钢-混凝土组合梁斜拉桥梁结构的稳定性分析

采用有限元法建立钢-混凝土组合桥梁的结构模型,分析了不同典型施工阶段下桥梁主梁和腹板结构的受力特征,获得了桥梁整体失稳状态。并以桥梁局部失稳状态分析斜拉桥结构的稳定性特征,获得影响斜拉桥稳定性的各影响因素关系。研究结果表明:全桥一阶整体失稳态下的总体稳定系数为7. 7,大于一般计算稳定系数4. 0;桥梁施工状态下,主梁最大应力出现在成桥阶段1 000 d后,桥面板承受最大压应力出现在中跨合拢阶段,均满足规范。对于桥梁主梁腹板,在设计荷载组合作用下,主梁腹板加劲肋局部位置易发生屈曲变形。当轴力/弯矩小于0. 5时,首先在梁段产生横梁侧倾失稳,随着轴力/弯矩比值的增加,由横梁侧倾斜转化为主梁腹板或加劲肋的失稳。     

偏载作用下单箱三室波形钢腹板悬臂梁的力学特性

为了解单箱三室波形钢腹板组合梁悬臂施工状态下的扭转效应,设计制作了1片单箱三室波形钢腹板双悬臂梁模型,研究了该类悬臂梁在偏载作用下梁体变形、截面翘曲应力、翘曲应变及波形钢腹板附加剪应力等力学性能,并以国内某单箱三室波形钢组合梁桥为背景,采用有限元模型分析了不同工况下最大悬臂施工阶段单箱三室波形钢腹板截面的力学性能。结果表明:偏载作用下,波形钢腹板上纵向翘曲应变明显小于混凝土顶底板,计算时可忽略波形钢腹板纵向翘曲应力的影响;截面最大翘曲正应力出现在混凝土底板角点处,钢腹板附加剪应力沿梁高方向呈均匀分布,且加载侧边腹板附加应力值明显大于中腹板;实际工程中,考虑恒载作用时,截面底板翘曲应力约占弯曲应力的20%,故在进行该类桥设计计算时,不可忽略混凝土板翘曲正应力和波形钢腹板附加剪应力的影响。     

寒潮作用对混凝土T梁的影响

T形梁桥腹板裂缝是该类桥梁的典型病害,其中温度荷载作用是混凝土开裂的重要因素之一。气温骤降对混凝土结构受力状态有显著的影响。本文通过大型有限元分析软件ADINA建立热-结构有限元分析模型,考虑不同降温速率、不同环境风速、不同降温量因素,对T梁温度场及应力分布的影响。研究表明,降温速率及环境风速对结构影响较小,环境降温量对结构影响较大;由环境气温降低,使T梁跨中区域腹板产生相当的拉应力,增大了T梁腹板竖向开裂的风险。     

预应力混凝土箱梁结构日照温差应力分析

预应力混凝土桥梁受太阳辐射,结构表面至一定厚度范围内将产生温度差,与此同时,梁体自身对其内部纤维形成约束,从而出现温度应力。运用ANSYS软件建立了连续刚构桥主梁实体单元模型,重点考虑温度梯度影响,通过对比分析不同形状梁截面对温度应力的反应,得出腹板与顶板间加腋对腹板因温度梯度引起的拉应力影响甚微。提出腹板温度应力对预应力混凝土桥梁结构的设计过程影响甚重,须加以考虑,可供同型桥梁设计参考。     

混凝土T型梁桥温度效应分析

T型梁桥腹板竖向裂缝是该类桥梁的典型病害,温度效应是引起裂缝产生的重要因素之一。为研究不同工况下T型梁桥的温度效应,选取梁体浇筑水化热、桥面沥青摊铺、日照温差3种工况,采用ADINA有限元软件进行实体模拟分析。结果表明:考虑混凝土时变效应时,T梁浇筑过程中水化热效应对结构影响较小; T型梁桥桥面沥青摊铺过程对T梁结构影响较大,T梁腹板由于沥青摊铺过程产生的温度梯度而产生较大的拉应力,约4h时温度应力达到峰值,可达3. 8MPa,其量值不可忽视,应在设计验算过程中予以考虑;在日照正温差作用下,T梁腹板将产生较大拉应力,对腹板受力产生不利影响。     

连续宽箱梁的偏载增大系数的讨论

预应力混凝土连续宽箱梁桥在城市桥梁中广泛应用,由于其宽跨比较大,偏载作用引起的空间效应不可忽视,采用梁单元设计计算时,需引入偏载增大系数来考虑荷载放大效应。提出用实体有限元法计算宽箱梁偏载作用下偏载增大效应的方法。并结合杭州某工程实例,建立其预应力混凝土宽箱梁的实体有限元模型,在模型上施加车辆荷载,通过计算分析荷载作用下结构不同位置的应力、位移,得到偏载增大系数。并对比分析实体有限元法和其他简化偏载增大系数算法的计算结果。结果表明:实体有限元法更能真实反映结构的实际受力状态,且适用性更广;宽箱梁的偏载效应明显,采用传统的经验值是偏不安全的,有必要进行详细的分析计算。     

波纹钢腹板组合结构抗剪连接件疲劳分析

波纹钢腹板预应力组合箱梁是一种新型的桥梁结构形式,由混凝土顶底板、体外预应力束和波纹钢腹板构成,是对传统的混凝土桥梁的一种改进。波纹钢腹板组合箱梁桥的疲劳,尤其是连接件的疲劳是设计时必须考虑的重要问题。文中基于某波纹钢腹板预应力连续刚构桥,采用BS5400的疲劳设计方法分别建立整体模型和局部模型分析了剪力件的应力历程,对该桥剪力连接件焊缝进行疲劳验算,介绍了疲劳分析的基本方法,证明了该桥剪力连接件在设计基准期内不会发生疲劳破坏。     

预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法研究

基于疲劳损伤累积理论,提出一种预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法。首先,分析预应力混凝土箱梁桥腹板受力特性,建立腹板与顶板早期开裂及腹板疲劳破坏准则;然后,通过箱梁桥局部平面有限元模型计算横向效应下混凝土及箍筋应力,基于混凝土S-N曲线分析混凝土疲劳开裂,引入裂缝影响系数对箍筋应力进行修正,基于全桥杆系有限元模型及变角度桁架模型计算仅考虑面内剪力作用下箍筋应力,两者叠加得到空间效应下箍筋应力历程,以雨流计数法获取箍筋应力谱,并基于疲劳损伤累积理论对箍筋进行疲劳寿命评估;最后,对一实例分析,同时分析箱梁横向效应、裂缝深度等对箍筋应力及疲劳寿命的影响。结果表明:当裂缝深度达到腹板保护层厚度时,箱梁横向效应对桥梁腹板寿命影响较大,可使其发生疲劳破坏。     

单索面公轨双层斜拉桥传力机理及稳定性分析

与传统斜拉桥的双索面传力方式不同,单索面中锚式斜拉桥仅通过中央拉索将桥梁自重及桥面上荷载传递到桥塔。为研究该单索面斜拉桥的稳定性及受力特性,以东水门双塔三跨式斜拉桥为研究背景,建立了全桥三维有限元数值模型。该模型充分了考虑上下层桥面板之间、桁梁节段之间的相互作用关系以及纵梁、横梁及加劲肋对上下桥面板的加固效应。计算结果针对桥面系统的整体变形、应力分布及应力传递机理等展开分析,并重点分析了偏载作用下结构的变形模式及应力变化特征。研究结果表明,索塔及拉索的位置分布对桥梁结构整体变形及应力分布影响较大,上桥面拉索力向桥面两侧均匀传递;此外,跨中结构在偏载活载作用下主要发生横向偏转及扭转变形。     

T型刚构桥运营期结构变形与应力变化

以一座在役带挂梁T型刚构桥为研究对象,通过对关键位置应力及挠度进行监测,并结合以往管养资料及计算分析结果,对桥梁运营期的应力及挠度变化进行了分析研究。结果表明：经过前期的合理处治,桥梁暂未出现带挂梁的T型刚构桥常见的腹板开裂、悬臂持续下挠、桥面折线现象;监测期内重点部位的局部应力及挠度未见异常变化,结构目前处于安全的状态。可为同类型桥梁的管养提供参考。     

截面不均匀收缩对T梁腹板受力性能影响分析

T形梁桥腹板竖向裂缝是该类桥梁的典型病害之一,混凝土梁体不均匀收缩是引起裂缝产生的因素之一.为准确分析T梁截面内不均匀收缩效应,探索不均匀收缩效应对T梁腹板受力性能的影响,取不同影响因素对T梁进行了分析.该文以梁体各部位构件理论厚度(比表面积)及GL2000收缩预测模型为基础,引入桥面铺装和普通钢筋对截面不均匀收缩效应的影响,通过ADINA有限元软件建立计算模型,以等效温度法对截面不均匀收缩效应进行了数值计算.根据计算可知:由于T梁各部位体表比不同,导致T梁截面产生不均匀收缩应力,腹板较薄,呈受拉状态,而翼缘板与马蹄呈受压状态;桥面铺装和普通钢筋对截面不均匀收缩效应有显著影响,该效应使T梁腹板内产生可观的拉应力,对T梁腹板开裂有重要的影响.     

基于子模型法的异形拱桥三角区应力分析

为掌握运营状态下异形钢管混凝土系杆拱桥复杂受力区的应力水平及分布,应用子模型法对某异形拱桥三角区进行了精细模拟与分析。结合静载试验,分析了不同荷载工况下大桥复杂受力区的应力水平与分布特点。分析结果表明:大桥拱脚三角区结构受力复杂,偏载作用比对称加载时更不利。偏载作用时产生的扭矩对三角区结构受力状态影响大。子模型法计算结果准确可靠,能够真实反映各种工况下的拱脚三角区的受力状态,是分析异形拱桥复杂结构区应力水平及其分布的有效方法。本文的计算分析结果可以为大桥安全监测系统设计与结构安全性分析评估提供依据。     

温度对桥梁结构内力的影响分析

以某40m+5×70m+40m预应力混凝土箱梁为依托,分析了日照作用下混凝土箱梁竖向温度分布规律。借助midas Civil有限元结构分析软件,分别建立了箱梁悬浇阶段和成桥状态下的温度引起的结构状态变化模型,并进行了温度对箱梁应力和挠度影响的计算与分析。结果表明,温度对桥梁应力及挠度有一定影响,特别是成桥状态下温度对桥梁应力影响较大,因此在桥梁施工监控和结构测试时应考虑温度效应。     

波形钢腹板预应力混凝土箱梁的试验研究

为研究波形钢腹板预应力混凝土箱梁这种新型桥梁结构的力学性能,根据国外已建实桥的箱梁尺寸,设计了缩尺模型试验梁。通过测试模型梁在静力荷载作用下的挠度和应变,来分析这种箱梁结构的弯曲、扭转和畸变等力学特性。试验结果表明:在弯曲荷载作用下,波形钢腹板主要承担剪力,而弯矩仅由混凝土顶板和底板来承担,同时箱梁的挠度应计及钢腹板的剪切变形的影响。另外,波形钢腹板预应力混凝土箱梁对偏心荷载作用时产生的扭转变形和畸变的抵抗能力相对较差。波形钢腹板预应力混凝土箱梁具有区别于传统混凝土箱梁结构的的力学特性。     

基于强配筋法的结合梁负弯矩区受力研究

该文结合某大桥的桥面分析实例,利用有限元软件建立仿真模型,针对强配筋法进行研究。模拟组合梁负弯矩区试验测试在分级加载情况下,混凝土桥面板、钢梁腹板、钢梁上下翼缘等主要控制点的应力与变形,研究混凝土板、钢梁腹板、钢梁上下翼缘的应力分布与大小,确定在不同设计方法作用下,支点负弯矩区混凝土桥面板和钢梁的内力分配,桥面板应力分布,从而为桥梁设计提供可用参考依据。     

波纹钢腹板与平钢腹板组合T梁桥力学性能对比分析

为研究波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥与平钢腹板-混凝土组合T梁桥力学性能优劣,以某3跨钢-混组合连续T梁桥为背景,采用非线性有限元软件建立2种腹板(平钢腹板和波纹钢腹板)形式的全桥实体模型,分析二者在车辆偏载作用下桥梁的纵向弯曲、横向挠曲、刚性扭转及稳定性能,并进行对比。结果表明:与平钢腹板-混凝土组合T梁桥相比,波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥抗弯刚度可提高10%,桥面板抗裂性可提高约20%,两者剪力滞系数接近;两者纯扭刚度相差不大,整体横向挠曲性能接近;波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥扭转刚度略大,跨中最大转角约为平钢腹板-混凝土组合T梁桥的85%,腹板扭转附加剪应力不到平钢腹板-混凝土组合T梁桥的一半;波纹钢腹板-混凝土组合T梁桥的前5阶屈曲因子是平钢腹板-混凝土组合T梁桥的5~8倍,线弹性稳定性极大,且腹板无需额外设置加劲肋,经济优势较大。     

顶推施工中波形钢腹板PC组合梁局部受力性能分析

波形钢腹板PC组合梁采用顶推施工时,其箱梁底板要连续不断在支墩上滑动,箱梁局部在顶推过程中的受力与成桥状态有较大不同。为了明确组合箱梁波形钢腹板在顶推施工中的局部受力性能,以国内一座采用整体式顶推施工的大跨度波形钢腹板PC组合梁为例,采用板壳实体模型详细模拟了混凝土顶底板与波形钢腹板的真实结构,计算在顶推过程中组合箱梁的局部受力性能。比较了不同构造形式下的结构受力性能,为设计计算同类桥梁的局部结构提供了参考。     

带挂梁的T型刚构桥承载能力状态评估

为了解某运营中带挂梁的T型刚构桥实际工作状态的安全性与最不利受力状态下的承载能力,运用结构有限元分析软件对该桥进行了仿真分析,分析其在设计荷载作用下结构变形与应力状态。同时,对该桥进行实桥静荷载试验,并与仿真分析结果相对比,分析其实际工作状态与承载能力。最后,对结构混凝土材质状况指标进行分析评定,确定结构混凝土构件实际工作状态,为桥梁养护与维修提供理论依据。     

箱梁薄壁效应及腹板开裂成因分析

预应力混凝土箱形梁是典型的空间薄壁结构,具有薄壁效应.比较不同计算方法,确定采用7自由度空间梁单元计算薄壁箱梁的空间效应,以所选取的3个箱梁桥样本为例,建立7自由度空间受力模型,得到各截面应力及活载偏载放大系数,指出在箱梁活载应力分析中,对剪力采用的经验放大系数1.05明显偏小.并结合其中某桥梁病害实测情况,说明对于活载剪应力的设计不当,导致对主拉应力的考虑不足,是引起腹板、底板斜裂缝的重要因素.     

波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的设计计算分析

针对目前国内跨度最大的波纹钢腹板预应力组合箱梁桥——三道河中桥,对其箱梁主体、波纹钢腹板、剪力连接键及预应力布置等方面的设计及构造细节进行了介绍;并采用ANSYS建立了其空间有限元模型,参照现行的桥梁设计规范对其设计计算过程中的截面受力、波纹钢腹板的受力、剪力连接键的抗剪能力以及主梁变形等关键性问题进行了详细的阐述。计算结果表明,在正常使用极限状态下,混凝土顶底板的应力、波纹钢腹板剪应力及主梁挠度满足要求,且波纹钢腹板不会在其发生剪切屈服之前而发生局部屈曲、整体屈曲或合成屈曲破坏;在承载能力极限状态下,主梁承载能力满足要求;剪力连接键的抗剪能力满足要求且具有较大的安全储备。可为今后波纹钢腹板预应力组合梁桥的设计计算提供参考。