南京仙新路长江大桥主桥结构设计

南京仙新路长江大桥主桥为跨径1760 m的单跨钢箱梁悬索桥,主缆垂跨比1/9,边跨跨径580 m,边中跨比0.33。该桥上、下游各设1根主缆,单根主缆由169股127∅5.4 mm镀锌铝高强钢丝索股组成,采用PPWS法施工,钢丝标准抗拉强度2100 MPa。吊索与索夹采用销接式结构,跨中设置柔性中央扣索,短吊索设置关节轴承。主索鞍采用宽鞍槽单纵肋铸焊结合构造,散索鞍采用底座式全铸结构。加劲梁采用扁平流线型封闭整体钢箱梁,总宽31.5 m,梁高4 m,顶板与U肋之间采用双面埋弧全熔透焊接。桥塔采用门形混凝土结构,总高277.3 m,其上横梁为预应力混凝土结构,外包N字造型钢结构;桥塔基础采用直径2.8 m钻孔灌注桩。南锚碇采用外径65 m圆形地下连续墙基础;北锚碇采用沉井基础,平面尺寸70 m×50 m,高50 m。对结构进行静力分析及抗风性能理论和试验研究,结果表明:结构强度、刚度均满足规范要求;在加劲梁上设置0.67 m高中央稳定板、两侧风嘴处设置1 m宽水平稳定板后,大桥的颤振、涡振等抗风性能均满足要求,且具备一定的阻尼储备。

简支变结构连续小箱梁桥负弯矩区UHPC-NC组合桥面板抗裂性研究

针对当前简支变结构连续小箱梁桥负弯矩区钢束易堵孔、运营中桥面开裂病害等问题,提出一种无负弯矩钢束的UHPC-NC组合桥面板结构。以一座3×30 m简支变结构连续小箱梁桥为研究对象,以正常使用极限状态梁体不开裂为控制准则确定UHPC合理构造尺寸,对所提出的负弯矩组合桥面板结构进行1∶2的缩尺模型试验。试验显示:裂缝首先出现于UHPC-NC交界面处的普通混凝土部分,随后逐渐向UHPC层沿伸,且C50混凝土开裂、梁体破坏对应的截面弯矩分别为3 520,9 152 kN·m(考虑1∶8弯矩缩尺比),大于正常使用极限状态、承载能力极限状态梁体截面弯矩3 300,5 838 kN·m,即该组合桥面板结构满足小箱梁的抗裂与承载能力要求。基于试验结果建立精细化有限元模型,采用参数分析法研究UHPC厚度对梁体开裂荷载、极限承载力等方面的影响。结果表明:梁体开裂弯矩主要由UHPC上覆层厚度决定,相较于普通钢筋混凝土梁,5 cm厚的UHPC上覆层可将梁体开裂弯矩提高28.9%,7.5 cm厚的UHPC上覆层可将梁体开裂弯矩提高41.6%;在配筋率不变的情况下,增大UHPC层厚度对梁体承载力无显著提升。综合考虑梁体受力性能以及施工便利性,建议背景工程UHPC厚度取10 cm。

西十高铁汉江特大桥主桥设计

西十高铁汉江特大桥主桥为主跨420 m的梁桁组合结构双塔斜拉桥,采用半飘浮体系。主梁采用钢桁加劲PC箱梁,梁高3.0 m,桥面全宽17 m。PC箱梁采用C55混凝土,单箱四室等高截面,加劲桁采用渐变三角桁式,材质为Q370qE钢,桁高9.4 m。斜拉索采用标准抗拉强度1770 MPa的镀锌平行钢丝,双索面扇形布置。桥塔采用花瓶式钢筋混凝土框架结构,塔高186.5 m,基础采用∅3 m的钻孔灌注桩,按长短桩设计。结构受力分析结果表明:该桥力学性能指标均满足相关规范要求,整体刚度性能优越,具有良好的颤振稳定性,设置的风嘴能有效抑制涡激振动,采取加劲钢桁上弦杆灌注混凝土、延迟铺轨时间等措施能有效控制主梁的收缩徐变,桥面线形满足铺设无砟轨道的要求。

考虑剪力滞和剪切变形效应的UHPC箱梁长期挠度分析

为准确计算UHPC箱梁在长期荷载作用下的挠度,基于剪切变形规律的截面翘曲位移函数,运用能量变分法建立考虑剪力滞、剪切变形效应以及UHPC收缩徐变效应的UHPC箱梁挠度计算控制微分方程,推导均布荷载和集中荷载作用下UHPC简支箱梁挠度计算公式,并利用有限元模型计算结果对其正确性进行验证。通过数值算例分析不同效应、截面配筋以及材料特性对UHPC箱梁挠度计算的影响。结果表明:考虑剪切变形效应产生的挠度明显大于剪力滞效应;均布荷载和集中荷载作用下,仅考虑剪力滞和剪切效应后产生的简支梁跨中挠度相对于按初等梁理论计算的瞬时挠度分别增大了9.4%和10.9%,而同时考虑UHPC收缩徐变效应后分别增大了约1.5倍左右;截面配筋对箱梁挠度计算有一定的影响,两种荷载作用下,考虑配筋后计算得到的简支梁跨中瞬时和长期挠度分别是不考虑配筋时挠度的0.96倍和0.89倍;用UHPC材料代替普通混凝土材料可显著降低结构的短、长期挠度以及收缩徐变引起的挠度变化。提出的公式可为长期荷载作用下UHPC箱梁的挠度计算提供理论依据。

三维全景数字孪生技术在箱梁运架施工中的应用

采用三维全景数字孪生技术实现高速铁路箱梁运架施工环境及设备的虚拟映射,通过北斗定位、GIS地图、设备信息自动采集、智能推理等技术实现三维数字模型的实时驱动,达到与物理实体同步呈现的效果;各级管理人员通过数字孪生全局视角,更便捷、高效地对施工过程进行分析、预测和管控。以荆门—荆州高速铁路项目为依托,进行了实践探索,形成了高速铁路箱梁运架施工大型复杂场景的典型数字孪生应用,有效推动了传统行业与数字孪生的深度融合。

高铁高架桥箱梁雷击电磁瞬态建模及特性分析

高速铁路高架桥箱梁是雷击接触网时雷电流的主要泄流通道。由于箱梁是由成百上千根钢筋绑扎而成的复杂鼠笼结构,准确建立其雷击宽频计算模型的难度较大,因此文章基于传输线矩阵法(transmission-line matrix,TLM)建立不同纵向钢筋数量的箱梁模型,分析其雷击电磁瞬态简化建模的可行性。研究发现:箱梁泄流时,雷电流主要分布在外层纵向钢筋,符合趋肤效应规律;箱梁横截面曲率较大处纵向钢筋为雷击瞬态计算中的关键钢筋,保留该部分纵向钢筋,适当减少曲率较小处的纵向钢筋,可以简化箱梁雷击电磁瞬态模型。箱梁泄流时瞬态电流会在其周围产生瞬态电磁场,威胁轨旁信号设备和线缆端接设备的正常运行,为进一步研究简化纵向钢筋对箱梁周围瞬态电磁环境的影响,基于上述简化建模方法,计算不同纵向钢筋数量桥面电磁场分布及衰减特性,发现箱梁对幅值为100 kA的雷电流泄流时,雷电流注入点30 m范围内的磁场强度超出国家标准规定的电子设备磁场抗扰度,该范围内的桥面电子设备受到严重威胁。

高铁钢箱梁跨中单临时支墩顶推施工关键技术

研究目的:顶推施工过程中,因新建线路小角度斜交既有线路,造成了跨越既有线路段临时支墩难以布置、主梁悬挑跨径大的问题,增加了施工难度,同时给施工的安全性提出了挑战。为解决该问题,本文依托于广汕高铁跨深汕西高速大桥的工程,通过Midas有限元模拟分析以及对实桥应力和位移的监测,研究了高铁钢箱梁跨中单临时支墩顶推施工关键技术。研究结论:(1)跨中无临时支墩顶推方案不满足施工要求;(2)跨中单临时支墩顶推方案顶推施工过程中主梁的应力、位移都处于安全状态,满足施工要求;(3)成桥后的线形、应力状态满足设计预期要求;(4)在路内不允许设置临时支墩的小角度斜交顶推施工中,跨中单临时支墩顶推方案可作为备选方案,本文涉及的施工及监测方法可为类似工程提供一定借鉴作用。

高速铁路简支箱梁施工方法选择及造价分析

我国高速铁路建设受制于征地拆迁及环境保护等影响,经常采用“以桥代路”形式,桥梁工程在线路中占比大,简支箱梁作为桥梁结构中的主要结构形式,越来越多应用于高铁建设中。本文对简支箱梁常用三种施工方法的施工工艺和适用条件进行了总结,并提出了综合造价确定方法,通过工程实例进行施工方案比选,为后续高速铁路简支箱梁施工组织设计提供思路。

高速铁路箱梁伸缩缝位移传感器研究

高速铁路箱梁状态对轨道平顺性和行车安全具有决定性作用。由于箱梁滑移变化缓慢且微小,同时需克服电力牵引产生的强电磁干扰,实现自动化监测面临较大挑战。该问题的难点在于箱梁伸缩缝的起始缝宽不同,只有实现等精度测量,才能使不同箱梁伸缩缝的变化具备可比性。本文设计了一种光学低相干高速铁路箱梁伸缩缝位移传感器,在实验室条件下进行了抗振动性能测试,验证了传感器在常见低频振动工况下的性能,并在京津城际高速铁路简支箱梁伸缩缝的监测中应用。结果表明:受日照和温度的影响,箱梁伸缩缝上下表面的位移差异可达150μm,传感器的实测长期监测精度可达50μm。研究成果为实现高速铁路箱梁伸缩缝自动化监测提供了参考借鉴。

既有箱梁移至邻近新建高铁线条件下帮宽桥墩受力分析

论文以既有箱梁移至邻近新建高铁线条件下的帮宽桥墩为研究对象,介绍了墩身帮宽方法、施工工艺及界面植筋情况,建立了帮宽桥墩有限元模型,对比研究了墩身帮宽前后的受力特性。结果表明:墩身帮宽前后的最大主拉应力分别为 0.17 MPa、1.06 MPa,均小于 C35 混凝土的轴心抗拉强度标准值 2.20 MPa,墩身受力性能较好;墩高约 2.2~7.7 m 范围内,接缝面法向正应力由帮宽前的受压转变为帮宽后的受拉,但数值较小;墩身帮宽后接缝面的切向剪应力绝对值较墩身帮宽前的小,接缝面受力状态较为理想;墩身处于弹性阶段,工作性能良好。

基于UHPC预制结构的BRT站台铺装层快速维修技术

为有效延长城市快速公交系统(BRT)站台铺装层的使用寿命并提升正交异性钢桥面板的抗疲劳性能,同时满足不中断交通的需求,提出了“正交异性钢桥面板+短剪力钉+预制超高性能混凝土(UHPC)板+TPO(薄层环氧抗滑铺装材料)”的复合桥面结构及装配化施工工艺。以成都二环线高架桥BRT站台为工程背景,设计了BRT站台铺装层快速维修方案,通过有限元分析确定了最优方案,并开展了BRT站台钢桥面维修改造试验段的实施。有限元分析结果表明:10 mm UHPC灌浆料+50 mm预制UHPC板+10 mm TPO为最佳方案,维修方案的剪力钉受力性能、UHPC抗裂性能均满足结构受力需求,且具有较大的安全储备,改造后正交异性钢桥面板常见疲劳敏感细节的疲劳性能显著提升。结合试验段实施提出了涵盖UHPC板预制、原铺装层处理、预制UHPC板安装和磨耗层与沥青接缝施工4个流程的城市BRT站台铺装层维修施工工艺,为同类型公交站台铺装层维护提供了理论和技术支撑。

莱荣高速铁路预制箱梁冬期蒸养施工技术研究及温度控制

高速铁路预制箱梁冬期施工具有成本高、施工难度大、温度控制难等特点。结合莱荣铁路海阳制梁场预制箱梁冬期施工的实际情况,阐述了高速铁路预制箱梁冬期施工时使用的蒸养设备、蒸养工艺及操作要点,并对蒸养温度进行了分析与总结,所取得的经验可为类似工程施工借鉴。

大挑臂下承式连续梁拱组合桥设计

西宁祥瑞大桥为(40+120+40)m大挑臂下承式连续梁拱组合桥。主梁采用大挑臂钢箱组合梁,钢梁采用单箱三室槽形结构,桥面板采用钢筋混凝土结构。主拱采用由2片分离的拱肋及横向风撑组成的组合式拱圈,拱肋呈“纺锤”形。吊杆采用高强度钢绞线整束挤压拉索,索体采用多重防腐层和抗辐射老化措施。系杆由37股∅s 15.2 mm新型高强度钢绞线组成,分布在钢梁中间箱室内。桥墩采用花瓶形钢筋混凝土实体墙式墩,基础采用6根∅2.0 m钻孔灌注桩。彩虹状的拱桥造型极具地域特色,景观效果良好。大挑臂钢箱组合梁结构横向刚度大、抗扭性能好,具有良好的受力性能及经济性能。全桥采用先梁后拱的施工方案,钢梁采用顶推施工,拱肋采用液压提升系统安装,预制桥面板在大挑臂横梁上使用桥面吊机施工。

高铁简支箱梁钢筋骨架电阻焊接工艺参数研究

研究目的:目前高铁简支箱梁的钢筋骨架制造主要依赖人工绑扎,效率低、成本高。为此,本文作者团队提出了简支箱梁钢筋骨架自动电阻焊接工艺,能够替代传统绑扎方法、提升制造效率、降低人力成本。但该焊接工艺会对钢筋造成一定损伤,在车辆荷载的反复作用下可能会导致产生焊接点疲劳问题。本文通过试验探究焊接工艺下不同焊接参数对钢筋骨架中十字焊接钢筋的静力拉伸性能和疲劳性能的影响,确定最优的焊接参数以保证钢筋骨架的性能。研究结论:(1)电阻焊接工艺制成的钢筋试件在静力拉伸试验和疲劳试验中破坏模式不同,前者以焊点处横向短钢筋脱离长钢筋的形式破坏,后者表现为纵向长钢筋在焊点处断裂;(2)焊接参数与试件的静力拉伸强度和疲劳寿命之间不是简单的线性关系,存在局部极值点;(3)综合考虑静力拉伸强度与疲劳寿命,N3组焊接参数表现最佳,其对应的电流有效值为11.5 kA,电流峰值为16.0 kA,电压为0.6 V,焊接时间为9个周波;(4)本研究成果可应用于高铁钢筋骨架的电阻点焊制造,推动简支箱梁的高效生产与发展。

高速铁路32m简支箱梁墩台横桥向沉降静力影响及损伤评级

针对高速铁路桥梁新旧线并行修建引起的横桥向墩台不均匀沉降的问题,利用ABAQUS有限元分析方法,选取高速铁路常用的32 m标准双线多跨简支梁桥,建立CRTSⅢ型单元板式无砟轨道-桥梁-墩台空间静力耦合模型;考虑不同沉降类型和沉降幅值,研究横桥向桥墩不均匀沉降对轨道结构层间受力及其轨面变形规律,在此基础上提出适用于该桥型的单、双墩横桥向不均匀沉降静态损伤分级及维修建议。结果表明:横桥向墩台不均匀沉降对轨面高低不平顺影响最大,其次为扭曲和水平不平顺,且沉降墩顶处易出现变形极值;横桥向墩台仅单侧沉降时,单墩沉降差10、15、20 mm,伤损等级依次为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级;需要关注桥墩横桥向双侧沉降情形,损伤比单侧沉降更严重;当沉降差达到20 mm时,自密实混凝土层横向拉应力超过C40混凝土抗拉强度限值,轨道结构存在开裂风险。建议日常保养时单、双墩横桥向不均匀沉降控制在10 mm及以下,应避免出现沉降15 mm及以上的不利情形。

高速铁路箱梁装配式桥面附属设施防撞性能试验研究

为研究不同约束条件下高速铁路预制装配式桥面附属设施的防撞性能,提出高速铁路装配式桥面附属设施防护墙设计方法,制备3个预制装配式桥面系防护墙足尺试验模型,其中2个分别采用4点螺栓和2点螺栓连接的钢梁支撑约束,另一个采用桥面板支撑约束,通过静载试验进行对比分析。结果表明:在最大荷载为脱轨设计荷载的4次加载过程中,高速铁路箱梁装配式桥面附属设施防护墙均处于线弹性工作状态,裂缝主要出现在砂浆层界面和线路内侧防护墙墙面,呈水平向分布;继续加载防护墙结构出现斜向贯通主裂缝后达到极限状态;3个模型极限承载能力达到脱轨设计荷载的2.12~2.59倍,具有足够承载力冗余度,不同约束条件下装配式桥面附属设施与桥面结构间的连接安全可靠;足尺模型试验验证了提出方法的正确性。

连续刚构-钢管混凝土拱桥0号块水化热及有限元模拟分析

为了研究单箱双室箱梁浇筑时的混凝土水化热分布,以某新建高速铁路高墩大跨连续刚构-钢管混凝土拱桥为研究背景,建立了该桥0号块实体有限元模型,并考虑了温度对混凝土水化速率的影响。结果表明:随着温度的升高,混凝土的水化反应速率加快,强度增长速率提高;混凝土水化过程中的温度变化规律总体表现为先呈抛物线式上升,再保持高温持平状态,最后温度缓慢降低;0号块箱梁在夏季高温施工时,通过合理控制入模温度、适当增加粉煤灰掺量和延长养护时间可有效抑制温度裂缝的产生。

应用高强预应力体系的简支箱梁结构设计及影响分析

为研究应用高强预应力体系对高速铁路简支箱梁结构设计及受力性能的影响,分析国内已发布的标准通图中适应1860 MPa预应力强度等级梁体的构造尺寸参数特征,在满足构造要求的基础上拟定适应2200、2300、2400 MPa级高强预应力体系的梁体跨中截面腹板厚度及底板厚度;建立线单元及实体单元有限元模型,分析采用高强预应力体系的简支箱梁运营阶段及运梁阶段的受力性能。结果表明:随着预应力强度等级提高,腹板和底板构造尺寸减小,采用所拟截面的梁体运营阶段各受力性能指标均满足规范要求,同时梁体的预应力度、残余徐变上拱度有所增加,梁体抗弯刚度、抗扭刚度有所减小,抗弯强度无明显变化;运梁车荷载作用下梁体最大主拉应力随着优化后腹板和底板尺寸减小而增大,在所拟截面下,梁体的腹板、底板厚度的减小值须有所限制,以保证施工荷载作用下结构的横向受力性能。

高速铁路预制箱梁内模的研究

为解决当前高速铁路预制箱梁建设中,内模挠度过大,影响结构整体安全性和稳定性的问题,以某高速铁路建设项目为例,进行了对其预制箱梁内模的研究。通过高速铁路预制箱梁内模总体方案设计、内模液压体系设计与同步性设计、关键液压元件选型,提出一种新的设计思路。通过实例验证,新设计思路的合理应用可有效控制内模挠度,提升结构整体安全性和稳定性。

大跨简支钢箱梁顶推及高位落梁施工关键技术

以长沙盼盼路上跨京港澳高速公路立交桥工程为依托,针对其桥下交通繁忙、顶推坡度大、落梁总高度高等难点,提出一种钢箱梁大坡度步履式顶推及高位落梁施工方法。钢箱梁拼装完成后,在预拼场先行施工部分桥面附属设施并配重,随钢箱梁同步顶推,从而减少后期桥上高空作业;在大坡度引桥上方进行钢箱梁顶推施工时,通过后支点循环分级升梁,调整钢箱梁线形;在临时支墩上进行高位落梁时,在钢箱梁底板上设置落梁吊挂系统,采用子、母双重循环方式,通过在步履机搁墩、步履机滑箱和置换墩之间反复“倒顶”,将高位落梁转换为连续分级低位落梁;通过分析各个工序转换时顶推及落梁系统的高程匹配与约束条件,建立适用于一般情况的系统高程计算式,给出合理的参数范围。