新型变截面导梁设计研究

导梁是桥梁顶推过程中增大顶推跨度、减小主梁悬臂长度的重要措施之一,以一座202m跨径的钢拱桥顶推导梁施工设计为例,详细分析了新型变截面导梁设计参数的选取、导梁截面的优化及导梁的整体模型与局部模型验算。经验算,在最不利工况下,导梁各杆件最大应力为263MPa,局部验算最大Mises应力为270MPa,均满足设计强度要求,各杆件刚度和稳定性均满足设计要求。在满足施工要求的前提下,最大限度降低导梁自重,节约成本,具有明显经济效益,可为同类施工提供参考经验。

大跨度双联连续钢管混凝土拱桥结构体系设计研究

为研究大跨度双联连续钢管混凝土拱桥的合理结构体系及中央拱座合理刚度,以主跨2×405 m渝湘复线双堡特大桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析考虑自重、汽车荷载和基础沉降作用下,拱桥刚接、铰接、半刚性连接约束体系和不同中央拱座刚度对桥梁力学性能的影响。结果表明:自重、汽车荷载和基础沉降作用下各结构体系力学性能均满足规范要求。双刚接方案拱肋变形对称,结构受力良好,且构造简单、施工方便。中央拱座刚度从0.8 EI(EI为原设计方案中央拱座截面刚度)增加至2.0 EI,自重产生的最大变形基本不变,最大拉应力减小了0.33%,最大压应力减小了0.47%,结构力学性能改善效果不明显。双堡特大桥结构体系推荐采用双刚性连接,中央拱座合理刚度取值为0.8 EI,全桥有限元计算结果表明,该结构体系的强度、刚度、稳定性均满足规范要求。

大跨钢桁架吊杆拱桥地震响应分析

为研究强震作用下大跨钢桁架吊杆拱桥各结构地震响应,以实际桥梁工程为背景,建立三维精细化土-桥梁有限元模型,采用土体非线性本构并考虑土-桥梁结构相互作用,分析了桥墩、承台及桩基础的整体刚度损伤、桥身应力分布以及桥主梁纵向位移,通过不同试验工况进行对比。结果表明:强震作用下,桥梁下部混凝土损伤集中在桥墩与承台连接处、承台与桩基础接触处,且混凝土等级对损伤影响较大;桥身应力集中位置主要分布于两侧桥墩附近,水平地震动方向的改变影响桥身的应力分布,桥身整体应力并未发生明显变化,但竖向地震动对桥身地震响应影响显著,且横向与竖向地震动作用下桥身整体地震响应最大;桥主梁纵向位移最值出现在桥梁两端及主拱中间位置附近,双向地震动对整体桥主梁位移影响更大。研究结论可为大跨钢桁架吊杆拱桥的抗震分析与设计提供科学的参考依据。

混凝土桁架拱桥荷载试验与承载力评价

钢筋混凝土桁架拱桥以其用料省、自重小、结构纤细美观等特点曾在我国大量修建,后期服役过程中在重载及环境因素的共同作用下出现大量病害影响结构使用安全及耐久性。本文以某钢筋混凝土桁架拱桥为例,详细介绍了该桥结构状态检测评估的内容以及桥梁荷载试验的内容、方法、测点布置。通过荷载试验与有限元分析相结合的方法较为全面地评价了既有桁架拱桥的承载能力,结果显示拱桥荷载试验校验系数大于1.0,最大相对残余变形为18%,桥梁实际受力状态较原设计存在明显劣化。最终结合结构病害、有限元计算及拱轴线测量结果给出了针对性的加固方案,为此类桥梁的结构状态评定及维修加固设计提供借鉴作用。

重庆渝湘复线双堡特大桥主桥设计

重庆渝湘复线双堡特大桥主桥为2×405 m连续上承式钢管混凝土变截面桁架拱桥,矢跨比1/4.75,悬链线拱轴线,拱轴系数1.55。主拱圈由两幅拱肋和风撑组成。拱肋采用四肢格构式结构,单幅拱肋宽7.5 m,两幅拱肋横向中心距17.5 m。拱肋弦管采用Q390D钢,直径1400 mm,内灌C70自密实混凝土。风撑采用米字撑。拱上立柱采用双肢排架式空心矩形截面钢箱结构,桥面系采用连续钢-混组合梁,单跨27 m。中央拱座基础采用“浅挖拱座+桩基础”的构造形式,以适应岩溶发育区地质条件及降低连拱效应。拱肋采用900 m超长缆索吊装配合自平衡斜拉扣挂系统大节段吊装,桥面系采用地面组拼并张拉预应力、整体吊装的装配式施工方案。

武汉汉江湾桥主桥设计关键技术

武汉汉江湾桥主桥为(132+408+132)m中承式连续钢桁拱桥,桥面车行道按双向6车道布置,并预留拓宽至8车道条件。主桥拱肋采用变高度N形桁式两主桁钢桁架结构。主桁标准间距34 m,汉口岸边跨受限于总体线形,主桁间距由34 m变化至39.5 m。主桁中支点附近下弦杆根据受力要求采用Q690qE高性能桥梁钢。车行道桥面采用正交异性钢桥面板,车行道桥面下U形纵肋与钢桥面采用全熔透焊接设计。通过主桁节点弯折、钢桥面横坡变化等构造措施简化了主桁、联结系、桥面系的空间关系,降低了杆件制造难度,实现了桥面结构的曲线变宽。

基于长寿命理念的连续钢桁拱桥设计研究

以西成铁路(西宁—成都)尖扎黄河特大桥为例,根据钢结构桥梁在运营期维修养护困难的现状,考虑环境保护和可持续发展的要求,对基于长寿命理念的连续钢桁拱桥进行设计研究。结果表明:桥梁采用刚性吊杆可避免运营期频繁更换吊杆,减少了维修养护工作量;桥面采用不锈钢复合正交异形板可延长钢桥面使用寿命,减轻了自重,降低了桥梁工程造价;自主研发了可自动泄压的速度锁定器,大幅降低了构件的制作、建造和维修养护成本,提高了可靠性。

拱桥顶推临时撑杆设计与分析

锦江大桥主桥为钢桁架拱桥结构形式,施工采用整体步履式顶推工艺,为确保顶推施工安全,桥梁采用刚性支承结构的撑杆形式进行临时加固。整体方面先对顶推过程中76个步履工况利用SAP2000整体建模计算,接着筛选控制性撑杆进行施工阶段的应变监测,后对理论计算结果与监测成果进行对比与分析。在局部方面,控制性撑杆的上、下连接节点通过Ansys建立三维节点域模型进行计算与分析,验算连接节点的安全与可靠性,避免节点域桥梁主体结构的损害。研究与实施结果表明:临时撑杆设计方案可行,为类似跨度钢支撑圆管与钢箱节点设计提供一定的参考。

下承式钢桁架拱桥设计关键技术研究——以苏州安德逊桥工程为例

苏州市相城区安德逊桥,是仿照新加坡安德逊桥建成的本土化市政桥梁。主桥采用钢桁架拱的结构体系,桥面板为钢筋混凝土结构,横向采用三片主桁架,中间用风撑连接,并在横梁之间设置纵向小纵梁,共同构成了一个三维空间结构体系。文章结合苏州安德逊桥工程,分析下承式钢桁架拱桥设计关键技术,首先介绍苏州安德逊桥结构设计内容、技术标准和作用参数取值,然后采用有限元软件桥梁博士V4.1和MIDAS FEA对其进行数值模拟。计算表明,钢桁架、横梁、桥面板和整体稳定性均能满足设计要求,并在此基础上对拱桥施工流程进行了部分优化,可供国内同类型下承式钢桁架拱桥设计参考。

大跨桁式钢管混凝土拱桥空间非线性有限元分析

采用共旋坐标法导出钢管混凝土杆单元在大位移、大应变条件下的空间几何、材料非线性耦合的单元切线刚度矩阵;提出了在n+1维荷载-位移空间Rn+1中求解非线性有限元方程组的位移增量法迭代格式,该格式保留了迭代刚度矩阵的部分带状性能;在此基础上编制相应的有限元程序NSTSAP(几何非线性)和NSTSAP2(双重非线性)。通过与湖南茅草街大桥拱顶节段试验模型进行对比分析发现:该方法能较好地反映桁式拱肋钢管混凝土拱桥空间受力的非线性性能。

脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥受力性能的影响

采用平面应变理论推导了轴向压力、温度荷载、收缩应变作用下钢管和核心混凝土界面拉应力的计算公式;提出了钢管混凝土拱桥完全脱黏的计算模型,分析了脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥内力、刚度和面内极限承载力的影响;提出了采用内法兰构造在有限点限制钢管与核心混凝土相对滑移的脱黏对策,并以茅草街大桥实测数据对内法兰构造的有效性进行了验证。结果表明:脱黏使桁架式钢管混凝土拱桥钢管内力增大,结构刚度降低,面内极限承载力下降;在有限点设置内法兰构造使得脱黏之后桁架式钢管混凝土拱桥的受力性能与黏结良好时比较接近。

某桁式组合拱桥新拱脚结点局部应力分析

桁式组合拱桥的新拱脚支撑着中部桁架拱,新拱脚结点构造和受力复杂。以某桁式组合拱桥为例,借助通用有限元程序ANSYS,建立其新拱脚结点局部三维有限元模型,通过提取新拱脚结点处各杆件断面轴向应力沿各条路径的变化图,分析该部位的应力分布特征。分析结果表明:在最不利荷载组合工况下,新拱脚截面上缘、新拱脚处各杆件与新拱脚连接处以及各杆件间连接的圆弧段拉应力均较大,这些位置都容易出现横向裂缝。理论分析结果与实桥病害情况吻合。提出新拱脚结点局部设计的改进思路和方向。

南京大胜关长江大桥三主桁结构受力特性分析与施工控制措施研究

针对南京大胜关长江大桥三主桁结合正交异性钢桥面板的新型结构特征,对其空间效应的影响因素、成桥与施工阶段的受力特性以及相关施工控制措施进行分析研究,得出三主桁结构的内力分布特征和相关施工工艺措施的有效性等有益的结论,为该桥的设计和施工提供参考。

钢桁拱桥非线性及面内极限承载力分析

以实桥为例,研究大跨度钢桁拱桥在面内荷载作用下的非线性结构行为,矢跨比、布载形式、温度荷载、钢材屈服强度对钢桁拱桥极限承载力的影响以及提高钢桁拱桥极限承载力的措施。结果表明:在活载半跨布载时,拱肋的破坏始于拱脚下弦的屈服,拱肋由无铰拱逐渐转化为三铰拱,最后由于拱脚塑性铰的破坏而导致拱肋失去承载能力;钢桁拱的工作过程可分为弹性段、位移稳定发展段及位移快速增长段,位移稳定发展段仍表现出弹性工作的特点;拱轴线的面内初始偏移控制在L/1000左右时,拱肋的极限承载力不会有明显降低;矢跨比越大承载能力越高;钢材屈服强度与钢桁拱极限承载力呈线性关系;温度的变化与承载力系数的变化大致呈线性关系;提高拱脚上、下弦杆处钢材的屈服强度和增大拱脚、L/4处截面的方式是提高钢桁拱桥极限承载的有效措施。

大跨钢桁拱轨道横梁半刚性连接节点疲劳性能试验研究

主跨552m的重庆朝天门长江大桥轨道横梁采用新的半刚性结构与主桁连接。为评估半刚性连接结构在公路及轻轨荷载共同作用下的抗疲劳性能,对其进行全寿命期疲劳试验研究。通过空间有限元分析,选取受力最不利的主桁E18节点与轨道横梁的连接结构为研究对象。参考美国AASHTO及英国BS5400设计规范,基于M iner疲劳损伤累积原则,得到轨道横梁半刚性连接结构的疲劳内力幅。采用1∶4缩尺模型,完成半刚性连接结构设计寿命期及超长服役期的疲劳试验。设计寿命期疲劳试验结果表明,朝天门长江大桥轨道横梁与主桁E18节点的半刚性连接在其设计寿命期内不会发生疲劳开裂,疲劳性能满足设计要求。全寿命期疲劳试验结果表明,轨道横梁上翼缘的连接角钢是半刚性连接结构的易损部位。

南京大胜关长江大桥钢梁安装方案研究

南京大胜关长江大桥为6线铁路钢桁拱桥,双孔连拱,支座反力大、杆件重量大、双悬臂长度大,针对该桥的特点,进行了钢梁安装方案研究。主要阐述通过设置大型墩旁托架、大吨位3层吊索塔架和3层平索等辅助设施来完成钢梁架设和合龙的安装方案。

大跨度中承式钢桁架拱桥初步设计的体系优化

以天津国泰桥为工程背景,重点介绍了大跨度中承式钢桁架拱桥在初步设计阶段进行体系优化的关键问题,并就优化方案的支承约束布置、构造措施以及施工方法进行了探讨。对于中承式钢桁架拱桥,三跨连续铰支的无推力体系比单跨固支的有推力体系在基础、拱肋、桥面系等方面均具有力学性能优势和经济优势,是中承式钢桁架拱桥的首选。

钢桁拱桥吊杆涡激振动仿真分析

对流体力学计算软件FLUENT6.3进行二次开发,建立二维平面模型,将Newmark方法的代码嵌入用户自定义函数UDF,运用FLUENT动网格技术对南京大胜关长江大桥吊杆进行涡激振动仿真计算,研究切角长方形、圆角长方形2种截面吊杆的气动力性能。分析表明:截面几何形状的微小变化会引起结构气动力性能发生很大变化;吊杆截面从长方形变到切角长方形再变到圆角长方形,吊杆的涡脱落规模逐渐减小,升力逐渐减小;随着阻尼比的增加,结构涡激振动的最大振幅及锁定风速区间均减少;切角长方形截面吊杆仿真计算结果与风洞试验结果吻合较好;圆角长方形截面吊杆最大振幅及锁定风速区间明显小于切角长方形截面吊杆。

桁式钢管混凝土拱桥设计刚度取值研究

讨论了抗压刚度和抗弯刚度对桁式钢管混凝土拱桥应力、变形等的影响情况及其机理,结合一座钢管混凝土拱桥实测资料,对不同规范刚度折减的效果进行了对比分析,根据桁拱不同节段混凝土质量的差别,对钢管混凝土拱肋提出分区进行刚度折减的建议。

火灾下大跨度钢桁架拱桥结构性能分析

为研究汽车火灾对大跨度钢桁架拱桥结构受力性能的影响,以主跨为240 m的某下承式钢桁架拱桥为研究对象进行受火分析计算.首先利用火灾模拟软件FDS对两种典型火灾场景进行数值模拟获得火灾温度场分布,然后通过有限元瞬态热分析确定火灾区域构件的温度分布,再通过ABAQUS热-结构耦合分析桥梁在不同火灾场景下结构性能的变化.结果表明:钢桁架拱肋在油罐车火灾作用下受火构件的最高温度达540℃;主要传力构件在温度为430℃时屈服,达到承载能力极限状态,热膨胀效应与内力重分布导致附近构件的应力增幅达60~180 MPa;桥面竖向位移变化最大为115 mm,最大横向高差为108 mm.油罐车火灾主要对火源附近3根吊索的温度场产生影响,受火吊索索力减小使得桥面下挠33 mm,主梁应力增大35 MPa.