组合梁曲线匝道桥设计与快速施工技术研究
【成果名称】组合梁曲线匝道桥设计与快速施工技术研究
【成果属性】
【推荐单位】浙江省交通规划设计研究院有限公司
【学科分类】桥梁设计
【成果体现形式】新技术
【鉴定/评价单位】浙江省交通运输厅
【成果研究形式】与院校或院所合作
【鉴定/评价日期】2020-4-3
【成果推广形式】
【被鉴定/评价的水平】国内领先
【成果内容简介】本课题提出两种新型组合箱形截面设计方案——双层组合箱形截面和钢腹板-内衬混凝土组合箱形截面,研究对结构承载能力的有利影响,并给出抗剪刚度计算公式。利用有限元软件研究横撑体系类型和数量、跨径比L/R以及高跨比H/L等参数对曲线组合箱梁畸变效应的影响,给出横向支撑体系类型选择的建议以及横隔板最大间距计算公式。基于工程设计、施工成功经验总结,形成了组合梁曲线匝道桥设计与快速施工技术。
1.主要研究工作分为五个方面
⑴ 基于弹性理论和薄壁箱梁扭转理论,分别推导单箱室普通组合箱梁、双层组合箱梁和钢腹板-内衬混凝土组合箱梁在弹性阶段的抗扭刚度理论公式,并通过有限元数值模拟进行参数化分析,给出理论公式的修正系数回归公式,得到抗扭刚度计算公式。
⑵ 基于荷载分解法和M/R法,研究简支曲线组合箱梁在正常使用阶段的畸变效应。利用有限元软件研究横撑体系类型和数量、跨径比L/R以及高跨比H/L等参数对曲线组合箱梁畸变效应的影响,给出横向支撑体系类型选择的建议。并以考察截面钢底板畸变/弯曲应力比值等于0.1为控制目标,通过线性插值的方法获得不同跨径比L/R对应的横隔板合理间距,提出简支曲线组合箱梁横隔板布置的最大间距计算公式,供工程设计借鉴。
⑶ 开展工字型钢梁和钢腹板-内衬混凝土组合梁的抗剪性能试验,根据其荷载-位移曲线、破坏模态以及钢腹板的应变分布情况,分析结构的抗剪刚度、抗剪承载力和剪切变形等力学性能,通过数据对比,明确内衬混凝土板对工字型钢梁抗剪性能的影响。
⑷ 建立空间实体非线性有限元模型,将试验结果和有限元结果进行对比,修正有限元模型的相关参数,分析结构各构件的内力发展规律,揭示钢腹板-内衬混凝土组合梁的受力机理。在此基础上,进一步分析材料属性、板件厚度以及梁高等参数对钢腹板-内衬混凝土组合梁抗剪性能的影响。
⑸ 根据该类工程国内外设计及施工关键性技术总结,形成组合梁曲线匝道桥常见设计与快速施工技术,为实际工程设计、施工提供指导。
2.拟解决的关键问题
⑴ 基于弹性理论和薄壁箱梁扭转理论,分别推导单箱室普通组合箱梁、双层组合箱梁和钢腹板-内衬混凝土组合箱梁在弹性阶段的抗扭刚度理论公式,并通过有限元数值模拟进行参数化分析,给出理论公式的修正系数回归公式,得到抗扭刚度计算公式。
⑵ 基于荷载分解法和M/R法,研究简支曲线组合箱梁在正常使用阶段的畸变效应。利用有限元软件研究横撑体系类型和数量、跨径比L/R以及高跨比H/L等参数对曲线组合箱梁畸变效应的影响,给出横向支撑体系类型选择的建议。并以考察截面钢底板畸变/弯曲应力比值等于0.1为控制目标,通过线性插值的方法获得不同跨径比L/R对应的横隔板合理间距,提出简支曲线组合箱梁横隔板布置的最大间距计算公式,供工程设计借鉴。
⑶ 开展工字型钢梁和钢腹板-内衬混凝土组合梁的抗剪性能试验,根据其荷载-位移曲线、破坏模态以及钢腹板的应变分布情况,分析结构的抗剪刚度、抗剪承载力和剪切变形等力学性能,通过数据对比,明确内衬混凝土板对工字型钢梁抗剪性能的影响。
⑷ 建立空间实体非线性有限元模型,将试验结果和有限元结果进行对比,修正有限元模型的相关参数,分析结构各构件的内力发展规律,揭示钢腹板-内衬混凝土组合梁的受力机理。在此基础上,进一步分析材料属性、板件厚度以及梁高等参数对钢腹板-内衬混凝土组合梁抗剪性能的影响。
⑸ 形成组合梁曲线匝道桥常见设计与快速施工技术,为类似工程设计、施工提供技术指导。
【成果前景介绍】本课题提出两种新型组合箱形截面设计方案——双层组合箱形截面和钢腹板-内衬混凝土组合箱形截面,研究对结构承载能力的有利影响,并给出抗剪刚度计算公式。利用有限元软件研究横撑体系类型和数量、跨径比L/R以及高跨比H/L等参数对曲线组合箱梁畸变效应的影响,给出横向支撑体系类型选择的建议以及横隔板最大间距计算公式。基于工程调研、设计经验总结,结合当下组合曲线匝道桥设计、施工关键性问题,形成了组合梁曲线匝道桥设计与快速施工技术,并对各种处治方法明确注意事项。
对于曲线匝道桥,组合梁桥是一种极具竞争力的结构形式。本课题针对其关键问题的研究成果可为结构的合理设计提供指导。本项目研究成果弥补了国内外该研究方向上的空缺,创新点较多。
同时,对今后的同类桥梁设计提出指导性意见,具有广阔的推广应用前景和显著的社会经济效益。
【成果登记日期】2020-4-3