混凝土桥梁的温度作用分析和设计

对梯度温度应力的分解分析及对一典型的预应力混凝土连续刚构箱梁桥应力计算比较后,得出梯度温度作用特性及在桥梁结构设计的一些经验.     

梯度温度作用下装配式混凝土箱梁温度应力分析

装配式混凝土箱梁在温度作用下产生的结构次内力是造成其开裂的重要因素。为研究装配式混凝土箱梁在梯度温度作用下的温度应力分布,对4种不同国家设计规范梯度温度模式下装配式混凝土箱梁温度场进行分析。通过建立某五跨装配式混凝土箱梁实体单元模型,施加温度荷载,对不同温度场下连续装配式混凝土箱梁的应力与变形进行计算。结果表明,装配式混凝土箱梁在梯度温度作用下产生次内力,各国规范温度模式在混凝土箱梁中产生的温度效应差别较大。纵向应力最大值出现在箱梁顶板下缘梗腋处,不同工况下最大相差71%;横向应力最大值出现在混凝土桥面板内,不同工况下最大相差113.8%;全桥最大主拉应力出现在次边跨,不同工况下最大相差66.7%。故认为在进行设计时应考虑最不利的梯度温度作用对装配式混凝土箱梁的影响,避免拉应力超出限值。     

基于实测的混凝土箱梁腹板横向温度效应研究北大核心

为研究混凝土箱梁腹板横向温度梯度的特征以及横向温度梯度对桥梁结构应力的影响,以某大桥连续刚构辅桥为背景,对混凝土箱梁腹板横向温度效应进行研究。该桥为主跨268m的连续刚构桥,南北走向,分幅布置,墩顶处混凝土箱梁腹板厚度达到1m。基于该桥1年的实测温度,首先使用最小二乘法拟合实测温度,得到箱梁腹板横向正、负温度梯度;然后通过有限元方法计算分析实测温度梯度中考虑与不考虑腹板横向温度梯度时的温度效应。研究结果表明:腹板横向正温度梯度可只考虑单侧腹板,腹板横向负温度梯度则考虑腹板两侧对称布置;考虑腹板横向正温度梯度时,底板上缘拉应力增值较大;考虑腹板横向负温度梯度时,腹板外侧纵向应力由压应力变为拉应力,应力明显增大,混凝土箱梁腹板的横向温度效应在桥梁设计中不可忽略。     

基于实测的混凝土箱梁腹板横向温度效应研究

为研究混凝土箱梁腹板横向温度梯度的特征以及横向温度梯度对桥梁结构应力的影响,以某大桥连续刚构辅桥为背景,对混凝土箱梁腹板横向温度效应进行研究。该桥为主跨268m的连续刚构桥,南北走向,分幅布置,墩顶处混凝土箱梁腹板厚度达到1m。基于该桥1年的实测温度,首先使用最小二乘法拟合实测温度,得到箱梁腹板横向正、负温度梯度;然后通过有限元方法计算分析实测温度梯度中考虑与不考虑腹板横向温度梯度时的温度效应。研究结果表明:腹板横向正温度梯度可只考虑单侧腹板,腹板横向负温度梯度则考虑腹板两侧对称布置;考虑腹板横向正温度梯度时,底板上缘拉应力增值较大;考虑腹板横向负温度梯度时,腹板外侧纵向应力由压应力变为拉应力,应力明显增大,混凝土箱梁腹板的横向温度效应在桥梁设计中不可忽略。     

混凝土薄壁箱梁横向温度应力分析

基于能量变分法原理对混凝土薄壁箱梁桥在梯度温度作用下的箱梁横向效应进行分析,并推导了一般公式.计算结果表明在指数函数形式的梯度温度作用下,本文方法计算得到的横向拉应力值与ANSYS计算值相当,而常规方法的计算值要小于本文方法.此外还对箱梁各截面尺寸变化对其顶板下缘横向温度应力的影响进行分析,从中可以看出,箱梁梁高的变化对其横向应力的影响较大.     

大跨径预应力混凝土箱梁桥平面框架效应分析

根据现场检查结果,虎门大桥辅航道桥箱梁顶板及梗腋部位出现较多纵向裂缝。为分析此类裂缝的形成原因,采用桥梁分析软件MidasCivil建立了混凝土箱梁平面框架模型,考虑横向及竖向预应力作用,对因桥梁铺装形式变化引起的截面梯度温度效应和车辆荷载效应进行深入地分析,对比分析原设计与现况条件下的箱梁截面各个关键点的应力情况。研究结果表明：桥面铺装形式变化和超重车效应均引起箱梁不利效应;现况条件下箱梁中心线顶板底部及梗腋处应力均明显大于原设计情况,且均超过了混凝土抗拉强度设计值。为保障桥梁结构安全,控制裂缝继续发展,应严格限制超55t重车通行。     

大跨度混凝土连续箱梁桥温度效应研究

为探明大跨度混凝土箱梁桥施工及成桥阶段的温度场及温度效应，以某实际箱梁桥为研究对象，基于现场监测的温度数据，拟合得到日照作用下混凝土箱梁的竖向温度梯度模式，并在此基础上，建立桥梁各阶段的温度效应结构计算模型，重点研究了箱梁桥在现场监测及各国规范规定的温度梯度模式下的温度应力及竖向挠度分布规律，分析了现场监测得到的最不利竖向温差模式下混凝土箱梁截面的横向及竖向温度应力分布规律。研究结果表明：1)中国《铁路桥涵混凝土结构设计规范》(TB 10092—2017)规定的温度梯度模式的计算结果与依托工程桥梁现场监测结果一致性最好，英国桥梁规范接近；2)混凝土箱梁的顶板和底板主要承受横向温度应力，腹板主要承受竖向温度应力。     

考虑混凝土铺装层作用的桥梁梯度温度取值方法

JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》对同时布置水泥混凝土和沥青混凝土铺装桥梁的梯度温度取值未予明确说明。为了获得一种合理、简化的梯度温度取值方法,该文对各种梯度温度取值方法进行了比较,指出了它们之间的差别,并给出了等效温度系数算法;然后通过对箱梁的梯度温度效应分析以及对数据的拟合,给出了温度系数的简化计算公式;最后以一座5跨连续梁桥为例比较了各种方法的计算误差,证实了新方法的计算可靠性。     

崇启大桥环氧沥青混凝土铺装对钢桥面板疲劳应力幅的影响研究

崇启大桥是目前我国建设的最大跨度连续钢箱梁桥,采用了正交异性钢桥面板和环氧沥青混凝土铺装层。由于铺装层分散了车辆的轮载,使正交异性钢桥面板主要构造细节在使用寿命内的等效应力幅值相应折减,而国内相关规范未对这一折减作用做出规定。建立了崇启大桥正交异性钢桥面板及其铺装层的有限元模型,计算了不同环境温度下正交异性钢桥面板主要构造细节的应力循环特征,依据Miner线性累积损伤准则,分析了环氧沥青铺装对等效应力幅的折减作用,得出了应力幅折减系数。     

基于高温沥青摊铺温度场的钢筋混凝土连续箱梁桥有限元研究

沥青混凝土铺装桥面产生的高温会在箱梁内引起温差分布,导致温度变形,从而产生温度应力。目前,我国规范未对高温沥青摊铺引起的桥梁结构的温度场分布作出规定,故由其引起的温度应力在设计中尚未考虑。本文在借鉴国内外箱梁温度应力理论与方法的基础上,利用了ANSYS软件建立预应力钢筋混凝土连续梁桥三维实体模型,分别计算日照温度场、高温沥青摊铺温度场和设计活荷载下桥梁的应力状态。通过对比分析,研究了在实桥模型下,日照温度场和高温沥青摊铺温度场所引起的桥梁应力异同。     

分离式箱梁弯斜桥桥面病害原因及处理措施研究

为了解在役分离式箱梁弯斜桥发生桥面铺装及伸缩缝病害的原因,指导后续处理,以西安市直城门桥(位于小半径曲线上的现浇钢筋混凝土连续箱梁桥,主梁左右幅分离,伸缩缝与箱梁轴线正交)为例,采用有限元软件建立该桥上部结构有限元模型,分析桥面沥青混凝土铺装层的位移和应力特性。分析结果表明:左(右)幅箱梁上荷载引起右(左)幅箱梁的竖向位移很小,二者协同工作性能不明显,梁端角隅附近沥青混凝土铺装层产生应力集中现象,应力超过其抗拉强度,得出桥梁结构不合理导致梁端翼缘接缝处受力不协调是铺装层破损的主要原因。基于病害成因,结合现有结构构造,提出增强横向联系、提高翼缘板刚度、加强养护管理等处理措施,该桥最终采用增设横隔梁的处理措施。     

PC连续箱梁桥箱梁压应力超限的综合处治

为解决预应力混凝土连续箱梁桥因施工缺陷造成的箱梁压应力超限问题,以某预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,提出了箱内采用活性粉末混凝土(RPC)薄层加固、主跨合龙前在主跨侧箱梁最大悬臂端施加临时压重及减小铺装层厚度的综合处治方法,并以有限元分析结果和现场测试结果验证其适用性。结果表明:处治后箱梁压应力超限处的压应力最大降幅为16.8%,并满足现行相关规范的应力限值要求;RPC加固层与原结构整体工作状态良好,局部区域6cm厚的RPC加固薄层可使箱梁整体刚度提高5.8%;对于压应力降幅最大的截面,RPC加固薄层对压应力降低的贡献达58.7%;RPC可实现加固层的轻薄化,所提出的综合处治措施对解决箱梁压应力超限问题有效、实用。     

基于各国家地区桥梁规范的箱梁梯度温度效应模拟方法

各国家地区的桥梁设计规范中对竖向梯度温度分布的规定均不相同,在进行混凝土连续箱梁桥温度效应有限元计算时,不易进行模拟。为了提高计算效率,提出了一种能够智能匹配不同梁高梯度温度场函数的模拟方法,通过编程在有限元计算软件中加以实现。在某公路3跨预应力混凝土变高连续箱梁桥的设计中,采用实现了新模拟方法的SCDS软件对中国规范和欧洲规范梯度温度效应进行计算,并与通用有限元软件MIDAS计算结果作对比分析。研究结果表明:3种规范的主要差别在于温度基数的取值及对于结构下缘温度的考虑;运用新的温度分布模拟方法可提高工效;用该方法模拟温度函数,温度效应计算结果与MIDAS一致;3种梯度温度所产生的结构效应中,美国规范最大,中国规范居中,欧洲规范偏小。     

考虑温度-车辆耦合的准低温季节混凝土桥铺装应力分析

为了研究环境与车载耦合作用对混凝土桥铺装层受力的影响,首先推导材料特性随温度变化的沥青混合料桥面铺装在温度—车辆耦合作用下的应力有限元计算公式。然后采用有限元方法建立混凝土箱梁桥多层铺装复合结构仿真模型,通过现场实测和仿真计算,分析准低温季节铺装结构温度场日变化和车辆荷载耦合作用下的铺装层拉应力。计算结果表明:拉应力峰值出现在桥墩上方对应的铺装层表面,较易较早出现开裂破坏;考虑铺装各层结构温度梯度变化后,耦合作用下的横向拉应力峰值在中午处于谷值,纵向拉应力峰值变化不明显;耦合荷载作用下的横向拉应力峰值比车辆荷载作用情况增加2.76倍,纵向拉应力峰值涨幅为42%。在铺装层的设计中必须考虑温度荷载的作用。     

某大桥箱梁底板开裂成因计算分析

基于某大桥的裂缝分布状况,应用有限元分析方法,对该桥成桥状态下的2号箱梁的受力状态进行分析,结果表明:温度和混凝土收缩徐变是箱梁底产生横向裂缝的主要因素,且考虑体系温度、温度梯度荷载作用下中跨两端靠近桥墩的箱梁底板的拉应力不满足规范对部分预应力A类构件的应力限值。     

混凝土箱形梁桥的温度梯度研究

参照四个国家五种规范关于温度梯度的不同规定,对三种不同桥型的混凝土箱梁桥的温度纵向应力作了计算和比较,并对温度敏感性作了比较,得出了一些有益的结论.     

混凝土箱梁施工温度控制研究

温度应力已被认为是混凝土箱梁开裂的主要原因之一。为了掌握水化热温度沿箱梁截面的分布规律,文章结合预应力混凝土连续梁桥的箱梁施工实践,运用有限元软件建立了箱形梁的实体模型,模拟实际混凝土水化热温度场分布,分析了箱梁底板应力时程变化,并与实测资料进行了对比分析,对箱梁温度控制提出必要的措施,为混凝土箱梁桥的设计和施工提供了指导。     

广东虎门辅航道连续刚构桥混凝土箱梁的温度梯度研究

根据广东虎门辅航道连续刚构桥混凝土箱梁日照作用下的温度观测结果,研究箱梁沿断面高度方向的温度梯度分布规律。在参考国内外相关规范基础上,采用非线性回归方法提出该桥混凝土箱梁的温度梯度模式。利用空间有限元计算手段,针对箱梁的变形和应力对温度梯度模式的敏感性进行对比分析。研究结果表明,温度梯度模式对结构性能的影响很大。依据该桥温度观测数据提出的温度梯度计算模式可作为连续刚构桥混凝土箱梁日照温差作用下结构计算的重要参考。     

混凝土箱形梁桥的温度梯度研究

参照四个国家五种规范关于温度梯度的不同规定,对三种不同桥型的混凝土箱梁桥的温度纵向应力作了计算和比较,并对温度敏感性作了比较,得出了一些有益的结论.     

钢筋混凝土箱梁桥沥青摊铺温度梯度模式的研究

高等级公路桥已广泛采用沥青混凝土铺装,而沥青混凝土摊铺时的温度往往高达150℃左右,如此高的温度必然会在桥梁结构中引起不利的温度场.沥青摊铺对钢筋混凝土箱梁桥温度场的影响是多方面因素共同作用的结果,通过对诸如梁体初始温度、沥青下料温度及摊铺层厚度等影响因素的数值分析,提出了考虑各种影响因素的温度梯度分布模式,为钢筋混凝土箱梁桥在沥青摊铺作用下的温度场和温度效应的分析计算提供了一种简化的计算公式.