某跨江大橋為主跨460m的斜拉橋,運(yùn)營多年后正交異性板鋼箱梁出現(xiàn)大量裂紋,提出采用超高性能混凝土（UHPC）組合橋面（由配鋼筋網(wǎng)的UHPC層與鋼橋面板通過短栓釘組合而成）進(jìn)行改造。為選擇合適的改造方案,采用有限元法建立原鋼箱梁和UHPC組合橋面鋼箱梁（UHPC層厚4.5,5.5,6.0cm）模型,分析各疲勞細(xì)節(jié)應(yīng)力及UHPC層應(yīng)力;開展UHPC層配置鋼板條的組合結(jié)構(gòu)模型試驗,驗證其疲勞性能。結(jié)果表明:UHPC組合橋面降低了鋼箱梁各疲勞細(xì)節(jié)最大應(yīng)力幅,降幅為11%～88%,頂板疲勞細(xì)節(jié)處裂紋尖端最大應(yīng)力幅降幅達(dá)92%;疲勞荷載作用下,UHPC層頂面應(yīng)力較低,鋼橋面板開裂后UHPC層底面應(yīng)力較大;采用鋼板條對5.5cm厚UHPC層的組合結(jié)構(gòu)加強(qiáng)后,UHPC層名義開裂應(yīng)力達(dá)43.2MPa,200萬次疲勞壽命達(dá)22.1MPa,疲勞性能滿足要求,選擇該方案進(jìn)行改造。 

【文章來源】：世界橋梁. 2020,48(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫截面

采用ANSYS有限元軟件建立原鋼箱梁和UHPC組合橋面鋼箱梁（UHPC層厚分別為4.5,5.5,6.0cm）有限元模型。模型縱向取中跨跨中1個標(biāo)準(zhǔn)梁段（含4道橫隔板），為減小計算規(guī)模，橫橋向取半幅鋼箱梁結(jié)構(gòu)，且不考慮風(fēng)嘴等次要結(jié)構(gòu)，以及橋面橫坡和橫隔板變高度的影響。模型中鋼橋面板的頂板、底板、U肋、腹板與橫隔板均采用Shell63板殼單元模擬[5],UHPC采用Solid45實(shí)體單元模擬，栓釘采用Combin14彈簧單元模擬，UHPC與橋面板交界面上非栓釘處均耦合UHPC底面與橋面板頂面的豎向位移，以符合真實(shí)受力。模型中未模擬瀝青鋪裝層，通過輪載面積考慮其擴(kuò)散影響[6]。有限元模型如圖2所示。荷載采用《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D64-2015）的疲勞荷載模型，設(shè)定多個荷載工況，橫向加載選取在U肋正上方及偏移15cm、30cm 3種，縱向加載在橫隔板上方和跨中2種。利用ANSYS單元生死功能，在各工況求解之前將裂紋單元?dú)⑺繹7]，模擬鋼橋面板裂紋對結(jié)構(gòu)受力的影響，共模擬0（無裂紋），100,200,300,1 000,2 000,3 000mm七種裂紋長度和斷開U肋間鋼板的極端狀況。計算分析主要考慮第二、第三體系荷載作用的影響，分析鋼橋面板各疲勞細(xì)節(jié)處[8]（見圖3）應(yīng)力和疲勞細(xì)節(jié)(1)處裂紋尖端應(yīng)力，以及UHPC層頂、底面拉應(yīng)力。

2.2.1 各疲勞細(xì)節(jié)應(yīng)力按照名義應(yīng)力法取距關(guān)注細(xì)節(jié)5mm處應(yīng)力值作為各關(guān)注點(diǎn)的名義應(yīng)力。計算模型中各疲勞細(xì)節(jié)最大應(yīng)力幅如表1所示。與原鋼箱梁相比，UHPC組合橋面鋼箱梁各疲勞細(xì)節(jié)最大應(yīng)力幅降幅如表2所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋼箱梁U肋嵌補(bǔ)段疲勞開裂機(jī)理與養(yǎng)護(hù)措施研究[J]. 張中平,鄭舟軍.  世界橋梁. 2020(01)
[2]鋼箱梁橫隔板-U肋交接處割焊殘余應(yīng)力分析[J]. 李傳習(xí),熊永明,陳卓異,柯璐,宋鋼兵.  橋梁建設(shè). 2019(05)
[3]鋼-UHPC輕型組合橋面結(jié)構(gòu)試驗及裂縫寬度計算研究[J]. 邵旭東,羅軍,曹君輝,樊偉,王衍.  土木工程學(xué)報. 2019(03)
[4]鋼-UHPC輕型組合橋面板實(shí)橋試驗研究[J]. 裴必達(dá),李立峰,邵旭東,王連華,曾研.  湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(01)
[5]正交異性鋼橋面板縱肋對接焊縫疲勞性能研究[J]. 陳世鳴,馬家歡,程棟柱.  橋梁建設(shè). 2018(01)
[6]正交異性鋼橋面板疲勞裂紋試驗和數(shù)值分析[J]. 渠昱,顧安邦,曾勇,杜柏松.  橋梁建設(shè). 2017(05)
[7]我國大跨徑鋼箱梁橋正交異性板疲勞損傷研究現(xiàn)狀[J]. 楊仕力,施洲.  橋梁建設(shè). 2017(04)
[8]正交異性鋼橋面板疲勞問題的研究進(jìn)展[J]. 張清華,卜一之,李喬.  中國公路學(xué)報. 2017(03)
[9]鋪裝層對正交異性鋼橋面板疲勞性能影響效應(yīng)研究[J]. 李麗娟,崔闖,卜一之,張清華.  世界橋梁. 2016(05)

博士論文
[1]鋼—薄層超高性能混凝土輕型組合橋面結(jié)構(gòu)基本性能研究[D]. 曹君輝.湖南大學(xué) 2016



本文編號：3107216