公铁平层斜拉桥超宽幅钢箱梁节段模型试验及活载作用效应研究

为研究公铁平层斜拉桥超宽幅钢箱梁受力特性和活载作用效应,以宜宾临港长江大桥宽度为63.9 m的超宽幅钢箱梁节段为研究对象,设计制作相似比为1∶10的全截面缩尺模型开展静载模型试验,并进行有限元计算分析,分别研究恒载状态、公路车辆荷载作用、铁路列车荷载作用及不同活载组合作用下超宽幅箱梁受力特性,纵、横向正应力分布情况及梁体变形特征。结果表明,该桥超宽幅钢箱梁横向弯曲受力行为显著,梁体在活载作用下表现为挑担式支撑梁力学特性和变形特征,其中梁体中箱在铁路列车荷载作用下表现为正弯矩简支梁受力特性,梁体两侧边箱在公路车辆荷载及人群非机动车辆荷载作用下表现为负弯矩悬臂梁受力特性,梁体横截面设计合理,活载作用机理明确,中、边箱结构传力清晰。研究成果为超宽幅钢箱梁的设计和施工提供了重要的参考和设计依据,并为类似桥梁设计提供指导。

高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥设计关键技术

预应力混凝土部分斜拉桥结构刚度大,经济性好,适宜铺设无砟轨道,是200~300 m跨度高速铁路桥梁的首选桥型。本文以高速铁路主跨248 m刚构部分斜拉桥为背景,研究高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥合理的结构体系、轨道平顺性、索梁荷载比、合龙顶推力等关键技术。静力计算结果表明:刚构体系比连续梁体系刚度更大,经济性好,更有利于行车安全性;两种结构体系轨道不平顺均能满足要求,对于长短波不平顺,与连续梁体系相比刚构体系中跨不平顺值小,边跨不平顺值大;索梁荷载比与斜拉索刚度成正比,与主梁刚度成反比;刚构部分斜拉桥合龙后的收缩徐变和高温合龙导致结构产生附加内力,合理设置顶推力须综合考虑主墩受力与运营阶段塔顶位移。

钢板-混凝土组合梁桥的活载结构效率指数研究

为综合考虑钢板-混凝土组合桥梁的工程经济性和整体刚度,并对其量化评估,引入一种新的评价指标——活载结构效率指数(ILLSI)。该指数结合了桥梁结构的用钢量和活载作用下的挠度。对简支方案和连续方案下的ILLSI计算公式进行了理论推导,并与数值计算结果进行了对比验证。以交通运输部发布的《装配化工字组合梁钢桥通用图》为蓝本,采用ILLSI评价指标分别对双主梁、四主梁、五主梁方案进行评估,提出了ILLSI指数95%的置信区间。结果表明:对于ILLSI指数95%置信区间,在跨径为20~40 m时,双主梁简支方案为77.45~217.38 m·kN^(-1),四主梁简支方案为39.04~120.80 m·kN^(-1),五主梁简支方案为35.27~117.57 m·kN^(-1);在跨径为30~60 m时,双主梁连续方案为101.60~339.93 m·kN^(-1),四主梁连续方案为55.15~174.96 m·kN^(-1),五主梁连续方案为52.94~165.58 m·kN^(-1)。当跨径一定时,双主梁方案的ILLSI指数大于多主梁方案的ILLSI指数,四主梁方案的ILLSI指数略大于五主梁方案的ILLSI指数,但二者相差较小;工字钢-混凝土组合主梁的应力占比随ILLSI指数的增大而减小,且呈幂函数的变化规律;双主梁、四主梁、五主梁简支方案的ILLSI指数95%置信区间所对应的应力占比区间平均值为35%~67%。

成昆铁路矮塔斜拉桥设计关键技术

成昆铁路攀枝花金沙江大桥采用跨径布置为(120+208+120)m的预应力混凝土矮塔斜拉桥。主梁采用变高度单箱双室预应力混凝土箱梁;桥塔采用H形钢筋混凝土结构,桥面以上塔高28m,塔高与跨径之比为1/7.5;斜拉索采用1 860MPa环氧涂层钢绞线,斜拉索穿过塔上分丝管索鞍后锚固于主梁上。该桥采用塔梁固结、墩梁分离的三摩擦副双曲面摩擦摆减隔震支座+剪力榫组合支承体系,不仅解决了桥梁的抗震,还有利于列车的平稳运行和梁端伸缩装置的设置;针对矮塔斜拉桥的特点,基于索梁活载比确定斜拉索索力和梁体预应力钢束的配置。对该桥进行车-桥耦合动力分析,分析结果表明桥梁的动力性能和列车过桥时的安全性与舒适性均满足规范要求。

矮塔斜拉桥研究的新进展

简要叙述矮塔斜拉桥在国内外的应用及研究状况,讨论该种桥型的中文和英文关键词,提出索梁恒载比、索梁活载比和名义刚度的概念,并对这种桥型进行界定,试图揭示这类桥梁的力学本质,最后对该种桥型的发展作了展望。

沪通长江大桥主航道桥铁路活载加载标准研究

沪通长江大桥主航道桥（主跨1 092m双塔斜拉桥）主跨跨度和桥长均超过实际列车长度,依据现行规范活载按无限长加载不合理。鉴于此,设计过程中开展我国铁路活载标准和客货运铁路活载现状分析,基本确定该桥依据到发线有效长度计算活载长度的加载标准。对分别按照5 000t牵引定数加载（L=614.25m）、按照到发线长度确定的车长加载（L=970m）和按照无限长加载3种模式（依次为活载Ⅰ~Ⅲ）下结构的响应进行对比分析,结果表明：与活载Ⅰ相比,活载Ⅱ和活载Ⅲ作用下桥塔弯矩、位移等指标增大5%~18%,活载Ⅲ与活载Ⅱ作用下结构响应差别相对较小;采用活载Ⅱ加载取值合理,同时结构具有足够的安全储备。

单索面斜拉桥活载作用下主梁负剪力滞效应研究

以沈阳某单索面斜拉桥为研究背景,采用有限元理论,通过建立空间有限元模型研究了单索面斜拉桥主梁成桥阶段均布车载及偏载对控制截面最大负弯矩加载情况下截面的受力特性和负剪力滞效应。结果表明:在车辆荷载作用下,主梁各板产生了横向弯曲正应力及剪应力,使截面应力发生了变化;对控制截面最大负弯矩加载时,各控制截面剪力滞系数为0.64～0.983,主梁截面出现负剪力滞效应。偏载作用使得箱梁截面应力分布很不均匀,但其应力量值小于均匀车载作用下的应力水平,偏载工况并不控制箱梁截面设计。

矮塔斜拉桥索梁活载比的特性研究

索梁活载比是针对新桥型——矮塔斜拉桥提出的一个概念。为了进一步明确其力学特征,研究了索梁活载比与支承条件、主梁惯距、拉索倾角和面积等设计参数的关系,并详细讨论了活载比对矮塔斜拉桥的静力特性影响,即索梁活载比与挠度、弯矩、应力变幅的关系。研究表明,索梁活载比包含了矮塔斜拉桥的塔、梁、索以及支承条件等的主要结构特征,能反映结构特性,可以将其看作矮塔斜拉桥的结构特征参数,有助于认识斜拉体系桥的力学行为,同时有助于概念设计阶段的设计。

轨道交通(90+160+90)m矮塔斜拉桥设计

某轨道交通线路斜交跨越既有省道高架桥工程,采用跨径布置为(90+160+90) m预应力混凝土矮塔斜拉桥的结构形式,支承体系为塔梁固结、墩梁分离,主梁为单箱双室变高度预应力混凝土连续梁,桥塔为"A"字形钢筋混凝土结构,桥塔有效高度为20m,有效高跨比为1∶8;斜拉索采用1860MPa环氧涂层钢绞线,穿过桥塔上的分丝管索鞍,在主梁上锚固;支座采用大吨位波浪形钢阻尼减隔震支座,在解决桥梁抗震问题的同时,大大减小了下部结构的尺寸和配筋,提升了桥梁整体的景观效果。基于矮塔斜拉桥索梁活载比特性,确定了合理的斜拉索索力和主梁预应力的设置,通过车-桥耦合的动力分析,本桥的动力特性和列车过桥时的安全性、舒适性均满足规范要求。

混合梁斜拉桥成桥索力优化综合法

综合三种单一的斜拉桥索力优化方法,采用ANSYS优化模块进行求解,对成桥状态下最优索力的确定进行了分析,结果表明:采用索力优化三步综合方法,不仅可以同时考虑结合处的弯矩和恒活载的共同作用,而且优化得到的索力均匀,主梁上下缘具有足够的安全储备,结构变形较小,成桥状态更为合理。

基于拓宽后桥梁支反力变化的新旧桥活载传递研究

为研究桥梁拓宽后活载在新旧桥之间的传递规律,结合某高速公路中典型混凝土箱梁桥的拓宽设计,分别采用混凝土箱梁和钢-混组合梁2种常见新桥拓宽方案,提出了新旧桥活载传递率的概念,并采用支反力的变化加以度量。研究表明,拓宽前后新旧桥的刚度比对荷载传递率影响很大,结合桥梁拓宽的案例分析,得到旧桥向新桥的荷载传递率约为5%~6%,新桥向旧桥的荷载传递率约为11%~12%;同时,桥梁拓宽后旧桥的外侧支座反力有适度增加,其内侧支座反力显著减小;当旧桥外侧支座反力增加幅度超出原支座设计承载力时,应提前进行支座更换。

钢格室顶板对斜拉桥结合段传力机理的影响研究

为了解钢格室顶板对混合梁斜拉桥钢-混结合段受力性能及传力机理的影响,以主跨530 m银洲湖特大桥为背景,采用Abaqus软件建立有、无顶板的钢-混结合段局部钢格室有限元模型,在与足尺模型试验结果进行对比验证模型准确性的基础上,分析2种钢格室模型各构件的受力分布及传力比,并研究了钢梁加劲段长度对钢格室受力性能的影响。结果表明:2种钢格室模型均处于明显的偏压受力状态,结构底板侧混凝土承担了大部分荷载作用;同一高度处的PBL连接件承担荷载高于栓钉连接件;7000 kN荷载作用下,去除钢格室顶板使连接件承担荷载比例提升约4%;结构极限承载力随钢梁加劲段长度的增加有所降低,但在相同荷载作用下,结合段连接件承担荷载比例几乎不变。

大跨度空腹式钢-混凝土混合连续梁桥钢箱梁长度参数分析

以福州马尾大桥为背景工程,利用MIDAS/Civil建立有限元模型,以主跨钢箱梁长度为变化参数,探讨其对恒活载比例分配和主梁恒活载受力特性的影响规律。结果表明:在恒载作用下,钢箱梁长度由56 m增加至96 m时跨中截面受力显著减小;进一步增加钢箱梁长度,跨中截面受力基本不再减小甚至会出现增大的趋势;在活荷载作用下,钢箱梁长度由56 m增长至96 m时跨中截面弯矩变化率约3%,但超过96 m以后则以弯矩变化率约5%。在综合考虑结构受力和经济性基础上得出,对于主跨240m的大跨度空腹式钢-混凝土混合连续梁,钢箱梁长度取96 m是最优选择。

基于拉索疲劳的铁路斜拉桥合理重量研究

基于斜拉索的容许疲劳强度和容许应力匹配的原则提出了铁路斜拉桥理论最小恒活载比的计算方法,并以此为基础得到了铁路斜拉桥的理论最小重量。双线铁路斜拉桥对应于高速铁路、客货共线铁路、重载铁路的理论最小重量分别在24.3~32.2、33.9~44.5、40.7~53.4 t/m;四线铁路斜拉桥对应于四线高速铁路、两线高速铁路+两线客货共线铁路理论最小重量分别在34.9~46.5、43.1~57.1 t/m。上述理论值与国内外实桥重量的统计结果基本相符,且与桥梁跨度无关。研究成果对铁路斜拉桥设计、方案比选等有一定的借鉴价值。

矮塔斜拉桥活载作用下的静力特性分析

文章以桥跨布置为(90+165+165+90)m的矮塔斜拉桥为工程实例,介绍了索梁活载比公式的推导过程,并采用空间有限元程序MidasCivil2011建立结构有限元模型,计算分析了矮塔斜拉桥索梁活载比变化对结构静力特性的影响,分析结果可为同类型桥梁设计提供参考。

槎马大桥的矮塔斜拉桥设计

槎马大桥是东莞市中洪路工程跨越倒运海水道的一座双塔单索面矮塔斜拉桥。为配合打造东莞水乡标志性建筑景观,主塔外观设计为龙舟形,随着塔高加大,原方案演变为高塔型矮塔斜拉桥。通过对槎马大桥的结构分析并与传统矮塔斜拉桥比对,高塔型矮塔斜拉桥既有传统矮塔斜拉桥斜拉索高利用率的优点,又兼有常规斜拉桥的外形特质,是一种很有发展前景的桥型。

车道荷载作用下的矮塔斜拉桥的索梁活载比

针对矮塔斜拉桥的受力特点,现有的界定矮塔斜拉桥与斜拉桥索梁活载比简化公式存在缺陷。采用比拟梁法,推导出车道荷载作用下的索梁活载比计算公式。比较了该公式与已有简化公式和有限元计算结果,结果表明,该公式与有限元解更为逼近。研究表明,在计算矮塔斜拉桥的索梁活载比时要计入车道荷载中的集中荷载的影响,并提出权矩阵可界定矮塔斜拉桥、斜拉桥及连续体系梁桥。

活载作用下双层部分斜拉箱梁桥有限元分析

提出双层荷载部分斜拉空腹连续箱梁新桥型,并完成拟实用设计.利用大型通用软件ANSYS建立结构空间有限元分析模型,分析活载作用下各控制截面的应力分布规律.分析结果表明:采用新规范车道荷载的计算模式进行空间桥梁结构整体布载计算时,车道荷载中的集中荷载将引起局部的应力集中,设计时应给予充分评估.

考虑恒活载及结合处弯矩的混合梁斜拉桥索力优化

考虑混合梁斜拉桥钢混主梁结合处的弯矩及恒活载作用,综合3种单一的索力优化方法,采用3步法进行成桥状态下的索力优化,确定最优成桥状态。首先以主梁钢混结合处的弯矩和成桥索力为约束条件,以塔梁的弯曲和拉压应变能之和为目标函数,以斜拉索的初张力为设计变量,进行有约束的恒载索力优化;再引入活载作用,采用内力平衡法,确定主梁各控制截面的弯矩可行域;最后以塔的最大水平变位最小为目标函数,以成桥索力和控制截面的弯矩可行域为约束条件,优化得到成桥索力。结合混合梁斜拉桥实例,利用有限元方法建立成桥索力的优化模型,采用ANSYS优化模块进行求解。计算结果表明,混合梁斜拉桥的索力优化3步法合理可行,可以全面考虑恒活载及结合处的弯矩,优化后的索力呈均匀变化趋势,主梁的强度储备安全,梁和塔变形小。