公铁平层合建多塔斜拉桥大挑臂式钢箱梁设计

珠机城际金海特大桥主桥采用(58.5+116+3×340+116+58.5) m四塔三主跨斜拉桥,为国内首座公铁平层合建的多塔斜拉桥。主梁采用一种新型的大挑臂式钢箱梁结构,由中间主箱加两侧挑臂组成,中间布置荷载较重的双线城际列车,两侧布置荷载较轻的高速公路,桥面宽度达49.6 m。挑臂式钢箱梁结构形式新颖,构造较复杂,杆件和节点多,对其总体设计、构造细节进行详细阐述;为研究其受力性能,建立精细化有限元模型开展局部应力分析。计算结果表明:挑臂式钢箱梁设计合理,各构件受力良好,节点位置未出现较大的应力集中现象,结构安全可靠。挑臂式钢箱梁结构轻盈,具有良好的经济性和美观性。

高铁大跨度斜拉桥上无砟轨道变形适应性理论与试验研究

高速铁路大跨度斜拉桥应用无砟轨道可提高线路平顺性和稳定性,消除线路的潜在限速点,统一轨道类型,减少轨道线路运维成本,是我国高速铁路的重要技术创新。依托世界首座无砟轨道大跨度斜拉桥-昌吉赣客专赣州赣江特大桥,建立大跨度斜拉桥-无砟轨道体系精细化有限元分析模型,探明了大跨度斜拉桥-无砟轨道一体化体系的变形特征,设计并制作了大跨度斜拉桥上无砟轨道变形适应性的等效比例室内试验模型,开展了大跨度斜拉桥上无砟轨道变形适应性理论与试验研究,对比分析了大跨度桥上无砟轨道的不同长度、隔离层类型及布置方式的影响,研究了在各类变形条件下大跨度斜拉桥上无砟轨道的变形跟随性和协调性。研究结果表明:大跨度斜拉桥梁端转角和主梁整体挠曲变形仍可依据现行规范中的中小桥梁相关限值进行控制;应合理控制斜拉桥主梁节间的局部变形,避免桥上无砟轨道层间出现脱空离缝;提出了大跨度斜拉桥上单元式无砟轨道设置橡胶隔离层的技术方案,论证了橡胶隔离层的应用效果,建立了桥上无砟轨道橡胶隔离层的“缓冲作用”理念和轨道层间“隔而不离”的设计目标,显著提高了桥上无砟轨道的变形适应性;本文研究成果可为高速铁路大跨度斜拉桥上无砟轨道的推广应用提供技术支持。

高速铁路无砟轨道大跨斜拉桥成桥预拱度设置方法

成桥预拱度的设置关系到高速列车运行的舒适性和安全性。提出合理成桥预拱度的计算方法和应满足的基本指标,以昌赣铁路赣江特大桥为例,基于车-线-桥耦合振动分析模型,分析设置预拱度与否对桥梁结构长期使用性能演变的影响,以验证所提方法的可靠性。计算结果表明:预拱度的设置降低了车体垂向加速度、轮重减载率,且服役时间越长,效果越显著,在成桥10 a后,车体垂向加速度较不设预拱度降低约67%,轮重减载率降低约18%,改善了车-线-桥系统动力学性能。所提方法理论清晰、简便可行,对于同类型桥梁的预拱度设置具有指导意义。

大跨度斜拉桥上铺设无砟轨道工程实践

研究目的:昌赣高铁赣州赣江特大桥主桥为主跨300 m组合梁斜拉桥,桥上铺设CRTSⅢ型板式无砟轨道,是国内首座铺设无砟轨道的高速铁路大跨度斜拉桥。斜拉桥是柔性结构,在桥面荷载及风力、温度等作用下会产生较大变形,影响无砟轨道铺设精度。需要解决桥上CPⅢ控制网测量的精度问题,并在无砟轨道施工过程中采取精准控制措施,确保成桥后的无砟轨道线形满足要求。研究结论:(1)考虑环境因素影响,优化赣江桥上CPⅢ控制网的测设方案,建立各个CPⅢ控制点在桥轴坐标系下三维坐标的实时改正模型,测量精度满足要求;(2)提出了桥上无砟轨道施工线形控制措施:无砟轨道施工前,通过在桥面预加载获取桥梁真实刚度,并考虑实时温度的影响,得到桥梁的准确线形,通过调整斜拉索索力及利用无砟轨道结构的调整范围逐级修正无砟轨道施工线形;(3)无砟轨道铺设完成后,实测线形与理论线形偏差范围在-10~4 mm之间,满足轨道精调要求;(4)本研究成果可为大跨度桥上无砟轨道的铺设提供参考。

公铁合建四塔斜拉桥桥塔设计研究

以珠机(珠海市区至机场)城际铁路金海特大桥四塔斜拉桥为背景,为研究桥塔材质与布置方式对四塔斜拉桥静、动力性能的影响,比选了全混凝土塔、全钢塔、中间混凝土塔+两边钢塔混合布置3种方案。结果表明:中间混凝土塔+两边钢塔与全混凝土塔相比,结构体系刚度差别很小;全部采用钢塔时,结构体系刚度相对较小;混凝土塔和钢塔在外轮廓尺寸相同的前提下,中塔为混凝土塔时混凝土应力较大;混凝土塔抗震性能较差,钢塔抗震性能较好。综合考虑结构受力、构造、施工等因素,推荐采用全钢塔方案。

三索面斜拉桥成桥索力优化分析

对三索面三片桁架主梁新结构而言,索力优化时不仅要考虑纵向结构受力和线形,而且要考虑横向结构变形及索力的分配,合理确定成桥状态下三个索面的索力是一项十分重要而繁杂的工作。该文结合在建的天兴洲大桥,先用ANSYS建立平面模型提取影响矩阵等数据,利用1stOpt软件的独特算法求得满足结构总体线形和受力要求的纵向最优索力值;再利用这组索力,在空间模型的基础上,按照不同的目标,运用影响矩阵法对三面索索力进行调值,得出索力横向分配结果,方法简单、有效。

梁拱组合桥吊杆成桥索力优化分析

本文介绍了各种索力的优化方法,并采用有约束的最小能量法,以梁拱组合桥拱肋和主梁的拉压及弯曲应变能之和为目标函数,以指定节点位移、截面弯矩及吊杆索力上下限为约束条件,建立了成桥状态下最优吊杆索力的优化模型,基于约束变尺度法的求解理论为基础求解该优化模型。结合具体的工程实例,先用ANSYS建立平面模型提取影响矩阵等数据,然后利用lingo10软件的独特算法求得满足结构总体线形和受力要求的成桥状态下最优吊杆索力,该方法可为同类桥梁设计提供参考。

大跨度T型刚构连续梁桥转体系统设计

以国内首座最大跨度T型刚构连续梁转体桥—武汉至黄石城际铁路余家湾上行特大桥2×115mT构为工程背景,介绍跨越既有铁路桥梁转体系统的设计。重点阐述14500t的转体系统的球铰的选型、撑脚与滑道设计;并采用FEA程序建立转体系统实体模型,对转盘施工全过程进行模拟计算,重点分析转盘的受力情况,特别是受力复杂的下转盘的应力分析。分析结果表明,通过合理设置预应力筋,下转盘受力合理,主要以受压为主,压应力值小于7MPa,拉应力小于0.5MPa,主拉应力小于1MPa。

梁拱组合桥吊杆成桥索力优化分析

介绍了各种索力的优化方法,并采用有约束的最小能量法,以梁拱组合桥拱肋和主梁的拉压及弯曲应变能之和为目标函数,以指定节点位移、截面弯矩及吊杆索力上下限为约束条件,建立了成桥状态下最优吊杆索力的优化模型,基于约束变尺度法的求解理论为基础求解该优化模型。结合具体的工程实例,先用ANSYS建立平面模型提取影响矩阵等数据,然后利用lingo10软件的独特算法,求得满足结构总体线形和受力要求的成桥状态下最优吊杆索力。

珠机城际铁路公铁同层合建桥方案比选

珠机城际铁路金海特大桥跨磨刀门水道主通航孔跨径为3×340 m,采用公铁同层布置,结合桥址区建设条件,对桥型方案进行研究比选。从桥式上对比多塔斜拉桥方案与钢桁拱桥方案,由于设计基准风速大、台风频发、多主跨等因素,考虑经济性、施工难度及施工过程抗风稳定性,最终确定采用(58.5+116+3×340+116+58.5)m多塔斜拉桥方案。在此基础上,针对多塔斜拉桥,对桥塔中置和桥塔外包方案,从结构受力、施工、经济性、景观性等进行综合比选,最终推荐采用温度效应小及抗震性能好、施工工期短、经济性相当、景观效果好的桥塔中置方案。

3×340m公铁合建多塔斜拉桥结构体系研究

珠机城际金海特大桥主桥采用(58.5+116+3×340+116+58.5) m四塔三主跨斜拉桥,为国内首座公铁平层合建的多塔斜拉桥。金海桥塔多联长,采用何种结构体系提高结构刚度、减小温度效应及改善结构受力是结构设计的关键。为此,在总结既有多塔斜拉桥经验的基础上,比选了半漂浮体系、刚构-半漂浮体系、梁式支承体系以及首次在多塔斜拉桥应用的刚构-连续体系。通过对4种结构体系的刚度,结构受力等分析,并考虑构造要求和经济性,推荐采用刚构-连续体系,即两中间塔墩梁固结,两边塔梁固结、塔墩分离。该体系有效提高了结构整体刚度,主梁、桥塔及斜拉索受力较优,同时降低了温度效应的不利影响,车桥动力仿真分析结果表明,桥梁的振动性能良好,行车舒适性优。

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1∶3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究。结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面板、钢梁最大压应力分别为8.36、107.2 MPa;其中钢主梁顶板与底板应力值较高,为受力关键区域;实测应力值与原桥理论值相符良好;混凝土桥面板与钢主梁顶板之间无明显滑移发生。沿纵桥向轴力传力中,钢主梁传递轴力由35.35%增加到52.26%,混凝土桥面板传递轴力由64.65%降低至47.74%。竖向单线1.0倍ZK荷载加载及双线交替增加至1.6倍时,主梁两侧高差均小于0.5 mm,小于轨道2 mm/5 m(3 m)的高低(扭曲)精度要求;在双线ZK列车竖向荷载下,纵横向挠度均呈正弦波分布,节间挠跨比分别为1/2631、1/2123,小于规范规定的1/1600。高速铁路钢-混组合箱梁具有良好的受力与变形性能。

公铁两用多塔斜拉桥塔墩结合段结构型式研究

作为斜拉桥结构体系的关键节点,塔-墩结合段的力学性能直接影响到斜拉桥结构的完整性和有效性。本文详细调研了南京长江三桥、鹦鹉洲长江大桥和港珠澳大桥九洲航道桥等3座国内具有代表性的大跨度桥梁其塔-墩结合段构造型式,比较了3座大桥塔-墩结合段处的受力特点和施工难度。在此基础上,针对(58.5+116+3×340+116+58.5)m公铁两用多塔斜拉桥,提出采用高强螺栓连接桥塔与钢箱梁、沿梁高方向形成箱室埋入桥墩内的塔-墩固结方案。基于大型通用有限元软件ANSYS,建立了多塔斜拉桥塔-墩结合段实体有限元仿真模型,分析了典型工况下,结合段的应力分布规律,验证了设计。

金海特大桥主桥抗风性能试验研究

为检验主跨3×340m的挑臂式钢箱梁斜拉桥在施工阶段和运营期的抗风安全性,分别开展节段模型和全桥气弹模型风洞试验,模拟该桥在成桥状态和最不利施工阶段的风致响应。节段模型风洞试验结果表明:施工阶段和成桥状态下,该桥主梁的颤振临界风速均远大于颤振检验风速,未发生明显涡激共振。全桥气弹模型风洞试验证实在施工阶段和成桥运营阶段,实桥风速达到109.5 m/s时桥梁未发生颤振、扭转发散等静力失稳现象。增设抗风缆后,在各个试验风速下,均匀流场和紊流场中主梁竖向位移均方根最大减小幅度分别为84%和94%,扭转角均方根最大减小幅度分别为64.6%和53.8%,显著降低了施工阶段主梁风致响应,提高了桥梁施工安全性。

公铁同层桥梁列车轨道优化布置风洞试验研究

公铁同层桥梁桥面一般设置较宽,列车轨道在桥面有多种布置方式,横风作用下列车在桥面位置的不同势必会引起车桥结构周围流场的变化,进而导致其横风作用受力的不同.文中以金海大桥为背景,基于风洞试验,研究了公铁同层桥上列车横向布置为对车桥系统气动特性的影响规律,确定了列车轨道最优布置方案.