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。     

某悬索桥钢箱梁疲劳病害及处治方法研究

针对柔性铺装正交异性钢桥面板的疲劳病害难以克服、横隔板弧形切口处疲劳裂纹主要由面外变形所致等认知问题以及横隔板疲劳裂纹的合理处治方法,以某悬索桥为工程背景,通过构造尺寸、运营荷载、疲劳病害等信息的汇集,移动轮载横隔板应力及其规律分析,以及横隔板疲劳裂纹处治方案比较研究,得到以下结论：①柔性铺装正交异性桥面板采用合理的结构形式与构造细节,可确保其通常运营荷载下的疲劳寿命|②横隔板弧形切口部位轮载应力主要为面内应力,该区域疲劳开裂主要原因为面外变形的传统结论值得商榷|③弧形切口区域轮载应力幅最大加载位置为纵向距关注横隔板0.3m,横向位于横隔板关注锯齿块正上方|④轮载对弧形切口处应力幅的影响范围为：纵向两端各1.5倍横隔板间距,横向两侧各2.0倍U肋间距|⑤横隔板疲劳裂纹处治可采用“优化弧形切口”或“优化弧形切口+双面补强钢板”方法,且弧形切口和补强钢板形状可全桥统一。     

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。     

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。     

高性能轻型组合桥面结构铺装实验研究

结合某连续钢箱梁桥基本概况,对桥面铺装前后横肋、纵肋、面板三种构件及不同构件连接部位的受力或变形状况进行了试验检测,结果表明STC桥面铺装可以明显降低U肋与面板连接部位局部应力,但U肋与横隔板连接部位弧形缺口处的改善效果不明显,对U肋与箱梁腹板连接部位的改善效果有限。     

钢箱梁新型构造对横隔板弧形缺口部位疲劳应力影响研究

根据国内外钢箱梁的设计经验,选取3种不同的横隔板优化结构形式,通过有限元方法建立钢桥面板的空间有限元模型,计算U肋与横隔板连接焊缝末端和横隔板弧形缺口2种构造细节在车轮荷载作用下的应力幅值,得出不同横隔板优化结构形式对横隔板弧形缺口部位疲劳应力的影响。研究结果表明:设置横隔板间小横肋可有效降低两处构造细节的应力幅,但该优化结构对横隔板弧形缺口细节的影响较U肋与横隔板连接焊缝末端细节小;设置内隔板后两处构造细节的应力幅均有所下降,其中采用内隔板上缘距桥面板顶板20 mm、下缘距U肋与横隔板焊接末端20 mm的设计形式效果最佳;设置弧形缺口加劲肋对焊缝末端和弧形缺口两处构造细节的应力幅均有较大影响,减小了构造细节发生疲劳开裂的可能性。     

纵肋-横隔板弧形切口应力响应的面外特征研究

为获得正交异性钢桥面板横隔板弧形切口母材在典型轮载作用下的应力响应的面外特征,开展了随机车流下正交异性钢桥面板弧形切口应力监测和分析。研究表明:一辆卡车通过横隔板弧形切口将产生与轴组数量对应的应力幅,其应力响应不能分辨轴组内单轴;在超载卡车作用下横隔板弧形切口将产生很大的应力响应,应力峰值可能会大于钢材的容许应力,而此时弧形切口处于双向受压状态,活载应力幅为压应力幅;研究同时发现,横隔板会受到面外弯曲作用,靠纵肋-横隔板焊缝下端越近,其面外变形越大,产生的面外应力越大。     

单向预应力UHPC连续箱梁桥面体系优化设计研究

为方便布置体内预应力束和进一步改善桥面板受力状态,对大跨单向预应力UHPC (Ultra-high Performance Concrete)连续箱梁桥的桥面体系进行优化设计,提出新型正交异性UHPC矮肋板桥面体系方案。以广东省某桥为工程背景,进行了基于正交异性UHPC矮肋板桥面体系方案的UHPC箱梁结构试设计并开展相关的试验研究。结果表明：①与矩形桥面板方案相比,优化的正交异性UHPC箱梁矮肋板桥面体系自重可减少17.0%,并可在矮肋板纵肋处方便地布置体内束;与华夫桥面板方案相比,可在不明显增加桥面体系自重的前提下,大幅减小桥面板的纵向应力,降幅可达46.8%;②基于正交异性UHPC矮肋板桥面体系的UHPC箱梁方案试设计整体计算满足受力要求,桥面体系计算中标准组合作用下桥面板最大纵向拉应力2.66MPa,横隔板最大横向应力6.09MPa;③试验及计算结果表明,矮肋板试件初裂名义应力8.84MPa,抗裂设计名义应力限值10.70MPa,UHPC箱梁横隔板上弦板底面横向应力达到8.43MPa时仍处于线弹性受力阶段,表明试设计方案能满足设计要求。     

钢桥面板典型细节疲劳应力及变形特征分析

依托泰州大桥,建立钢桥面板节段有限元模型,在考虑不同荷载工况组合的情况下,通过施加车轮荷载,研究顶板与U肋连接细节、U肋对接细节和U肋与横隔板连接细节的变形,同时分析3种典型细节的疲劳应力分布情况。研究表明:顶板与U肋连接细节接头处顶板底部横桥向应力约为顺桥向应力的2倍;车轮荷载顺桥向位置的改变是引起U肋对接细节承受拉压交替应力的主要原因;U肋与横隔板细节的面外变形由荷载顺桥向偏心作用及U肋变形约束引起。     

公轨两用钢桁梁斜拉桥桥面系横隔板疲劳性能分析

传统正交异性钢桥面板中横隔板与U肋交叉处疲劳损伤严重,公轨两用钢桁梁斜拉桥的板桁组合桥面系上横梁横隔板与上弦杆相接处存在与该构造细节类似的情况.本文基于空间板壳有限元模型,对板桁组合桥面系三个不同位置的横隔板与上弦杆相接处进行疲劳计算,研究其疲劳性能.计算结果表明,该处结构细节的剪应力幅主要由公路荷载引起,正应力幅主要...     

正交异性钢桥面板结构加工技术工艺

<正>交异性钢桥面板是钢结构桥梁的重要结构件,正交异性钢桥面板由钢板、U肋和横隔板组成。以钢箱梁正交异性钢桥面板为例,介绍正交异性钢桥面板结构特点和组拼、焊接及工地连接工艺特点,探讨在目前焊接和组装工艺条件下,延长正交异性钢桥面板使用寿命的加工技术和工艺。     

城轨钢箱梁U肋正交异性钢桥面板疲劳应力的 正交化计算方法

针对城轨钢箱梁正交异性桥面板关键构造疲劳应力问题,基于有限元方法提出正交化计算方法。首先计算典型正交异性钢桥面构造疲劳应力在城轨A型车和B型车作用下的纵向影响范围及最不利加载位置,并分析减振垫、吊点横隔板、轨下纵梁和道床板等参数的影响。然后根据大量工程实桥设计参数统计提出轨道交通桥梁正交异性板钢箱梁基准计算模型,并建立基准计算模型的空间有限元模型,通过数值计算得到顶板厚度、横隔板高度、横隔板间距、轨下纵梁高度及2种常见开孔形式等关键设计参数的影响系数,基于正交化方法提出不同设计参数条件下正交异性桥面板结构细节的疲劳应力计算公式。最后通过算例验证了正交化计算方法的可靠性和适用性。结果表明:城轨A型车在疲劳荷载作用下结构受力最不利; 轨下纵梁刚度对疲劳应力有显著影响。     

正交异性钢桥面板结构体系的疲劳破坏模式和抗力评估

正交异性钢桥面板的疲劳问题属于包含多疲劳破坏模式的结构体系疲劳问题。基于这一本质特性,以典型的正交异性钢桥面板结构体系为研究对象,由结构体系的主导疲劳破坏模式出发,提出正交异性钢桥面板结构体系疲劳抗力评估的新方法。以纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节为主要研究对象,设计8个足尺节段模型,主要包括传统纵肋与顶板焊接细节、新型镦边纵肋与顶板焊接细节和纵肋与横隔板交叉构造细节,通过模型试验研究了两类重要构造细节的主导疲劳破坏模式和实际疲劳抗力,在此基础上结合切口应力评估方法探讨正交异性钢桥面板构造细节切口应力S-N曲线方程、结构体系的主导疲劳破坏模式等关键问题。研究结果表明：传统纵肋与顶板焊接细节和新型镦边纵肋与顶板焊接细节的主导疲劳破坏模式均为疲劳裂纹萌生于焊根并沿顶板厚度方向扩展,二者的实际疲劳抗力基本相同;纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳破坏模式为焊趾开裂沿纵肋腹板方向扩展;对于研究对象而言,萌生于纵肋与顶板焊接细节焊根并沿顶板厚度方向扩展的疲劳破坏模式为控制结构体系疲劳抗力的主导疲劳破坏模式。     

Inelastic behavior of orthotropic steel deck stiffened by U-shaped stiffeners

Owing to its high strength and stiffness, the orthotropic steel deck system has been widely used in the construction of long-span steel bridges. However, due to esthetic and economic considerations, slender types of orthotropic bridge have become very popular in recent years. Consequently, the stability of the orthotropic steel deck system under traffic load becomes more critical. Although the instability problem of the orthotropic steel deck system due to flexural compressive stress has been recognized for years, current bridge design specifications do not clearly specify the criteria to prevent local buckling of the orthotropic deck system. Most previous studies on orthotropic steel deck systems were focused on the out-of-plane behavior of the steel deck, and limited study has been carried out on the in-plane compressive behavior of the orthotropic steel deck system. There is a lack of knowledge on the inelastic behavior of the orthotropic steel deck system under flexural compressive stress. In this study, the inelastic behavior of 30 full-scale orthotropic steel deck specimens was examined. According to this study, it is found that the current design practice may lead to local buckling of the deck system. Based on this study, criteria are proposed for the requirement of compact and non-compact sections. Design guidelines for the inelastic ultimate strength of the steel deck system are also suggested.     

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。     

公路悬索桥正交异性板钢箱梁桥面局部应力简化计算方法初步研究

选取公路悬索桥正交异性板钢箱梁典型结构,根据顶板厚度、主梁高度、横隔板间距以及吊杆纵向间距内横隔板节间数等4个参数对结构进行研究。用有限元法试算确定最不利荷载位置后,分别对各结构的节段模型进行加载计算,研究钢箱梁桥面的顶板纵向最大拉应力与最大压应力、顶板横向最大拉应力与最大压应力、纵肋纵向最大拉应力与最大压应力,并由计算结果推导出公路悬索桥正交异性板钢箱梁桥面局部应力简化计算公式,初步验证该公式具有一定的计算精度与简便性。     

Experimental study and numerical analysis on mechanical behavior of T-shape stiffened orthotropic steel-concrete composite bridge decks

A new-type of orthotropic steel-concrete composite bridge deck system was developed, by casting the concrete overlay on the top of the orthotropic steel deck ribbed with T-shape steel members. To study its mechanical behavior (in terms of failure mode, load-deflection relationship, concrete crack initiation and propagation, strength, stiffness and so on), two new-type orthotropic steel-concrete composite bridge decks with different section dimensions were experimentally investigated and two reference decks (reinforced concrete deck and orthotropic steel deck) were also involved in the research for comparison. For the two new-type orthotropic steel-concrete composite decks, the average value of ultimate loads per width is 885.7kN, which is 2.35 and 1.61 times of that of the concrete and steel reference decks with almost the same section height. Experimental results proved that the composite deck can effectively control the crack initiation and propagation in the concrete and postpone the yielding of the steel bars and steel plates, due to the composite action between the concrete overlay and the underlying steel plate. Furthermore, the Finite Element (FE) model of the orthotropic steel-concrete composite deck was developed and validated by test results. A parametric study is conducted regarding to the stiffness of shear studs. With the validated FE model, stress distribution in the underlying steel plate and T-shape stiffeners and development of concrete cracking in the concrete overlay were characterized at different load levels.     

正交异性钢桥面板不同闭口纵肋疲劳寿命分析

正交异性钢桥面板闭口肋常用截面形式有U形截面、V形截面。为研究两种不同闭口肋的疲劳细节,使用ANSYS有限元分析软件建立三维局部有限元模型。通过对各疲劳细节影响面进行加载,最终得到50 a损伤度。通过计算结果对比分析,得知相同尺寸下,U形截面常见疲劳细节的受力优于V形截面,疲劳寿命大于V形截面。