上海长江大桥索梁锚固区疲劳试验研究

上海长江大桥索梁连接形式采用钢锚箱式锚固结构,钢锚箱式锚固结构板件数量多、构造复杂、应力集中严重,特别是在运营活载作用下的抗疲劳性能值得关注。通过有限元方法计算得到了能够代表锚固区受力情况足尺试验模型,并对疲劳试验方法进行了介绍。根据大桥交通状况与设计流量,参照国外规范和研究成果,由疲劳损伤累积理论,确定试验疲劳荷载取值,计算表明在公轨共用斜拉桥中轨道交通引起的疲劳荷载占主要部分。结合理论分析和疲劳试验结果,研究循环荷载作用下钢锚箱式索梁锚固结构的抗疲劳性能,分析表明上海长江大桥索梁锚固结构具有足够的安全储备。     

钢箱梁斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构的试验研究

斜拉桥的索梁锚固结构受力集中、构造复杂。介绍了锚拉板式索梁锚固结构的特点及其在大跨斜拉桥中的应用,通过对广东湛江海湾大桥锚拉板式索梁锚固结构进行足尺模型静力试验,得到静力荷载作用下锚拉板式索梁锚固结构各测点应力。结合有限元分析和模型试验结果,分析了锚固结构的应力分布及传力机理,锚拉板式索梁锚固结构的设计方案及制造工艺得到了验证。根据Von.Mises强度理论,对锚固结构的承载能力做出了评价,得出一些有益的结论。     

大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构型式的比较

介绍了大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构的4种常见连接型式:锚箱式连接、耳板式连接、锚管式连接与锚拉板连接.结合具体工程实例,对上述4种索梁锚固结构进行了静载试验和理论分析,详细比较了4种锚固结构的传力机理、应力分布、应力集中现象,以及改善应力分布、减小应力集中现象的一些措施,得到一些有益的结论,供桥梁设计者参考.     

南京长江二桥南汉桥索梁锚固结构疲劳试验研究

南京长江二桥南汊桥的斜拉索与钢箱梁的锚固采用了锚箱式索梁锚固结构，其受力复杂，特别在运营活载作用下的疲劳性能值得关注。介绍了该索梁锚固结构的足尺模型疲劳试验，在理论分析和试验研究结果的基础上，分析了该索梁锚固结构在循环荷载作用下的疲劳性能，得出一些有益的结论。     

南京长江二桥南汊桥索梁锚固结构疲劳试验研究

南京长江二桥南汊桥的斜拉索与钢箱梁的锚固采用了锚箱式索梁锚固结构,其受力复杂,特别在运营活载作用下的疲劳性能值得关注。介绍了该索梁锚固结构的足尺模型疲劳试验,在理论分析和试验研究结果的基础上,分析了该索梁锚固结构在循环荷载作用下的疲劳性能,得出一些有益的结论。     

考虑腐蚀效应的锚箱式索梁锚固结构疲劳性能分析

锚箱式索梁锚固结构作为大跨斜拉桥常用的锚固形式之一,其结构复杂、焊缝众多,在车辆、风等疲劳荷载作用下易于发生疲劳破坏。同时,锚箱内部形成的盐雾腐蚀环境会进一步加速锚固区疲劳性能的劣化。为研究腐蚀效应对锚箱式索梁锚固结构疲劳性能的影响,该文采用能反映腐蚀电化学机理的元胞自动机模型获得了锚固区典型构件的表面点蚀坑模型,并以润扬长江北汊斜拉桥为工程背景建立了考虑腐蚀表面粗糙度的大跨斜拉桥的有限元模型。基于现场实测的车辆数据建立了疲劳车辆模型,考察了在疲劳车辆模型作用下典型的锚箱构件腐蚀对索梁锚固结构疲劳性能的影响。通过采用可反映电化学本质的元胞自动机模型代替了工程上传统的均匀折减厚度的方式来考虑腐蚀效应,可充分考虑表面粗糙度和点蚀坑底部的应力集中对腐蚀构件性能劣化的影响。面向大跨斜拉桥整体结构进行受力分析可确保锚固区部位应力分布的准确性。该研究方法充分考虑了腐蚀的电化学效应和实际的通行车辆荷载对索梁锚固区力学性能的影响。研究结果表明：与未考虑腐蚀效应相比,锚箱底板、上腹板和下腹板构件分别在10%的质量损失率下,锚箱式索梁锚固结构的疲劳寿命分别降低了21.18%、26.99%和6.3%。因此,腐蚀效应会大幅降低锚箱式锚固结构的疲劳寿命,需充分予以关注。

     

高速铁路大跨钢桁梁斜拉桥梁端锚固结构疲劳性能研究

南京至安庆高速铁路线上主跨580m的安庆长江大桥的梁端锚固结构采用一种新的双拉板栓焊式锚箱结构。论文对铁路钢桁梁斜拉桥几种典型梁端锚固结构的结构特点及传力机理进行比较分析。为评估高速行车条件下双拉板栓焊式梁端锚固结构的抗疲劳性能,对其进行疲劳试验研究。选取斜拉索活载索力幅值最大的梁端锚固结构为研究对象,利用ANSYS建立锚固结构有限元模型,分析得到主要焊缝应力分布。根据列车的运营情况,考虑4线列车通过桥梁时的相遇概论,运用Miner疲劳损伤累积原则,得到梁端锚固结构的疲劳内力幅。采用1:2缩尺模型,完成梁端锚固结构模型疲劳试验。疲劳试验结果表明,安庆长江大桥所采用的双拉板栓焊式锚箱结构在其设计寿命期内不会发生疲劳开裂,疲劳性能满足设计要求。     

带扇叶形锚固板钢筋机械锚固性能试验研究

为避免型钢混凝土节点钢筋锚固时导致的大量型钢穿孔或钢筋焊接,设计一种新型扇叶形锚固板,并通过带扇叶形锚固板钢筋中心拔出试验,分析锚固板形式、钢筋直径、锚固长度对带锚固板钢筋机械锚固性能的影响。试验结果表明：带扇叶型锚固板钢筋可避开抗剪栓钉,具有施工方便的优点,同时拥有良好的锚固性能;当钢筋锚固长度为5d~7d时,发生混凝土劈裂破坏,当锚固长度为8d~12d时,发生钢筋拉断破坏,且钢筋的锚固系数大于1.25,具有良好的锚固性能;带扇叶形锚固板钢筋极限粘结强度随钢筋直径、钢筋锚固长度增大而减小,建议钢筋的锚固长度取为8d;提出了适用于带扇叶形锚固板钢筋极限粘结强度的计算公式,能较准确地反映扇叶形锚固板对混凝土产生的挤压和劈裂作用。     

大跨度斜拉桥索塔锚固区钢-混凝土结构竖向受力机理的有限元法

在斜拉桥索塔锚固区的钢-混凝土组合结构中,钢锚箱是通过剪力钉把大部分的斜拉索竖向分力传递给混凝土塔柱的,但两者之间的竖向传力机理相当复杂。在引入了连续化的分析方法后,使分析问题得到了简化,推导了体现组合结构竖向受力特性的基本微分方程,利用有限元方法的基本理论得到单元刚度矩阵与荷载矩阵。该文还考虑了钢-混凝土索塔锚固区施工过程的收缩与徐变效应,更好地反映了结构的实际受力特性。为验证该方法的有效性,通过工程实例与复杂的三维有限元方法进行比较,其计算结果非常相近,但该方法比三维有限元方法简单而省时,能够为实际设计提供参考。     

预应力梁桥齿板锚固区配筋设计新方法

预应力混凝土梁桥的齿板锚固区,由于存在着几何形体上的突变,集中锚固力的作用以及预应力钢束局部弯曲引起的径向力作用,易产生开裂甚至剥落破坏,因此齿板锚固区的抗裂配筋设计十分重要。以7种典型局部作用效应刻画齿板锚固区内拉应力的集中分布特征,并在此基础上形成了齿板锚固区拉压杆模型,初步形成预应力混凝土梁桥的抗裂钢筋设计新方法。     

大跨斜拉桥扁平钢箱梁的多尺度损伤分析研究

以润扬大桥斜拉桥为分析对象,提出了扁平钢箱梁结构的多尺度损伤分析方法。采用子结构方法将钢箱梁结构全尺度动力响应和细节尺度构件损伤相互衔接实现多尺度损伤分析。在此基础上对模态曲率、模态应变能、模态柔度和斜拉索索力指标的损伤识别效果进行了比较研究。分析结果表明:(1)无噪声情况下,除了模态柔度指标不能够正确识别钢箱梁腹板损伤以外,各损伤指标均能正确识别其余所有损伤工况。(2)对大多数情况,柔度指标的抗噪性最好,曲率指标和应变能指标次之,索力指标最差;(3)应变能指标和柔度指标在钢箱梁结构损伤定位上具有一定的互补性。     

正交异性钢桥面疲劳开裂研究

正交异性钢桥面板的钢结构桥梁在车辆荷载作用下易出现疲劳开裂,为了解决这一问题,该文采用在正交异性钢桥面板上设置薄层RPC(Reactive-Powder-Concrete)超高性能混凝土层,将钢桥面转变成组合桥面,从而提高了桥面刚度,能有效改善结构受力状态,且不会增加桥梁上恒载重量。通过对某大桥的计算分析表明:采用组合桥面后,车辆荷载作用下的钢桥面应力大幅度下降。钢桥面疲劳敏感点处的拉应力降幅达到71.32%~72.39%,大幅度的提高了钢桥面的抗疲劳寿命;薄层RPC面板的高强度和高韧性,完全能满足组合桥面的最大拉应力10.08MPa的强度要求,成为钢桥面上的永久结构层,可以大幅度降低钢桥面板的开裂风险。     

桥梁钢管疲劳试验

介绍了对专用一级公路上的桥梁钢管进行疲劳试验,用以检验桥梁钢管长期在特定的自然条件下的安全可靠性。     

斜拉桥主梁振动对拉索阻尼器减振效果的影响分析

采用拉索索端阻尼器是大跨度斜拉桥拉索减振的主要措施之一。现有拉索阻尼器设计理论均假定索的两端为固结;然而,随着斜拉桥跨度的增大,桥梁结构整体刚度下降,主梁振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响成为大跨度斜拉桥拉索减振设计需要考虑的问题。该文建立了索、梁和阻尼器组合系统的简化理论模型,并对其进行了复模态分析。以跨径分别为400m、650m和1km的3座斜拉桥主跨最长索为算例,分析了主梁振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响,指出了现有阻尼器设计理论的不足。分析结果表明:主梁振动降低了拉索附加阻尼器的减振效果;在大跨度斜拉桥拉索的减振设计中,必须考虑主梁参与振动的影响。     

新型斜拉桥与摩天轮复合结构流场数值模拟与风洞试验研究

为研究天津慈海桥的压强分布系数,建立了新型斜拉桥与摩天轮复合结构有限元模型,采用了RANS的RNGk-ε模型作为慈海桥进行数值分析的湍流模型,采用非平衡壁面函数模拟壁面附近复杂的流动现象。运用数值风洞法对斜拉桥部分周围流场进行数值模拟,得到斜拉桥周围流场的速度分布和斜拉桥表面的压强系数。通过风洞试验进行测量,介绍了风洞试验的风洞和试验模型,得出了32个测点不同方向的压强系数。把其中具有代表性的测点数值风洞理论值与风洞试验结果进行比较分析,结果对比说明:理论与试验数据一致,所得到的压强分布系数可以用于工程实际。同时证明该文所采用的数值模拟方法来预测斜拉桥表面的平均压强分布情况可以推广应用。     

14MnNbq焊接桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为研究

该文系统地研究了14MnNbq桥梁钢焊接热影响区的疲劳裂纹扩展行为。首先,由中心穿透裂纹(MT)试样疲劳裂纹扩展试验,获得了不同应力比R下的疲劳裂纹扩展速率和门槛值;然后考察了应力比R的影响,给出了适于不同应力比的疲劳裂纹扩展速率和门槛值的一般表达式;最后提出了一种由疲劳裂纹扩展门槛值▽Kth确定闭合参数U的新方法,将控制疲劳裂纹扩展的有效应力强度因子幅度写为▽Keff=▽K-▽Kth,由此讨论闭合参数U的确定方法。研究结果表明:对于14MnNbq焊接桥梁钢,该文给出的疲劳裂纹扩展速率表达式与试验结果符合得相当好。     

弯斜拉桥中索的主共振研究

研究由弯斜拉桥桥面振动引起的斜拉索参数共振和主共振问题。将弯斜拉桥施工及成桥状态的复杂结构进行简化,建立索-曲梁组合结构力学模型,推导考虑拉索初始垂度及几何非线性影响的索-曲梁组合结构非线性动力学方程。将索与曲梁的连接方式处理为弹性支承。运用多尺度方法研究斜拉索的参数共振和主共振,并对稳态解的稳定性进行分析,同时对斜拉索参数共振和主共振进行数值模拟,得到不同阻尼及不同初始条件下拉索的时间历程曲线。研究结果表明:桥面的低阶振动频率在索的线性振动频率附近且激励幅值在一定范围内时,桥面的小幅振动能够激励起拉索的大幅运动,影响弯斜拉桥施工与运营的安全性。     

钢板-混凝土组合桥面板疲劳性能试验研究

为研究钢板-混凝土组合桥面板在疲劳荷载下的受力性能,该文完成了10块钢板-混凝土组合桥面板试件的等幅疲劳试验研究。试验主要考察栓钉布置、开孔钢板连接件数量及疲劳荷载幅值等3个因素对组合桥板的疲劳破坏模式及疲劳损伤程度的影响。试验过程中对组合桥面板各个主要时刻的动挠度、混凝土应变、底部钢板应变、残余挠度及剩余承载力进行测...