橋跨比對波紋鋼腹板組合箱梁橋動力特性影響

基于應(yīng)力相關(guān)材料阻尼理論,選擇波紋鋼腹板組合箱梁這一新型鋼、混組合橋梁結(jié)構(gòu),通過波紋鋼板和鋼筋混凝土的單位體積損耗因子,由能量法推導(dǎo)求得波紋鋼腹板組合箱梁的損耗因子公式。結(jié)合有限元計算的各個單元的應(yīng)力得到損耗因子,根據(jù)一個振動周期能量耗散相等原理,求得等效阻尼比,并將其與實測結(jié)果進行比較。分析結(jié)果表明:波紋鋼腹板組合箱梁橋材料阻尼值不是一個固定值,它是隨著應(yīng)力水平的提高而增大。在自由振動和車輛荷載激勵狀態(tài)下,波紋鋼腹板組合箱梁的等效阻尼比建議取為0.3%。提出的損耗因子公式和等效阻尼比的計算可為波紋鋼腹板組合箱梁橋動力分析中阻尼的取值提供參考。

結(jié)合剛剛建成的目前國內(nèi)跨度最大的波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合箱梁橋——三道河中橋的設(shè)計與施工過程,從波紋鋼腹板、剪力連接鍵及預(yù)應(yīng)力的布置等介紹其設(shè)計過程與構(gòu)造細節(jié),并在此基礎(chǔ)上詳細地闡述了該橋的施工工藝流程,包括波紋鋼腹板、剪力連接鍵以及預(yù)應(yīng)力的施工過程和特點,為該橋型在國內(nèi)的推廣應(yīng)用提供參考和積累經(jīng)驗。

波形鋼腹板組合箱梁橋

以某跨徑為40m的波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合梁橋為原型,根據(jù)相似理論設(shè)計制作了縮尺模型試驗梁。通過測試模型梁在靜力荷載作用下的撓度和應(yīng)變,研究了該橋型的抗剪受力性能。采用有限元方法研究了波紋鋼腹板的整體尺寸、波紋板厚度、波折角度、波紋板高度和平板寬度等對波紋鋼腹板構(gòu)件非線性剪切屈曲性能的影響。另外,對hamilton所做的波紋鋼腹板剪切屈曲試驗結(jié)果進行了回歸分析,給出了波紋鋼腹板局部屈曲強度的半經(jīng)驗半理論計算公式。結(jié)果表明:混凝土頂板和底板承擔(dān)了大部分彎矩,波紋鋼腹板主要承擔(dān)剪力,且剪力沿波紋板高度方向均勻分布。

在總結(jié)分析國外波紋鋼腹板組合梁疲勞試驗研究成果的基礎(chǔ)上,采用美國mts電液伺服加載系統(tǒng),對3片波紋鋼腹板組合箱梁試驗梁進行了疲勞試驗,并對波紋鋼腹板組合箱梁的應(yīng)變、撓度變化規(guī)律進行了分析。結(jié)果表明:波紋鋼腹板疲勞殘余應(yīng)變隨疲勞加載次數(shù)的增加而增加,變化規(guī)律比混凝土頂、底板的變化規(guī)律明顯;波紋鋼腹板組合箱梁混凝土頂、底板及波紋鋼腹板的剛度在疲勞荷載作用下下降不明顯,不足以對梁的受力產(chǎn)生明顯影響;隨著疲勞加載次數(shù)的增加,截面應(yīng)變沿梁高方向的分布變化不大,而且基本保持直線;對波紋鋼腹板組合箱梁采用基于平截面假定的承載能力計算方法是可行的。

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波紋鋼腹板箱梁橋

剪力連接鍵是波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合箱梁的最關(guān)鍵部位,該文介紹了四種最常用的剪力連接鍵及其特點,給出了波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合箱梁橋頂?shù)装暹B接鍵的組合方式及其經(jīng)濟性,并介紹了日本五座不同頂?shù)装暹B接鍵組合的實橋的結(jié)構(gòu)和特點,為以后這類橋梁建造提供了有益的參考。

波紋鋼腹板組合箱梁是一種新型的橋梁結(jié)構(gòu)型式,這種結(jié)構(gòu)是以波紋鋼腹板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土腹板或平面鋼腹板,既能減輕結(jié)構(gòu)自重,又能充分發(fā)揮各種材料的性能。通過對波紋鋼腹板縱向剛度和波紋鋼腹板組合截面軸向剛度的分析,得出波紋鋼腹板組合箱梁的抗彎剛度公式,并以國內(nèi)外已有的研究成果為依據(jù),推導(dǎo)出這種組合箱梁的承載力計算公式。

波紋鋼腹板pc組合箱梁采用折線型鋼板代替?zhèn)鹘y(tǒng)箱梁的混凝土腹板,使結(jié)構(gòu)整體自重減輕,提高預(yù)應(yīng)力效率,提高耐久性,并且施工連接方便,工期縮短,降低成本。本文主要研究波紋鋼腹板箱梁的結(jié)構(gòu)特點與施工技術(shù),并結(jié)合山東鄄城黃河公路大橋的施工方案闡述波紋鋼腹板箱梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)點及施工特點。

為了簡化計算波紋鋼腹板組合箱梁在汽車偏心荷載作用下的變形和內(nèi)力,針對波紋鋼腹板組合箱梁抗扭剛度較弱,在偏心荷載作用下會產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)和畸變變形的特點,參考普通混凝土箱梁偏心增大系數(shù)的計算原理和方法,針對等高度和變高度2種結(jié)構(gòu)形式的波紋鋼腹板箱梁,推導(dǎo)了單位扭矩作用下扭轉(zhuǎn)角和畸變角的解析計算公式,得到了考慮畸變變形情況下波紋鋼腹板組合箱梁偏心增大系數(shù)的理論計算公式。結(jié)合某模型試驗結(jié)果可以看出,實測值與理論計算值比較接近,誤差范圍為0.5%12.3%,說明了所推導(dǎo)理論公式的正確性。并且,把試驗數(shù)據(jù)與普通混凝土箱梁偏心增大系數(shù)經(jīng)驗值相比較,說明了波紋鋼腹板箱梁抗扭剛度較低,由箱梁扭轉(zhuǎn)和畸變會引起較大的偏心增大系數(shù),從而會引起較大的變形和內(nèi)力,在實際設(shè)計中應(yīng)引起充分重視。

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波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合箱梁橋作為一種新型高效的橋梁結(jié)構(gòu)已經(jīng)引起廣泛關(guān)注.為了解決波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合箱梁橋的實際工作性能,通過ansys大型有限元計算軟件,采取合理的有限元單元對此結(jié)構(gòu)進行三維模擬分析,得出在"平截面假定"下波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力組合箱梁在彈性范圍內(nèi)其撓度值與荷載的增長呈線性關(guān)系;在集中荷載下,跨中截面的剪力滯較四分點處明顯,而底板的剪力滯效應(yīng)較小,表明剪力滯效應(yīng)只對局部區(qū)域有影響,為工程的實際應(yīng)用提供有價值的參考.

本文從波紋鋼腹板結(jié)構(gòu)受力方面闡述了該組合結(jié)構(gòu)橋梁的優(yōu)點與不足,從該組合結(jié)構(gòu)經(jīng)濟效益、結(jié)構(gòu)抗震、結(jié)構(gòu)受力性能、材料利用率、節(jié)能環(huán)保等各方面闡述了該組合結(jié)構(gòu)橋梁的優(yōu)點,也從成型工藝、施工工藝、穩(wěn)定性等方面分析了該結(jié)構(gòu)的不足之處,但隨著該結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論、設(shè)計方法、施工工藝等各方面日漸成熟,得出該結(jié)構(gòu)是一種值得推廣與應(yīng)用的新橋型。

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁是一種經(jīng)濟、高效、施工簡便的新型鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu),目前在新建橋梁中已有較廣泛的應(yīng)用.以南照淮河公路大橋(65+98+65)m維修改造工程為背景,該橋原上部結(jié)構(gòu)拆除重建,下部結(jié)構(gòu)改造利用.對波形鋼腹板pc組合箱梁橋和組合鋼箱梁橋兩種方案進行了綜合比較,考慮到波形鋼腹板pc組合箱梁橋施工便捷、受力性能合理、運營管理方便以及造價低等優(yōu)勢,建議上部結(jié)構(gòu)更換為波形鋼腹板pc組合箱梁.對新建上部波形鋼腹板pc組合箱梁橋進行了有限元分析,結(jié)果表明該方案在不增加上部結(jié)構(gòu)自重的前提下,上部新建波形鋼腹板組合梁可以滿足現(xiàn)狀使用要求.

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波形鋼腹板pc組合箱梁橋具有自重輕、預(yù)應(yīng)力效率高、施工周期短、造型美觀等諸多優(yōu)點,同時其獨特的結(jié)構(gòu)形式使結(jié)構(gòu)各組成部分受力明確,其應(yīng)用范圍正逐步向變截面大跨度梁橋擴展,在我國擁有較好的發(fā)展前景。

為了解多室箱波形鋼腹板箱梁的力學(xué)性能,采用試驗與有限元模擬分析相結(jié)合的方法對單箱三室波形鋼腹板pc組合箱梁橋的力學(xué)性能進行了研究。通過靜載試驗得到試驗梁在試驗荷載作用下的撓度曲線,邊跨跨中及中跨跨中截面頂?shù)装蹇v向正應(yīng)力分布;通過動載試驗得到試驗梁前5階模態(tài)、中跨跨中斷面最大動撓度。研究結(jié)果表明:在試驗荷載作用下,各工況實測撓度滿足規(guī)范要求;偏心荷載作用下的撓度值比對稱荷載下大30%以上,在計算波形鋼腹板pc組合箱梁活載效應(yīng)時,建議選用合理的內(nèi)力增大系數(shù)來計入偏心荷載對截面內(nèi)力的影響。各控制截面實測應(yīng)力曲線變化趨勢與有限元計算值趨勢吻合,實測值均小于計算值,且滿足預(yù)應(yīng)力混凝土橋應(yīng)力的一般要求。動載試驗表明橋面鋪裝平整,符合設(shè)計要求。

近些年來,隨我我國經(jīng)濟實力的飛速提升,建筑行業(yè)也有了空前發(fā)展.諸多高校以及橋梁施工設(shè)計領(lǐng)域也相繼開展了對波形剛腹板pc組合箱梁橋施工技術(shù)的有關(guān)研究.文章簡要介紹了我國極具代表性的滿堂支架施工、懸臂現(xiàn)澆等施工方式,也概述了日本知名的rapcon/rw工法以及頂推施工,目的在于為我國日后的橋梁的施工設(shè)計工作提供極具實用價值的信息資料.

通過對30m波形鋼腹板pc組合箱梁的模態(tài)特性進行有限元分析和試驗研究,了解這種鋼-混組合結(jié)構(gòu)的固有振動特性,為波形鋼腹板pc組合箱梁的動力響應(yīng)分析與抗震設(shè)計提供依據(jù).研究表明,波形鋼腹板pc組合箱梁的動力特性與一般的混凝土梁相比存在很大的差異,波形鋼腹板pc組合箱梁結(jié)構(gòu)的橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比較小,在設(shè)計中必需予以重視.波形鋼腹板pc組合箱梁的固有振動頻率公式計算的基頻結(jié)果與模態(tài)試驗結(jié)果十分吻合,可用來計算波形鋼腹板pc組合箱梁的基頻.

簡支波紋鋼腹板箱梁橋腹板幾何參數(shù)優(yōu)化分析——建立波紋鋼腹板箱梁橋空間有限元模型，采用ansys參數(shù)化設(shè)計語言(apdl)對鋼腹板的尺寸參數(shù)進行優(yōu)化分析．使之受力最合理．材料最經(jīng)濟。結(jié)果表明，目標(biāo)函數(shù)在前面的幾次循環(huán)中，波動較大，但隨著循環(huán)次數(shù)的增加，...

建立波紋鋼腹板箱梁橋空間有限元模型,采用ansys參數(shù)化設(shè)計語言(apdl)對鋼腹板的尺寸參數(shù)進行優(yōu)化分析,使之受力最合理,材料最經(jīng)濟。結(jié)果表明,目標(biāo)函數(shù)在前面的幾次循環(huán)中,波動較大,但隨著循環(huán)次數(shù)的增加,目標(biāo)函數(shù)呈逐漸減少趨勢,并趨于極小值;設(shè)計變量及狀態(tài)變量隨著循環(huán)次數(shù)的增加,在前幾次循環(huán)中波動較大,爾后在一定范圍內(nèi)變化,并趨于穩(wěn)定,接近目標(biāo)函數(shù)達到極值時的相應(yīng)取值。優(yōu)化分析,達到了結(jié)構(gòu)在滿足規(guī)范要求的前提下,材料用量最省。