某跨江大橋為主跨460m的斜拉橋,運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,分析各疲勞細節(jié)應力及UHPC層應力;開展UHPC層配置鋼板條的組合結構模型試驗,驗證其疲勞性能。結果表明:UHPC組合橋面降低了鋼箱梁各疲勞細節(jié)最大應力幅,降幅為11%～88%,頂板疲勞細節(jié)處裂紋尖端最大應力幅降幅達92%;疲勞荷載作用下,UHPC層頂面應力較低,鋼橋面板開裂后UHPC層底面應力較大;采用鋼板條對5.5cm厚UHPC層的組合結構加強后,UHPC層名義開裂應力達43.2MPa,200萬次疲勞壽命達22.1MPa,疲勞性能滿足要求,選擇該方案進行改造。 

【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】：

鋼箱梁標準橫截面

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個標準梁段（含4道橫隔板），為減小計算規(guī)模，橫橋向取半幅鋼箱梁結構，且不考慮風嘴等次要結構，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，以符合真實受力。模型中未模擬瀝青鋪裝層，通過輪載面積考慮其擴散影響[6]。有限元模型如圖2所示。荷載采用《公路鋼結構橋梁設計規(guī)范》（JTG D64-2015）的疲勞荷載模型，設定多個荷載工況，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殺死[7]，模擬鋼橋面板裂紋對結構受力的影響，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節(jié)處[8]（見圖3）應力和疲勞細節(jié)(1)處裂紋尖端應力，以及UHPC層頂、底面拉應力。

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

【參考文獻】：
期刊論文
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[8]正交異性鋼橋面板疲勞問題的研究進展[J]. 張清華,卜一之,李喬.  中國公路學報. 2017(03)
[9]鋪裝層對正交異性鋼橋面板疲勞性能影響效應研究[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構基本性能研究[D]. 曹君輝.湖南大學 2016



本文編號：3107216