昌平钢-混凝土结合连续刚构桥的设计与施工

昌平跨线桥采用两联跨度为(37+60+79+42.5)m及(42.5+79+42.5)m的钢-混凝土结合连续刚构型式.该桥主梁为钢-混凝土结合梁,钢箱梁采用单箱单室直腹板截面,桥面板为钢筋混凝土结构,钢箱梁在中墩处与混凝土墩身固结,下部结构墩柱均采用矩形桥墩.采用有限元程序MIDAS Civil建立全桥空间结构计算模型,对该桥进行静力计算分析,结果表明钢箱应力及结构强度均满足规范要求.为减少对桥下交通的影响,该桥钢箱梁采用工厂预制、现场吊装的方法施工,预制桥面板按先跨中后支点的顺序施工,采用间断法安装.     

宜宾盐坪坝长江大桥宽桥面组合梁设计

宜宾盐坪坝长江大桥为主跨480 m的混合梁斜拉桥,中跨为钢混组合梁、边跨为预应力混凝土梁,钢混结合段设置在索塔附近中跨侧10.5 m处,中跨桥面宽度为40 m,双向6车道。钢混组合梁由钢主纵梁、钢横梁、小纵梁、预制桥面板、现浇桥面板几部分构成。通过分析研究,钢混组合梁采用双钢箱梁+混凝土桥面板断面型式,外侧腹板处高度为3.5 m,桥轴线处高度为2.9 m;节段长度为10.5 m、11.1 m,合龙段长7 m,钢横梁间距为3.5 m、3.7 m;混凝土桥面板厚度为26 cm,索塔附近加厚至28 cm,腹板附近局部加厚至40 cm;索梁锚固采用钢锚箱,设置在钢箱梁内部。空间计算结果表明:钢主纵梁、混凝土桥面板、钢横梁的应力均控制在合理范围内;汽车荷载作用下,主梁竖向挠度最大值为-340 mm,刚度满足要求。     

襄阳市东西轴线二跨汉江大桥钢-混组合桥面铺装受力分析

襄阳市东西轴线二跨汉江大桥主桥为(3×60+320)m的独塔混合梁斜拉桥,边跨主梁采用混凝土梁,主跨主梁采用钢箱梁,桥面采用14mm厚正交异性钢桥面板+80mm厚C40聚丙烯纤维混凝土+70mm厚SMA改性沥青混凝土的铺装方案。为分析该钢-混组合桥面铺装方案的结构受力是否合理,采用MIDAS Civil 2010软件建立全桥整体模型及横隔梁、U肋局部分析模型,对钢梁、混凝土桥面板的应力及混凝土桥面板的裂缝宽度进行计算分析。结果表明:钢梁及混凝土桥面板的各项应力均在规范容许的范围内;钢梁的Von Mises等效应力小于钢材的屈服强度;混凝土桥面板的表面最大裂缝宽度为0.097mm,小于规范控制的目标值0.15mm。     

钢-超高延性混凝土组合桥面结构力学性能分析及疲劳试验

为改善当前大跨径钢桥钢箱梁桥面板普遍存在疲劳开裂的现状,提升钢桥面铺装体系正常服役寿命,提出了一种钢-超高延性混凝土组合桥面方案:组合桥面主要由正交异性钢桥面板、配筋超高延性混凝土层和沥青磨耗层组成,钢桥面板上表面焊接栓钉,并设置防水黏结层,超高延性混凝土层与钢桥面板间通过栓钉相连,超高延性混凝土层上表面采取表面粗糙处理,并设置防水黏结层,确保与其上的沥青磨耗层之间形成可靠连接。以虎门大桥钢箱梁为背景,采用有限元软件Abaqus对所提出的组合桥面铺装体系进行了力学性能分析。分析结果表明:采用组合桥面铺装体系,可明显提升正交异性钢桥面铺装体系的整体刚度,使得正交异性钢桥面板关键受力部位的应力水平降低25%～45%,显著延长钢桥面板疲劳寿命。制作了足尺钢箱梁子结构试验模型并开展了疲劳试验研究,疲劳试验结果表明:在规范规定的疲劳车荷载及高于疲劳车荷载的疲劳荷载作用下,累计经历400万次疲劳试验后,组合桥面铺装结构铺装层和钢桥面板均未出现破坏迹象,采用钢-超高延性混凝土组合桥面,可有效延长钢桥面铺装结构使用寿命。研究成果为既有存在病害的钢桥钢箱梁承载力的恢复甚至提高,乃至新建钢桥的桥面铺装提供了一种有益的选择方案。     

UHPC在槽形钢-混凝土组合梁的应用与分析

以某大跨连续钢-混凝土组合梁为工程背景,对钢-UHPC组合梁和钢-C50混凝土组合梁进行整体和局部对比分析。结果表明,整体计算中,钢-UHPC组合梁的刚度略小于钢-C50混凝土组合梁,基本组合下钢-UHPC组合梁中钢梁应力比钢-C50混凝土组合梁下降约27%。局部有限元分析中,频遇组合下钢-C50混凝土组合梁的桥面板已开裂;钢-UHPC组合梁桥面板的最大拉应力作用范围比钢-C50混凝土组合梁小,仅出现在纵肋下缘,且最大拉应力小于UHPC材料的开裂应力。钢-UHPC组合梁可大幅降低结构自重,进一步减小钢梁截面,有望解决大跨度连续组合梁中桥面板开裂问题。     

英日规范中钢箱梁桥面板有效翼缘宽度的对比分析

中国目前钢箱梁桥面板有效翼缘宽度计算主要参考英国BS 5400规范和日本道路桥示方书,但两国规范存在差异。分析英国BS 5400规范和日本道路桥示方书关于钢箱梁桥面板有效翼缘宽度规定的差别。根据英国和日本的相关规范,分别计算简支梁、连续梁两种结构形式在相同跨径和支撑条件下钢箱梁桥面板有效宽度。对比两国规范差异,指出两国规范制定的细节因素,对借鉴两国规范的经验提出建议。     

单箱多室鱼腹形截面混凝土连续箱梁的剪力滞效应

鱼腹形箱梁的受力较普通箱梁更为复杂,其剪力滞效应或翼缘的有效分布宽度能否沿用普通箱梁的取值值得重新审视。该文以某两跨鱼腹形截面连续箱梁桥为工程背景,采用空间实体有限元法,对比分析了鱼腹形箱梁与相应普通箱梁的剪力滞效应。结果表明:集中荷载和均布荷载作用下,鱼腹形箱梁除中支点截面边腹板处受拉顶板局部剪力滞系数与普通箱梁相差较大外,其余位置处两类箱梁的剪力滞系数相近;鱼腹形箱梁底板的有效宽度系数较顶板的相应值偏大,可偏安全地按顶板的相应值取用;对比两类箱梁的有效宽度系数可知,鱼腹形箱梁各跨中部梁段的ρ_s系数可以采用规范针对普通截面箱梁的相应值,而ρ_f系数不宜沿用规范计算值,为应用方便,文中提出了ρ_f系数计算的解析式。     

新型大纵肋正交异性组合桥面板力学性能研究

为了解新型大纵肋钢-超高性能混凝土(UHPC)正交异性组合桥面板对传统正交异性钢桥面板的受力性能的改善效果,以港珠澳大桥深水区非通航孔6×110m连续钢箱梁桥为背景,建立全桥有限元模型,对2种桥面方案的静力性能进行对比,建立节段有限元模型,对比2种桥面方案U肋与顶板连接焊缝处的疲劳性能,并分析U肋开口宽度和UHPC结构层厚度对大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板疲劳性能的影响。结果表明:2种桥面方案下钢箱梁控制点的位移和应力相差不大,所提出的大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板在中等跨度连续梁桥中具有较好的适用性;大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板的疲劳性能显著优于传统正交异性钢桥面板;增大U肋开口宽度会导致U肋与顶板连接焊缝应力幅增加,增加UHPC结构层厚度能显著降低U肋与顶板连接焊缝应力幅。     

广东清远北江四桥工程主桥超高性能混凝土-钢组合桥面板结构设计

广东清远北江四桥主桥采用单索面宽幅支承体系混合梁斜拉桥,而钢箱梁存在钢桥面铺装层易破损和钢结构疲劳开裂的通病难题,为解决其难题,主桥钢箱梁桥面采用超高韧性混凝土-钢组合桥面板,着重介绍了北江四桥主桥钢箱梁超高性能混凝土-钢组合桥面板结构构造,并采用了有限元对其进行了受力分析,计算结果表明超高韧性混凝土有效降低钢桥面结构的应力及变形,并改善铺装层的受力状况。     

密布横梁体系正交异性钢桥面板有效宽度

空间杆系法将正交异性钢桥面板等效为空间杆系结构的简化计算方法,其计算精度有赖于桥面板的有效宽度取值.结合试验结果及空间板壳法分析,研究了密布横梁体系正交异性钢桥面板的有效宽度,并对SF法分析结果的有效性进行了验证.建议采用空间杆系法进行正交异性钢桥面板分析时,对桥面板有效宽度取值可依《日本道桥示方书》规定.     

预应力对曲线钢-混凝土结合梁桥内力的影响及计算方法

基于有限元程序Sap2000建模分析了曲线钢-混凝土结合梁预应力作用下混凝土桥面板、箱梁底板的纵向应力和竖向变形,并给出了钢箱上翼缘及腹板竖向变形云图;结合预应力张拉前后中跨跨中截面顶板径向位移对比表和径向位移差值表,说明预应力作用下在最大跨跨中产生了明显的预拱,且外箱拱起量明显大于内箱;桥面板中跨跨中处径向位移的差值沿桥面宽度由内向外呈线性逐渐增大,内箱有向外移动的趋势,而外箱有向内移动的趋势,这些均由整个截面受到预应力产生的向心与向上扭转的转矩所致。     

钢与预应力混凝土后结合法组合梁的受力特性研究

为了明确大跨度后结合预应力组合梁桥的受力性能,以一主跨70 m的预应力组合梁桥为例,采用空间有限元模型详细模拟了组合梁的施工过程,计算从施工到成桥初期及长期运营情况下组合梁的受力情况。计算结果表明：中支点钢梁上翼缘和底板在施工阶段的最大应力分别为118 MPa和-133 MPa,后结合法和顶升/回落法在中支点混凝土桥面板内产生7.33～10.33 MPa的预压应力储备;中支点钢梁上翼缘和底板在短期运营阶段的最大应力分别增长了22 MPa和13 MPa,而中支点混凝土桥面板在曲线外侧的边缘只剩下3.33 MPa的预压应力储备,满足全预应力状态的要求;在第10年的长期运营阶段,中支点钢梁上翼缘和主跨跨中钢底板的最大拉应力分别减少17%和35%,中支点钢底板和主跨跨中钢梁上翼缘的最大压应力分别增加10%和42%。收缩徐变在长期运营阶段降低负弯矩区混凝土桥面板的预压应力储备,负弯矩区混凝土桥面板在运营第2年由全预应力构件变成A类部分预应力构件,在运营第13年变成B类部分预应力构件。     

碳氢火灾下钢-混组合梁破坏试验研究

为研究钢-混组合梁(钢结构桥梁)遭遇碳氢火灾时的耐火性能与抗火设计方法,设计制作了3榀大比例钢-混组合缩尺试验梁,包括简支体系箱形截面梁、连续体系箱形截面和双肋工字形钢截面梁。开展了碳氢火灾下(前期燃油急速升温和后期天然气维持高温)简支梁跨中受火和连续梁单跨局部受火试验,获悉了截面温度场、受火跨和非受火跨挠度变化路径、裂缝发展模式、钢板屈曲特征和破坏模式。分析得到了组合梁在碳氢火灾下的耐火极限,深入揭示了组合梁截面类型和结构体系对组合梁耐火性能的影响机理。试验结果表明:混凝土具有显著的热沉效应,火灾下钢梁的升温速率远快于混凝土板,停火后钢梁温度迅速降低而混凝土板温度持续升高,混凝土板上层的温度在停火48 min后仍然呈走高趋势;碳氢火灾下简支体系钢-混组合梁的挠度从初期就表现出快速增大的趋势,最终因挠度过大而失效;连续体系钢-混组合梁受火跨的挠度在初期增长较为缓慢,最终由于墩顶负弯矩区和跨中正弯矩区均出现塑性铰,梁转为机构体系,使得跨中挠度快速增大而破坏;连续体系钢-混组合梁非受火跨由于变形协调性先上拱,随后由于受火跨刚度衰退转向下挠;闭口截面箱梁仅外表面受火,其耐火性能显著优于双肋工字形钢截面梁,在相似荷载水平下其耐火极限分别为48 min和42 min;连续体系钢-混组合梁由于多余约束的存在,从受火开始就发生剧烈的内力重分布和变形协调,相较于简支梁,其耐火极限可提高100%;高温下连续体系钢-混组合梁出现的塑性铰与常温下的不同,是一种刚度逐渐降低的时变塑性铰。研究成果可为钢结构桥梁的耐火试验方法提供指导依据,也可为其抗火设计方法奠定理论基础。     

轨道交通钢混结合连续梁设计及关键技术研究

钢混组合结构因能充分发挥混凝土和钢结构的材料性能优势而被越来越广泛应用。施工过程中大节段钢梁吊装，对路口的交通影响较小等优点使得钢混结合梁在城市建设中占据重要地位。在轨道交通桥梁中，混凝土桥面板能很好的与轨道结构相适应。结合长沙市轨道交通1号线北延一期工程高架区间跨开顺路口的（40+60+40）m钢混结合连续梁，分析钢混结合连续梁的结构受力特性。研究了采用不同措施如桥面板分段浇筑、正弯矩区压重、支点顶升落架、支点双结合、使用抗拔不抗剪连接件等对改善负弯矩区桥面板受力的优劣势。研究结果表明，钢混结合连续梁在城市轨道交通中的应用良好；采用支点顶升落架、支点双结合两个措施对改善桥面板受力效果最优。     

波形钢腹板-混凝土组合箱梁扭转效应分析

简支波形钢腹板-混凝土组合箱梁扭转效应显著,文中根据组合箱梁受力特性,结合传统混凝土箱梁扭转分析理论,研究组合箱梁在集中偏心荷载作用下的扭转效应。结合相关文献的实验值,对偏心荷载下截面扭转翘曲正应力和扭转翘曲剪应力值进行修正,并通过ANSYS软件计算值进行对比分析。结果表明,在波形钢腹板-混凝土组合箱梁跨中作用偏心集中荷载时,扭转双力矩和弯扭力矩在跨中具有最大值,扭转翘曲应力在跨中截面处腹板底板交点处有最大值;跨中截面翼缘板自由端部翘曲剪应力为0 Pa;考虑扭转效应时跨中截面扭转剪应力均为弯曲剪应力的49%;理论计算值与ANSYS软件计算值误差小于10%,具有较好的计算精度。     

无背索斜拉桥钢-混凝土组合脊骨主梁的关键受力分析

根据无背索斜拉桥中大悬臂钢-混凝土组合脊骨主梁的结构和受力特点,采用空间有限元法分析了混凝土桥面板徐变对组合脊骨梁内力分配的影响、钢箱梁扭转效应、组合悬臂挑梁受力及荷载横向分布、桥面板剪力滞效应等几个关键性受力问题,并利用外国规范验算了钢箱梁承压板的局部稳定性。由分析可知,混凝土徐变导致脊骨梁中钢箱梁应力增加,混凝土板应力下降;钢箱梁的扭转翘曲正应力可达到弯曲正应力的10%;大悬臂组合行车道板的横向分布计算取3片梁模型即可,且施工中采取预弯措施可防止组合挑梁的混凝土板受拉开裂;《本四桥规》中承压板容许应力计算公式约具有2.0的安全度;混凝土行车道板的剪力滞效应明显,塔梁固结处的行车道板还出现了负剪力滞现象。上述结论可为同类结构设计提供参考。     

新型大跨连续钢桁组合梁桥施工监控关键技术

大跨度连续钢桁架-混凝土组合梁桥在公路桥梁上应用的实例极少,且有关大跨组合结构桥梁施工监控及相关问题的研究还处在探索阶段.依托某连续桁架组合梁桥工程,采用了新颖的抗拔不抗剪剪力键,并对传统的混凝土桥面板浇筑顺序进行了调整,极大地提高了负弯矩混凝土的抗裂性能.桥梁施工阶段的拆架跨中位移量、跨中混凝土预压应力、桥面板与钢梁滑移量是本桥监测的重点内容,为实现成桥状态设计目标,精确而有效的施工监控至关重要.将监测结果与有限元分析软件理论数据进行对比,分析判断桥梁施工过程中的安全性,确保全桥施工的顺利进行.     

某正交异性板钢箱梁斜拉桥UHPC组合桥面改造方案研究

某跨江大桥为主跨460m的斜拉桥,运营多年后正交异性板钢箱梁出现大量裂纹,提出采用超高性能混凝土(UHPC)组合桥面(由配钢筋网的UHPC层与钢桥面板通过短栓钉组合而成)进行改造。为选择合适的改造方案,采用有限元法建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁(UHPC层厚4.5,5.5,6.0cm)模型,分析各疲劳细节应力及UHPC层应力;开展UHPC层配置钢板条的组合结构模型试验,验证其疲劳性能。结果表明:UHPC组合桥面降低了钢箱梁各疲劳细节最大应力幅,降幅为11%~88%,顶板疲劳细节处裂纹尖端最大应力幅降幅达92%;疲劳荷载作用下,UHPC层顶面应力较低,钢桥面板开裂后UHPC层底面应力较大;采用钢板条对5.5cm厚UHPC层的组合结构加强后,UHPC层名义开裂应力达43.2MPa,200万次疲劳寿命达22.1MPa,疲劳性能满足要求,选择该方案进行改造。     

钢混叠合式梁拱组合桥设计

鄂尔多斯市东胜区苏杨公路一号桥上跨包茂高速公路,桥型采用三跨连续的钢混叠合式梁拱组合桥,跨径组合为35m+90m+35m。该桥设计充分考虑施工方式对下穿包茂高速公路的影响及景观因素,主梁采用工厂节段加工、现场焊接的钢梁格,通过剪力钉连接预制混凝土桥面板;拱肋为钢箱结构,由上、下肢拱通过刚性竖杆连缀而成,焊接于钢系梁顶面。整幅桥全宽50m,两拱肋中心间距33m,不设风撑,为国内整幅最宽的钢混叠合式梁拱组合桥。就此对该桥的结构设计特点、构造与施工要点等进行了简要介绍。