润扬大桥北汊斜拉桥钢箱梁的局部应力测试与分析研究

在大跨斜拉桥扁平钢箱梁应力计算的误差分析基础上,提出了扁平钢箱梁局部应力分析的两体系计算方法。根据扁平钢箱梁的构造特点分别建立整体结构尺度模型和局部构件尺度模型并采用子模型法进行跨尺度模型的衔接。以润扬斜拉桥的扁平钢箱梁为例,计算了车轮荷载作用下的钢箱梁局部应力响应,并与润扬斜拉桥成桥静载试验结果进行了比较,验证了该方法的有效性,并在此基础上系统地总结了大跨斜拉桥扁平钢箱梁在车辆载荷作用下的工作行为与受力性能。     

正交异性钢桥面板肋-面板焊缝疲劳验算的应力分析模型评估

以天津塘沽海河大桥的正交异性钢桥面板为例,建立钢箱梁节段的有限元分析(FEA)模型、简化FEA模型和基于钢箱梁节段的子模型进行肋-面板焊缝疲劳应力分析模型的评估。计算结果表明:对于远离纵腹板处的肋-面板焊缝,通过提高简化FEA模型中横隔板高度和约束横隔板底部翼缘的方式可减小与钢箱梁节段FEA模型结果的误差;对于靠近纵腹板处的肋-面板焊缝,所有简化FEA模型的应力计算结果均低于钢箱梁节段FEA模型的结果,且误差超过23%。基于钢箱梁节段的三跨子模型可以准确地给出钢桥面板任意位置的肋-面板焊缝的疲劳应力。它具有钢箱梁节段FEA模型的计算精度和简化FEA模型的计算效率,因此它可作为正交异性钢桥面板任意位置处肋-面板焊缝疲劳应力分析的准确和高效计算模型。     

西堠门大桥北边跨锚侧钢箱梁安装技术

西堠门大桥为国内最长的两跨连续跨海钢箱梁悬索桥,桥址处恶劣的自然环境,使得大桥北边跨锚侧钢箱梁安装面临诸多难题,文中介绍了该位置钢箱梁安装与线形调整关键技术与施工工艺。     

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。     

基于模态测试的宽幅钢箱梁桥有限元模型建立、修正与分析

建立精确的宽幅钢箱梁桥有限元模型对此类结构的动力性能评估与结构设计有着重要的意义。建立了宽幅钢箱梁桥精细三维有限元模型,对宽幅钢箱梁桥不同施工阶段开展基于环境激励作用下的模态测试,采用随机子空间法与峰值拾取法识别桥梁的前十二阶模态,基于模态识别结果采用响应面法对桥梁有限元模型进行修正,详细分析了桥梁铺装层、邻跨等效质量对桥梁模态的影响。分析结果表明:建立的有限元模型具有较高的精度;铺装层会显著降低桥梁各阶自振频率,邻跨等效质量对桥梁的横向与扭转频率有显著的影响。     

以疲劳评估为目标的大跨钢箱梁桥车桥耦合动力分析方法

以润扬长江公路大桥北汊斜拉桥为工程背景,基于有限元软件ANSYS和数值计算软件MATLAB研究了以疲劳评估为目标的大跨钢箱梁桥车桥耦合动力分析方法中的一系列技术问题,包括以疲劳分析为目标的车桥耦合振动模型的建模方法和动应力分析方法、基于车桥耦合动应力的桥梁疲劳状态评估方法、不同桥梁应力分析方法的比较,以及路面不平度对桥梁疲劳状态的影响。研究结果表明,以疲劳评估为目标的桥梁车桥耦合动力分析方法能够有效地应用于大跨钢箱梁桥的疲劳状态评估,满足结构局部疲劳损伤累积仿真计算的需要。通过分别对不同应力计算方法下以及不同路面不平度下的桥梁动应力响应的对比分析,表明车辆载荷对桥梁作用的影响是局部的,对局部的桥梁疲劳累积有显著影响,在桥梁疲劳状态评估中采用车桥耦合动力分析方法能得到更为准确的结果。     

基于结构多尺度模拟和分析的大跨斜拉桥应变监测传感器优化布置研究

该文以润扬大桥斜拉桥钢箱梁结构为研究对象,针对结构安全评估为目标的大跨桥梁结构健康监测系统中应变传感器的优化布置问题,提出了一个基于桥梁结构多尺度模拟和结构响应分析结果进行应变传感器优化布置的方法。通过斜拉桥脊骨梁模型来研究确定钢箱梁的关键截面,通过子模型方法实现钢箱梁结构的多尺度模拟和从结构整体到主要局部构件中的应力状态分析,据此进一步分析和确定斜拉桥健康监测系统中钢箱梁结构应变传感器的安装位置,并用在润扬斜拉桥上进行的静动载试验的测试结果验证了结构整体与局部响应分析结果,从而间接验证了应变传感器优化布置结果的正确性。     

聚氨酯-钢板夹层正交异性桥面板试验研究

通过2个不同纵向加劲肋间距的聚氨酯-钢板夹层结构正交异性三跨连续桥面板的钢箱梁模型试验,结合有限元计算分析方法建立多种加劲肋间距桥面板的钢箱梁计算模型进行计算对比,研究该种桥面板的受力性能,试验模型按实桥同种材料的箱梁缩小1/4制作,按汽车荷载在跨中及支点截面产生最大弯矩时测试截面各关键点的纵向、横向应变和挠度。结果表明:桥面板各点应变试验值与计算值基本吻合;采用聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板可大幅削减局部应力集中峰值,从而可大幅减少加劲肋数量,减少程度主要取决于夹层板厚度;板面有些部位要同时承受两个正交方向的反号应力;相应截面中间加劲肋底部纵向应力最大;夹层桥面板的应力和挠度随着芯层厚度减小,增幅加大。     

基于长期监测数据的润扬大桥斜拉桥钢箱梁横向温差特性研究

基于润扬大桥北汊斜拉桥结构健康监测系统的监测数据,详细分析了润扬大桥斜拉桥扁平钢箱梁为期一年的实测温度结果,借助聚类分析、相关性分析、极值分析、参数估计、假设检验等统计学方法进行了温度筛选样本的典型性验证、温度统计特性的对称性验证以及钢箱梁横向温差统计特征研究。分析结果表明:钢箱梁横截面温度的统计特性具有对称性,并且钢箱梁顶板存在明显的横向温差;在此基础上进一步建立了钢箱梁横向温差极值的概率分布模型,确定了具有50年重现期的温差标准值,并针对顶板提出了4种类型的横向温度梯度模式。研究结果可为大跨桥梁全寿命设计和评估提供参考。     

桥塔刚度对悬索桥的影响分析

为了研究悬索桥中桥塔刚度对悬索桥整体刚度的影响,以西堠门大桥为原型,采用西南交通大学编制的桥梁非线性计算软件BNLAS建立了双塔单跨悬索桥计算模型,该计算模型中跨主缆的跨度为1650m,加劲梁为单跨简支结构体系。通过比较不同桥塔刚度(相对原型的0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2及1.3倍)情况下悬索桥受力的变化,分析桥塔刚度对悬索桥受力的影响。同时,随着越来越多的多塔多跨悬索桥的建造,笔者也研究了中间桥塔刚度变化对多塔多跨悬索桥受力的影响。     

大跨波形钢腹板箱梁桥日照温度场及温差效应研究

针对目前我国桥涵设计规范未给出波形钢腹板箱梁日照温度梯度,和其温度梯度研究工作的不足。以港珠澳大桥连接线工程某特大跨波形钢腹板连续箱梁桥为研究对象,对其波形钢腹板箱室断面,进行了3 d的日照温度场观测。研究了其日照温度场分布规律,继而提出波形钢腹板箱梁竖向和横向温度梯度数学计算模型,并对温差参数的取值进行了探讨。结合现场实测数据和有限元软件,对比不同温度梯度模式的温差计算值,分析了其温差效应。研究结果表明:实测波形钢腹板箱梁温度场分布与传统箱梁相差较大;温度梯度模式为指数函数和线性函数组成的分段函数;该模式计算得到的竖向及横向温差值与实测结果十分吻合,其他模式与实测结果相差较大;由于温差效应影响,顶板中轴线下缘产生了较大的横向拉应力,设计中应给予关注。该模式可为不同气候条件地区同类桥梁温度荷载计算提供重要参考。     

泰州大桥悬索主桥钢箱梁吊装施工顺序的确定

泰州大桥是世界上首座超千米的三塔两跨悬索桥,主跨为2×1 080 m,中塔采用纵向"人"字形、横向门式框架型钢塔,边塔采用门式框架型混凝土塔,加劲梁为扁平流线型钢箱梁结构,全桥共136片钢箱梁,总重约33 426 t。通过分析钢箱梁吊装顺序对结构体系和施工难度的影响,确定了三塔悬索桥合适的钢箱梁吊装顺序。     

钢箱梁桥海量应变监测数据分析与 疲劳评估方法研究

海量监测数据的分析与应用是桥梁结构健康监测研究中的重要问题之一,以润扬大桥钢箱梁的长期应变监测数据为研究对象,研究了海量应变监测数据分析与疲劳评估方法。首先,基于Eurocode3规范的S-N曲线和Palmgren-Miner准则建立了焊缝疲劳损伤分析及寿命预测方法。其次,研究了应力循环的快速提取及应变数据中随机干扰成分的剔除方法。在此基础上,讨论了对公路钢箱梁桥开展长期持续疲劳监测的必要性,并给出了润扬大桥钢箱梁焊缝的疲劳寿命预测值。研究发现,采用MATLAB与C语言联合编程的雨流计数法可快速处理海量应变监测数据;根据对焊缝疲劳损伤的贡献可确定有效应力循环阀值,从而剔除由随机干扰引起的数量极多但幅值较小的应力循环;焊缝疲劳损伤在一年内会发生大幅度的变化,短期应变监测数据可能导致焊缝疲劳寿命评估值出现较大的偏差。     

循环荷载作用下钢桥面铺装疲劳损伤失效行为研究

针对钢桥面铺装工程中普遍采用的改性沥青(Stone Matrix Asphalt,SMA)、浇筑式沥青(Guss asphalt,GA)、环氧沥青(Epoxy asphalt,EP)混合料双层铺装结构,进行了循环车载作用下钢桥面与沥青混凝土铺装疲劳损伤特性理论分析与试验研究。基于疲劳损伤度,研究了钢桥面铺装疲劳损伤失效行为和疲劳开裂过程中损伤场、应力和应变场动态演变机制,推导出疲劳失效时的损伤场、应力和应变场计算表达式,并给出钢桥面铺装疲劳寿命理论公式。以三座钢箱梁桥桥面铺装(润扬长江大桥2005,南京长江三桥2005,苏通大桥2008)为例,对不同铺装结构组合方案下的复合梁进行疲劳试验分析和使用寿命理论预测。实例研究结果表明,钢桥面铺装疲劳损伤失效行为预估模型合理可行;相较于改性沥青、浇筑式沥青,环氧沥青混合料具有较强高的强度低变形能力,更适合于大跨径钢桥面铺装抗疲劳的设计要求;由环氧沥青混合料组合而成的“双层环氧沥青混凝土”和“浇注式沥青混凝土(下层)+环氧沥青混凝土(上层)”的抗疲劳性能优于其它沥青混合料铺装结构组合方案,同等厚度组合情况下疲劳使用寿命可延长1倍~2倍以上;“双层环氧沥青混凝土”已应用于润扬长江大桥、南京长江三桥和苏通长江大桥钢桥面工程,并已成功运行10年以上,其跟踪观测结果良好。     

铁路正交异性桥面加劲肋-横隔板局部疲劳受力特性研究

正交异性钢桥面因整体性好、承载力强等优势在铁路大跨度桁梁及箱梁斜拉桥、拱桥等桥型中应用越来越广泛,其疲劳特性与公路桥面具有显著的差异。针对铁路正交异性钢桥面加劲肋与横隔板连接处的疲劳敏感区,通过弹性支撑梁理论及闭口薄壁杆件理论分析其局部受力特征,提出了加劲肋疲劳敏感部位面内疲劳应力的解析公式,分析了解析公式中各疲劳影响因素的影响程度及作用机理。基于甬江特大桥——大跨度铁路斜拉桥的钢箱梁正交异性桥面设计了包含2个U肋及2个V肋的正交异性桥面疲劳试验模型,并进行了560万次疲劳加载。研究结果表明:解析公式与有限元分析、试验测试结果相符良好;试验模型测试结果能准确反映疲劳敏感点的应力情况,解析理论则能够反映疲劳敏感点应力的影响因素与规律;在铁路荷载下,加劲肋与横隔板的焊缝长度和加劲肋腹板倾角的增大能够有效降低加劲肋的疲劳应力幅;在铁路正交异性钢桥面板中面积相近、抗弯刚度相等的V肋比U肋具有更好的抗疲劳工作性能。     

随机车辆荷载下三塔悬索桥钢箱梁疲劳关键断面分析

泰州大桥为世界首座千米级三塔悬索桥,建立泰州大桥的三维全桥模型,通过简化的车辆荷载模型,将随机车流加载于大桥有限元模型上,计算泰州大桥主梁不同位置竖向位移和弯矩的振动响应值,分析车流作用下大桥主梁应力变化最大位置,从而确定主梁的疲劳分析的关键位置。     

舟山西堠门跨海大桥分体式钢箱梁制造预拼装线形控制技术

西堠门大桥钢加劲梁制造时采用水平预拼装的方法,为了保证梁段的制造竖曲线形,应先根据设计数据模拟计算得到竖曲线形相关参数,在水平预拼装时进行控制、调整,最后检测线形的精度,保证线形的正确性。     

Design of steel box girder for Taizhou Yangtze River Highway Bridge

Taizhou Yangtze River Highway Bridge is the first three-pylon two-span suspension bridge in China. The main girder adopts flat steamline steel closed box girder which has well wind-resistant capability and is technically mature besides beautiful appearance. Straight web plates of the steel box girder in longitudinal direction is proposed in order to ensure the integrity of the steel box girder, and to keep the stress of the steel box girder continuous in the middle pylon, as well as to reduce the gradient of the middle pylon columns . The cross section of the box girder has one box with three cells. Solid-web diaphragm plate with good integrity and high torsional stiffness is adopted. The lifting lugs are utilized in the anchors of suspender cable. In this paper, selection of the cross section of the steel box girder, the general structure design, local structure design and main structure calculation results of Taizhou Yangtze River Bridge are introduced emphatically.