文摘
v型墩的核心筒组合梁桥是一种新型的桥梁结构。它有独特的组合连续梁的力学性能和v型墩桥。目前,研究钢主梁结合混凝土力学性能的甲板板主要集中在垂直皮尔斯的子结构,但皮尔斯和梁不凝固。然而,如果v型墩是巩固了主梁,v型墩的性能将直接影响整个上层建筑的性能。的钢主梁和混凝土甲板板复合梁的不同部分被认为是相同的部分。联合部分是用来模拟各个部分的截面刚度的变化在不同的建设阶段。本文的第一个核心筒组合梁桥与详细研究了v型墩。不同影响因素对结构的影响力量使用有限元分析研究。结果表明,这种桥型的受力性能是结构的强烈影响。这些可以为设计和施工提供指导的桥式,具有重要意义。
1。介绍
v型墩的核心筒组合梁桥是一种新的结构由v型墩的凝固,结合连续的码头。它有两个的力特征结合连续梁和v型墩桥的力特征。核心筒组合连续梁桥可以跨许多横跨甚至整个连续桥,可确保交通的平滑度和可以节省的成本设置伸缩缝。研究表明,v形墩连续刚构桥桥缩短主要梁和张成的空间具有重量轻、良好的美学,高动态稳定。这个结构允许大桥大跨度能力没有过度梁高度,特别是满足核心筒的跨越发展的需要复合梁。大量的研究调查的结构稳定性和v型墩完成桥梁的抗震性能,证明与v型墩桥梁的结构体系具有良好的抗震性能。力核心筒组合梁桥的特点和影响因素与v型墩不同于那些传统连续梁或V-pier桥梁。
1955年,洛杉矶Voulte-sur-Rhone桥建于法国,这是一个跨度预应力结构在上部主要56米和300米的桥总长度。圣米歇尔桥在英国于1963年完工,它有一个主要的65.2米,全长326米。从那时起,许多桥梁与v型墩梁已建成世界上,如德国、荷兰和日本(1]。近年来,桥梁的主梁与v型墩很少使用预应力混凝土建造。v型墩桥梁用钢结构建造更常见,因为他们可以有效地增加跨度,减少结构的重量。
以来的21th世纪,v型墩桥梁发展的方向大跨度和多个跨越,但他们仍然主要是混凝土v型墩桥梁,和钢铁v型墩桥梁只有被用于减少程度近年来在大组合结构桥梁的发展。很多研究已经完成组合钢力学性能的主甲板梁和混凝土板和施工方法,提高部队组合连续梁的负弯矩区桥(2- - - - - -9]。然而,大多数的研究都是基于子结构的焦点是一个垂直的码头,码头和梁不巩固或单一的结构形式和主梁不是复合梁结构。
第一核心筒组合梁桥与世界上v型墩进行了研究。重要影响因素-复合材料的力学性能与v型墩梁桥,如v形墩的删除时间支持,v型墩的角度,运用的影响,进行了分析。
2。桥的描述
新核心筒组合梁桥与v型墩建在中国,跨度为20 m + 24 m + 34米+ 56 m + 34米。主光束部分是一个典型的π形(双主光束)-复合部分。这座桥是第一个核心筒组合梁桥与v型墩。桥的主梁是连续的,只有桥台伸缩缝。在子结构,P1和P2墩柱桥墩,铰链墩梁之间设置了支持。P3和P4码头是v型墩,巩固与主梁高强度螺栓。桥的海拔视图如图1。
(一)
(b)
甲板上的桥是用钢筋水泥建造的。板的厚度约为0.3 m的中心线和0.35联合螺柱。单一的横向方向预制板是一整块四个剪力钉组孔。预制板的横向长度是8.9米,纵向宽度是3米。横向湿联合加固焊接预制板作为一个整体来连接。预制板和钢剪力钉主声束形成一个复合系统。的标准高度工字形的钢梁是1米。顶部附近的v型墩、梁高1.6米,和较低的钢法兰梁的宽度从0.6米到0.8米。这座桥部分如图2。
P1和P2桥墩垂直码头,P3和P4码头是v型墩。他们主要和外密封板工字形的部分。具体的甲板的负弯矩区桥是由C40 microexpansion混凝土压实和构造方法。中跨桥面是竖立时,混凝土在负弯矩区倒后加载中跨地区的应用。当在负弯矩区混凝土强度达到设计强度的90%,中跨区域的加载卸载。v型墩的结构关系图如图所示3。
(一)
(b)
3所示。桥的有限元模型
3.1。造型方法的组合部分
联合部分在构建阶段是一种特殊类型的部分在有限元计算相结合的部分,的定义依赖于施工过程的模拟。的钢主梁和混凝土甲板板复合梁的不同部分被认为是相同的部分。联合部分在施工阶段需要一个准确的理解各个部分的截面刚度的变化在不同的施工阶段,使用不同的组件的顺序激活模拟钢筋和混凝土梁的截面刚度的变化在实际建设过程。接头部分的优势在构建阶段的建模方法使用叠加计算各种负载的影响,可以更好地适应组合梁桥的计算考虑分阶段建设,在图所示4。共同的理论基础部分,部分满足Euler-Bernoulli梁理论,这是平面分段的假设和弹性变形的假设。这种方法分配根据成员的内力和应力应变的原则协调接口的两个成员,使准确计算时变效应。在实际工程中,混凝土甲板板通常变厚度的横向方向,和有必要首先简化原始部分当造型杆系统使用联合部分等价。
3.2。模型描述
为目的的描述,结构已经屈指可数了。从平台A0,梁部分命名k1和k2∼k7沿纵向方向的桥,和在铸造后的负弯矩区混凝土梁部分命名d1和d2∼d6,分别。
甲板上的C40混凝土的单位重量25 kN / m3。钢梁采用Q345qDNH钢的单位重量76.98 kN / m3。甲板上的二次负荷根据设计图纸,计算和结果是22.8 kN / m。
根据设计图纸,桥的预制甲板采用预制混凝土板已放置至少6个月。因此,预制混凝土的初始年龄是180天。模筑混凝土初始年龄仍然是0天,相对湿度是70%。有明显的收缩和徐变的影响对梁的内力和应力的影响部分。混凝土抗压强度必须达到90%的标准抗压强度卸载负荷时,悬臂施工部分的施工周期是14天。
桥的位置是在良好的条件和基础位移的影响并不认为底部的码头。顶部的垂直皮尔斯是克制的实际支持桥根据设计图纸。实际的桥梁有v型墩,和高强度螺栓连接钢主梁刚性连接模型。
联合剖面法在施工阶段中使用有限元法(有限元)模拟,和甲板的有效宽度,横坡的影响,纵向坡度的甲板。桥的有限元模型是由MIDAS /民用软件,如图5。钢组件由梁单元模拟,模拟和混凝土甲板板元素。桥的有限元模型如图5比较和更新静态测试的结果。
4所示。去除效果的v型墩支持在桥上
4.1。删除时间v形墩的临时支持
拆除v形墩的临时支持影响承重梁的性能。v型墩的竖向刚度影响施工预加载重量。的时机的暂时支持钢铁v形墩的结构是下面要讨论的。
为方便比较验证,第一个施工阶段的造型是预先确定的,当v型墩钢和钢主要梁已经下降(施工完成)。然而,在实际的施工过程中,钢v型墩一般设置了临时支持然后焊接,钢主要梁焊接一段一段的。在有限元计算,临时支持在按压单元模拟。
在构建阶段的模拟,一个额外的构建阶段的安装钢v型墩成立CS1阶段之前,使其CS0。v型墩单元分开CS1 CS0,和v形墩的临时支护模拟弹性支承的按压节点。删除时间的v型墩临时支持,3主要情况如下:(1)CS1拆除:临时支持尽快被钢铁v型墩形式与钢主要梁不可分割的一部分(2)CS2拆除:移除临时支持预制甲板板的安装完成后(3)密室第8章拆除:删除临时支持完成后施工现浇部分完整的桥墩的顶部结束
4.2。挠度分析
最大挠度发现CS2临时支持删除时,33.36毫米的最大挠度和最小偏差为31.75毫米。偏差分析的结果在图所示6。梁的挠度计算的两种不同的模拟方法是几乎相同的,和挠度曲线非常相似。
4.3。应力分析
压缩体重的施工方法,垂直码头产生的压应力储备的影响比v型墩。因为v形墩的竖向刚度和垂直皮尔斯是不同的。取消的讨论时间的v型墩的支持也适用于v型墩的刚度。当v型墩支持不去除,v型墩垂直刚度很大。
比较强调的钢主梁的上法兰图所示7。可以看出,选择删除临时支持混凝土板之前,CS1和CS2之间几乎没有影响的压力在钢梁上翼缘的。v型墩的应力水平和钢主梁一次相媲美的上法兰的压力水平主梁时,v型墩施工过程。删除临时的选择支持v形墩的应力水平的影响的主要因素的上法兰钢主梁。删除临时支持的时机的选择能产生的最大拉伸应力差20.5 MPa码头d5的顶部,并选择删除临时支持CS1阶段可以产生5.8 MPa的压力在k5跨度。
压力的降低法兰钢主梁在图所示8。总的来说,简化v型墩结构的计算结果是一致的与CS1拆除情况。较低的拉伸应力的大小法兰这三个拆除跨度的时期,早期的临时支持v型墩被移除,张力越大主跨度张成的空间。最大拉应力降低法兰的主要差异跨度可达大约8.4 MPa时临时支持在不同的时间,和最大压应力差异码头d5的顶部为3.9 MPa。从主梁的上、下法兰,切除的时机v型墩临时支持具有明显影响的压力水平上墩顶部法兰和下凸缘的跨度。
v型墩的不同拆除时间支持的应力水平有显著影响的上翼缘混凝土板的时候桥形成。不同爆破条件下最大拉伸应力的分析表明,拆迁是早些时候,较低的上边缘混凝土的拉应力。最大拉应力的混凝土桥梁上部边缘状态是0.7 MPa CS1爆破条件下,最大差异为0.5 MPa CS1拆迁和密室第8章拆迁。选择删除临时支持前后v型码头现浇混凝土施工的主要因素是影响压力水平悬臂部分的桥。比较强调顶部边缘的甲板板如图9。
也有很强的抗压应力的大小之间的相关性较低的边缘的甲板板和切除时间暂时支持v型墩。总的来说,早期的v型墩括号中,更有利的混凝土应力水平较低的甲板板的边缘。整个桥的纵向视图中,较低的不利位置边缘顶部的甲板板梁的v型墩。不同的切除时间会导致最大拉伸应力差异为0.33 MPa的甲板板。可以看出,压力水平的甲板板CS1拆迁条件下明显比其他两个条件。比较强调的下缘的甲板板如图10。
之间的关系的最大压应力v型墩和桥的拆除时间状态是显而易见的。早期的拆除时间,v型墩的最大压应力越大。然而,后来拆迁时间,v型墩的最大压应力越小。然而,v型墩的应力很小。不同于混凝土v型墩,使用的材料的机械性能钢的v型墩都优秀,但是材料的静态属性不是主要因素被认为是在设计视图中。
钢梁的特征应力和甲板板应力下的v型墩临时支持不同的解散条件表明,切除v型墩支持将有一个显著的影响在桥上强调在主大梁。总的来说,早期的临时支持增加由拉应力在主梁的上法兰和v型墩但诱发的抗压应力的减少甲板板压力。对于复合结构,混凝土的应力水平有更大的影响力的刚度。
5。v型墩的影响的角度完成大桥的应力状态
当主光束的横截面是相同的,不同角度的v型墩将产生不同的垂直刚度和主梁的弯矩。最初的有限元模型的基础上,v型墩部分保持不变,和施工方法没有改变,但只使用v形墩的角度作为一个参数建立几种有限元模型与中央的v型墩和铅垂线40°,45°,55°,和60°。这些模型之间的差异在桥形成的最后阶段,不同角度的影响上的v型墩桥的应力状态进行了分析。
5.1。挠度分析
最后的桥梁变形量对不同v型墩的角度如图11。从图可以看出11不同角度的v型墩几乎没有影响跨越K1和K2的偏转。角越大的v型墩d3 d6,码头和梁的大挠度凝固,和v形墩的竖向刚度越小。偏转越大K4张成的空间和转K6 v形墩的角度就越庞大。v型墩的角度越大,越小转K6的最大挠度和K7之间的区别。表明,当v形墩的竖向刚度很小,主要的不均匀偏转光束之间的两个相邻跨将相应提高。
5.2。应力分析
强调两岸的顶级码头d5的不同而变化的模式。左边的法兰的压力主要梁墩顶部的d5减少随着v形墩的角度增加,和左边的法兰应力主要梁墩顶部的d5增加随着v形墩的角度增加。当v形墩的角度是50度,压力突然变化的左右主光束是最小的。当v形墩的角度开始逐渐增加或减少,压力突然变化的左右主光束逐渐增加。当v形墩的角度开始逐渐增加或减少,压力的突然变化的上法兰左右的主梁将逐渐增加。比较上法兰钢主要梁的应力如图12。
最明显的变化在压力的下法兰钢主要梁一样的突然变化在上法兰的压力。它表明v型墩的角度对主梁的应力产生重大影响整合码头和梁的位置附近,有一个“最优解”v型墩角。当使用一个合适的v型墩角时,主梁的应力水平v形墩顶部的两侧具有可比性,可以改善主梁的应力两岸的负弯矩区在某种程度上。比较的压力下法兰钢主梁如图13。
上下边缘应力的顶部的甲板码头d5表明如果v型墩角更小,使用pre-pressure影响体重的压力施工方法更好。比较强调顶部边缘的甲板板图所示14和15。主要原因是v型墩的角越大,其垂直刚度越小。构建阶段的压缩重量、v型墩顶部会有一定程度的偏差;此时,主梁的挠度可以近似为反向顶码头的顶部,因为码头的顶部的影响引起积极的弯矩。压缩的体重恢复时,反向顶(偏转墩梁固结)恢复,产生额外的负弯矩,向下偏转的码头上不利于建设压缩体重的方法。的最大应力在v形墩桥状态有很大的关系的角度v型墩。v型码头最大压应力的增加几乎呈线性增加的角度。
6。影响砝码完成大桥的应力状态的状态
6.1。挠度分析
顶部的偏转码头d3的积极的与压缩重量的关系,表明压缩重量会有一些影响部队的负弯矩区桥。然而,一般来说,最后的桥的挠度随压缩重量时,压缩在跨越不同,但实际结构挠度并不多,和压缩的影响体重的最大挠度桥梁状态并不重要。
6.2。应力分析
在相同压缩体重施工方法,最后主要梁没有相同的压应力储备的负弯矩区垂直和v型墩,所以主梁的应力d1的顶部附近,d5和皮尔斯的d6部分比较应力分析。
完成桥条件,使用不同的中跨压缩重量几乎没有影响的钢梁上翼缘应力部分预制甲板板铺设,而有一个显著的影响在钢梁上翼缘应力后浇混凝土部分。如果压缩的体重的增加,上部法兰应力后浇混凝土部分将会增加。最大钢主梁的上法兰应力仍然发现d5年底对所有压缩的条件。压力d6结束时仍然可以看到在所有条件的上法兰钢梁左侧受到拉应力引起的变形的v型墩由于钢主梁抑制v型墩的v型墩。
当使用不同的压缩权重在施工阶段,施工过程没有明显的影响在压力较低的法兰钢主梁的bridge-forming条件。常见的弱变异规则是,随着预加载重量的增加,应力变化曲线的斜率在主梁的下法兰逐渐增加。压应力在主梁的下法兰减少更快的方向离开码头的顶部。
即使没有额外的重量预先压缩应用,只有甲板板构造阶段,顶部的拉伸应力的码头在一定程度上可以减少。随着预加压力的体重的增加,最大拉应力在每个负弯矩截面逐渐变得越来越小。压力越高越好预先压缩效应应用于混凝土板顶部的码头。总的来说,预加压力的重量在没有完成桥梁挠度的影响,虽然它有一个显著的影响在钢主梁的抗拉应力和混凝土桥墩的顶部附近的甲板板。最不利位置在负弯矩区混凝土板仍在码头V (d5和d6梁结束)。
7所示。结论
核心筒组合梁桥与v型墩为背景,和主要影响因素的复合应力状态与v形墩连续刚性桥了。的主要结论是:(1)根据压缩重量法的施工特点和v型墩桥梁,造成的影响不同切除时间的临时支持v型墩进行了研究。早期的临时支持v形墩的移除,桥面的应力水平越好。因此,临时支持应该删除V-pier和钢主梁后立即形成整体结构或最迟在混凝土倒在负弯矩区。(2)v型墩的角度影响主梁的应力。使用适当的V-pier角时,主梁的应力两侧V-pier相等的顶部,可以改善主梁的压力在某种程度上。这个最佳V-pier角外,增加或减少的角度将导致应力增加主要梁一侧。如果垂直刚度的变化没有考虑进去,v型墩的角度对混凝土板的应力影响不大。(3)虽然最终挠度增加而增加预加载重量,重量预加载的影响完成的最大挠度条件并不重要。建筑在不同预加载的影响权重的压力下法兰钢主梁在桥的完成条件并不重要。中跨预加载重量对梁的挠度影响很小的完成状况,同时它有一个显著的影响在拉伸应力钢主梁和桥墩的顶部附近的混凝土甲板板。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者欣赏中国自然科学基金会的资金支持(批准号51908093),重庆返回海外学生的创业和创新支持基金(批准Nos. cx2018113和cx202011),和国家重点实验室的山大桥、隧道工程发展基金(批准号,CQSLBF-Y14和CQSLBF-Y16-10)。