艺对全桥纵向桥面板以及钢梁受力的影响。     

自锚式斜拉-悬索协作体系桥基于强度的极限跨径分析

推导了自锚式斜拉-悬索协作体系桥的极限跨径,分析了其极限跨径与结构几何参数、荷载和材料特性的关系.从材料强度出发,并结合目前桥梁常用的材料,对混凝土主梁和钢主梁自锚式斜拉-悬索协作体系桥在竖向静荷载作用下的极限跨径进行了具体研究,得到了相应的极限跨径上限和各因素对极限跨径的影响.分析结果表明,增大矢跨比、高跨比和斜拉段长度比例,减小二期恒载,均可以提高协作体系的跨径.     

自锚式斜拉-悬索协作体系桥非线性分析

阐述自锚式斜拉-悬索协作体系桥几何非线性特征,分析混凝土收缩徐变、主缆矢跨比和主梁拱度对协作体系的影响.应用线性理论、线性二阶理论和非线性理论对一座主跨800m的自锚式斜拉-悬索协作体系桥进行分析,得到主梁、主塔在活载作用下不同矢跨比和主梁拱度下的弯矩和位移.分析表明:主跨800m的自锚式斜拉-悬索协作体系桥可以采用较简单的线性二阶理论进行近似活载计算,其误差不超过6%;混凝土收缩徐变对结构受力影响较大;整体刚度优于悬索桥;主缆、主梁轴力和刚度随着矢跨比的增大而减小;主梁设置拱度可以提高体系整体刚度.     

承压板位置对混合塔结合部承载性能影响

为揭示混合塔结合部承压板位置对承载性能及传力机理的影响,以两座混合塔斜拉桥为工程背景,进行了前承压板式和后承压板式结合部缩尺模型承载性能试验,测试了钢与混凝土的应变及相对滑移的分布,并对两种结合部的差异进行了比较分析.研究结果表明,混合塔前、后承压板式结合部的承压板传力比例均为40%左右,减少了连接件传递剪力的比例;由于承压板发挥较大作用,前、后承压板式结合部钢与混凝土间相对滑移较小;连接件剪力分布取决于承压板位置;前、后承压板式结合部均能发挥承压板传压和连接件传剪的复合作用,可作为混合塔结合部构造形式.     

火灾后钢-混凝土组合梁承载能力评价方法

针对钢-混凝土组合梁遭遇火灾后的安全问题,采用火灾场景反演方法和火灾高温场推定方法,建立了火灾后钢-混凝土组合梁的安全评价方法.以三跨钢-混凝土组合连续梁为研究对象,首先,根据遭遇火灾后的现状反演桥梁纵向受火位置、受火长度和空间受火位置,构建火灾场景数据库.其次,通过火灾后钢-混凝土组合连续梁外观特征推测桥梁遭遇火灾时...     

基于实桥测试的大跨度混合梁斜拉桥钢混结合段受力性能分析

为了研究大跨斜拉桥主梁无格室后承压板式钢混结合段的受力性能,并检验其纵向应力传递的可靠性,以大跨度混合梁斜拉桥(江顺大桥)为工程背景,通过实桥应变测试以及数值分析,研究其主梁的钢混结合段及相邻梁段在施工及运营过程中的应力分布情况。首先,对测试节段的钢板和混凝土的应变进行长期监测,获取钢混结合段、相邻钢箱梁加强段和预应力混凝土(PC)箱梁段的应力及分布规律,然后,采用ANSYS软件建立测试节段的局部三维精细有限元模型进行了数值分析,最后,将得到的有限元分析结果与实测数据进行对比。研究结果表明:钢混结合段及其相邻梁段在全测试过程中压应力水平都较低,其中最大钢板应力为-159.4 MPa,最大混凝土应力为-15.8 MPa,测试节段结构受力性能良好,不仅可以有效控制施工应力,而且在运营阶段仍能保持在原有的设计要求范围内。钢箱梁加强段上部各构件中上T肋的压应力水平最大,下部各构件中下U肋的压应力水平大于底板和下T肋,钢箱梁加强段的T肋和U肋可以有效地传递纵向应力,使桥梁刚度过渡平稳,协同受力情况良好。钢板应力与混凝土应力的有限元计算结果与实测结果基本吻合,且应力分布规律基本一致,表明钢混结合段局部有限元建模及边界条件合理,可以较为准确地模拟实桥钢混结合段的受力状态。     

大跨混合连续箱梁桥钢混结合段传力机理试验与分析

依托福州马尾大桥设计制作了几何缩尺比为1∶3.5的钢混结合段大比例模型,采用精细化实体有限元方法,开展不同设计荷载组合工况下的静力加载分析,以揭示此类新型钢混结合段在大跨混合连续箱梁桥中的传力机理. 结果表明：承载能力极限最大弯矩组合工况下,试验模型混凝土梁段全截面受压,结合面处顶板混凝土最大压应力为-23.6 MPa、底板钢板最大拉应力为115.8 MPa,均小于材料的设计强度;加载至1.4倍承载能力极限状态工况,钢混结合段试验模型并未出现明显破坏,各关键截面测点的荷载-位移/应变曲线基本呈线性关系,结构始终处于弹性工作状态,表明该钢混结合段的设计具有充足的安全储备;同时钢混结合段沿纵桥向分布的各截面竖向变形没有明显突变,说明该钢混结合段传力平顺,可保证主梁刚度从混凝土箱梁段到钢箱梁段的平稳过渡. 相关研究成果可为今后此类混合连续箱梁桥的设计与施工提供参考.     

混合梁刚构桥钢-混结合段局部传力机制试验研究

设计了3个不同结构构造的钢-混结合段构件,并分析了连接件和后承压板在结合段中的传力机制。结果表明：在1.80倍设计荷载作用下,结合段处于弹性状态;当轴力与剪力分别为设计荷载的4.65倍与1.80倍时,结合段达到弹性极限状态;当轴力为设计荷载的6.65倍时,结合段钢格室混凝土压溃破坏。后承压板是最主要的轴力传递构件,在弹性阶段承担50%～60%轴力,在塑性阶段承担35%～42%轴力。在混合连接方式中焊钉连接件发挥的作用较小,仅开孔板连接件也能实现钢箱壁板与填充混凝土之间的连接和传力作用。     

油罐车火灾致简支钢-混组合箱梁抗弯承载力衰变机理

针对油罐车火灾导致的简支钢-混组合箱梁的极限破坏问题,选取某简支钢-混组合箱梁为研究对象,给出桥梁火灾与建筑火灾的区别及热-力耦合的火灾全过程数值计算方法和强度分区的等效计算方法,分析碳氢(HC)火灾下简支钢-混组合箱梁的截面温度分布特征,研究各构件强度衰变过程,揭示不同延火时间下正截面抗弯承载力的衰变机理,建立简支体系钢-混组合箱梁抗弯承载力与HC火灾的时程衰变阶段关系,通过截面抗弯承载力与荷载效应的对比得到简支钢-混组合箱梁在HC火灾下的破坏时间。研究结果表明:所提方法能够预测HC火灾下钢-混组合箱梁的温度响应和结构响应;截面测点温度平均值受各构件厚度的影响;有横隔板的断面温度峰值低于无横隔板的断面;HC火灾下简支钢-混组合箱梁跨中截面抗弯承载力随延火时间呈四阶段下降;前8min内跨中截面抗弯承载力保持初始状态,8～16min跨中截面抗弯承载力衰变率增大,16～48min截面中性轴特征逐渐发生改变,48min后结构破坏;简支钢-混组合箱梁在HC火灾下的灭火时间应该控制在8min之内;拟合建立的HC火灾下简支钢-混组合箱梁正截面抗弯承载力时程衰变四阶段计算公式,进一步明确了油罐车火灾下其抗弯承载力的衰变机理,该公式简单实用,可为桥梁抗火设计及智能评估提供依据。     

钢锚箱连接对索塔锚固体系受力性能的影响

 为明确多节段钢锚箱式索塔锚固体系的传力机理,以杭州湾跨海大桥北通航孔桥为例,采用有限元分析软件(ANSYS11.0),研究了钢锚箱之间连接与不连接两种方式对索塔锚固体系受力性能的影响。结果显示,钢锚箱之间是否连接对锚固体系各节段以及节段内各构件承担的水平力影响较小,对各节段整体承担的竖向力无影响,而对各节段钢锚箱及塔壁承担的竖向力影响较大;钢锚箱之间是否连接对钢锚箱板件应力、混凝土塔壁应力以及栓钉剪力的分布规律具有明显影响,与钢锚箱不连接体系相比,钢锚箱连接体系各构件的应力或剪力分布更为均匀。     

钢-混凝土混合梁接合面受力分析

应用大型空间有限元软件ABAQUS对某大桥混合梁钢—混接合段模型进行分析,探讨了接合面上接触摩擦作用对接合面受力的影响以及剪力钉受剪规律.结果表明:钢-混接合面位置、构造形式、传力均较合理;考虑接触摩擦会降低剪力钉受到的剪力,但不影响钢和混凝土箱梁以及剪力钉群的内力分布规律;接合面的剪力钉离中和轴越远受到的竖向剪力越大,实际应用中应加以重视.     

油罐车火灾下钢-混组合连续箱梁性能及失效机理

针对钢-混组合连续箱梁在油罐车火灾下性能退化过程,以两跨钢-混组合连续箱梁为研究对象,采用热-力耦合计算方法,基于ANSYS软件建立有限元模型,在温度场中提取研究截面的控制点温度值,分析油罐车火灾下钢-混组合连续箱梁的温度场分布特点,得到其火灾下的竖向温度梯度,获得热-力耦合作用下所研究关键截面的荷载-位移曲线,揭示油罐车火灾下两跨钢-混组合连续箱梁极限承载力的衰减规律,并分析不同桥梁火灾场景下两跨钢-混组合连续箱梁的破坏过程。研究结果表明:桥下火灾时,钢-混组合连续箱梁的钢箱梁部位整体升温剧烈,根据距火源远近,钢梁温度从高到低依次为底板、腹板、翼板,混凝土整体升温幅度较小;桥面火灾时,混凝土板整体升温较桥下火灾时大,钢梁部位升温较桥下火灾时小,不同桥梁火灾场景下受火断面沿梁高方向均呈现较大的温度梯度;桥下火灾时极限承载力丧失较桥面火灾时更为严重,受火25min中支点附近受火极限承载力丧失95%以上,跨中受火时丧失约68%,边支点受火时丧失约64%,中支点附近受火发生屈曲破坏,跨中受火及边支点受火发生弯曲破坏;桥面受火25min极限承载力丧失较少,仅为29%,由于混凝土隔热作用显著,钢梁性能退化较少,最终在跨中位置形成塑性铰。     

大跨径自锚式斜拉-悬索协作体系桥非线性随机静力分析

自锚式斜拉-悬索协作体系桥综合了斜拉桥和自锚式悬索桥的特点,完全取消了庞大的锚碇,为深海软基建设大跨径桥梁提供了一种理想方案.对自锚式斜拉-悬索协作体系桥进行了确定性非线性分析并应用响应面法进行了非线性随机静力分析,算例研究结果表明,各种随机变量的变异对自锚式斜拉-悬索协作体系桥响应影响规律不同,同其他随机变量相比,主缆弹性模量和截面面积的变异对桥梁跨中挠度影响最为显著,其次是钢主梁参数,而吊杆参数的变异对其影响可以忽略不计.     

大跨度连续梁桥与梁拱组合桥梁轨相互作用比较

为了比较大跨度铁路连续梁桥与梁拱组合桥梁轨相互作用特点,以(82.9+172.0+82.9)m连续梁桥与梁拱组合桥为例,分别建立考虑钢轨-主梁-桥墩-基础、钢轨-拱肋-吊杆-主梁-桥墩-基础这2种桥梁梁轨系统一体化有限元模型,系统对比温度、活载、制动力、混凝土收缩徐变等作用下连续梁桥与梁拱组合桥上无缝线路纵向力的分布规律,并对线路纵向阻力、钢轨伸缩调节器设置等参数的影响进行探讨。研究结果表明:采用德国规范与中国无缝线路规范中的纵向阻力模型,连续梁桥钢轨伸缩力最大值与梁拱组合桥的钢轨伸缩力最大值相比分别大2.3%和2.0%;连续梁桥有载侧和无载侧钢轨最不利挠曲应力与梁拱组合桥的无载侧钢轨最不利挠曲应力相比均大67.8%;温度与断轨位置对断轨力影响显著;2类桥梁钢轨应力在同向列车制动与桥梁收缩徐变作用下变化规律与大小基本一致;对下部结构,连续梁桥对梁体升温敏感程度比连续梁拱桥的大,在挠曲工况下,两者墩顶水平力最大差为176.1 k N。     

多点激励下大跨度连续刚架拱组合桥的空间地震响应分析

新光大桥位于广州新光快速路主干线,是世界上第一座三跨连续钢桁拱与钢筋混凝土V型刚构结合的钢-混凝土组合体系桥梁,主桥跨度为177 m 428 m 177 m,在目前同类型桥梁中,主桥长度位居世界第一. 该桥结构新颖、造型独特. 本文以广州新光大桥为例,详细分析了大跨度连续刚架-拱组合结构桥梁在纵桥向和横桥向地震一致激励和多点激励作用下的地震响应. 研究表明多点激励对主拱肋上、下弦杆以及V型刚架斜腿地震内力响应均有较大影响,而对边拱肋轴力影响很小,并且纵桥向多点激励要比横桥向多点激励对结构的影响要明显.     

纵撑对框架码头水平力分配系数的影响

针对内河框架码头排架间设置纵撑这一特点,采用ANSYS有限元软件,计算框架码头各工况水平力作用下的分配系数,发现框架码头在水平力作用下呈刚体性质,当作用力在边跨最底层时荷载最集中,可作为桩基受力验算的控制工况。在此基础上,定量分析有无纵撑以及纵撑材料(砼和钢)改变对分配系数的影响,得出设置纵撑能使受力排架分配系数减小15%以上,且混凝土纵撑比钢纵撑的作用提高10%以上。为了减小选用钢纵撑对结构受力的不利影响,本文以钢纵撑厚度和直径为研究对象,进行分配系数的敏感性分析,结果显示增大钢纵撑直径能有效地降低构件的受力集中程度。     

混合梁结合部格室-承压板协同作用机理

为揭示混合梁结合部格室与承压板协同作用机理,基于弹性连续介质层法,考虑钢与混凝土间滑移效应及承压板对混凝土的局部承压作用,建立了格室-后承压板式混合梁结合部的理论计算方法.并与有限元计算结果进行比较,探讨了结合部传力机理的影响因素.研究结果表明,钢板-混凝土板累计轴向变形的差异是导致最大相对滑移出现在远离承压板一端的主要原因;随着结合部长度的增长,连接件剪力最大值呈先增大后减小至某一固定值的变化趋势;增加连接件刚度不会引起其剪力的大幅增长,增加混凝土轴向刚度或者减小钢格室轴向刚度均可减小连接件剪力.     

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.