特大跨连续刚构桥钢混接头有限元分析

合集下载

运用有限元法分析钢桥面受力疲劳破坏机理

运用有限元法分析钢桥面受力疲劳破坏机理

运用有限元法分析钢桥面受力疲劳破坏机理摘要本文以南京长江三桥为实例,运用新的有限元法对大跨径钢桥面进行受力分析,验证了钢桥面铺装层的最大横向拉应力出现在横隔板附近的梯形加劲肋肋顶和纵隔板顶区域,最大纵向拉应力出现在横隔板顶部的结论。

因此,横隔板附近容易同时出现纵向和横向裂缝,纵隔板顶部易产生纵向裂缝,从而导致桥面疲劳破坏,为下一步开展桥面铺装层疲劳性能试验及影响因素研究奠定了基础。

关键词钢桥面铺装,有限元,应力正文1.1课题的研究背景随着我国高等级公路大规模兴建的同时,大跨径桥梁也进入建设高潮。

其中一个共同的特点是,这些大跨径桥梁的主桥普遍采用了钢箱梁结构,这与以往采用的水泥混凝土桥梁结构有着很大的不同。

通过调查,近些年来,钢桥面相继出现鼓包、开裂尤其是H 型结构性开裂病害(沿纵、横向加劲肋顶部开裂)等疲劳破坏,给桥梁运营安全带来了极大的隐患。

这就需要我们结合钢桥面铺装层的特点,对桥面疲劳破坏的机理进行研究分析,进而采取对应的控制措施。

1.2钢桥面受力机理与水泥混凝土桥面铺装不同,钢桥面铺装层直接铺设在正交异性钢桥面上,由于正交异性钢桥面板由钢面板、纵肋、横隔板、纵隔板组成,因其受力作用复杂,铺装层铺筑在正交异性板上,共同承受外载作用,因此,在分析铺装层的受力变形时,需将铺装层与正交异性板结构作为一个整体进行分析。

2. 南京长江三桥桥面铺装有限元受力分析钢桥面铺装层由于钢板加劲肋的作用,使其在加劲肋侧肋顶部附近产生明显的应力集中现象,用梁、板等理论都不能准确地计算出铺装层内部的最大控制应力值以及力学特性,南京长江三桥是我国首次采用环氧铺装的大型钢桥,至今使用时间最长,出现一定程度的早期损坏,本节从南京长江三桥出发,用有限元研究钢桥面的受力特点。

图2-1 正交异性钢桥面板2.1铺装层内部的最大拉应力(拉应变)铺装层开裂破坏是钢桥面铺装常见的一种破坏类型,铺装层最大拉应力与拉应变是控制铺装层开裂破坏的重要设计指标,分析其分布变化规律可以了解铺装层开裂破坏的特性以采取有效的防范措施。

谈谈混凝土连续刚构桥温差应力有限元分析

谈谈混凝土连续刚构桥温差应力有限元分析

谈谈混凝土连续刚构桥温差应力有限元分析对于大跨度连续梁桥来说,一般可通过桥面伸缩缝、支座位移等构造措施来消除因常年缓慢变化的年温差导致桥梁产生的纵向位移;而对于连续刚构桥,由于梁的纵向位移受到了与其固结的主墩的约束而使得主墩墩身会产生较大的弯矩,温度变化加大了对钢构桥梁结构的受力与变形影响,这种影响随温度梯度的变化而变化。

箱形截面梁悬臂施工控制的两个最重要的方面是线型控制和应力控制,而温度是影响这两个方面的重要因素。

1混凝土连续刚构桥温差应力有限元分析1.1连续刚构桥工程实例水磨湾特大桥位于少林寺至洛阳高速公路K21+910m处。

该桥主桥为预应力混凝土连续刚构桥,跨经组成为65+110+65=240m,空心薄壁式桥墩、钻孔灌注桩基础。

上部结构为单箱单室断面,顶板宽度为12.75m,底板宽度为6.5m,箱梁根部梁高6.0m,跨中及边跨合拢段梁高为2.3m,箱梁底板下缘按二次抛物线变化。

主桥主梁采用三向预应力体系:纵向预应力氛围顶板束、底板束边跨合拢钢束三种,采用ASTM-92标准的15Φj15.24mm的270级钢绞线,OVM15-15锚具,张拉力为2930kN;竖向预应力采用Φj32mm的高强精轧螺纹粗钢筋,YGM锚具,张拉力为452kN;横桥向预应力采用ASTM-92标准的3Φj15.24mm 的270级钢绞线,BM15-3锚具,张拉力为586kN。

1.2计算物理模型水磨湾特大桥的静力计算采用空间有限元分析程序(Midas/Civil),其计算物理模型如图1所示。

全桥共划分为78个单元,其中主梁划分为66个单元,主墩划分为12个单元。

悬臂浇筑桥梁结构施工阶段定义与实际施工阶段划分一致,如图2所示。

图1有限元计算物理模型图2计算模型—悬臂浇筑施工节段划分2温度梯度模式为了分析梁内温度应力和应变在不同温度梯度模式作用下的变化情况,本文选择了六种温度梯度模式来计算施工过程中预应力混凝土连续刚构桥最大悬臂阶段在不同施工阶段时温度应力及应变的变化情况。

大跨PC连续刚构桥0~#块应力分析与改进措施

大跨PC连续刚构桥0~#块应力分析与改进措施

大跨PC连续刚构桥0~#块应力分析与改进措施大跨PC连续刚构桥以其优越的结构性能、成熟的施工工艺以及对各种地形的适用性成为目前广泛运用的一种桥型。

但是随着越来越多同类桥型的施工和使用,连续刚构桥的各种问题也逐渐凸显,尤其以桥梁0~#块的开裂问题较为突出,
应该引起更多的重视。

本文以湖南湘西州龙永高速第十一标段红岩溪特大桥为依托工程,参考之前同类桥梁的施工与设计分析,针对刚构桥0~#块施工过程,对结构进行应力分析
以及可能出现裂缝位置的分析。

通过阅读和参考国内外相关文献和前人的分析结果,本文对依托工程中使用的新型硅粉聚丙烯纤维混凝土材料进行力学性能试验并提出混凝土配合比的影响,然后分别介绍了混凝土收缩、水化热等非线性分析的原理。

结合实际施工过程中0~#块的浇筑情况,以及midas软件全桥分析中的0~#
块受力状况,采用ANSYS有限元软件对0~#块进行局部应力分析。

分别在日照温度、收缩和水化热等方面,分析结构的主拉应力,并包含了主压应力和变形的结果。

将应力分布趋势与相关文献的分析和模拟实验的结果作对比以论证有限元
分析的可靠性,指出0~#块在浇筑过程中可能出现裂缝的位置和主要影响因素。

最后根据主要的影响因素提出相应的结构改进方案,以减小水化热、收缩徐变和日照温度等对0~#块的影响,并提出几种施工优化的措施,预防0~#块在浇筑过程中可能产生的温度裂缝。

新型钢-混接头连接构造与分析研究

新型钢-混接头连接构造与分析研究

新型钢-混接头连接构造与分析研究摘要:在钢混组合桥中,钢-混接头的施工技术质量能够在一定的程度上对钢混组合桥的安全性和耐久性产生一定的影响。

本文以318国道长桥大桥为背景,重点对该桥中所采用的新型钢-混接头连接构造做了详细介绍,并对其进行了有限元分析,其中重点分析了其受力性能,仿真结果表明,该新型型钢-混接头连接方式能够充分的保证该钢混组合桥的安全性。

关键词:钢混组合桥;钢-混接头连接;钢-混接头连接构造;PBL剪力板Abstract:In the mixed composite steel bridge, steel - concrete technical quality of construction joints to a certain extent, have some impact on the steel concrete composite bridge safety and durability. In this paper, 318 State Road Longbridge Bridge as the background, the focus of the new steel bridge used - mixed linker structure introduced in detail, and its finite element analysis, which focuses on the performance of its force, the simulation results It shows that the new steel - concrete joint connections can fully guarantee the safety of the mixed composition of the steel bridge.keyword:Steel-concrete composite bridge;Steel - Concrete header;Steel - Concrete header structure;现阶段,连续梁桥中钢-预应力砼连续梁桥较为常见[1]。

钢—混凝土组合梁桥有限元分析

钢—混凝土组合梁桥有限元分析

钢—混凝土组合梁桥有限元分析摘要:钢—混凝土组合梁能够充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能,是一种性能优良的新型结构形式。

以体外预应力工字型钢—混凝土等跨度连续梁为研究对象,利用有限元法分析其应力、应变、滑移及变形情况:(1)利用ansys建立有限元模型,模拟计算结果与试验结果吻合良好,所建有限元模型是可靠的;(2)建立实桥模型,提出体外预应力筋应力增量的简化表达式,并与有限元计算结果进行对照分析,验证公式的正确性;(3)利用实桥模型,分析集中荷载作用下,组合梁滑移性能特点;讨论不同荷载作用下,组合梁剪力滞特点。

关键词:组合梁;有限元;滑移;应力增量;剪力滞0 引言钢—混凝土组合梁能够充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能,是一种性能优良的新型结构形式。

而体外预应力组合梁是近些年才逐渐出现的一种组合结构,顾名思义,体外预应力组合梁就是将预应力筋布置在组合梁结构之外,以达到提高刚度和承载力的目的[1]。

因此,本文利用有限元软件AYSYS对预应力钢—混凝土组合连续梁桥应力增量、滑移以及剪力滞效应等力学行为进行了分析研究,得到了一些有益的结果,以期为工程技术人员提供参考和借鉴。

1 组合梁的有限元建模1.1单元选择混凝土选择SOLID 65单元,该单元是一种实体单元,可以合理的模拟3D实体混凝土结构;钢筋选择LINK 10单元,该单元是一种杆单元,可以较好的模拟受压或者受拉构件。

钢梁采用SHELL181单元,该单元是一种壳单元,工字钢常用此单元进行模拟;抗剪连接件采用COMBIN 39单元,该单元为非线性的弹簧单元,是一种单向变形单元。

1.2试验模型结构尺寸本论文首先根据吉林大学[2]试验试件为原型,利用ANSYS建立与试验等尺寸模型。

从图8、图9可以看出,外荷载作用下,组合梁剪力滞效应很明显,预应力作用下出现的是负剪力滞效应,施加荷载后,负剪力滞逐渐转变为正剪力滞,并且随着荷载的增大剪力滞后现象也越明显。

大跨径连续钢构桥刚构墩群桩基础等效模拟计算

大跨径连续钢构桥刚构墩群桩基础等效模拟计算

大跨径连续钢构桥刚构墩群桩基础等效模拟计算近年来,大跨径连续钢构桥的建设越来越受到人们关注,它能够克服传统桥梁的粘结钢筋锚固困难、疲劳裂纹、施工难度大等缺点,同时在桥梁的施工、维修、拆除等方面具有极大的便利性和经济性。

然而,在大跨径连续钢构桥的设计和施工中,挑战和困难也更为严峻。

本文基于有限元分析方法,探讨了大跨径连续钢构桥刚构墩群桩基础的等效模拟计算方法。

1. 基础理论大跨径连续钢构桥一般采用刚构墩群作为支撑结构,刚构墩群的底部要铺设桩基础,以保证刚构墩群的稳定性。

在建设大跨径连续钢构桥时,基础是一个非常关键的环节,其稳定性和安全性至关重要。

2. 等效模拟计算方法为了准确地计算大跨径连续钢构桥的刚构墩群桩基础,在保持计算精度的情况下,需要充分考虑模型简化和计算速度的问题。

本文采用了以下等效模拟计算方法:2.1 模型简化为了简化模型,在计算过程中可以将桩基础转化为等效横向刚度和等效纵向刚度,并将桥墩转化为等效梁柱节点。

这样可以减小计算量和模型复杂度,提高计算效率。

2.2 地基非线性在考虑地基非线性的情况下,可以采用基于等效侧向刚度和得到的等效剪力-扭矩和剪力-弯矩组合来计算柱肢的相对位移。

这样可以更好地考虑地基的影响,并准确地计算整个结构的稳定情况。

2.3 受力模拟受力模拟是等效模拟计算方法中的关键环节。

在计算过程中,需要将整个桥梁的构造和受力情况考虑在内,并将底部结构的各种荷载进行分析,如动荷载,永久荷载,温差荷载,致密独立荷载等。

通过此种模拟计算方法,可以更好地了解大跨径连续钢构桥刚构墩群桩基础的受力情况,从而更好地进行设计和施工。

2.4 加固设计在进行大跨径连续钢构桥刚构墩群桩基础等效模拟计算的过程中,重要的一点是保证该基础的设计满足安全性和稳定性的要求。

在已有的设计参数到达一定的范围时,应配合加固剂的使用来提高大跨径连续钢构桥的安全性和稳定性。

3.本文基于工程实际,对于大跨径连续钢构桥刚构墩群桩基础等效模拟计算方法进行探究,归纳出了上述等效模拟计算方法,为大跨径连续钢构桥刚构墩群桩基础设计和施工提供了参考。

大跨度钢-混凝土组合梁的结构设计与有限元分析

大跨度钢-混凝土组合梁的结构设计与有限元分析
Be r a n
毛羽亮 唐根丽 , , 陕吉禄
(. 1机械工业第一设 计研究 院, 安徽 蚌埠 2 3 1 ; . 3 0 7 2安徽财经大学 , 安徽 蚌埠 2 33 ) 3 0 0
M AO Yu l n -a g, i TANGGe — HAN J- n l, iS il u
( . rt sg 1Fi Dein& Ree rhIsi t, n b 2 3 7Chn ; s sac n tt eBe g u 3 01 , ia u
【 bt c]co i r nds n t drsh pr e g t sa epn t loc tcm oi a , e A s at cr n tc r te g na , e aeds 3 merlg a e — nre o pse em t n r A d go u e i s a d t p i 5 e s s ec e n r tb h
2A h i iesyo Fnn e cn mi , eg u2 3 3 ,hn) .n u vri f iac&E o o c B n b 3 0 0C ia Un t
【 要】 摘 根据现行的设计标准对 3 米大跨度钢 一混凝土组合 梁进行 了结构设计 , 5 并借助 A S S 限元分析软件对 NY 有 组合梁的应 力和变形进行 了分析 , 校核其强度和刚度 , 进一步验证 了设计 的可行性 , 为大跨度钢 一混凝 土组合梁的设 计提供一定的参考 。
钢结构容易发生整体失稳与局部失 稳的弱点。同钢筋混凝 土 梁ห้องสมุดไป่ตู้比 , 组合梁可以使结构高度降低 1 ~ 1 , / / 自重减轻 4% 3 4 0
较, 进一步验证设计的可行性。

6%, 工周期缩短 1 ~1 , 0 施 / / 同时现场湿作业量减小 , 2 3 保护

大跨径钢混组合连续刚构桥预制拼装过程中的结构分析与优化

大跨径钢混组合连续刚构桥预制拼装过程中的结构分析与优化

大跨径钢混组合连续刚构桥预制拼装过程中的结构分析与优化摘要:本论文深入研究大跨径钢混组合连续刚构桥的设计与施工过程中的关键环节,主要包括结构力学分析和结构优化策略。

通过荷载分析,详细研究桥梁在静态和动态工况下的受力情况。

在结构响应分析中,对挠度、位移、应力和应变等参数进行全面研究。

随后,以材料选用与性能、构件连接优化、结构减重与性能提升以及节能环保考虑为切入点,进行了结构优化策略的深入研究。

通过这一综合性的研究,为大跨径桥梁的设计和施工提供了理论支持和实际指导。

关键词:大跨径桥梁;结构力学分析;结构优化策略;预制拼装引言:随着城市交通和基础设施建设的不断发展,大跨径桥梁作为城市主干道和交通要道的重要组成部分,其设计与施工日益受到关注。

本文以大跨径钢混组合连续刚构桥为研究对象,从结构力学分析和结构优化策略两个方面展开深入研究。

本文先对桥梁在静态和动态工况下的受力情况进行了详细分析,通过结构响应分析得出桥梁的挠度、位移、应力和应变等关键参数。

随后,以材料选用与性能、构件连接优化、结构减重与性能提升以及节能环保考虑为切入点,探讨了结构优化的策略和方法。

一、钢混组合连续刚构桥概述(一)结构类型与特点大跨径钢混组合连续刚构桥是一种结构工程中常见的重要桥梁类型。

其主要特点在于结合了钢结构和混凝土结构的优势,实现了对大跨度桥梁的高效支撑和负载分布。

这种桥梁采用连续刚构形式,通过结构中的横梁和纵向支撑构件形成整体刚性,能够有效减少桥梁的挠度,提高桥梁的承载能力。

结构类型方面,大跨径钢混组合连续刚构桥通常包括主梁、桥墩、桥台等组成部分。

主梁采用钢结构,具有良好的抗弯和抗剪能力,能够承担主要的水平荷载。

桥墩和桥台采用混凝土结构,具有较好的承载和抗压性能,为桥梁提供垂直支撑。

这种组合结构使得桥梁在强度和稳定性方面都能够得到有效保障[1]。

(二)应用领域大跨径钢混组合连续刚构桥广泛应用于需要跨越较大自然障碍物或水体的场景,如江河、湖泊、山谷等。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

图 3 钢 一 混凝 土 接 头 立 面构 造 图
接头一混凝 ±截 面 接 头一钢截 面
重 庆长江大桥复线 桥 主梁 的钢一混凝 土 接头 主要 承受 弯 矩
和剪力作用 , 因此 , 要求 各种 荷载 产生 的轴 力 、 弯矩 、 力 和扭矩 3 2 有 限元 分析 结 果 剪 . 的传递顺 畅可靠 , 在荷 载作用 下有 一定 的承 载安 全储备 , 刚度 过 1 顶板 P L剪力键分 析结果 。在使用 极限状 态 正弯矩 作用 ) B
关键词 : 钢一 混凝土接头 , 三维有限元模型 , B P L剪 力键
中图分类号 : 4 8 2 U 4 .3
文献标识码 : A
1 重庆 长 江大 桥 复线桥 概 况

钢筋 和 P L剪 力键 来 完成 。为使 接 头不 会 出现 裂缝 , 接 头部 B 在
考虑足够的压力储备 , 增加局部预应力束 。 重 庆大桥复线桥是 比邻 旧桥 的新 建桥梁 工程 , 是重 庆主城 区 位 , 3 P L剪力键 。P L剪力键是 由带孔 的钢板 组成 , )B B 在钢 板孔 座非 常重要的特大桥梁 , 主跨达 30m, 3 刷新 了连续刚构桥跨 径 中可 以横穿 钢筋 , 其作用机理 主要有三个方 面 , 图 4所示 。 如 的世界 纪录。大桥体 系采 用 长联大跨 径 钢混 组合 式 钢构一连 续
图 2 填 充混凝土后承压板方式
混凝 土区段Leabharlann . 25 O 2 O ×
钢 箱梁区段
1— L H —
混凝土连 钢 箱梁工 接现浇段 地连接段
图4 B P L剪力键作用机理 图 5 钢—混凝土接头计算模型( 半桥模型 )
钢混凝 土接头的主要内力包 括轴力 、 剪力 、 弯矩 , 钢一混凝 土
接头正常使用极 限状态 正弯矩及对应 内力如表 1 所示 。
表 1 钢 一 混 凝 土接 头 正 常使 用 极 限 状 态 正 弯 矩 及 对 应 内力
位置 刚构混凝土截面 轴 力/ N k 一 7 8 lO5 2 一 5 3 l 117 一 5 0 163 9 纵向剪力/ N k 84 2 0 62 l 5 6 19 6 弯矩/ N・n k i 9 3 1 6 4 8 2 0 9 3 5 5 91 1
组合桥梁 , 立面 图见 图 1 。
1 800 4 3 0 x 3 0o o 3 o
3 有 限 元分析
3 1 有 限元模 型 .
混 凝土
箱梁

圭窒 支座
钢箱梁
1 建模原则和要求 。为达 到研究 目的, ) 实桥有 限元分析 可根
据圣维南原理 , 在实 桥上 截取 足够长 的一 段立 体作为 分析 对象 , 接头各构件均采用 三维实体单元 , 这样 也可 以反映应 力各方 向的
当作强度 的安全余 量来看待 。内力 的传递 主要 由承 压板、 预应力
收 稿 日期 :0 11 -7 2 1 -22 作者简介 : 瑞强 (9 6 , , 廉 18 一)男 在读硕 士
分布状况 。
图 1 复线桥 立面图( 单位 I n ) l 1 n
2 钢 一 混凝 土接 头 结构
1 钢一混凝 土接头 构造 。重 庆 长江 大桥 复线 桥 主跨 钢一 混 )
2 三维模型参 数 。模 型采 用 A S S软件 计 算 , ) NY 单元 材料 属
混凝 土的弹性模 量为 3 6 1 P , 松 比为 0 1 ; .E0 a泊 . 7 钢板 的 弹性 凝土接头采 用了填 充混凝 土 后板 式 的方 式 ( 图 2 。钢一混凝 性 : 见 ) 模量 为 2 1 l P , . E l a 自松 比为 0 3 预 应 力 钢 筋 的 弹 性 模 量 为 .; 土接头 构造图见图 3 。 19 lP 。分 析时 , .E 1 a 结合段 的计算模 型总 长 1 模 型 中混凝 土 7m, 箱梁部分长 1. 钢箱梁 部分长 3 5m, 3 5m, . 二者结 合部分 15 m。 . 由于桥体结构关 于桥 轴线对 称 , 了减少计 算 量 , 半桥 模 型进 为 取 行计算 , 在桥轴线上施加对称约束 。计算模型见 图 5 。
面与混凝土之 间的粘 结摩 阻三 种途 径来 进行 。钢 壁 面与混凝 土 腹板 P L剪力键 承受 的顺 桥 向剪力 比较均 匀 , 大剪 应 力约 为 B 较 之间粘结摩 阻由于有 较大 的不 定 因素而 难于 掌握 , 因此 , 只把 它 85MP , . a 较小剪应力约 一l . a 2 5MP 。
渡 良好 。
下, 顶板 P L剪 力键 的压应力约为 一1 a 底板 P L剪力键 的 B 7MP , B 2 钢一混凝土 接 头 结 构 计 算 。重 庆 长 江 大 桥 复 线 桥 主跨 拉应力约 为 1 a ) 2MP 。其较大值都 出现在外层 P L剪 力键 上。 B 钢一混凝 土接头内力传递主要通 过承压 板 、 B P L剪 力键 以及钢 壁 2 腹板 P L剪力键分析结果 。使用极 限状态 正弯矩作用 下 , ) B
第3 8卷 第 9期 2012 年 3 月
S HANXI ARC T C URE HI E T
山 西 建 筑
Vo . . 1 38 No 9
Ma . 2 1 r 02
・1 7 ・ 8
文章编 号 :0 9 6 2 ( 0 2 0 — 17 0 10 — 8 5 2 1 )9 0 8 — 2
特大跨连 续刚构桥钢 混接头 有限元分析
廉 瑞 强
( 重庆大学 , 重庆 404 ) 0 0 5

要: 以重庆长江大桥复线桥为 工程实例 , 用有 限元软件 A S S 立钢一 混凝土接头的局部三维 有限元模 型 , 接头各部件 利 NY 建 对
的应力分布情况进行 了分 析 , 进而进 行接头部位 的受力机理研究 , 以优化接头受力性能 , 达到最佳受力效果。
相关文档
最新文档