车载作用下大跨径缆索支承桥桥型对铺装层受力的影响研究

以润扬长江公路大桥为工程背景，通过有限元数值模拟技术，分析建立其北汊斜拉桥和南汊悬索桥的三维整桥模型，进行整桥力学分析，提出整体—局部分析方法，进而分析铺装层的受力特点；悬索桥的桥型对铺装层的受力影响较大，作者计算的铺装层拉应力明显大于以往模型；对于斜拉桥跨中位置，考虑整桥后铺装层的受力略大于局部模型，对于承受斜拉索水平分力挤压的主梁部分，其铺装的受力略小于局部模型。     

正交异性钢箱梁桥面第二体系结构优化设计

在力学分析的基础上,建立了正交异性钢箱梁桥面铺装体系的力学模型,通过有限元计算,研究了正交异性钢桥面板铺装体系的力学特性。从铺装层厚度、材料、横隔板间距、钢板厚度以及梯形加劲肋刚度等方面,探讨了在弯沉值、应力、应变等约束条件下正交异性钢箱梁桥面第二体系的优化设计方法,给出了正交异性钢桥板各个参数的合理数值界限,将本文的结果与已建成的同类型桥相比较可知,本文的设计结果合理,可作为大跨径钢箱梁桥面板的依据。     

车辆荷载下钢箱梁沥青混凝土铺装受力分析

本文参照实际工程中钢桥面沥青混凝土铺装疲劳开裂这一主要破坏形式,应用有限条分析方法,构建计算模型,通过模拟车辆在桥面纵、横向的不同加载位置,计算沥青铺装层上表面的应力应变,继而讨论钢桥面几何正交异性特性对沥青铺装层的影响,得出与工程实际相符的结论,为合理确定钢桥面沥青铺装层的结构提供理论参考。     

新型铺装正交异性桥面板局部变形影响面分析

为研究钢纤维混凝土+沥青的新型铺装结构下正交异性钢桥面板局部变形的影响面分布规律,运用单位荷载法对某桥行车道中部、横隔板和纵隔板三处加劲肋的肋间相对位移进行了仿真分析。结果表明:钢纤维混凝土+沥青的新型铺装结构下,正交异性钢桥面板肋间相对变形的影响面分布具有明显的局部效应,其影响面的横向分布范围约为2~4个加劲肋间距,影响面的纵向分布范围约为1个横隔板间距。行车道中部远离横隔板处的肋间相对变形远大于横隔板和纵隔板附近的肋间相对变形。复合铺装梁段模型试验的肋间相对变形影响线分布规律与仿真结果吻合,验证了仿真分析方法和结果的有效性。     

高速铁路系杆拱桥正交异性钢桥面构造研究

在高速铁路系杆拱桥设计中,正交异性钢桥面的构造设计是一个重要的环节。正交异性钢桥面纵向有U肋、板肋和纵梁,横向有大小横梁等组成,各个细部的设计将影响整体的应力分布,对于纵横梁体系设计国内研究较多,这里主要提出正交异性局部U肋构造改变,并且通过FEA有限元计算,改善横梁与纵肋连接处的受力情况。     

立转式开启桥铺装结构静动响应分析

为了探讨立转开启式桥梁桥面铺装早期病害的产生机理,从力学分析的角度出发,以天津海响螺湾开启桥为工程背景,采用有限单元方法,建立了开启桥正交异性钢桥面铺装体系仿真模型.对于桥梁闭合阶段,分析了铺装层在车载作用下的静力响应,并验证了模型的有效性;对于桥梁开启阶段,计算了不同开启角位置时铺装层的动力响应,并分析不同开启速度和铺装结构模量对铺装层动力响应的影响.研究结果表明:铺装层的剪切应力随着开启角度的增大而增加,开启角度和速度的变化会引起剪切应力的非均匀分布;在开启速度和铺装模量较大时,剪切应力将大于桥梁闭合通车状态下的最大不利应力,成为控制指标;由于环境温度的变化,铺装层的模量较难控制,因此提出一个适宜的开启速度以减小铺装层与钢板之间的剪切应力,而在设计开启速度较大时则提出模量的控制指标.     

三主桁84＋84m连续钢桁梁桥正交异性整体钢桥面受力分析

南京大胜关长江大桥是京沪高速铁路上一座六跨连续铁路钢桁梁（拱）桥,采用混凝土与钢正交异性板相结合的整体桥面,多横梁体系,钢正交异性板与下弦杆焊连在一起。本文主要研究了该桥边孔84＋84m三主桁连续钢桁梁桥正交异性整体钢桥面板的受力情况。利用空间有限单元法,对桥面系部分构件的受力情况进行了分析。计算结果表明：该桥的整体桥面结构满足高速行车要求;桥面系各构件受力合理。     

UHPC加固在役大跨径悬索桥钢桥面：实桥试验与理论分析

为解决大跨径钢桥正交异性钢桥面板普遍存在的疲劳开裂且维修困难等问题，提出了一种疲劳裂缝可免修复的UHPC加固新结构. 以一座在役大跨径悬索桥为研究对象，介绍了新结构的应用背景，并对大桥原沥青铺装、裸钢桥面、钢-UHPC轻型组合结构三种桥面状态分别开展了现场试验. 基于试验结果，系统揭示了钢桥面4类典型疲劳细节的受力特性，包括应力分布规律和加固后的应力降幅，同时，对实桥建立了局部梁段有限元模型，模拟试验中的所有加载工况并进行了对比分析，发现计算得到的应力响应面与试验结果基本一致，最大误差约为10%. 研究结果表明：对于每类疲劳细节，其在纯钢桥面和原沥青铺装两种状态下的应力基本无差异，表明原沥青铺装劣化严重，无法改善钢桥面的疲劳受力状态；而对比铺设UHPC前、后，钢面板上的疲劳细节应力降幅达41%~85%，其中，钢面板-U肋焊缝细节应力降幅为85%，顶部过焊孔处细节应力降幅为44%，而横隔板与U肋交叉部位细节应力降幅为41%，表明UHPC加固薄层有效提高了钢桥面的局部抗弯刚度，从而降低了车辆荷载作用下钢桥面的应力水平. 此外，得到了钢桥面上不同疲劳细节的应力响应线，结果表明，各疲劳细节的应力响应因测点位置不同而存在一定差异. 顶部过焊孔处细节横桥向压应力响应范围较小，而拉应力响应范围较大；面板及顶部过焊孔处细节的纵向应力响应线较短，而U肋-横隔板连接处细节的应力在3道横隔板或横肋范围内仍保持较高水平.     

桥面铺装温度对正交异性钢桥面板疲劳的影响

通过带桥面铺装的正交异性钢桥面板足尺模型疲劳试验,实测了不同桥面铺装温度条件下钢桥面板的受力,分析了桥面铺装温度对钢桥面板疲劳损伤度的影响.结果表明:沥青混合料钢桥面铺装刚度随着温度升高迅速降低,导致铺装层下的正交异性钢桥面板受力迅速增加;在相同的荷载条件下,高温(55℃)条件下钢桥面板疲劳损伤度约为常温(10℃)的21倍.     

大跨径钢桥面铺装理论与设计的研究进展

大跨径钢桥面铺装理论与设计是大跨径钢桥建设的关键之一，桥面铺装是桥梁行车体系的重要组成部分。本文综述评价了近10年来该方面的研究进展，内容包括：大跨径钢桥桥面结构演化、正交异性钢桥面力学特性的研究、材料研究和钢桥面铺装体系研究等方面，并对进一步研究提出一些建议。     

T形肋正交异性组合桥面板力学性能

为了检验所提出的T形肋正交异性组合桥面板在局部车轮荷载作用下的受力特性及这种桥面板在桥梁第二体系中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了4个不同桥面板试件,其中包括一个混凝土桥面板,一个正交异性钢桥面板,两个不同尺寸的T形肋正交异性组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形等.试验结果表明T形肋正交异性组合桥面板在车轮荷载作用下其局部应力水平显著低于正交异性钢桥面板,相同宽度的T形肋正交异性组合桥面板其极限抗弯承载力分别是混凝土桥面板和钢桥面板的2.30倍和1.57倍以上,表明T形肋正交异性组合桥面板具有较强的抗疲劳性能.     

开口U形肋组合桥面板基本力学性能

为了检验所提出的开口U形肋组合桥面板在桥梁使用中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了3个不同桥面板试件,其中包括1个混凝土桥面板、1个正交异性钢桥面板、1个带U形肋组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形、极限承载力等.试验结果表明,在车轮荷载作用下,开口U形肋组合桥面板的应力远远低于正交异性钢桥面板的应力,避免了桥面板钢结构疲劳的发生;在重量比混凝土桥面板小57%的情况下,组合桥面板的承载力是混凝土桥面板的1.42倍;在用钢量约为钢桥面板1/2的情况下,二者的承载力相当.     

新型正交异性桥面板疲劳性能分析

为了减少传统正交异性板的疲劳损伤以及提高其抗疲劳特性,邓文中院士提出了一种新型的正交异性板截面型式．文章主要以这种新型的桥面板为研究对象,通过有限元软件分析计算,可知其疲劳性能优于传统正交异性板．     

钢桥面沥青铺装层疲劳损伤分析与车辆轴载换算

采用力学近似方法,对钢桥面沥青混合料铺装层在循环荷载作用下的力学行为和疲劳损伤特性进行了理论分析.采用粘弹性损伤模型的能量转换方法对钢桥面沥青混合料铺装层应力场、应变场及损伤场分布状况进行研究.依据钢桥面沥青混合料铺装体系复合结构的应力场、应变场和损伤场在疲劳过程中的动态演变规律以及疲劳裂缝的形成机理,推导出钢桥面沥青铺装层疲劳性能方程和车辆轴载换算公式.结合南京长江第二大桥钢桥面铺装工程,应用所建立的疲劳性能方程以及轴载换算公式对钢桥面铺装层使用寿命进行预测.     

基于有效缺口应力法的正交异性钢桥面板疲劳评价

为验证有效缺口应力法在正交异性钢桥面板疲劳评价中的适用性,开展了横隔板弧形切口2种不同过渡形式的局部应力研究.采用Ansys分别计算U肋与横隔板连接处焊趾和焊根处的有效缺口应力,并加以比较,表明焊趾处更易萌生裂纹.采用S-N曲线评估其疲劳寿命,表明有效缺口应力法可以应用于正交异性桥面板的疲劳评价.有限元分析假定缺口的真实半径为0,这可能导致试验结果的保守性.基于不同U肋厚度的比较,发现U肋厚度的增加将导致U肋与横隔板端焊缝处更易产生疲劳裂纹.相关研究结果可为正交异性钢桥面板的设计和疲劳评价提供参考.     

球扁钢肋组合桥面板局部与整体力学性能

为了检验所提出的球扁钢肋组合桥面板在桥梁中使用的受力性能,设计制作了2个带球扁钢肋组合桥面板试件和1个正交异性钢桥面板试件.通过静力试验,测试桥面板不同部位的结构应变和变形,考察了球扁钢肋组合桥面板在车轮荷载作用下的局部受力性能,以及在正、负弯矩作用下的整体受力性能.试验结果表明:在车轮荷载作用下球扁钢肋组合桥面板的疲劳细节处应力水平非常小,大大降低了桥面板钢结构发生疲劳破坏的可能性;试件截面应变沿高度的分布符合平截面假定,在受弯破坏极限状态下,混凝土与钢板之间无明显滑移和脱层,球扁钢组合桥面板的钢板与混凝土之间组合作用良好;该种组合板具有良好的延性,并有较高的承载能力.     

基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题,提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型,并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程;列车采用31自由度刚体动力学模型,轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力;利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车-桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象,开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析,研究了桥梁整体和局部动力响应,以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明:正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁;大跨度斜拉桥的动力系数较小,受车速和轨道不平顺谱的影响较小;钢桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态,在疲劳性能研究中需要特别关注;设计速度条件下,桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.     

桥面铺装对钢桥面板疲劳应力幅的影响

钢桥面板厚度小,铺装层的相对刚度较大,钢桥面板疲劳设计时,应该考虑铺装层与钢桥面板的共同作用。假设桥面铺装与顶板没有相对滑移,采用有限元方法探讨了桥面铺装弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板疲劳应力幅的影响。