新型波形钢腹板组合箱梁温度效应

针对由混凝土与钢材的热工参数差异显著而导致新型波形钢腹板组合箱梁温度效应突出的问题,考虑子梁微段平衡条件、子梁间变形协调条件和波形腹板剪切变形效应,建立竖向温度梯度作用下新型波形钢腹板组合箱梁相对滑移、内力和应力的理论计算方法. 对大温差地区的新型波形钢腹板组合箱型试验梁进行温度长期观测,拟合结构竖向温度梯度函数,通过该理论方法计算实测温度梯度下的结构温度响应,利用有限元模拟对本文理论进行验证. 结果表明,在实测温度梯度下,界面剪力、子梁弯矩和应力均沿梁纵向呈双曲余弦函数分布,层间相对滑移沿梁纵向呈双曲正弦函数分布. 是否考虑腹板剪切变形效应对组合梁梁端向跨中0.8 m范围的温度效应影响较大,对组合梁中部的影响可以忽略. 混凝土线膨胀系数、组合箱梁层间滑移刚度和界面温差对新型波形钢腹板组合箱梁温度效应的影响较大,在设计中应合理排布层间剪力连接件,考虑混凝土线膨胀系数的变异性对该类结构进行温度效应计算.     

体外预应力钢-混组合梁长期滑移计算

针对现行规范中钢-混组合梁桥设计时界面滑移未计入混凝土收缩徐变效应的影响,在线性滑移和混凝土钢梁之间无掀起的假定下,推导综合考虑桥面板混凝土长期性能和施加预应力影响的体外预应力钢-混组合梁桥的滑移计算公式.通过对某一典型简支钢-混组合小箱梁黏结滑移的计算及结果比较,证明提出的方法及推导公式的正确性.参数研究结果表明,当考虑混凝土收缩徐变长期性能的影响时,钢-混组合梁的界面滑移会随着时间和预应力的增加而不断增加;简支组合梁的滑移量一般由中间向梁两端逐渐增大,在梁两端滑移量达到最大值.在预应力钢-混组合梁的设计中,除考虑预应力对组合梁变形有利的方面外,还应注意和控制预应力对组合梁界面滑移不利的影响.     

波形钢腹板PC组合箱梁桥的新型异步施工技术分析

波形钢腹板PC组合箱梁桥是一种新型的钢-混凝土组合梁桥.为了进一步了解波形钢腹板PC组合箱梁桥的应用范围,本文以武西高速桃花峪黄河大桥跨大堤桥工程概况为研究背景,介绍其施工技术特点.同时根据其采用的新型异步悬臂浇筑法施工进行分析,通过对其异步悬臂浇筑施工工艺、挂篮构造进行简述.本文致力于通过本文概述能对波形钢腹板PC组合箱梁桥进行进一步推广,促进该桥型能够在我国未来的桥梁工程建设中得到进一步发展.     

某曲线桥的静力极限承载性能分析与优化设计

钢-混凝土组合结构由于具有减小构件截面尺寸、增加构件和结构的延性等优点被越来越广泛地应用于城市桥梁中,其中钢箱梁加混凝土桥面板的组合形式是现在应用很广泛的一种形式.北京南站进站立交作为北京南站改扩建工程的一部分,其结构形式为曲线型钢-混凝土组合梁.出于对建筑美观和安全等因素的考虑,该桥的设计较为保守,构件截面较大.采用了通用有限元软件ANSYS分析了该桥一个分联的极限承载能力,并对该分联进行了优化.优化结果表明:对于该钢-混凝土组合梁桥,跨高比最大可以取31.8,并满足静力承载要求.     

波形钢腹板PC组合箱梁试验全过程分析

通过大尺寸波形钢腹板PC组合箱型梁试验梁的构造设计、制作工艺和试验方法的研究，提出了构造设计和结构制作中应注意的若干问题，分析了荷载作用下波形钢腹板PC组合箱梁的截面应变、变形和裂缝发展规律，为波形钢腹板PC组合箱梁桥的设计、施工和试验提供了理论依据。     

波形钢腹板箱梁桥面板横向温度效应分析

针对我国公路桥涵设计规范仅给出混凝土箱梁的温度梯度模式,并未涉及波形钢腹板箱梁温度梯度模式的不足,本文鉴于2种箱梁结构的构造特点及力学性能的差异,对某波形钢腹板连续箱梁桥进行了为期1 a的温度效应观测。研究了其日照温度场分布规律,提出了波形钢腹板箱梁温差计算模式;且基于温度梯度模式得出了箱梁桥面板的横向内力。结果表明:箱梁桥面板同一高度各测点的温度变化规律一致,沿桥面板横向的各测点混凝土温度变化规律均呈正弦曲线变化趋势;基于二维温度梯度模式的结构力学方法计算结果与有限元结果吻合,可以为该地区波形钢腹板箱梁温度效应产生的温度应力值提供参考。     

波形钢腹板PC组合箱梁桥在旧桥改造中的应用

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁是一种经济、高效、施工简便的新型钢-混凝土组合结构,目前在新建桥梁中已有较广泛的应用。以南照淮河公路大桥(65+98+65)m维修改造工程为背景,该桥原上部结构拆除重建,下部结构改造利用。对波形钢腹板PC组合箱梁桥和组合钢箱梁桥两种方案进行了综合比较,考虑到波形钢腹板PC组合箱梁桥施工便捷、受力性能合理、运营管理方便以及造价低等优势,建议上部结构更换为波形钢腹板PC组合箱梁。对新建上部波形钢腹板PC组合箱梁桥进行了有限元分析,结果表明该方案在不增加上部结构自重的前提下,上部新建波形钢腹板组合梁可以满足现状使用要求。     

干寒地区新型波形钢腹板组合箱梁温度效应分析

为探索干寒地区新型波形钢腹板组合箱梁桥的温度场分布特征和温度效应,弥补现行规范中缺乏其温度梯度模式定义的不足。本文以西北干寒地区某新型波形钢腹板组合箱梁桥为研究对象,基于现场温度观测数据,分析该新型组合结构在日照作用下的温度分布规律,并运用最小二乘法拟合提出其二维温度梯度模式;建立新型波形钢腹板组合箱梁全桥精细化有限元模型,并通过实测温度梯度函数计算该桥的温度响应;探析压型钢板对新型波形钢腹板组合箱梁温度应力的影响规律。研究结果表明：基于现场实测数据拟合的竖向分段多项式和横向指数函数组成的新型波形钢腹板组合箱梁二维温度梯度,与实测温度场计算值吻合良好,可为该地区类似工程温度荷载计算提供参考;日照温度作用下,新型波形钢腹板组合箱梁顶板与腹板交界面存在明显的温度梯度;翼缘板上缘、顶板-腹板交界面和各箱室中轴线处出现的最大横向拉应力分别为2.42 MPa、1.83 MPa和1.26 MPa,可能引起桥面板开裂,在设计中应给予重视;实测温度梯度下,闭口型压型钢板可使各箱室顶板中轴线上缘横向拉应力降低0.5 MPa以上,对桥面板抗裂有利,而开口型压型钢板可使各箱室翼缘板上缘横向拉应力提高15%~18%,对桥面板抗裂不利。     

钢-混凝土组合连续梁抗弯性能

为了准确分析钢-混凝土组合梁的抗弯性能,考虑到钢-混凝土组合梁交界面处通过剪力连接件部分相互作用的特点,基于接触理论推导了一种新的复合梁单元有限元刚度方程。考虑到钢-混凝土组合梁交界面处的剪切滑移效应,在交界面上采用两种位移模式以模拟钢梁上缘和混凝土下缘的位移差。通过将计算结果与试验结果对比,表明该计算公式是合理可信的。利用复合梁单元能够有效计算在竖向荷载作用下组合梁的挠度、应变和交界面处剪切滑移应变差等指标沿梁纵向的分布,并且能直接分析栓钉对组合梁抗弯性能的影响,还可以将复合梁单元推广到变截面钢-混凝土组合梁和预应力钢-混凝土组合梁的计算中。     

北京地区某钢-混组合箱梁日照温度场研究

通过对北京地区某钢-混组合箱梁日照温度场的分析,探究组合梁桥的竖向、横向温度梯度曲线时程变化规律.与现行规范中的温度梯度进行对比,得出如下结论:混凝土板沿板厚方向的温差曲线为指数函数;钢箱梁沿竖向的温差曲线为多项式函数;组合梁横向梯度温度按指数函数分布,应考虑其作用效应;钢混组合梁规范中的竖向梯度温度和实际温度场存在一定程度不同,需要进一步改进.     

考虑滑移和剪切变形的单箱双室组合箱梁剪力滞效应

为准确分析单箱双室组合箱梁的剪力滞效应,考虑钢混凝土的界面滑移效应和钢腹板的剪切变形,针对顶底板和翼板定义不同的剪力滞翘曲位移函数,基于能量变分法推导出单箱双室组合箱梁剪滞效应的控制微分方程及其闭合解。以单箱双室组合箱梁算例为基础,利用该方法分析其剪力滞效应的规律,结果表明：在同时考虑滑移和剪切变形时,组合箱梁的挠度比初等梁理论解大,且其挠度随界面滑移刚度的增大而减小;组合箱梁在均布荷载作用下,滑移量与荷载值近似成正比关系;在相同条件下,钢箱梁底板的剪力滞效应较混凝土顶板显著。     

基于部分抗剪的钢箱梁横向分块施工效应分析

为了研究横向分块施工造成的抗剪刚度减弱且分布不均对分块钢箱梁受力特性的影响,针对分块后不对称开口薄壁构件顶、底板之间部分抗剪的力学特性,引入考虑界面滑移的组合结构理论,建立变形和应力的解析分析方法. 基于典型等截面单箱多室钢箱梁截面设计参数的统计规律进一步归并结构尺寸参数,建立以桥梁跨度、分段长度和抗剪刚度等关键参数为基本变量的变形计算公式. 通过影响参数分析,提出能够应用于不同跨度钢箱梁的分块施工方法. 结果表明,当分段长度增大到40 m以上时,必须采用抗剪临时撑增大抗剪刚度,或采用临时支点加固,以减小变形、控制施工质量.     

基于Galerkin法的新型波形钢腹板箱梁桥动力特性研究

为科学合理地分析波形腹板钢箱-混凝土组合梁的自振特性,综合考虑剪切效应和剪力滞效应,运用Galerkin法和Hamilton原理推导了该桥型的自由振动控制微分方程和自然边界条件。根据自然边界条件,求解出剪切变形效应和剪力滞效应影响下波形腹板钢箱-混凝土组合梁竖向弯曲振动频率的计算公式,将其计算结果与实桥的实测结果、模型试验结果及ANSYS三维有限元结果进行了对比,并对竖向弯曲振动频率的影响因素和基频进行了分析。结果表明：竖向弯曲振动频率计算公式的结果与实桥的实测结果、模型试验的实测结果、ANSYS有限元结果吻合良好,验证了所推导的频率计算公式的正确性;竖向弯曲振动频率随高跨比的增大而增大,当高跨比小于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为平缓,当高跨比大于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为显著;竖向弯曲振动频率随宽跨比的增大而增大,但整体增幅不明显;竖向弯曲振动频率随波形钢腹板厚度的增加而不断增大,阶数越高,增幅越显著;箱梁剪力滞对竖向弯曲振动频率影响很小,前5阶最大误差仅为6.73%,波形钢腹板剪切变形对竖向弯曲振动频率影响较大,前5阶最大误差已高达51.18%。     

钢腹板体外预应力组合箱梁剪力滞效应有限元分析

应用ANSYS有限元软件建立钢腹板体外预应力组合箱梁有限元模型,在集中荷载对称作用在肋板处和集中荷载作用在翼板中心两种加载方式下,对波纹钢腹板体外预应力组合箱梁与平钢腹板体外预应力组合箱梁的剪力滞效应进行分析,对波纹钢腹板体外预应力组合箱梁在两种加载方式下的剪力滞系数沿纵向和横向的分布进行了讨论．结果表明：两种箱梁剪力滞系数的变化规律相同,但波纹钢腹板体外预应力组合箱梁的剪力滞效应相对明显;荷栽作用位置从肋板向翼板中心移动时,波纹钢腹板组合箱梁顶板由正剪力滞效应到负剪力滞效应变化,纵向在荷载作用位置附近剪力滞效应明显．     

波形钢腹板组合梁抗震性能试验

为探讨波形钢腹板内衬混凝土和焊接加劲肋的两种构造波形钢腹板组合梁抗震性能,通过剪跨比为1.67的波形钢腹板组合梁缩尺模型拟静力加载试验,比较分析了破坏特点、滞回曲线、承载力、延性、强度与刚度退化、耗能能力、变形恢复能力等基本力学特性.研究结果表明:钢腹板内衬混凝土和焊接加劲肋的波形钢腹板组合梁分别为弯剪和剪切破坏,腹板分别发生局部屈曲和整体屈曲,混凝土板根部均产生剪切斜裂缝;内衬混凝土相比焊接加劲肋的波形钢腹板组合梁的承载力、延性和耗能能力较高;两种构造均可提高腹板稳定性,滞回曲线形状相对饱满,强度退化系数均大于0.9,粘滞阻尼系数大于0.2,残余变形率小于0.61,表明两种构造的波形钢腹板组合梁强度退化不明显,耗能能力和变形恢复能力较强.     

考虑剪力滞的波形钢腹板连续曲线箱梁内力求解方法

由于受到弯扭耦合效应的影响,波形钢腹板连续曲线箱梁受力情况极其复杂。为了研究波形钢腹板连续曲线箱梁的力学性能,考虑剪力滞效应和剪切变形的影响,基于能量法对波形钢腹板曲线箱梁(简称CCBG(CSWs))一次简支超静定结构的约束扭转控制微分方程进行补充修正,并结合CCBG(CSWs)简支结构进行分析验证;运用该微分方程结合三弯矩法对三跨波形钢腹板连续曲线箱梁进行内力求解,并与曲杆结构力学法、有限元分析结果进行比较。结果表明：考虑剪力滞效应和剪切变形的影响,采用该方法求得的内力结果与有限元求得的内力结果契合度较高,验证了方法的正确性;剪力滞效应和剪切变形对CCBG(CSWs)的内力存在着一定的影响,且对于多跨CCBG(CSWs)结构内力的影响更加明显。     

波形钢腹板PC组合箱梁桥腹板平板长度的参数分析

采用混合单元建立波形钢腹板体外预应力混凝土简支箱梁桥的空间有限元计算模型,对腹板剪应力极值、主应力极值和箱梁顶板、底板的正应力极值、主应力极值进行了分析,研究了波形钢腹板平板长度对该种结构受力性能的影响.计算结果表明波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁腹板平板长度与波高之比的合理范围是1.67～2.67.分析结果可以为波形钢腹板箱梁桥的合理设计提供参考.     

考虑滑移效应的体外预应力波形钢腹板梁桥的应力增量

体外预应力筋的应力增量在波形钢腹板梁桥理论中至关重要。在已有的应力增量计算方法中，适用于波形钢腹板梁桥的方法相对较少，考虑预应力筋滑移效应的更少。为研究适用于波形钢腹板组合梁体外预应力筋应力增量的计算公式，考虑在转向块处体外预应力筋与混凝土之间滑移效应的影响，通过分析预应力筋的变形和结构整体变形的几何关系，推导出对称荷载作用下的应力增量计算公式。结合现有试验数据，利用Ansys建立了实体模型，使用非线性弹簧单元Combin39来实现预应力筋的滑移效应；并将求得的计算值与试验值和模型值进行比对分析。结果表明：推导的应力增量公式计算值与波形钢腹板组合梁试验值吻合较好，验证了该方法的适用性；考虑滑移效应影响时，结构的整体挠度和应力增量增大，承载能力降低。