某正交异性板钢箱梁斜拉桥UHPC组合桥面改造方案研究
发布时间：2021-03-29 07:55
某跨江大桥为主跨460m的斜拉桥,运营多年后正交异性板钢箱梁出现大量裂纹,提出采用超高性能混凝土（UHPC）组合桥面（由配钢筋网的UHPC层与钢桥面板通过短栓钉组合而成）进行改造。为选择合适的改造方案,采用有限元法建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁（UHPC层厚4.5,5.5,6.0cm）模型,分析各疲劳细节应力及UHPC层应力;开展UHPC层配置钢板条的组合结构模型试验,验证其疲劳性能。结果表明:UHPC组合桥面降低了钢箱梁各疲劳细节最大应力幅,降幅为11%～88%,顶板疲劳细节处裂纹尖端最大应力幅降幅达92%;疲劳荷载作用下,UHPC层顶面应力较低,钢桥面板开裂后UHPC层底面应力较大;采用钢板条对5.5cm厚UHPC层的组合结构加强后,UHPC层名义开裂应力达43.2MPa,200万次疲劳寿命达22.1MPa,疲劳性能满足要求,选择该方案进行改造。
【文章来源】：世界桥梁. 2020,48(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
钢箱梁标准横截面
采用ANSYS有限元软件建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁（UHPC层厚分别为4.5,5.5,6.0cm）有限元模型。模型纵向取中跨跨中1个标准梁段（含4道横隔板），为减小计算规模，横桥向取半幅钢箱梁结构，且不考虑风嘴等次要结构，以及桥面横坡和横隔板变高度的影响。模型中钢桥面板的顶板、底板、U肋、腹板与横隔板均采用Shell63板壳单元模拟[5],UHPC采用Solid45实体单元模拟，栓钉采用Combin14弹簧单元模拟，UHPC与桥面板交界面上非栓钉处均耦合UHPC底面与桥面板顶面的竖向位移，以符合真实受力。模型中未模拟沥青铺装层，通过轮载面积考虑其扩散影响[6]。有限元模型如图2所示。荷载采用《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）的疲劳荷载模型，设定多个荷载工况，横向加载选取在U肋正上方及偏移15cm、30cm 3种，纵向加载在横隔板上方和跨中2种。利用ANSYS单元生死功能，在各工况求解之前将裂纹单元杀死[7]，模拟钢桥面板裂纹对结构受力的影响，共模拟0（无裂纹），100,200,300,1 000,2 000,3 000mm七种裂纹长度和断开U肋间钢板的极端状况。计算分析主要考虑第二、第三体系荷载作用的影响，分析钢桥面板各疲劳细节处[8]（见图3）应力和疲劳细节(1)处裂纹尖端应力，以及UHPC层顶、底面拉应力。
2.2.1 各疲劳细节应力按照名义应力法取距关注细节5mm处应力值作为各关注点的名义应力。计算模型中各疲劳细节最大应力幅如表1所示。与原钢箱梁相比，UHPC组合桥面钢箱梁各疲劳细节最大应力幅降幅如表2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢箱梁U肋嵌补段疲劳开裂机理与养护措施研究[J]. 张中平,郑舟军. 世界桥梁. 2020(01)
[2]钢箱梁横隔板-U肋交接处割焊残余应力分析[J]. 李传习,熊永明,陈卓异,柯璐,宋钢兵. 桥梁建设. 2019(05)
[3]钢-UHPC轻型组合桥面结构试验及裂缝宽度计算研究[J]. 邵旭东,罗军,曹君辉,樊伟,王衍. 土木工程学报. 2019(03)
[4]钢-UHPC轻型组合桥面板实桥试验研究[J]. 裴必达,李立峰,邵旭东,王连华,曾研. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(01)
[5]正交异性钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳性能研究[J]. 陈世鸣,马家欢,程栋柱. 桥梁建设. 2018(01)
[6]正交异性钢桥面板疲劳裂纹试验和数值分析[J]. 渠昱,顾安邦,曾勇,杜柏松. 桥梁建设. 2017(05)
[7]我国大跨径钢箱梁桥正交异性板疲劳损伤研究现状[J]. 杨仕力,施洲. 桥梁建设. 2017(04)
[8]正交异性钢桥面板疲劳问题的研究进展[J]. 张清华,卜一之,李乔. 中国公路学报. 2017(03)
[9]铺装层对正交异性钢桥面板疲劳性能影响效应研究[J]. 李丽娟,崔闯,卜一之,张清华. 世界桥梁. 2016(05)
博士论文
[1]钢—薄层超高性能混凝土轻型组合桥面结构基本性能研究[D]. 曹君辉.湖南大学 2016
本文编号：3107216
【文章来源】：世界桥梁. 2020,48(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
钢箱梁标准横截面
采用ANSYS有限元软件建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁（UHPC层厚分别为4.5,5.5,6.0cm）有限元模型。模型纵向取中跨跨中1个标准梁段（含4道横隔板），为减小计算规模，横桥向取半幅钢箱梁结构，且不考虑风嘴等次要结构，以及桥面横坡和横隔板变高度的影响。模型中钢桥面板的顶板、底板、U肋、腹板与横隔板均采用Shell63板壳单元模拟[5],UHPC采用Solid45实体单元模拟，栓钉采用Combin14弹簧单元模拟，UHPC与桥面板交界面上非栓钉处均耦合UHPC底面与桥面板顶面的竖向位移，以符合真实受力。模型中未模拟沥青铺装层，通过轮载面积考虑其扩散影响[6]。有限元模型如图2所示。荷载采用《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）的疲劳荷载模型，设定多个荷载工况，横向加载选取在U肋正上方及偏移15cm、30cm 3种，纵向加载在横隔板上方和跨中2种。利用ANSYS单元生死功能，在各工况求解之前将裂纹单元杀死[7]，模拟钢桥面板裂纹对结构受力的影响，共模拟0（无裂纹），100,200,300,1 000,2 000,3 000mm七种裂纹长度和断开U肋间钢板的极端状况。计算分析主要考虑第二、第三体系荷载作用的影响，分析钢桥面板各疲劳细节处[8]（见图3）应力和疲劳细节(1)处裂纹尖端应力，以及UHPC层顶、底面拉应力。
2.2.1 各疲劳细节应力按照名义应力法取距关注细节5mm处应力值作为各关注点的名义应力。计算模型中各疲劳细节最大应力幅如表1所示。与原钢箱梁相比，UHPC组合桥面钢箱梁各疲劳细节最大应力幅降幅如表2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢箱梁U肋嵌补段疲劳开裂机理与养护措施研究[J]. 张中平,郑舟军. 世界桥梁. 2020(01)
[2]钢箱梁横隔板-U肋交接处割焊残余应力分析[J]. 李传习,熊永明,陈卓异,柯璐,宋钢兵. 桥梁建设. 2019(05)
[3]钢-UHPC轻型组合桥面结构试验及裂缝宽度计算研究[J]. 邵旭东,罗军,曹君辉,樊伟,王衍. 土木工程学报. 2019(03)
[4]钢-UHPC轻型组合桥面板实桥试验研究[J]. 裴必达,李立峰,邵旭东,王连华,曾研. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(01)
[5]正交异性钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳性能研究[J]. 陈世鸣,马家欢,程栋柱. 桥梁建设. 2018(01)
[6]正交异性钢桥面板疲劳裂纹试验和数值分析[J]. 渠昱,顾安邦,曾勇,杜柏松. 桥梁建设. 2017(05)
[7]我国大跨径钢箱梁桥正交异性板疲劳损伤研究现状[J]. 杨仕力,施洲. 桥梁建设. 2017(04)
[8]正交异性钢桥面板疲劳问题的研究进展[J]. 张清华,卜一之,李乔. 中国公路学报. 2017(03)
[9]铺装层对正交异性钢桥面板疲劳性能影响效应研究[J]. 李丽娟,崔闯,卜一之,张清华. 世界桥梁. 2016(05)
博士论文
[1]钢—薄层超高性能混凝土轻型组合桥面结构基本性能研究[D]. 曹君辉.湖南大学 2016
本文编号：3107216
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