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.     

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.     

有格室—后承压板式钢混结合段力学性能研究

钢混结合段是混合梁桥关键构造之一,本研究对混合梁桥中常采用的有格室—后承压板结合段构造研究进行总结,并通过全截面缩尺模型和局部单格室足尺模型对典型桥梁钢混结合段的静力和疲劳性能进行分析.结果表明:1)承压板可将50%及以上轴向荷载直接传递给混凝土梁,在荷载传递过程中起重要作用; 2)钢混结合段整体应力水平较低,具有足够的极限承载能力; 3)结合段剪力键处于高应力状态,易出现疲劳问题; 4)通过静力和疲劳模型试验可知,甬江大桥钢混结合段具有足够的静力承载能力和抗疲劳性能,若考虑超载等增大疲劳应力情况,靠近承压板端部剪力钉存在一定疲劳问题.     

混合梁斜拉桥钢混结合段传力机理研究

基于南昌英雄大桥主梁钢混结合段模型试验,研究了斜拉桥钢混结合段的应力分布和传力机理,推理可知钢板与混凝土的结合方式对钢混结合段传力机理具有重要影响.根据钢板与混凝土之间2种不同的结合方式,研究了钢混结合段2种不同的传力机理,并建立了2个相应的有限元计算模型.通过模型实验值和2种有限元模型计算值的对比分析,得出以下结论:钢混结合段钢板与混凝土协同工作性能、混凝土密实性直接关系到钢混结合段传力路径和传力机理;钢混结合段混凝土密实性越好,钢混结合段安全性能越高.     

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。     

水平反复荷载作用下双层空心墙体抗震性能的试验研究

本文通过十四片具有不同构造措施的双层空心墙体和两片实心砖墙体试件的周期反复加载试验,研究了双层空心墙体在水平周期反复荷载作用下的基本性能,分析和比较了具有不同构造措施的双层空心墙体的破坏机理,滞回性能、廷性等.分析了双层空心墙体的开裂荷载、极限荷载、变形等,并且提出了有关双层空心墙体的设计建议.     

钢箱梁斜拉桥索梁锚固区极限承载力分析

为了掌握索梁锚固区在索力作用下的应力分布和极限承载力，以青岛海湾大桥红岛通航孔斜拉桥为工程背景，应用等效板厚法近似模拟钢锚箱承压板与锚垫板之间的接触非线性问题；采用板壳单元和梁单元建立了索梁锚固结构的有限元模型，对索梁锚固区在最不利荷载组合作用下的受力性能进行了研究；并考虑几何非线性和材料非线性对锚固区及钢箱主梁进行极限承载力分析。结果表明：在最不利荷载组合作用下钢锚箱与主梁腹板的连接区域应力集中，超过了材料的屈服强度；索梁锚固区的极限承载力为设计荷载的3．07倍，有一定的安全储备。在上述分析的基础上，提出了改善索梁锚固区受力性能的构造措施。     

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.     

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.     

桁架桥主梁三分力系数试验

针对制振措施可能影响到结构的静力稳定性的问题,结合某大桥节段模型风洞试验,以中央稳定板、栏杆透风率、风障和车辆作为分析三分力系数的影响因素,共模拟了13种工况,得到各种制振措施对桁架桥主梁静力三分力系数的影响规律。结果表明：三分力系数的改变直接影响到静风荷载,这些参数的变化对主梁静风荷载的影响不容忽视;中央稳定板的不同设置方法对主梁静力三分力系数的影响明显,单独设置上中央稳定板时主梁阻力系数显著增大,在大风攻角时增幅超过100%;下中央稳定板和封闭栏杆的组合设置对主梁静力影响较小;风障的设置显著增大了主梁阻力系数。     

复杂空间焊接钢管相贯节点受力性能有限元分析

为考察焊接钢管节点的受力性能和不同加劲肋构造措施对节点承载力的影响,对3种不同构造措施的相贯节点进行了有限元分析。分析结果表明,空间钢管相贯节点主、支管交汇处为节点受力薄弱区域,特别是以受拉支管与主管相交处更为明显,3种加劲肋构造措施对应的相贯节点极限承载力均满足设计要求,其中:节点构造A型极限承载力最低,为设计荷载的0.9倍;节点构造B型和C型在应力、应变和承载力等方面规律基本一致;节点构造C型对应的弹性设计荷载比节点构造B型提高约30%,且相应的节点极限承载力比节点构造B型提高约6.3%;对加劲肋构造措施而言,在1.3倍设计荷载作用下,节点构造B型优于C型。     

双主梁式斜拉桥主梁有效宽度

斜拉桥的桥面结构有效宽度在桥梁设计规范中没有明确给出。以金马大桥为研究背景 ,通过建立平面和空间有限元模型 ,在多种荷载工况下计算分析了这种双主梁式斜拉桥主梁的有效宽度 ,并得出在对称荷载作用下桥面板正应力趋于均匀分布的结论。这为同类边主梁结构形式的斜拉桥提供了很好的设计依据。     

人字型钢塔制造总体工艺设计

泰州大桥钢中塔首次采用纵向人字型钢塔结构,制造安装难度大,通过对钢混结合段、整体式塔柱节段、下塔柱合龙段等不同结构形式的钢塔节段的特点开展针对性分析,提出不同的钢塔节段制造工艺方案,并通过泰州大桥实践,为今后采用高强厚钢板、结构形式复杂的钢塔柱制造提供了借鉴及技术保障。     

广东江顺大桥抗风性能试验研究

采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对主跨700m的广东江顺大桥主桥结构抗风性能进行研究,包括主梁、桥塔气动参数试验与CFD模拟、主梁1/60几何缩尺比节段模型测振试验、主梁1/25几何缩尺比节段模型涡振试验、全桥气弹模型试验研究等.结果表明:该桥在成桥状态和施工状态具有足够的抗风稳定性,在设计风速下涡振性能和抖振响应性能均满足规范要求;大比例主梁节段模型得到的涡振振幅小于常规比例节段模型得到的涡振振幅,表明采用常规比例模型进行桥梁主梁涡振性能评估是偏于保守的.     

独塔单索面斜拉桥节段模型风洞试验与计算分析

以某主跨为136 m独塔单索面斜拉桥为工程背景,进行了该桥主梁节段模型测振及测力风洞试验,并在试验的基础上进行了风荷载计算和抖振响应计算.试验与计算结果表明:最大双悬臂状态和成桥状态在设计风速范围内发生了一些小幅涡振现象,但该桥涡振振幅满足规范要求;桥梁最大双悬臂状态和成桥状态颤振临界风速远大于颤振检验风速,大桥具有足够的颤振稳定性.     

基于综合分析法的大跨径斜拉桥可靠性分析

鉴于目前复杂桥梁结构可靠性分析方法的局限性,提出一种新的可靠性综合分析方法。在随机有限元法的基础上,结合了几种常用可靠度计算方法的优点,能较方便得出复杂结构极限状态方程的概率分布及数值特征,进而求得相应的结构可靠度指标及失效概率,可为复杂桥梁结构的可靠性分析提供新的思路。以某大跨径斜拉桥为研究对象,采用ANSYS程序建立随机有限元模型,将结构材料特性、荷载及材料强度等参数模拟成随机变量,采用综合分析法对大桥进行可靠性分析。研究结果表明:在承载能力极限状态下,大桥斜拉索最低可靠度指标为5.89,桥塔的可靠度指标为6.37,主梁最低可靠度指标为5.29,均高于规范容许值4.7,相应最大失效概率为1.01×10-8。正常使用极限状态下,大桥跨中挠度可靠度指标高达3.43,也高于容许值,失效概率仅为3.02×10-4。表明大桥在两种极限状态下均具有较高的可靠性。     

混凝土斜拉桥肋板式主梁截面应力分布特性

结合湘潭市湘江三桥主孔斜拉桥的设计与施工，采用1：3.2的比例缩尺进行了肋板式截面主梁节段模型试验研究及有限元分析，探讨了在拉索力、预应力及桥面荷载作用下主梁截面局部及整体的应力分布规律，给出了轴力及弯矩作用下截面应力传递角度及有效分布宽度，为湘江三大桥的设计与施工提供了科学依据。     

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。     

空心砌块墙体抗震性能试验及非线性有限元分析

针对内置式空心砌块墙体的抗震性能,在低周往复水平荷载试验基础上,采用简化分离式建模方法建立了不同构造措施的空心砌块墙体非线性有限元模型,该模型能够精细模拟空心砌块墙体水平往复荷载下的破坏模式,真实反映墙体裂缝产生及发展全过程.根据抗震性能试验和有限元计算结果,对比分析了不同构造方案对墙体极限承载力、位移延性、压缩损伤及裂缝分布等的影响.经综合分析,建议最优构造方案为:在墙体两端集中布置构造暗柱和芯柱,同时根据需要于墙体中部适当增设芯柱,另外通过水平拉结筋网片保证构造暗柱和芯柱的有效拉结和共同工作.     

大跨径混凝土斜拉桥模型试验

为在有限的空间内进行具有足够精度的模型试验以体现斜拉桥整体受力特点,提出了混凝土斜拉桥节段缩尺相似法的模型试验方法。选择主梁塑性最强的跨中附近区域作为试验节段,在节段两端设置无索区并施以弹性支撑,以模拟原结构在边界处的受力状态并消除边界模拟的误差;调整无索区长度和两端弹性支撑刚度,直至试验梁和在外荷载作用下控制截面和控制索的内力增量与原结构保持一致,以正确反映整体结构的受力特征;确定缩尺比例、制作试验梁段和弹簧支座,以混凝土裂缝宽度为控制指标设计了加载工况并完成了加载试验,并对局部节段和整体模型控制截面的计算和实测结果进行对比。试验结果表明:在弹性受力范围内节段模型和实桥受力状态一致,主梁开裂后两者的荷载-挠度曲线和荷载-索力曲线均比较接近,节段模型可较好反映实桥该区域的受力状态;该方法能有效反映大跨径混凝土斜拉桥整体非线性受力特点和内力重分布规律;斜拉桥主梁初裂位置在集中力加载点附近,开裂后裂缝逐渐向加载点周边扩展且最大裂缝宽度增长缓慢,混凝土压应变发展和支撑索的索力增长也比较缓慢;混凝土斜拉桥在主梁开裂后整体刚度下降的幅度并不大,整体结构发生明显的内力重分布使得结构极限荷载加大。