采用支撑杆件提高钢箱梁正交异性板疲劳性能研究

交通运输的迅速发展使得钢箱梁正交异性板的疲劳问题日趋突出。为研究设置支撑杆件对钢箱梁正交异性板疲劳性能的影响,制作试件进行室内试验,并采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,分析在无支撑杆件和有支撑杆件的情况下,钢箱梁正交异性板易疲劳开裂位置应力幅（最大荷载时的应力与无荷载时应力之差）的变化。试验和有限元对比结果表明：试验结果和有限元模拟结果吻合良好,支撑杆件的设置可将钢箱梁正交异性板U肋及T肋开槽处的应力幅减小约40%~60%,其中个别位置应力幅减小占比（无、有支撑时的应力幅差值与无支撑时应力幅之比）可达70%;支撑杆件的设置可将顶板跨中位置应力幅减小约20%~40%,其中个别位置应力幅减小占比可达50%。有限元参数分析结果表明：离支撑杆位置越近,开槽位置处的应力幅减小占比越大;随着支撑杆件直径的增大,应力幅减小占比增大,但增大幅度逐渐减小。合理使用支撑杆件能有效减小钢箱梁正交异性板易疲劳开裂部位的应力幅,可在较低的成本下减少钢箱梁正交异性板疲劳破坏的发生,提高其疲劳寿命。     

钢箱梁正交异性板受力性能分析

针对钢箱梁正交异性板结构,建立有限元模型,并进行计算分析和实测对比。结果表明,相对于传统解析法,有限元法能较好地模拟钢箱梁正交异性板的实际受力状态;在钢箱梁正交异性板局部加载中,横向最不利荷载位置为加载在U肋之上,且轮位中心处应力值最大;纵向最不利荷载位置为横隔板中间处,最大应力值在中间轮外侧;钢箱梁正交异性板整体刚度较大,横向车辆增加时对应的应力增加并不明显。     

正交异性钢桥面板U形肋与横隔板连接处弧形缺口几何参数优化研究

纵肋与横肋交叉连接处弧形缺口的疲劳裂纹是钢箱梁正交异性钢桥面板最典型的疲劳裂纹之一。该部位受力复杂,欧洲、日本和美国规范基于不同的侧重点,针对该构造细节的设计建议差别较大。通过精细化的有限元计算,对钢箱梁正交异性钢桥面板U形肋与横隔板交叉连接部位横隔板腹板上弧形缺口的形状、弧形缺口高度等进行参数分析,比较横隔板腹板上弧形缺口构造细节的合理性,选定最优设计几何参数。     

基于实测的苏通大桥疲劳寿命评估

通过分析苏通大桥钢箱梁疲劳关键部位的实测应变时程,研究了其在正常运营阶段的应力谱的特征和疲劳状况预测。由测得的应力时程可知,绝大部分时刻的应变值都在40με以内,但重车过桥时的瞬时应变值可达120με,远大于一般车辆。由应力谱分析可知,苏通大桥钢箱梁顶板及索梁钢锚箱处应力水平较高。由名义应力法计算可知,苏通大桥钢箱梁疲劳寿命最短的部位为顶板与U肋焊缝,为188年。以目前的交通量和结构状况,苏通大桥不会发生疲劳破坏。     

对正交异性钢桥面板构造抗疲劳设计方法的分析

国内近年来正交异性整体钢桥面体系不仅在公路钢桥,而且在铁路钢桥上得到大量的应用。首先介绍国内对正交异性钢桥面板应用的总体情况,包括还在建造和设计中的一些新桥。对正交异性钢桥面板疲劳构造细节进行分析,重点分析疲劳裂纹易发生部位和形成的原因。根据分析结果,设计出经简化且能包络实际受力最不利状态的试件进行疲劳试验。所涉及的构造细节包括桥梁实际工艺下的U肋与桥面板焊缝、U肋与横隔板之间有过焊孔和没有过焊孔时横隔板与桥面板焊缝、U肋嵌补段焊缝、U肋与横隔板之间挖孔焊缝,共计有6个构造细节。提出采用准热点应力统计方法确定正交异性钢桥面板构造细节名义应力的观点,对制定抗疲劳设计方法的研究技术路线作出归纳,进而提出正交异性钢桥面板疲劳设计方法的建议。     

正交异性钢桥面板受力特征研究

论述正交异性钢桥面板的结构受力特点,对易出现裂纹的构造受力情况进行分析。通过ANSYS有限元软件,分别对公路正交异性桥面和铁路正交异性桥面建立模型,在移动荷载作用下,对桥面的竖向变形、横隔板部位的面外变形,以及U肋与腹板交叉部位构造的应力变化规律进行分析。研究结果表明:弧形缺口处面外和面内的变形、U肋与面板、U肋与横隔板交叉焊缝的起焊点和弧形缺口部位的最小净截面处的应力是引起正交异性板疲劳的主要因素,其主要受相邻2个横隔板范围内荷载的影响;荷载在桥宽方向只影响与其相邻(左右两侧)的两个U肋的肋角应力。     

热轧变厚U肋钢桥面板疲劳机理分析

为改善正交异性钢桥面板疲劳性能,热轧变厚U肋首次大规模应用于厦门第二东通道跨海钢箱梁桥。为揭示热轧变厚U肋与顶板双面焊接钢桥面板的疲劳机理,利用ANSYS建立钢桥面板局部模型,基于热点应力法开展疲劳性能评估,分析疲劳细节在轮载作用下的应力历程、应力幅和应力分布,并与常规的8 mm等厚U肋进行比较研究。结果表明：相比于8 mm等厚U肋,采用热轧变厚U肋不改变疲劳细节热点应力变化趋势;热轧变厚U肋能够显著降低横隔板处顶板焊趾、U肋与横隔板焊缝端部U肋焊趾的热点应力幅,降幅分别为19%和20%,并缓解横隔板处顶板焊趾附近应力集中程度。     

正交异性钢桥面板疲劳问题的研究

疲劳将会使钢桥的使用寿命大大缩短,因而在设计、制造、架设及后期维护中需要时刻关注钢桥在细部构造中可能出现的疲劳问题。采用ANSYS大型通用有限元软件对钢箱梁正交异性钢桥面板进行了数值模拟,研究了横隔板与U肋焊缝交叉处的应力状态。结果表明:横隔板厚度对应力的影响显著,对疲劳裂纹的产生也有较大的影响。     

纵向弯曲作用下UHPC加固钢桥面板焊接节点疲劳性能研究

针对正交异性钢桥面板容易发生疲劳开裂的问题,对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)加固正交异性钢桥面板开展疲劳试验研究,得到了典型U肋-盖板-横隔板(RDF)焊接节点的热点应力、疲劳寿命、裂纹扩展以及刚度退化等关键性能指标。结果表明,与RDF裸板试件相比,UHPC加固试件关键区域热点应力水平显著降低,试件刚度退化速度明显减缓,试件疲劳承载力提高。     

大尺寸纵肋顶板-U肋构造细节的受力分析

为研究正交异性钢桥面板横隔板无外切口大尺寸U肋-顶板焊接构造细节的疲劳性能,建立有限元模型,计算得到该构造细节在轮载作用下的应力随轮载位置变化的规律和相应应力幅,并与传统尺寸正交异性钢桥面板的受力情况进行对比。研究表明:大尺寸U肋正交异性钢桥面板的应力影响线较长,受力性能与传统正交异性钢桥面板有差别;当轮载作用在U肋上方面板的面积越多时,构造细节的应力越大;构造细节面板处的面外弯曲应力较大,而U肋腹板处的面外应力很小。     

Experimental and Numerical Study on Buckling Behavior of a Rigidly Stiffened Plate with Tee Ribs

In the bridge structures, stiffened plates are usually designed as rigidly stiffened when the orthotropic steel box girder is used as the main load-bearing structure. Therefore, the buckling mode of stiffened plates is plate buckling which occurs in subpanel supported by stiffeners. The orthotropic steel box girder is used as the main girder for Egongyan Rail Special Bridge, which is a self-anchored suspension bridge. Plates of the steel girder are rigidly stiffened with unequal spacing open ribs, and the most slender stiffened plate is the mid web stiffened with Tee ribs. In order to ensure the safety of the bridge, the buckling behavior of the web and orthotropic steel box girder under axial compression, including ultimate strength, post-buckling behavior and failure modes, should be clearly investigated by experimental and numerical methods. The design, loading and testing methods of the 1:4 scale model of the orthotropic steel box girder are introduced in detail firstly. The orthotropic steel box girder and the stiffened web finite element (FE) models are validated by the test results, and the effects of residual stress and the magnitude of geometric imperfections are discussed roughly. Based on the validated web FE model, a detailed parametric study is performed to systematically investigate the effects of residual stress and geometric imperfections on buckling behavior of the web. The effect of shapes of geometric imperfections discussed is highlighted. Through tracing stress states, the failure modes of stiffened plate are in agreement with the experimental phenomenon to some extent. Results show that shapes of geometric imperfections have significantly influenced post-buckling behavior and failure modes of the web, but slightly affected the ultimate strength. It is advised that residual stress and geometric imperfections should be controlled to make full use of excellent performance of steel materials.     

九江长江大桥钢箱梁制作创新工艺设计及应用

本桥设计为双塔双索面斜拉桥,主桥结构为六跨不对称混合梁,其中钢梁为单箱三室结构的扁平钢箱梁。结合主桥钢箱梁的结构特点,进行了26项重点工艺方案设计,有多项工艺进行了创新设计,本文列举几项,例如梁段间预留间隙设置尺寸的加大,保证了梁段端口焊缝的焊接质量;对横隔板上、下接板的对中及变形控制采用一些列的工艺措施,保证了横隔板与顶板、横隔板上下接板间的焊接质量及尺寸精度;对桥面衔接构造无过焊孔的工艺处理进行改进,并提出组焊顺序,提高了钢箱梁的使用寿命。     

纵肋截面形式对正交异性钢桥面板性能的影响

采用通用有限元分析软件ABAQUS建立某钢桥箱梁的计算模型,分析了几种不同的纵肋截面形式对正交异性钢桥面板构造细节处应力分布的影响,并根据分析结果推荐相对较优的钢桥面板布置形式。     

隔板挖孔形式对正交异性钢桥面板性能的影响

采用通用有限元分析软件ABAQUS建立某钢桥箱梁的计算模型,分析了几种不同的横隔板挖孔形式对正交异性钢桥面板构造细节处应力分布的影响,并根据分析结果推荐相对较优的钢桥面板布置形式。     

轻型组合桥面板球扁钢纵肋-横隔板连接细节局部应力分析

为降低正交异性钢桥面板疲劳开裂的风险,提出带球扁钢纵肋的轻型组合桥面板方案。以洞庭湖二桥轻型组合桥面板为工程背景,建立钢桁梁局部有限元模型和球扁纵肋-横隔板连接细节的子模型,并基于热点应力法,对横隔板上开孔孔型和厚度进行了参数分析。研究表明：球扁纵肋-横隔板连接处3个典型疲劳细节的疲劳性能受横隔板厚度影响显著|综合比较,苹果型开孔的疲劳性能最优。为进一步验证轻型组合桥面板的球扁钢纵肋-横隔板连接处3个细节的疲劳性能,开展了足尺模型疲劳试验,试验模型采用16mm厚带苹果型开孔的横隔板设计。疲劳试验中,控制细节（横隔板切口自由边缘）的应力幅为90.6MPa,历经250万次循环加载后,试验模型中典型疲劳细节均未出现疲劳裂纹。这表明,带球扁钢纵肋的轻型组合桥面板关键细节的疲劳性能良好,能满足洞庭湖二桥的工程要求。     

广州珠江黄埔大桥钢箱梁环缝焊接工艺、焊接管理及焊接质量控制

广州珠江黄埔大桥钢箱梁为全焊接结构,钢箱梁梁段宽度大,所用钢材厚度较薄,加之钢箱梁环缝桥位施焊在野外作业,施焊环境恶劣,桥位环缝焊接变形、焊接收缩量和焊接质量的控制等有一定的难度。钢箱梁是珠江黄埔大桥悬索桥上部的承重钢结构,其焊接质量直接关系到桥梁的安全。为保证产品整体质量,控制焊接变形,对钢箱梁焊接和焊接变形控制进行细致地分析,制定合理可靠的焊接工艺,采用焊接变形小和焊接收缩量小的焊接工艺措施。在钢箱梁环缝焊接过程中,通过对人、机、料、法、环等各方面的控制,保证钢箱梁环缝的焊接质量。结合广州珠江黄埔大桥钢箱梁环缝焊接和取得的效果,对施工过程、焊接质量和焊接收缩量控制等进行了详细地阐述。     

重庆菜园坝长江大桥的制作工艺

重庆菜园坝长江大桥为刚构与提篮式钢箱系杆拱、桁梁、正交异性桥面板的组合结构,大桥钢桁梁杆件的尺寸和孔群精度控制、钢箱拱的线型和孔群精度控制、整体节段的制造精度控制是制作中的技术难点,通过在整体节点杆件半品件加工、胎型组装、焊接变形、栓孔钻制,钢箱拱组装、预拼装,钢桁梁整体节段预拼装等方面采取的各项工艺措施,重庆菜园坝长...     

重庆丰都长江二桥主桥钢箱梁设计

重庆丰都长江二桥主桥采用(70.5+215.5+680.0+245.5+70.5)m钢箱梁斜拉桥结构,为双向四车道公路桥,桥面全宽26.5m。主梁采用正交异性桥面板流线型扁平钢箱梁,沿纵向分别设有两道外侧纵腹板、两道中间纵隔板及标准间距为3m的实腹式横隔板。斜拉索在钢箱梁上的锚固采用锚拉板结构形式。钢箱梁架设采用在桥塔两侧对称、同步进行梁段悬臂拼装的施工方案,先边跨合龙,后中跨合龙。