正交异性钢桥面板受力特征研究

论述正交异性钢桥面板的结构受力特点,对易出现裂纹的构造受力情况进行分析。通过ANSYS有限元软件,分别对公路正交异性桥面和铁路正交异性桥面建立模型,在移动荷载作用下,对桥面的竖向变形、横隔板部位的面外变形,以及U肋与腹板交叉部位构造的应力变化规律进行分析。研究结果表明:弧形缺口处面外和面内的变形、U肋与面板、U肋与横隔板交叉焊缝的起焊点和弧形缺口部位的最小净截面处的应力是引起正交异性板疲劳的主要因素,其主要受相邻2个横隔板范围内荷载的影响;荷载在桥宽方向只影响与其相邻(左右两侧)的两个U肋的肋角应力。     

新型镦边U肋正交异性钢桥面板疲劳设计参数研究

传统正交异性钢桥面板疲劳问题突出,为提高其疲劳性能,对传统桥面板的细节设计进行改进,提出新型镦边U肋钢桥面板结构;通过建立基于BP神经网络的多目标优化模型进行该新型疲劳细节的优化设计,最终确定合理的构造细节。研究表明:所提出的新型镦边U肋正交异性钢桥面板,显著降低了顶板与U肋间焊缝的局部应力集中程度,该细节处疲劳性能得到明显改善,从细节优化角度为改善正交异性钢桥面板此处疲劳细节的疲劳性能提供了较好的解决方案,是具有良好发展前景的构造细节。     

钢桥面板U肋-盖板构造细节（子系统1）疲劳受力行为研究

正交异性钢桥面板受力行为复杂,基于子系统可以更加有效地分析钢桥面板的疲劳受力行为,以钢桥面板子系统1为研究对象,分析轮载作用面积和轮载作用位置对子系统1疲劳受力行为的影响,在此基础上分析了盖板厚度和U肋厚度对U肋-盖板构造细节处3个弯矩的影响。同时基于等效结构应力法,对子系统1的主导疲劳开裂模式进行研究。研究结果表明：轮载作用面积为600 mm×200 mm且轮载作用在U肋间时,子系统1中U肋-盖板构造细节的受力最不利;子系统1以U肋外侧弯矩Mr大于U肋内侧弯矩Ml的情况为主;子系统1焊根开裂模式的主导疲劳开裂模式均为开裂模式Ⅱ,增大盖板厚度能有效降低焊缝焊根开裂的风险;焊趾开裂模式的主导疲劳开裂模式与盖板和U肋厚度有关,增大盖板厚度能减小开裂模式Ⅰ发生的概率,增大U肋厚度能减小开裂模式Ⅲ发生的概率;在焊根和焊趾的主S-N曲线相同的情况下,子系统1的主导开裂模式为焊趾开裂模式。     

对正交异性钢桥面板构造抗疲劳设计方法的分析

国内近年来正交异性整体钢桥面体系不仅在公路钢桥,而且在铁路钢桥上得到大量的应用。首先介绍国内对正交异性钢桥面板应用的总体情况,包括还在建造和设计中的一些新桥。对正交异性钢桥面板疲劳构造细节进行分析,重点分析疲劳裂纹易发生部位和形成的原因。根据分析结果,设计出经简化且能包络实际受力最不利状态的试件进行疲劳试验。所涉及的构造细节包括桥梁实际工艺下的U肋与桥面板焊缝、U肋与横隔板之间有过焊孔和没有过焊孔时横隔板与桥面板焊缝、U肋嵌补段焊缝、U肋与横隔板之间挖孔焊缝,共计有6个构造细节。提出采用准热点应力统计方法确定正交异性钢桥面板构造细节名义应力的观点,对制定抗疲劳设计方法的研究技术路线作出归纳,进而提出正交异性钢桥面板疲劳设计方法的建议。     

某悬索桥钢箱梁疲劳病害及处治方法研究

针对柔性铺装正交异性钢桥面板的疲劳病害难以克服、横隔板弧形切口处疲劳裂纹主要由面外变形所致等认知问题以及横隔板疲劳裂纹的合理处治方法,以某悬索桥为工程背景,通过构造尺寸、运营荷载、疲劳病害等信息的汇集,移动轮载横隔板应力及其规律分析,以及横隔板疲劳裂纹处治方案比较研究,得到以下结论：①柔性铺装正交异性桥面板采用合理的结构形式与构造细节,可确保其通常运营荷载下的疲劳寿命|②横隔板弧形切口部位轮载应力主要为面内应力,该区域疲劳开裂主要原因为面外变形的传统结论值得商榷|③弧形切口区域轮载应力幅最大加载位置为纵向距关注横隔板0.3m,横向位于横隔板关注锯齿块正上方|④轮载对弧形切口处应力幅的影响范围为：纵向两端各1.5倍横隔板间距,横向两侧各2.0倍U肋间距|⑤横隔板疲劳裂纹处治可采用“优化弧形切口”或“优化弧形切口+双面补强钢板”方法,且弧形切口和补强钢板形状可全桥统一。     

纵肋-横隔板弧形切口应力响应的面外特征研究

为获得正交异性钢桥面板横隔板弧形切口母材在典型轮载作用下的应力响应的面外特征,开展了随机车流下正交异性钢桥面板弧形切口应力监测和分析。研究表明:一辆卡车通过横隔板弧形切口将产生与轴组数量对应的应力幅,其应力响应不能分辨轴组内单轴;在超载卡车作用下横隔板弧形切口将产生很大的应力响应,应力峰值可能会大于钢材的容许应力,而此时弧形切口处于双向受压状态,活载应力幅为压应力幅;研究同时发现,横隔板会受到面外弯曲作用,靠纵肋-横隔板焊缝下端越近,其面外变形越大,产生的面外应力越大。     

正交异性钢桥面板纵肋与桥面板连接细节的疲劳评估及修复措施

正交异性钢桥面板由于具有自重轻、极限承载力大等优点目前广泛应用于大、中跨径桥梁中,我国已建和在建的大跨径桥梁也大多采用正交异性钢桥面板.但由于正交异性钢桥面板结构构造复杂,受焊接残余应力影响大,钢桥面板直接位于车轮荷载的作用下,一些构造细节处极易发生疲劳开裂.以国内某大桥正交异性钢桥面板为例,针对纵肋与桥面板之间的疲劳...     

正交异性钢桥面板U形肋与横隔板连接处弧形缺口几何参数优化研究

纵肋与横肋交叉连接处弧形缺口的疲劳裂纹是钢箱梁正交异性钢桥面板最典型的疲劳裂纹之一。该部位受力复杂,欧洲、日本和美国规范基于不同的侧重点,针对该构造细节的设计建议差别较大。通过精细化的有限元计算,对钢箱梁正交异性钢桥面板U形肋与横隔板交叉连接部位横隔板腹板上弧形缺口的形状、弧形缺口高度等进行参数分析,比较横隔板腹板上弧形缺口构造细节的合理性,选定最优设计几何参数。     

钢桥面板顶板与U肋接头疲劳效应分析

针对钢桥面板顶板与U肋焊接接头,开展疲劳应力有限元分析,研究该构造细部的疲劳效应,为钢桥面板抗疲劳设计与维护提供参考。建立了钢桥面板板壳单元模型,以焊趾处热点应力为指标,分析过焊孔对接头受力影响以及轮载作用下顶板应力历程及应力幅值。结果表明,板壳单元有限元模型局部细化网格尺寸不超过1.0倍顶板厚度,可得出稳定的热点应力计算值。过焊孔的设置削弱了横隔板对顶板的支撑作用,使过焊孔区域顶板应力有所增大。不设置过焊孔时,接头处由于存在较大几何与刚度突变,应力集中更加明显。热点应力对轮载的横向位置比较敏感。轮载在纵桥向与横桥向的应力影响范围都比较小,可忽略车轴、轮重及车辆间的应力叠加效应。     

正交异性板纵肋—面板焊接接头热点应力分析

对某大桥正交异性钢桥面板的纵肋—面板焊接接头进行了热点应力法实体单元有限元分析,通过ABAQUS的模拟分析结果表明,轮压对于正交异性板钢桥面板的应力影响范围很小,对纵肋—面板焊接接头的应力提升不明显,接头非线性应力分布在距离焊趾0.4t的范围内,应力分布特点与以往针对平板焊接结构的热点应力研究成果相吻合。     

U肋与横隔板连接疲劳开裂加固手孔开设方法初探

受复杂焊接构造形式和受力特性的影响,U肋与横隔板连接疲劳开裂表现出多发性、早发性、再现性的特点,严重影响了正交异性钢桥面板的正常使用性能。为保证正交异性钢桥面板的安全使用,合理延长其使用寿命,国内外学者针对该连接构造细节的加固方法展开了大量的理论和实验研究。但受实际条件和加固操作空间的限制,提出的各种加固方法在实桥中的应用仍面临着可行性的难题。文章在现有的U肋横隔板连接疲劳开裂局部加固方法的基础上,提出了一种在实桥中具备可操作性的加固方法。并结合有限元方法对该加固方法进行了深入的分析,研究成果对正交异性钢桥面板的设计、检测、加固有一定的指导意义。     

新型大纵肋正交异性钢—RPC轻型组合桥面板构造研究

正交异性钢桥面板在具有轻质、高强、适用性广、施工速度快等诸多突出优点的同时,其构造复杂、焊缝较多、应力集中等问题比较明显,且由于承受局部车辆轮载的反复作用,使得其疲劳问题较为突出。通过有限元模型对其构造参数进行敏感性分析,结果表明:减少横梁间距能有效改善桥顶板及整体结构的疲劳性能;隔板厚度从14 mm增加至22 mm时,各目标细节疲劳应力的提高不显著;当钢顶板厚度由14 mm增至22 mm时,各目标细节最大主应力均有降低,特别是顶板与U肋连接构造处。     

正交异性钢桥面板结构体系的疲劳破坏模式和抗力评估

正交异性钢桥面板的疲劳问题属于包含多疲劳破坏模式的结构体系疲劳问题。基于这一本质特性,以典型的正交异性钢桥面板结构体系为研究对象,由结构体系的主导疲劳破坏模式出发,提出正交异性钢桥面板结构体系疲劳抗力评估的新方法。以纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节为主要研究对象,设计8个足尺节段模型,主要包括传统纵肋与顶板焊接细节、新型镦边纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节,通过模型试验研究了两类重要构造细节的主导疲劳破坏模式和实际疲劳抗力,在此基础上结合切口应力评估方法探讨正交异性钢桥面板构造细节切口应力S-N曲线方程、结构体系的主导疲劳破坏模式等关键问题。研究结果表明：传统纵肋与顶板焊接细节和新型镦边纵肋与顶板焊接细节的主导疲劳破坏模式均为疲劳裂纹萌生于焊根并沿顶板厚度方向扩展,二者的实际疲劳抗力基本相同;纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳破坏模式为焊趾开裂沿纵肋腹板方向扩展;对于研究对象而言,萌生于纵肋与顶板焊接细节焊根并沿顶板厚度方向扩展的疲劳破坏模式为控制结构体系疲劳抗力的主导疲劳破坏模式。     

纵肋截面形式对正交异性钢桥面板性能的影响

采用通用有限元分析软件ABAQUS建立某钢桥箱梁的计算模型,分析了几种不同的纵肋截面形式对正交异性钢桥面板构造细节处应力分布的影响,并根据分析结果推荐相对较优的钢桥面板布置形式。     

基于波形钢板的钢箱梁正交异性桥面板静力特性研究

提出一种基于波形钢板的新型钢箱梁正交异性桥面板结构形式,该新型桥面板结构包括上顶板、波形钢板加劲肋、下顶板和横肋。通过有限元方法对新型正交异性板的横向传力特性进行分析,并研究了顶板厚度、横肋间距、横肋厚度等参数变化对新型结构疲劳热点应力的影响规律。研究结果表明:新型正交异性板具有双向受力的特点,与传统正交异性桥面板的受力模式明显不同,因此结构设计时需要加大横肋间距,才能充分发挥桥面板较明显的荷载横向分配特性;同时,基于构造参数的影响,提出了适合新型结构的构造参数,以充分发挥新型结构的优势,避免过于复杂的焊接构造。     

基于车辆荷载加载的正交异性钢桥面板的有限元分析

主要是对典型的公路正交异性板钢桥面板在公路标准车辆荷载作用下的应力进行分析。基于ANSYS软件,进行参数化建模和精细有限元分析,初步确定正交异性板钢箱梁合理构造细节,并通过有限元仿真计算,获取正交异性板钢箱梁桥构造细节的受力特性。     

大纵肋正交异性组合桥面板混凝土结构层的有效宽度研究

大纵肋正交异性钢桥面板在疲劳性能和经济性等方面具有突出优势,但局部强度不足的问题突出,在钢桥面板上设置混凝土结构层而发展的大纵肋正交异性组合桥面板,是有效改善新型大纵肋正交异性钢桥面板关键疲劳易损部位抗疲劳性能的新型结构体系。大纵肋正交异性组合桥面板在剪力滞效应的影响下,混凝土层纵向应力沿横向分布不均匀,有效宽度是该类结构设计和计算的基本参数。文章建立大纵肋正交异性组合桥面板参数化有限元模型,研究荷载形式、刚性铺装厚度、刚性铺装材料强度、跨中横隔板等因素对混凝土结构层在弹性极限状态下有效宽度的影响。研究结果表明:在不同的加载模式下,有效宽度沿梁跨表现出不同的变化规律;混凝土强度等级和混凝土厚度对有效宽度的影响不显著;跨中设置横隔板能够在一定程度上改善横隔板附近区域混凝土结构层的剪力滞效应。     

横隔板缺口形式对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响研究

以梯形及矩形截面形状的纵向加劲肋组合3种缺口类型的横隔板,建立正交异性闭口加劲钢桥面板有限元实体模型进行加载,用ANSYS程序计算分析了横隔板不同缺口形式的正交异性钢桥面板力学性能、正交异性钢桥面板、纵肋、横隔板三者连接处的应力状态以及不同缺口形式的正交异性钢桥面板疲劳性能,研究了横隔板缺口形式对正交异性钢桥面板静力力学性能以及疲劳性能的影响。     

正交异性钢桥面板不同闭口纵肋疲劳寿命分析

正交异性钢桥面板闭口肋常用截面形式有U形截面、V形截面。为研究两种不同闭口肋的疲劳细节,使用ANSYS有限元分析软件建立三维局部有限元模型。通过对各疲劳细节影响面进行加载,最终得到50 a损伤度。通过计算结果对比分析,得知相同尺寸下,U形截面常见疲劳细节的受力优于V形截面,疲劳寿命大于V形截面。     

单向预应力UHPC连续箱梁桥面体系优化设计研究

为方便布置体内预应力束和进一步改善桥面板受力状态,对大跨单向预应力UHPC (Ultra-high Performance Concrete)连续箱梁桥的桥面体系进行优化设计,提出新型正交异性UHPC矮肋板桥面体系方案。以广东省某桥为工程背景,进行了基于正交异性UHPC矮肋板桥面体系方案的UHPC箱梁结构试设计并开展相关的试验研究。结果表明：①与矩形桥面板方案相比,优化的正交异性UHPC箱梁矮肋板桥面体系自重可减少17.0%,并可在矮肋板纵肋处方便地布置体内束;与华夫桥面板方案相比,可在不明显增加桥面体系自重的前提下,大幅减小桥面板的纵向应力,降幅可达46.8%;②基于正交异性UHPC矮肋板桥面体系的UHPC箱梁方案试设计整体计算满足受力要求,桥面体系计算中标准组合作用下桥面板最大纵向拉应力2.66MPa,横隔板最大横向应力6.09MPa;③试验及计算结果表明,矮肋板试件初裂名义应力8.84MPa,抗裂设计名义应力限值10.70MPa,UHPC箱梁横隔板上弦板底面横向应力达到8.43MPa时仍处于线弹性受力阶段,表明试设计方案能满足设计要求。