连续钢箱梁桥范文

连续钢箱梁桥范文（精选6篇）

连续钢箱梁桥 第1篇

为了缓解日益增加的城市交通压力, 越来越多的快速路、高架桥开始建设。材料特点决定了钢箱梁桥有如下不可比拟的优势:跨越障碍能力大、产业化程度高、分段施工周期短及截面减小而增加桥下净空等。这些优势决定了连续钢箱梁桥的应用越来越普遍, 并且连续钢箱梁桥跨越的往往都是主干路、铁路等重要设施, 因此, 该种桥型处于城市交通的咽喉地位。对其竣工后的承载能力研究及分析是全面了解和掌握其承载能力及施工质量的重要手段。因此, 成桥静动载试验研究对于连续钢箱梁桥具有重要意义。

2 工程概况

该桥设计桥面宽12m, 跨径组合为 (34.5+2×58+34.5) m。主梁采用变截面连续钢箱梁, 梁高在桥墩支点处为3.5m, 跨中处为1.9m, 桥台支点处为1.6m。共设3个装饰性索塔, 塔高19m, 该桥共设48根拉索, 拉索在梁上锚固于梁侧伸出的吊耳。桥梁跨径布置如图1, 横断面如图2所示。

3 有限元模型及试验内容

3.1 有限元模型

分析计算时, 主梁采用空间梁单元, 斜拉索采用桁架单元, 边界条件采用一般支承。有限元模型如图3所示。

3.2 试验内容

1) 静力试验:根据该桥的受力特征, 选取内力控制截面进行静力加载试验, 测试内力控制截面的荷载响应随荷载变化情况。

2) 动力试验:通过脉动试验测取桥梁结构在自然激励作用下的自振频率、振型结果等。

4 静载试验分析

4.1 选择控制截面

按照实桥资料, 对该桥结构进行了分析计算, 并分别绘出结构在设计荷载作用下的内力图, 由弯矩图可确定桥跨结构在活载作用下最不利弯矩的具体位置。如图4、图5所示。

4.2 试验荷载

为了保证试验的有效性, 各测试截面试验荷载效率系数η至少应达到0.95以上。加载车实际总重、轴重和轴间距, 如表1所示。试验加载重车车型如图6所示。

4.3 静载试验工况

1) 静载试验工况和加载方法

与测试内容对应, 共分为4种加载工况。使用有限元软件绘出各测试截面的内力影响线, 如图7所示。根据影响线及车道布置可确定各工况中汽车荷载加载的具体位置, 如图8所示。

工况I:正弯矩最不利位置纵向3排车中载布置。

工况II:正弯矩最不利位置纵向3排车偏载布置。

工况III:负弯矩最不利位置纵向4排车中载布置。

工况IV:负弯矩最不利位置纵向4排车偏载布置。

4.4 静载试验结果分析

在试验荷载作用下各个工况相应测试截面应变实测值与计算值如表2所示。其中应变以受拉为正, 受压为负。

在试验荷载作用下各个工况相应控制截面位移实测值与计算值如表3所示。位移向上为正, 向下为负。

根据实验结果的统计分析可知:本次荷载试验应变、位移校验系数均小于1.00, 应变、位移相对残余值均小于20%。表明该桥的实际强度、刚度好于理论值, 满足设计荷载的要求。另外, 钢箱梁桥剪力滞后效应明显, 两侧靠近腹板处应变值明显大于顶底板中间处应变值。

5 动力参数测定及分析

本次试验采用环境激励的方法测试该桥自振频率及振型如图9、图10。

实测主梁第一阶振型为主梁反对称竖弯, 振动频率为2.15 Hz, 理论值为1.99 Hz;实测主梁第二阶振型为主梁对称竖弯, 振动频率为3.13Hz, 理论值为2.69Hz。桥跨振动频率实测值均高于理论值, 表明结构实际动刚度高于理论刚度, 结构状况良好。

6 结语

1) 试验荷载作用下, 应变、位移校验系数均小于1.00, 应变、位移相对残余值均小于20%, 结构处于线弹性受力状态, 具有良好的强度和刚度。

2) 在环境激励作用下, 实测一、二阶振动频率均高于理论振动频率, 结构实际刚度高于理论刚度, 结构状况良好。

3) 实际计算结果表明, 杆系计算模型在分析复杂结构连续钢箱梁桥的静动力特性方面基本上能够满足要求, 但是对于薄壁结构建议采用壳单元进行有限元分析。

摘要：利用有限元软件对一变截面连续钢箱梁桥进行有限元分析, 对该桥在试验荷载作用下的应变、挠度、自振频率、冲击系数等参数进行了研究。同时对连续钢箱梁桥承载能力评定方法进行了详细的介绍。经过试验数据与理论计算结果的对比分析可知, 该桥结构强度和刚度良好, 抗冲击性能满足设计要求。另外, 通过试验分析掌握了桥梁在设计荷载作用下的实际工作状态及动力特性, 为以后桥梁运营管理提供科学依据。

关键词：桥梁工程,静动载试验,自振频率,模态分析,冲击系数

参考文献

[1]赵敏, 王凡.斜拉桥承载力的评定方法[J].公路交通科技, 2014, 31 (3) :65-69.

[2]胡大琳.桥涵工程试验检测技术[M].北京:人民交通出版社, 2000

连续钢箱梁桥 第2篇

1 工程概况

后围寨互通式立交工程位于西安高架快速干道一期工程西段三桥镇后围寨村,该立交工程由接线桥、A匝道桥、B匝道桥、C匝道桥、E匝道桥组成。B匝道桥全长349.84 m,桥跨布置为(5×20+30+50+40+26+5×20)m。其中,(30+50+40+26)m一联采用钢箱梁方案,最小平曲线半径80 m。基础采用钻孔灌注摩擦桩,钢箱梁桥总体布置见图1。

2 结构分析

2.1 空间仿真

本桥为单箱四室钢结构连续箱梁,因曲率较大,无论采用平面杆系梁单元还是空间实体单元均不能正确模拟真实结构。所以采用按空间有限板单元法建立计算模型。计算模型如图2所示。边界条件的处理如下:端支座为双支座,分别约束径向和竖向变位,中墩为单支座,约束竖向变位。分别在采用城市A级、挂车—120、公路—Ⅰ级、汽车—超20等各种标准荷载组合作用下,按照偏载和中载共8种工况进行结构静力分析。

2.2 控制点布置

为反映箱梁剪力滞效应存在对箱梁受力的影响,在结构顶、底板各选取5个点;为体现剪力对结构的影响,在截面中性轴附近两侧腹板各取1点。

2.3 计算结果

在拟定的8种工况下,计算结果表明,其拉压应力控制截面均为中支点处截面。在城市A级、挂车—120、公路—Ⅰ级、汽车—超20等各种标准荷载组合作用下,应力比较曲线见图3,图4。

3 曲梁单元分析

3.1 基本假定

1)曲线梁变形后仍符合平截面假定;2)曲线梁变形后,横截面周边形状保持不变,即不发生畸变;3)截面的剪切中心轴线与截面形心轴线重合。

3.2 计算结果

采用曲线梁单元建模计算得出控制截面的内力后,对箱梁截面进行应力分析:

纵向正应力: σz=σm+σw+σdw (1)

剪应力: τ=τm+τk+τw+τdw (2)

其中,σdw,τdw分别为畸变剪应力、正应力,因横隔板较密,可近似不考虑其影响;箱梁理论应力值如表1所示。

4 结果分析

4.1 受力特点

由于“弯扭耦合”作用的存在,相对于直梁桥而言,弯梁桥的受力体系体现出了其特点:内梁与外梁受力不均,在曲线梁桥中,由于存在较大的扭矩,通常会使外梁超载,内梁卸载,尤其是桥梁宽度较大时,在车辆荷载偏载作用下,将会加剧曲线梁桥的扭转反应。从图3,图4可以看出,偏载与中载最不利应力之比值都在1.5左右,有的竟达到1.8,说明扭矩对弯梁桥的内力影响很大,笔者认为加强横向联系是一项可取方案。本桥的设计正是采用了这种方法,沿桥梁纵向1.5 m设置一道横隔板,增大了截面的抗扭惯矩,有效的减小了畸变的产生。其次,弯桥的支点反力与直线桥相比,有曲线外梁变大,内梁变小的倾向,内侧甚至产生负反力,当曲率半径小,恒载小时,应尤其注意,必要时应采取相应措施,如设置抗拉支座等。

4.2 剪力滞效应

近几年来,宽翼薄壁箱梁在我国大跨径桥梁、城市立交桥和高架桥中得到广泛的应用。但是我国现行桥梁设计规范中缺乏关于确定箱梁剪力滞效应的具体规定,所以在一般工程设计中忽视了这一问题。而忽视剪力滞效应,就会低估腹板和翼板连接处的挠度和应力,造成结构的不安全。

从长远来看,对曲线薄壁箱梁桥特别是钢箱梁桥剪力滞效应进行研究具有重要的意义。目前国外桥梁规范关于剪力滞的实用计算方法仅限于简支梁、悬臂梁以及等截面连续梁,而国内仍是空白。开展剪力滞实用计算方法的研究,对完善桥梁规范和保证桥梁结构安全设计具有重大的实际意义。

4.3 简化计算

作者分别采用板单元、梁单元对同一曲线梁桥进行了对比分析,通过截面应力对比分析曲线可以看出,梁单元的结果虽然不能正确反映出箱梁剪力滞效应(顶板约为板单元最值的75%,底板约为82%,腹板约为25%,可见曲线箱梁桥由于存在曲率,弯扭耦合效应明显,使得对于多室截面及具有加劲肋的钢箱梁剪力滞效应趋于复杂),但其差别也不是特别大,因此,笔者认为,如能寻找一与箱梁横截面尺寸等因素有关的系数α,对梁单元的计算结果加以修正,使之满足工程实际的需要。

5 结语

1)本文采用空间有限元方法,对大曲率小半径钢箱梁桥受力性能进行了分析。对结构在不同荷载效应下的响应作了横向对比,进一步验证了弯桥不同于直桥的受力特性。根据分析结果,指出对于薄腹箱梁来说,增设横隔板是减小截面畸变变形的最优方案。2)采用曲梁单元与空间板单元分别建模,通过分析对比得出了剪力滞效应对宽翼薄壁箱梁影响的显著性,并结合弯钢箱梁桥特点,提出简化计算模式,为同类桥梁的简化计算提供了思路。

摘要：采用空间有限元方法,对大曲率小半径钢箱梁进行了研究分析,对结构在不同荷载效应下的响应作了分析和横向比较,并对曲线钢箱梁桥的受力特点、剪力滞效应和实用计算方法进行了探讨,结果表明,增设横隔板是减小薄腹箱梁截面畸变变形的最优方案。

关键词：大曲率小半径,钢箱梁,空间有限元,受力特性

参考文献

[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001:7.

[2]邵容光,夏淦.混凝土弯梁桥[M].北京:人民交通出版社,1996:5.

[3]姚玲森.曲线梁[M].北京:人民交通出版社,1989.

[4]唐怀平,唐达培.大跨径连续刚构箱梁剪力滞效应分析[J].西南交通大学学报,2001,36(6):58-62.

人行激励下人行钢箱梁桥时程分析 第3篇

随着我国城市交通系统的不断完善, 人行钢箱梁桥的数目日益增多, 人行钢箱梁桥以其轻质高强、易于施工的特点被广泛应用于工程建设中[1]。国内诸多学者对人行钢箱梁桥进行了不同方面的研究[2,3,4,5]。人行激励下的桥梁振动以及舒适度成为愈加重要的问题, 时程分析是研究桥梁振动的基本方法, 对考虑舒适度的桥梁设计也起着至关重要的作用。本文以哈尔滨某人行天桥为背景, 运用MIDAS/Civil有限元建模软件建立有限元模型, 对模型进行时程分析, 得到桥梁各跨跨中的最大变形值与内力值以及各自发生的时间, 在对这些数据进行分析后得到不同基本工况下的桥梁反应, 为设计与研究提供参考。

1 有限元建模

1.1 工程概况

某人行天桥为两跨双悬臂钢箱梁桥, 位于某中学附近, 是行人过街的唯一选择。该桥总长60.55 m, 跨径37.95 m+20.00 m, 箱梁高度为1.20 m, 桥面宽3.00 m。主箱梁采用Q235钢板, 焊条为E43系列焊条, 桥面铺装4 cm厚C30细石混凝土。图1为人行钢桥立面图及主箱梁横截面图。

1.2 建模方法

使用MIDAS/Civil对该人行天桥进行有限元建模。首先使用MIDAS/Civil自带的截面特性计算器对该人行桥截面特性进行计算, 计算时采用薄壁截面Line形式。将计算好的截面特性通过MIDAS/Civil的PSC-数值导入功能导入。模型采用梁单元, 边界条件按与实际情况较相符的两跨连续梁考虑 (约束类型采用节点约束) 。对桥梁施加自重作用, 并考虑该人行钢箱梁桥的二期恒载 (按均布荷载考虑) , 使用“将荷载转换成质量”的功能将荷载转换成节点质量。用子空间迭代法对有限元模型进行特征值分析, 得到周期与振型。图2为有限元计算模型。

2 时程分析

2.1 人行荷载的简化

单人行走时, 右脚移动和左脚移动力—时间历程的叠加构成了单个人的双脚行走的完整的力—时间历程[6]。MIDAS/Civil中给出的时程荷载函数添加方法为由点构成的直线, 根据文献[6], 在考虑单人行走的荷载时将其简化为折线, 简化后的单人行走脚步力—时间历程如图3所示。

2.2 时程分析具体方法

按照人的正常行走速度为1.5 m/s考虑, 通过该桥时间约为40 s, 考虑到人通过后可能对桥体振动依然有影响, 设定分析时间总长为60 s。时程分析的分析时间步长对结果的精确度影响很大。分析时间步长的大小与结构的高阶模态的周期和荷载的周期有密切的关系。通过考虑结构的高阶模态的周期来决定分析时间步长, 选定第20阶振型的自振周期的1/10即约0.001 s作为分析时间步长, 到模态20为止的振型参与质量的合计为91.46%, 大于90%, 因此认为对于竖直方向的反应, 所参与的质量已经足够可以获得结构动力反应的主要特征[7]。分析方法采用振型叠加法, 时程类型采用时程荷载函数不反复作用的瞬态, 振型阻尼比按钢材0.04考虑。

2.3 单人步行时程分析

运行分析, 可得到单人步行荷载下的内力及振动情况。各跨跨中的弯矩时程曲线、位移时程曲线和速度时程曲线, 如图4~图6所示。

从图4的曲线形状可以得到行人通过时的桥体内力变化, 行人在左跨行走时对右跨的影响要远大于行人在右跨行走时对左跨的影响, 由图4~图6可以得到行人通过时的桥体振动情况。

2.4 对比分析

按照与单人行走相同的分析方法, 分析双人结伴而行以及单人跑步通过时的变形及内力情况。图7为双人结伴而行的脚步力—时间历程简化图, 图8为单人跑步通过的脚步力—时间历程简化图。表1为三种工况下位移与弯矩最大值对比表。

由表1数据可知, 不同工况对变形及内力的影响有所不同, 荷载的峰值大小、曲线形状以及冲击作用都是影响因素, 而且桥梁本身的跨度差异也会对自身反应有所影响。比较三种工况的荷载曲线可知, 双人结伴同行时脚步力增大并且由双人行走相关性引起了脚步力—时间历程曲线峰值的变化, 单人跑步通过时具有一定的冲击荷载。这些原因引起了变形以及内力的变化, 双人步行时左跨跨中的最大位移、最大弯矩、右跨跨中最大位移、最大弯矩分别比单人时增大5.9%, 4.3%, 6.3%, 40.1%, 单人跑动时分别增大9.1%, 5.1%, 40.8%, 99.3%。综合以上数据可知, 单人跑步的冲击力对桥梁的振动影响要大于由一定人数增加所引起的影响, 可见行人跑动时的冲击力对变形及内力的影响较大;可以明显的看出右跨的最大弯矩在各种工况下增大都最为明显, 说明较小跨度对荷载的反应更为敏感。

3 结语

通过对MIDAS/Civil有限元模型建立过程以及时程分析得到不同工况下的数据进行分析, 得到以下结论:1) 从单人行走下的振动可以明显看出跨度对桥体反应的影响, 振动强度的大小受跨度大小的影响。2) 各跨的变形及内力在单人跑动时的增长都大于双人步行时的增长, 可见冲击力的作用要大于一定数量的人数增长荷载作用;各工况下右跨的弯矩增长都较大, 说明较小跨度下内力对于荷载的变化更为敏感。

参考文献

[1]饶波.大跨度钢箱梁人行天桥设计[J].桥梁结构, 2009, 2 (2) :30-32.

[2]李泉.多人随机行走激励下人行桥振动分析[J].计算力学学报, 2010 (10) :27-30.

[3]李红利.考虑荷载随机性的人行桥人致振动计算方法研究[J].湖南大学学报 (自然科学版) , 2013 (10) :40-41.

[4]李红利.人—桥竖向动力相互作用效应理论与试验研究[J].土木工程学报, 2014 (6) :47-50.

[5]傅学怡.时程频谱结合分析方法对展望桥人行舒适度的分析与控制[J].土木工程学报, 2011 (10) :44-45.

[6]陈政清.人行桥的振动与动力设计[M].北京:人民交通出版社, 2009.

试述公路钢箱梁桥面板施工新技术 第4篇

近来, 在大型公路钢箱梁的连接中, 最近出现了一种新的连接方式, 即桥面板用焊接 (陶瓷衬垫单面焊双面成型工艺) , U形肋采用高强度螺栓连接。该方案克服了全焊连接和全部栓接的各自缺点, 可以说这是目前最先进的连接方式。针对钢桥面板工地接头构造设计进行了阐述, 并进行了试验研究, 取得了良好的效果。

1 钢桥面板工地接头构造

1.1 钢桥面板的构造。

对于大跨度悬索桥和斜拉桥, 钢箱梁自重约为箱梁自重的1/5~1/6.5。正交异性钢板结构桥面板的自重约为钢筋混凝土桥面板或预制预应力混凝土桥面板自重的1/2~1/3。所以, 受自重影响很大的大跨度桥梁, 正交异性板铜箱梁是非常有利的结构形式。通常, 在钢桥面板上铺装沥青混凝土铺装层, 其主要作用是保护钢桥面板和有利于车辆的走行性。近代正交异性钢桥面板的构造细节, 由钢面板纵助和横肋组成, 且互相垂直。

制造时, 全桥分成若干节段在工厂组拼, 吊装后在桥上进行节段间的工地连接。通常所有纵向角焊缝 (纵向肋和纵隔板等) 贯通, 横隔板与纵向焊缝、纵肋下翼缘相交处切割成弧形缺口与其避开。

1.2 正交异性钢桥面板构造的改进。

钢桥面板作为主梁的上翼缘, 同时又直接承受车辆的轮载作用。如上所述, 钢桥面板是由面板、纵肋和横助三种薄板件焊接而成, 在焊缝交叉处设弧形缺口, 其构造细节很复杂。当车辆通过时, 轮载在各部件上产生的应力, 以及在各部件交叉处产生的局部应力和变形也非常复杂, 所以钢桥面板的疲劳问题是设计考虑的重点之一。疲劳裂纹主要产生的部位有纵助与面板之间的肋角焊缝、纵横肋交叉的弧形缺口处, U形肋钢衬垫板对接焊缝处等, 其中梁段之间钢桥面板工地接头是抗疲劳最薄弱的部位。

通过对钢桥面板构造细节的设计和焊接不断的改进, 使得钢桥面板产生裂纹的概率大大减少。改进后的构造细节, 即面板对接采用陶瓷衬垫单面焊双面成型工艺, U形肋采用高强度螺栓对接拼接。

改进后的构造细节既克服了工地接头纵向U形肋嵌补段的仰焊对接, 从而改善了疲劳性能, 又避免了面板栓接拼接对桥面铺装层的不利影响。

2 试件设计和制造

用于计算正交异性钢桥面板刚度和恒载引起的弯曲效应时, 与纵肋共同作用的钢桥面板的有效宽度取纵肋间距。钢箱梁工地接头处桥面板采用单面焊双面成型焊接工艺, 面板内侧需贴陶瓷衬垫, 因此焊缝下面的U形肋侧壁须开缺口以便衬垫通过。缺口宽度过小不便于施工, 宽度过大易导致附近局部应力增加。日本的钢箱梁桥在此种构造细节设计中采用的缺口宽度为75mm和120mm。

3 试验概况

3.1 加载方案。

我国《公路桥梁设计通用规范》 (JTJ021-89) 规定汽车超20级荷载中550k N的重车后轴重力为2140k N, 后轮着地面积为宽长=600mm200mm。本试验中加载点的接触面积参考该规范选定, 考虑试件为单肋, 故将本试验的加载宽度折减为400mm, 即介于单轮与双轮宽度之间。试验中以一块宽长厚=420mm200mm12mm的钢板模拟桥面铺装层, 以宽长厚=400mm300mm50mm的橡胶块模拟车轮进行加载, 试验机为MTS300k N电液伺服试验机, 加载频率为300次/分钟。

3.2 测点布置。

为研究缺口附近面板上的应力分布情况, 在缺口附近面板上密集布置测点, 其中面板焊缝附近的12个测点贴双向应变片测量纵、横双向应力。除了缺口附近布置测点外, 在试件跨中及与试件焊栓接头对称的位置, 也相应地布置了测点。

3.3 疲劳试验。

选取试件Ⅰ进行疲劳试验, 疲劳试验加载位置为焊栓接头处, 荷载范围40~90k N, 循环次数为200万次。根据有限元计算, 试件跨中加40k N荷载时, 试件跨中U形肋下表面的最大应力与桥梁恒载作用下产生的最大应力相当, 当加90k N荷载时, 其最大应力与桥梁恒载、活载共同作用下产生的最大应力相当, 故选取以上疲劳试验加载范围。

3.4 静载试验。

两个试件都作静载试验。静载试验分两种加载方案, 一种是在焊栓接头处加载, 另一种是在跨中加载。根据有限元计算, 当试件跨中作用140k N的荷载时, 试件最大应力处 (跨中U形肋下表面) 的应力达到设计容许应力200MPa, 试验中考虑到较实际受力情况更不利的状态, 将最大静载加到175k N, 为实际轴重力的2.5倍, 使试件的最大计算应力达到钢材流动极限的75%。加载等级分四级和五级。

4 试验结果分析

4.1 竖向挠度。

实测各测点在不同荷载等级下的竖向挠度。可以得出以下结论: (1) 实测值与计算值基本接近, 表明实测值基本可信。 (2) 在跨中作用荷载时, 有限元计算结果显示, 焊栓接头处的挠度比对称于焊栓接头的部位的挠度稍小, 这是由于焊栓接头部位U形肋的两侧腹板上通过高强度螺栓连接各外夹了两块拼接板, 这相当于将U形助每侧局部的腹板厚度增加了两倍, 而且可以与面板上的焊接接头共同工作, 从而增加了焊栓接头部位的刚度, 尽管该部位U形肋下面开了一个施工进手孔, 但并不影响试件局部的刚度。 (3) 同样在焊栓接头处加载时, 试件Ⅰ接头处和跨中部位的挠度比试件Ⅱ对应部位的挠度稍大, 这与高强度螺栓的拧紧程度有关。但是从有限元计算结果可以看出, 两个试件对应部位的挠度完全一致, 这说明缺口的大小对试件的刚度没有影响。 (4) 各测点的挠度与作用荷载的大小基本上呈线性关系。

4.2 疲劳强度。

在下限为40k N、上限为90k N (分别为实际轴重力的57%和1.23倍) 的疲劳试验荷载作用下, 经过200万次后, 试件I各部位的挠度与疲劳试验前基本上没有差别, 这说明疲劳对试件的刚度几乎没有影响。通过20倍放大镜目测检查, 没有发现裂纹, 再次经过分级静载试验, 结果表明, 各测点的应力大小及其与荷载的线性关系同疲劳前一样。可以认为, 大型公路钢箱梁正交异性桥面板结构采用焊栓连接后, 其抗疲劳性能很好。

4.3 局部应力。

从实测结果可以得出以下结论: (1) 在外加荷载作用下, 两个试件的大多数对称测点的实测应力基本对称。 (2) 当在焊栓接头处加载时, 将两个试件的实例应力进行比较, 就会发现:a.试件IU形助圆弧缺口附近面板上的横向应力比试件Ⅱ大, 但数值较小, 在其他测点, 两个试件面板上的实测横向应力基本上一致, 在试件中心线与焊栓接头中心线的交点附近, 两个试件面板上的横向应力都较大, 但也不超过设计容许应力;b.试件Ⅱ焊栓接头附近面板上的纵向应力比试件I大, 在其他测点, 两个试件的实测纵向应力基本上一致;c.试件IU形肋圆弧缺口附近的应力比试件Ⅱ大, 但数值均较小。这表明圆弧缺口的大小对试件应力的影响仅限于U形肋圆弧缺口附近, 而且U形肋圆弧缺口宽度为50~100mm都是安全的。 (3) 当在跨中加载时, 在所有的测点, 两个试件的应力都差不多, 而且数值很小, 与焊栓接头处对称部位的纵向应力和横向应力也与焊栓接头处对应点的纵向应力和横向应力基本一致。 (4) 实例应力基本上随着荷载的增加而呈线性增加, 而且基本上与计算值相吻合。

5 结论

正交异性钢桥面板工地接头中面板采用全熔透对接焊、U形肋在两侧肋板采用摩擦型高强度螺栓拼接后, 通过两个足尺试件的静载和疲劳试验以及有限元分析, 结果表明U形肋圆弧缺口宽度分别为50mm和100mm的两种构造细节均有可靠的连接刚度, 实测局部应力都小于设计容许应力, 疲劳强度也满足规范要求, 因此, 两种构造细节都有可靠的工作性能。在满足施工要求的条件下, 建议U形肋圆弧缺口不要过大, 实际结构上U形助圆弧缺口宽度为70mm。

参考文献

[1]李凇泉, 万珊珊.公路钢箱梁桥面板的施工[Z].

[2]盛洪飞.桥梁建筑美学[M].北京:人民交通出版社.

[3]交通部.第一公路工程总公司.公路施工手册, 桥涵分册[M].北京:人民交通出版社, 2000.

浅谈公路钢箱梁桥面板的施工技术 第5篇

1 钢桥面板的构造

桥梁工程在城市建设中比较常见, 其有着多种结构类型, 对于大跨度悬索桥以及斜拉桥, 施工单位需要考虑到钢箱梁的自重, 要保证其在箱梁自重的1/6-1/5左右;对于正交异性钢板结构的桥面板, 施工单位需要保证其自重为钢筋混凝土桥面自重是1/3-1/2左右;对于大跨度桥梁, 由于桥梁的施工质量会受到其自重的影响, 所以, 施工单位最好选择自重比较轻的箱梁, 很多施工人员在大跨度的桥梁工程中, 都采用的是正交异性板酮箱梁, 其有着良好的应用效果, 可以保证工程施工的安全性。在施工的过程中, 需要在桥梁面板上铺一层混凝土铺装层, 其可以对面板起到保护的作用, 可以保证车辆行驶的安全性。在应用正交异性钢桥面板这一材料时, 施工人员还要了解纵肋与横肋的结构特点, 保证二者呈垂直角度。在施工时, 施工单位在组装时要保证在不同的阶段分批施工, 要对节间断的部位进行焊接, 分不同的阶段施工, 可以保证横隔板与焊缝的垂直关系, 可以保证切割的角度, 是保证施工质量与效果的有效措施。

2 正交异性钢桥面板的构造

钢桥面板是公路桥梁中重要的施工材料, 其位于主梁的上部, 在桥梁工程中发挥着承受车辆碾压的施工作用。钢桥面板是由面板、横肋、纵肋三部分构成的, 其中横肋与纵肋保持着垂直的关系, 在施工的过程中, 施工人员需要做好横肋与纵肋的焊接工作, 要保证钢桥面板构造的合理性, 这样才能保证其功能的正常发挥。正交异性钢桥面板的构造比较复杂, 在车辆通行的过程中, 轮载会对面板产生较大的应力, 有的部件构造比较特殊, 还会产生局部应力, 所以, 面板的构造有时会出现变形现象。由于面板受到的应力比较特殊, 所以, 设计人员在对钢桥面板进行施工设计时, 需要对其构造进行改进与优化, 要提高面板的抗疲劳能力, 还要加强对面板薄弱环节的调整, 这样才能保证施工的效果。

在对正交异性钢桥面板的构造进行优化与改进时, 需要应用专业的技术, 施工单位一般应用的是陶瓷衬垫单面焊双面成型技术以及螺栓焊接技术, 在应用的过程中, 需要保证施工人员掌握施工的技巧, 螺栓对接技术具有较高的强度, 如果焊接的质量不过关, 会遭到钢桥面板出现较多的裂缝, 会降低面板的质量, 还会影响面板的抗疲劳程度, 只有对面板的构造进行改进, 才能保证面板的应用效果, 提高桥面铺装的质量。

3 试件设计和制造

在对正交异性钢桥面板刚度和荷载所引起的弯曲效应进行计算的时候, 应该对和纵肋共同作用的钢桥面板的有效宽度赫尔纵向的间距予以高度的重视。钢箱梁工地接头的位置面板通常采用的是单面焊接双面成型的工艺, 所以在面板的内侧适当的位置需要设置一个陶瓷衬垫, 所以在焊缝下的U型肋侧面的位置必须要打开一个开口, 这样就可以让衬垫更容易通过指定的位置, 缺口的宽度一定要合适, 如果宽度太小, 施工的便利性会受到极大的影响, 如果开口过大马厩会使得周围局部的应力明显增加。

4 试验概况

4.1 测点布置。

为研究缺口附近面板上的应力分布情况, 在缺口附近面板上密集布置测点, 其中面板焊缝附近的12个测点贴双向应变片测量纵、横双向应力。除了缺口附近布置测点外, 在试件跨中及与试件焊栓接头对称的位置, 也相应地布置了测点。

4.2 疲劳试验。

选取试件Ⅰ进行疲劳试验, 疲劳试验加载位置为焊栓接头处, 荷载范围40*90k N, 循环次数为200万次。根据有限元计算, 试件跨中加40k N荷载时, 试件跨中U形肋下表面的最大应力与桥梁恒载作用下产生的最大应力相当, 当加90k N荷载时, 其最大应力与桥梁恒载、活载共同作用下产生的最大应力相当。

5 试验结果分析

5.1 竖向挠度。

在对各个测点进行试验观测后发现, 在不同荷载等级的作用下, 所测到的竖向挠度值与预先通过计算后得出的数值几乎相同, 表明了该连接技术方法是比较可行的。其中在跨中进行荷载试验时, 发现焊接螺栓接头处的竖向挠度要比起对称位置的接头挠度小一些, 经过研究分析后得知, 这是因为前者除了使用高强度螺栓进行连接, 还另外夹了两块拼接板。这就使得腹板的厚度增大了许多, 因而增大了焊栓接头的刚度值。

5.2 疲劳强度。

在下限为40k N、上限为90k N (分别为实际轴重力的57%和1.23倍) 的疲劳试验荷载作用下, 经过200万次后, 试件I各部位的挠度与疲劳试验前基本上没有差别, 这说明疲劳对试件的刚度几乎没有影响。通过20倍放大镜目测检查, 没有发现裂纹, 再次经过分级静载试验, 结果表明, 各测点的应力大小及其与荷载的线性关系同疲劳前一样。可以认为, 大型公路钢箱梁正交异性桥面板结构采用焊栓连接后, 其抗疲劳性能很好。

5.3 局部应力。

在外加荷载作用下, 两个试件的大多数对称测点的实测应力基本对称。当在焊栓接头处加载时, 将两个试件的实例应力进行比较, 就会发现:试件Ⅱ焊栓接头附近面板上的纵向应力比试件I大, 在其他测点, 两个试件的实测纵向应力基本上一致。

6 结论

公路桥梁工程是我国重要的建设工程, 其有着重要的作用, 可以保证城市功能的正常发挥, 还可以保证道路的畅通性, 可以保证出行的安全性, 为出行带来了较大的便利, 减少了交通安全事故的发生。在公路桥梁建设工程中, 应用的施工技术以及设备比较先进, 本文对公路钢箱梁桥面板的施工技术进行了介绍, 这项技术的应用的过程中在不断的改进与完善, 施工的质量大大提高了。施工单位对传统的施工方式进行了改进与优化, 有效的提高了施工的效率, 可以保证施工的质量与效益, 有利于促进我国公路建设事业更好的发展。

参考文献

[1]王艺雅, 程启齐, 李俊.对我国现阶段公路施工技术的探讨[J].河南科技, 2013 (14) .

[2]陈步龙.浅谈桥梁拆除施工技术[J].中国科技信息, 2013 (22) .

[3]魏国校.试论公路工程施工中关键部位施工技术[J].黑龙江科技信息, 2013 (32) .

连续钢箱梁桥 第6篇

1 体外预应力结合梁桥定义

钢—混凝土组合结构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，它是由外露的钢梁或钢桁梁和混凝土桥面板形成的组合结构，且在混凝土板和钢梁之间设置抗剪连接件，以保证在使用荷载作用下混凝土板和钢梁共同作用，共同变形。

体外预应力是将预应力钢束布置在主体结构外部的预应力，是后张法无粘结预应力混凝土结构的重要分支。它的概念和方法产生于法国，由Eugene Freyssinet提出并首次应用。从20世纪70年代末开始在工程中大量应用。

体外预应力结合梁桥是综合使用体外预应力和钢—混凝土组合结构两种技术的一种组合结构(见图1)。钢筋混凝土顶板和钢梁通过剪力连接件结合成一个整体的受弯构件，两种材料合理的结合可以取长补短，各尽其用。在此基础上，合理地布置高强度预应力钢索，并对其进行张拉，使结合梁在承受全部外荷载之前建立起预应力，该预应力的大小和分布能减小和抵消梁在外荷载作用下产生的应力，从而达到改善梁的受力状态与性能，降低应力峰值，提高梁的刚度。

2 体外预应力钢—混凝土结合梁的结构特点

体外预应力结合梁综合了体外预应力结构体系和结合梁结构体系各自的特点。在钢—混凝土结合梁结构体系中混凝土部分受压为主，钢梁受拉，充分发挥了混凝土和钢材两种材料各自特性，增加了梁的承载力。体外预应力混凝土桥梁结构一般采用简化的折线预应力束，体外预应力筋仅在锚固区域和转向块处与桥梁结构相连接(见图2)，体外预应力桥梁结构的受力特性与无粘结预应力桥梁结构类似。

预应力钢—混凝土结合梁与钢—混凝土结合梁相比，由于施加了预应力，调整了结构中的应力分布，提高了结构刚度，减小了结构变形，扩大了结构材料承载的弹性范围。对于预应力钢—混凝土组合连续梁，由于预加力的作用，使得在外荷载作用下内支座区域处于受拉的混凝土翼板预先受压，大大改善了其结构性能，降低了中支座顶的负弯矩值，延缓了混凝土裂缝的产生与发展，大大改善该区域受力性能，因此具有更优越的结构受力性能。

根据以上的结构特点，体外预应力钢—混凝土结合梁结构体系具有以下优点:

1)混凝土部分受压为主，钢梁受拉，充分发挥了混凝土和钢材两种材料各自特性，增加了梁的承载力，与钢板梁方案相比，可节省钢材、降低造价。2)混凝土板参与梁的工作，使截面高度增大，增加了梁的刚度，提高梁的自振频率。3)结合梁增强了钢梁的侧向刚度，防止侧向失稳。4)结合梁方案整体性强，抗剪性能好，表现出良好的耐震性能。5)可以利用钢梁的刚度和承载力来承担悬挂模板、混凝土板等施工荷载，压型钢板还可以直接作为模板，方便施工。6)预应力钢索布置在体外，可以随时方便的检查体外索的使用状况，方便维护更换。

但是，体外预应力结合梁结构体系也存在一些弱点，主要表现为:

1)抗剪连接件在与钢梁焊接过程中易使产生焊接变形和残余应力。2)结合梁的耐火等级不如混凝土结构。3)转向块和锚固区因承受着巨大的纵、横向力，对于体外力筋，锚头失效则意味着预应力的丧失。

3 体外预应力结合梁体系国内外研究历史和现状

对体外预应力结合梁的研究始于20世纪40年代后期，F.Dischinger作为先驱者在1949年首次提出用高强钢丝束对组合桥梁施加预应力的设计构想。Coff因采用抛物线束对一个组合钢梁和混凝土板系统施加预应力而获得美国专利。Szilard对配置高强抛物线钢丝束的预应力简支组合梁进行研究后，利用虚功原理推导出计算应力的公式。Reagam和Krah在力平衡、变形协调和完全组合的假设前提下，建立了简支预应力结合梁在弹性及非弹性状态下钢梁及混凝土板的应力计算公式。Basu等的试验结果表明，负弯矩区的混凝土施加预应力可消除使用荷载下的裂缝，增强混凝土耐久性，提高负弯矩区混凝土的抗弯能力。Tong和Saadatmanesh对两跨预应力组合连续梁采用刚度法和混合法进行了参数分析，考虑的参数包括预应力的大小、预应力筋偏心距、预应力筋长度及布筋形式、加载方式等，得出一系列结论:预应力使这种梁的工作荷载显著提高;预应力增加时，反拱度、总预矩增加，挠度减小;预加力增加，反拱度、次弯矩也增加;初始偏心距增加，反拱度、次弯矩也增加;布筋范围扩大，次弯矩显著增加，使用荷载下预应力增量随着钢索增加而下降;折线布筋与直线布筋相比，前者钢索应力增量不如后者明显地取决于荷载布置方式，但两者都取决于加载大小;各跨及支座施加预应力先后次序不同，产生的预应力效果也不同。Dall’s Asta和Dezi在考虑了预应力筋滑移和变形基础上，给出了体外预应力简支结合梁分析模型。

国内研究虽然起步较晚，但也取得了一系列成绩。宗周红等用有限元方法进行了预应力结合梁的非线性分析，并与试验结果进行了对比，提出了预应力结合梁受弯极限承载力简化计算的弹塑性模型。基于预应力结合梁界面的滑移性能的研究，李佳和余志武提出了钢—部分预应力混凝土组合连续梁满足承载力要求的弯矩调幅限值[β]的计算公式，其计算结果与试验结果吻合较好。

此外，同济大学、清华大学、东南大学等国内高校和科研机构也相继进行了体外预应力组合梁承载力方面的研究，并取得了一定的成果。

4 体外预应力结合梁体系国内外桥梁工程中的应用

1955年，在德国Neckar运河上建成了世界上首座预应力结合梁桥———跨度为34 m的Lauffen桥。1957年，在德国Montabaur附近的Auback流域建成了一座三跨预应力结合梁桥，最大跨径达到50.14 m。1960年，在前苏联西伯利亚地区Tom河上，建成的一座五跨预应力结合连续梁桥，采用变梁高结构，最大跨径达109.12 m。1963年建成的顿河公路大桥采用了同样的结构体系，最大跨径达147 m，用钢量仅为360 kg/m2，经济效益显著。1966年，在华盛顿Bellingham建成一跨长为46 m的预应力结合梁桥，每根梁重量不到同跨径预应力混凝土梁的一半，梁高也比传统钢梁降低了305 mm。1984年，T.Y.Lin公司在美国北Idaho设计的Bonners Ferry桥，是预应力结合梁应用的典范。该桥采用四根钢梁桥，共十跨，跨径介于30.5 m～47.2 m之间，其低廉的造价、合理的应力分布形式和较小的挠度显示了该结构形式合理的经济性和强大的竞争力。

在我国，预应力结合梁的应用范围已从最初的工业厂房、铁路、桥涵发展到工业与民用建筑、公共建筑、城市立交结构等。铁科院西南分院在成都附近彭县至白水河窄轨铁路的湔江大桥上首次采用体外预应力技术进行加固。北京航天立交桥(44 m+64 m+44 m)等城市高架或立交桥上也开始采用预应力结合梁。2000年，主跨150 m的深圳彩虹大桥是国内首座由钢管混凝土拱、预应力钢—混凝土空心叠合板结合梁、钢管混凝土组合桥墩构成的全钢—混凝土组合桥梁。跨度148 m的深圳北站大桥也采用了预应力钢—混凝土梁结构体系，桥梁结构高度小，自重轻，受力性能和抗震性能好，预应力效果明显，使刚度增大，弹性弯曲应力降低，有效降低使用荷载下组合梁截面最大工作应力。广州内环线同时建成的十余座预应力结合梁桥，比较典型的是中山北路高架桥，该桥为三跨(50+70+60)m变宽度展翅连续梁桥，结构轻盈，景观效果好。近几年新建的桥梁中采用此类结构的还有深圳丽水桥(主跨75 m)、深圳大学城一号桥(主跨50 m)、深圳大学二号桥(15 m+32 m+15 m)等。

体外预应力钢箱—混凝土结合连续梁桥是一种受力合理、施工便捷、性能优良、节省材料的新型组合结构。目前，国内外学者对其研究还不够深入，理论体系尚不完善，因此需要在结构稳定、剪力连接件、混凝土收缩徐变影响、动力性能等方面进行深入研究，以推动这一结构的发展应用。

摘要：介绍了体外预应力钢箱—混凝土结合连续梁桥的定义和结构特点,阐述了体外预应力结合梁体系国内外研究历史,以及在国内外的实际工程中的应用,指出了体外预应力钢箱—混凝土结合连续梁桥的发展方向。

关键词：体外预应力,钢—混凝土结合梁,预应力

参考文献

[1]张明春.体外预应力结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[2]JTJ 025-86,公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].

[3]宾帆.体外预应力钢箱—混凝土结合连续梁桥预应力效果研究[D].北京:北京交通大学硕士学位论文,2001.

[4]张云龙.体外预应力钢—混凝土组合梁结构行为的试验研究[D].长春:吉林大学硕士学位论文,2000.

[5]刘秋芳.预应力钢—混凝土组合连续梁预加力效应研究[D].福州:福州大学硕士学位论文,2002.

[6]陈世鸣,孙森泉,张志彬.体外预应力钢—混凝土组合梁负弯矩区的承载力研究[J].土木工程学报,2005,38(11):32-33.