简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区设计及工程应用

以国内某座简支转连续钢-混组合梁桥为依托,提出了一种简支转连续结构负弯矩区构造设计方案。采用有限元分析和实桥试验相结合的方法,对简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区的受力性能进行分析,验证了该构造设计的可行性,最后就负弯矩区改善开裂的措施进行了探讨。研究结果表明,对于钢-混组合连续梁桥,简支转连续的施工方法与焊接连续施工方法相比,可减小墩顶负弯矩;承载能力极限状态时,负弯矩区混凝土最大裂缝宽度满足规范要求;桥面板钢筋直径以及混凝土自身力学特性是影响负弯矩区开裂的关键因素,适当加大桥面板钢筋直径、采用超高性能混凝土可以有效减小简支转连续钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土的开裂;顶升支座法可以在一定程度上减小墩顶负弯矩,对控制开裂有利。     

预应力钢-混叠合连续梁的设计与施工

结合工程实例，探讨了大跨钢-混叠合连续梁的设计，介绍了钢箱梁的施工，并对无伸缩预应力混凝土桥面板施工进行了分析，经检测，钢-混叠合梁结构自重轻、投资少，值得推广应用。     

钢-混结合连续梁墩顶负弯矩区应力控制措施研究

采用TDVRMV8i建立钢-混结合连续梁有限元模型,对比分析其墩顶负弯矩区桥面板分别采用普通钢筋混凝土和预应力混凝土2种材料,以及桥梁顶推到位后先浇筑墩顶负弯矩区桥面板和先浇筑跨中桥面板2种施工顺序对钢-混结合连续梁成桥后墩顶负弯矩区钢箱梁和桥面板受力的影响情况。结果表明:钢-混结合连续梁墩顶负弯矩区桥面板采用预应力混凝土并采用先浇筑跨中桥面板法施工较为合理。     

钢-混组合梁桥负弯矩区裂缝控制研究综述

钢-混组合连续梁桥负弯矩区存在混凝土板受拉、钢梁受压的不利区域。尤其是混凝土板的开裂会造成钢筋锈蚀、刚度降低的严重问题。为保障组合结构桥梁的安全与耐久性,在钢-混组合连续桥梁的设计与施工中,需对组合梁负弯矩区混凝土板的裂缝进行控制。文中从组合梁桥负弯矩区混凝土板的开裂机理,裂缝宽度影响因素以及裂缝控制措施三方面进行综述。希望能对组合梁桥负弯矩区混凝土的裂缝控制有所帮助。     

钢-混组合连续梁桥负弯矩区桥面板徐变效应研究

针对混凝土徐变易引起钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土桥面板开裂问题,运用Midas/Civil建立6×85m港珠澳大桥钢-混组合连续梁桥有限元模型,分析负弯矩区混凝土桥面板徐变对主梁结构影响的规律。结果表明:混凝土徐变作用下,成桥前3年负弯矩区混凝土桥面板压应力下降较快,10年时最大压应力为-3.2 MPa;成桥10年边跨主梁最大挠度为-17.67mm,其中前3年主梁变形达到93.04%。说明徐变对港珠澳大桥钢-混组合梁桥成桥前3年影响最为显著,成桥10年内负弯矩区混凝土桥面板一直处于受压状态。     

钢-混叠合连续梁负弯矩区计算分析

通过分析钢-混叠合连续梁受力特点,运用双截面法实例分析负弯矩区受力状态,通过Midas有限元软件研究了叠合梁负弯矩区混凝土开裂情况下钢结构应力分布情况。     

钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区受力改善措施对比

钢-混凝土组合连续梁在负弯矩区桥面板易开裂,影响其刚度和耐久性。为研究改善负弯矩区受力性能的措施,文章以某(33+44+33) m钢-混凝土组合连续梁桥为研究对象,采用Midas/civil软件建立全桥梁单元模型,模拟该桥施工过程。分别采用桥面板整体浇筑、改变混凝土浇筑顺序、支点强迫位移、预压等施工方法,计算四种施工方法下施工阶段钢梁应力、成桥阶段混凝土桥面板应力和混凝土裂缝宽度。结果表明:桥面板整体浇筑、改变混凝土浇筑顺序两种方法在施工过程中钢梁应力较小,但成桥后负弯矩区混凝土桥面板受拉,裂缝宽度较大。支点强迫位移和预压两种方法在施工过程中钢梁应力较大,但在成桥后使负弯矩区混凝土桥面板受压,并能减小其裂缝宽度。     

钢-混凝土-ECC组合梁受弯性能试验研究与有限元分析

为解决连续组合梁桥负弯矩区桥面板易于开裂的问题,提出了适用于连续组合梁桥负弯矩区的钢-混凝土-ECC组合桥面结构,将表面一定厚度的混凝土替换为混杂纤维ECC,提高连续组合梁桥负弯矩区耐久性。设计并完成了2根钢-混凝土-ECC组合梁和1根钢-混凝土组合梁的静力单调加载试验。结果表明：在纵向配筋相同的情况下,ECC组合桥面结构的屈服荷载和极限荷载高于传统组合结构的,开裂荷载远高于传统组合结构的,且裂缝数量减少、宽度减小。基于试验数据,对GB 50017—2017《钢结构设计标准》中组合梁负弯矩受弯承载力计算方法进行了修正并验证,计算值与试验值吻合良好。利用ABAQUS软件建立了钢-混凝土-ECC组合桥面结构有限元模型,进行试验模拟和参数分析,研究发现ECC厚度增加对各项指标提升效率呈下降趋势;配筋率与各项指标成正比;在短期荷载作用下,2层配筋的组合梁开裂荷载与3层配筋的组合梁接近,但屈服荷载和极限荷载有明显提高。     

钢-混凝土叠合梁桥成桥新方案

为改善钢-混凝土叠合梁桥成桥内力,节省材料用量,本文提出一种成桥新方案。全文以(32+63+32)m三跨钢混叠合梁桥为例,建立有限元模型,通过对比各成桥方案的位移和应力计算结果,得出中跨跨中部分制作段采用带预制桥面板的叠合梁方式吊装,这样能使上缘桥面板储备一定的纵向压应力,从而抵消混凝土收缩徐变、温度梯度及中墩墩顶负弯矩短束锚固端产生的桥面板纵向拉应力,省去桥面板通长钢束的设置。新方案较现有钢-混凝土叠合梁桥成桥方案预应力钢束的用量显著降低,且施工方便。在新方案基础上,本文又进一步优化钢-混凝土叠合梁桥构造,将中跨跨中部分钢梁采用开口断面,从而达到节省钢材用量和改善闭口封闭断面检查维护困难的问题。     

钢混组合连续梁负弯矩区桥面板设计方法研究

钢混组合梁桥设计关键点之一是能否有效抑制负弯矩区桥面板开裂,若设计不当会造成极大的安全隐患。本文以北京市京雄高速公路中一跨径为40+60+40m的钢混组合梁为研究背景,采用Midas Civil软件建立三维杆单元有限元模型,对负弯矩区采取不同施工方法,定量比较中支点处混凝土桥面板及钢箱梁的应力差异,定性分析不同设计方法的施工适用性及优缺点。最后提出采用后浇筑中支点混凝土桥面板以及施加中支点强迫位移的组合方法,在提高中支点桥面板压应力储备的同时优化其预应力钢束用量。     

陶粒混凝土叠合梁正截面开裂弯矩计算与试验研究

基于混凝土梁平截面假设和基本理论,分别用截面应力分析法、截面塑性影响系数法推导计算陶粒混凝土叠合梁开裂瞬时的受压区高度和开裂弯矩,得出开裂弯矩的计算表达式;通过设计压区为普通混凝土、拉区为陶粒混凝土的叠合梁进行试验,验证开裂弯矩计算表达式的适用性;结果表明:叠合高度在换算截面形心轴以上部分发生轻微改变时,对叠合梁开裂弯矩影响不大;而适当提高配筋率能更充分提高受拉区陶粒混凝土塑性,提高叠合梁开裂弯矩,各叠合梁拉区混凝土荷载-应变曲线变化与理论假设一致。     

预应力混凝土钢桁架叠合板受弯性能试验与理论研究

通过在预应力混凝土平板上增设钢桁架方式,提出一种预应力混凝土钢桁架叠合板,解决了现阶段其他类型叠合板用预制底板存在开裂荷载较低、临时支撑密集等问题。为研究不同桁架类型对预制底板及叠合板受弯性能的影响,对6块预制底板试件和4块叠合板试件开展了静力加载试验,得到其破坏特征、开裂荷载、挠度曲线及应变分布等。试验结果表明：钢桁架能够显著提高底板的开裂荷载,其中钢管桁架底板试件的开裂荷载最高,达到平板试件的194%以上,适用跨度最大达到9m;不同桁架类型底板试件的破坏模式存在一定差异,钢板桁架、钢管桁架和钢筋桁架预制底板的破坏特征分别为钢板屈曲、焊缝断裂及钢筋弯曲;钢桁架能显著增强底板及叠合层混凝土的整体受力及协同工作性能;桁架类型对叠合板的受弯性能影响较小,不同桁架类型叠合板的开裂荷载均相同,开裂挠度差异在10%以内。基于试验结果,建立了底板上弦失稳弯矩计算公式,并提出预制底板失效弯矩应取开裂弯矩与上弦失稳弯矩的较小值,计算值与试验值吻合较好。     

连续钢-混结合梁施工技术

本文结合重庆轨道交通一号线（沙大段）采用44.5＋60＋44.5 m 三跨连续钢-混结合箱梁跨越渝遂高速公路,介绍钢混连续结合梁的钢梁制作、吊装架设及混凝土桥面板一次现浇的施工方法。     

钢-ECC组合梁负弯矩区受弯性能试验研究

纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite,ECC）具有高延展性以及受拉刚化特点,应用于组合梁桥的负弯矩区时可有效减少桥面板的受拉开裂。完成了2根钢-ECC组合梁和1根钢-混凝土组合梁对比构件在负弯矩作用下的静力加载试验,通过试验研究了不同配筋率的ECC对结构受力性能特别是抗裂性的影响。试验研究表明：在负弯矩作用下,钢-ECC组合梁的刚度较钢-混凝土组合梁明显提高|由于ECC翼板的抗拉作用导致截面中和轴上升,钢梁受压区增大,构件延性有所降低|钢-ECC组合梁可有效提高结构的开裂荷载并减小裂缝宽度,提高配筋率有利于进一步减少ECC翼板的裂缝宽度。提出了钢-ECC组合梁的承载力与开裂荷载的计算方法,提供了挠度分析的方法和裂缝宽度的基本模型。     

以混凝土叠合板为翼缘的连续钢-混凝土组合梁

本文在对由混凝土叠合板为冀缘的连续钢-混凝土组合梁试验研究的基础上,提出了支座截面和跨中截面极限抗弯强度的计算方法,并对这种连续梁的使用极限状态进行了讨论,得到了满足使用阶段要求的支座弯矩调幅系数最大值。     

基于板单元的钢-混凝土组合斜拉桥桥面板配筋优化设计

单索面钢-混凝土组合箱形截面斜拉桥由于存在索力传递效应、箱形截面扭转畸变、剪力滞效应等使其空间受力特征显著，所以如采用“传统1D杆系模型+横向框架模型”的设计理论，将会忽略桥面板面内水平剪应力，导致工程实践中桥面板斜向开裂病害发生。JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》提出设计应关注箱形截面的空间应力体系。基于新规范提出的基于平面应力的板单元结构设计方法，并将其应用于上海市昆阳路闵浦三桥斜拉桥混凝土桥面板的承载力配筋设计中。结果表明，基于平面应力的板单元结构设计方法与完整空间效应下的混凝土桥面板受力特征相吻合，能够准确识别结构重点关注的桥面板位置，并有效防止桥面板斜向开裂等病害的发生，从而可以指导钢-混凝土组合断面桥梁的混凝土桥面板配筋设计。     

公路新型钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计

钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有结构轻型、跨中正弯矩区域无需配置预应力索、中间支座负弯矩区域可以在钢底板上铺设混凝土加强底板、无腹板开裂问题和施工简易快捷等突出优点。文章结合(62+105+62) m公路钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计,研究确定梁高变化和钢底板、波形钢腹板、混凝土桥面板等的厚度,预应力索配置。根据公路桥涵设计规范,利用Midas/Civil有限元软件,计算分析桥梁承载能力极限状态和正常使用极限状态在荷载组合作用下的应力、内力和变形并进行结构验算。同时,将桥梁方案与原设计同等跨度与宽度的预应力混凝土连续梁桥方案进行性能、材料用量和施工特点等方面的比较,结果表明钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有较大优势。     

公路新型钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计

钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有结构轻型、跨中正弯矩区域无需配置预应力索、中间支座负弯矩区域可以在钢底板上铺设混凝土加强底板、无腹板开裂问题和施工简易快捷等突出优点。文章结合(62+105+62) m公路钢底板和波形腹板连续组合梁桥方案设计,研究确定梁高变化和钢底板、波形钢腹板、混凝土桥面板等的厚度和预应力索配置。根据公路桥涵设计规范,利用Midas/Civil有限元软件,计算分析桥梁承载能力极限状态和正常使用极限状态在荷载组合作用下的应力、内力和变形,并进行结构验算。同时,将桥梁方案与原设计同等跨度与宽度的预应力混凝土连续梁桥方案进行性能、材料用量和施工特点等方面的比较,结果表明钢底板和波形腹板连续组合梁桥具有较大优势。     

钢-混凝土双面组合连续梁截面刚度试验研究

钢-混凝土组合梁是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。当采用连续组合梁时,负弯矩区会出现钢梁受压、混凝土翼板受拉的不利情况,使混凝土桥面板因承受较大拉应力而开裂,引起钢筋及钢梁腐蚀等严重问题,影响结构的承载能力和耐久性。而双面组合梁(在传统的单面组合梁的内支座负弯矩区设置下翼缘钢筋混凝土板)能够很好地改善单面组合梁的这种不利受力状态。通过采用简化计算方法对双面组合梁截面刚度进行计算,与试验实测值进行了对比分析。     

钢-混凝土双面组合连续梁截面刚度试验研究

钢-混凝土组合梁是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。当采用钢-混凝土组合连续梁时,负弯矩区会出现钢梁受压、混凝土翼板受拉的不利情况,使混凝土桥面板因承受较大拉应力而开裂,引起钢筋及钢梁腐蚀等严重问题,进而影响结构的承载能力和耐久性。而钢-混凝土双面组合梁能够很好地改善单面组合梁的这种不利受力状态。采用简化计算方法对双面组合梁截面刚度进行了计算,并与试验实测值进行了对比分析。