高速铁路大跨钢桁加劲连续刚构桥长期变形影响因素研究

为研究钢桁长度和高度以及合龙顺序和顶推力对钢桁加劲连续刚构桥长期变形的影响,以某在建钢桁加劲连续刚构桥为对象,采用有限元软件建立实体模型,考虑混凝土收缩徐变作用,对恒载作用下运营20年内的变形进行分析,系统分析钢桁长度和高度对连续刚构桥长期变形的影响程度,同时利用结构力学原理推导不同合龙顺序下的顶推力解析式,探讨合龙顺序和顶推力对连续刚构桥长期变形的影响。结果表明:钢桁长度和高度的增加均可使挠跨比下降,均能提高桥梁的整体刚度,考虑到实际结构受力及施工难度,建议钢桁长度在桥梁中跨长度的3/4~7/8范围内选择,挠跨比下降42.3%~44.1%,为避免出现设计过于保守的情况,建议钢桁高度取12 m,挠跨比下降43.8%;推导出不同合龙顺序下的顶推力解析式,只与桥墩和主梁的参数有关,计算简便、概念清晰,可指导实际工程中顶推力的确定;不同合龙顺序对钢桁加劲连续刚构桥长期变形的影响较小,施加顶推力后可明显改善钢桁加劲连续刚构桥的长期变形,建议在施工过程中采用先中后边的合龙顺序,同时施加顶推力,在运营20年时边跨和中跨最大竖向变形分别下降34.6%和34.2%。

节段预制拼装波形钢腹板连续组合箱梁抗弯性能试验研究

为研究波形钢腹板连续组合箱梁在整体现浇和节段预制拼装施工工艺下抗弯性能的差异,对一片节段预制拼装变截面波形钢腹板连续箱梁和一片相同尺寸的整体式波形钢腹板连续箱梁进行了抗弯性能试验,分析了接缝的存在对节段预制波形钢腹板连续梁不同特征截面上应变的分布、荷载-挠度曲线变化、预应力增量的影响,并对两片梁的破坏形态进行了分析,试验结果表明:加载初期,接缝的存在对试验梁刚度影响较小,两片梁的应变和变形接近。开裂后节段拼装梁节段接缝间的混凝土应变相对整体梁偏小,但接缝处的混凝土应变较大,接缝位置的塑性变形使得内力重分布现象更加明显;整体梁出现典型的弯曲裂缝,而节段拼装梁裂缝数量在整个过程中相对较少,集中出现在节段两侧接缝位置;在塑性阶段,节段梁变形主要发生在接缝位置,梁体变形相对较大,而边跨相对于中跨挠度变化较小。节段拼装梁的预应力筋相比于整体梁发挥了更大的作用,应力增长速率更快,且节段拼装梁有效高度变化小于整体梁。提出了节段预制拼装波形钢腹板连续箱梁抗弯承载力计算公式,且公式计算值与试验结果吻合程度较好。

山区铁路不对称连续钢桁梁柔性拱桥主梁设计

研究目的:钢桁梁柔性拱桥普遍为对称结构,但对于山区铁路桥梁,需要考虑桥址地形、地质条件、建造条件及抗震性能等多种因素。本文以山区铁路某跨越V形深沟桥梁为研究背景,针对地形陡峭、施工空间狭小、施工难度大的特点,提出一种非对称钢桁梁柔性拱桥式方案,为山区铁路桥梁选型拓宽思路。研究结论:(1)采用(216+144)m不对称连续钢桁梁柔性拱桥方案,适用于桥址处的建设条件;(2)通过建立有限元模型,对本桥进行静力和动力计算分析,表明本桥结构刚度、杆件强度等各项力学性能均可满足规范的要求;(3)桥面系采用纵横梁桥面体系,纵梁上设置道砟槽板,减轻了桥面系自重,解决了桥面系后期维修和更换的难题;(4)本桥采用塔架扣索施工方案,解决了悬拼过程主桁架应力及变形过大的难题;(5)本桥形式新颖、结构合理、造型美观、节省材料,对山区地形桥梁设计具有借鉴意义。

连续钢桁梁健康监测系统优化及状态预警研究

针对桥梁健康监测系统庞大、维护困难这一问题,以某连续钢桁梁为研究对象,优化关键性指标,搭建大桥健康监测系统,监测内容包括结构特征监测及耐久性监测,建立信号采集与传输、阈值报警等模块,构建大桥精细化BIM+GIS(Building Information Modeling+Geographic Information System)模型。监测系统实现动态和静态数据综合采集与控制,包括结构应力、结构振动等动态信息及梁体挠度、支座位移、梁端转角、视频等静态信息,系统传感器反馈灵敏,数据采集准确稳定。分析监测数据发现桥梁各监测指标均小于阈值,且具有一定余量,满足桥梁设计要求,桥梁处于安全运行状态。

无合龙段变高度连续钢箱梁桥顶推施工关键技术研究

以某实际工程为背景,介绍了适用于大跨变高度连续钢箱梁桥在跨中不具备设置临时墩条件下的顶推施工方法以及结构内力、线形控制技术。针对主梁梁高变化大和梁底曲线的结构特点,通过主梁立面姿态旋转的方法降低顶推抄垫高度,并采用步履机顶设置转动球冠和调整楔形块的方式适应梁底曲线与顶推设备的贴合需求。针对顶推施工过程中主梁端部挠度过大、合龙口相对高差明显、悬臂根部负弯矩显著增大的问题,基于无应力状态法思想,研究采用了两侧对顶加临时扣索辅助合龙的工艺,优化了结构成桥内力状态,降低线形控制风险;并对顶推过程中钢箱梁底板局部稳定、纵向倾覆稳定性等问题进行了计算分析,提出了相应控制措施。

应急抢修钢桁梁动力响应销孔间隙影响分析

以某128 m跨新型应急抢修钢桁梁为对象,利用ANSYS与UM联合开展车桥耦合分析,选取销孔间隙和钢销直径为关键参数,探究支点存在高差时销孔间隙对钢桁梁结构及车辆响应的影响规律。研究表明:钢桁梁存在支点主桁高差或对角高差,在钢销直径恒定时,钢桁梁和车辆响应均随间隙增大而增大;在销孔间隙恒定时,钢桁梁和车辆响应均随直径增大而降低。相较于主桁高差,当存在对角高差时,销孔间隙对钢桁梁动力响应显著,而对车辆响应影响较小。此外,相较于钢桁梁竖向动力响应,销孔间隙对于横向水平动力响应的影响更为显著,设计与工程应用中应重点关注。

变截面钢桁腹混凝土组合梁-钢腹杆剪应力计算

基于弹性梁微元法,考虑混凝土顶底板对组合梁的抗剪贡献,在轴力、剪力及弯矩共同作用下,推导变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算公式,并结合算例和有限元进行验证,对比分析在集中荷载作用下理论值与有限元值的相对误差,验证计算公式的适用性。研究结果表明:解析法和有限元法计算结果吻合良好,在变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算中变截面效应的影响不可忽略。在集中荷载作用下,等截面梁与变截面梁等效钢腹板的承剪比最大差值约79.75%;从悬臂梁端部到根部,钢腹杆的剪应力在减小,钢腹杆的承剪比从81.48%降低至10.90%。

一座大跨弧形变高度钢桁架人行天桥设计研究

以某大跨弧形变高度钢桁架人行天桥为设计背景,通过建立空间有限元模型,与取消竖杆后的钢桁架、等高度钢桁架和钢管桁架进行对比分析,得出:当节间距较小时,竖杆对整体竖向刚度的影响小于对整体结构质量的影响,取消竖向后可以增加结构的固有频率;弧形钢桁架会导致整体竖向刚度下降,常规条件下宜选用等高度桁架形式,可降低桁架高度,节约用钢量;钢管桁架能更好地发挥材料特性,较箱形桁架能较大地发挥截面特性,能减少用钢量和焊接工作量。研究结果可为今后同类人行天桥提供一定的借鉴和参考意义。

基于非线性规划实现钢桁连续梁预拱度

研究目的:大跨钢桁连续梁结构复杂,预拱度较大,影响预拱度计算结果因素较多。本文通过运用非线性规划理论建立数学模型,利用MATLAB软件,达到准确快速求解桁式方案复杂、拱度值较大的钢桁连续梁桥预拱度曲线的目的,为大型钢桁连续梁桥预拱度曲线实现方法提供参考。研究结论:求解桁式复杂的钢桁连续梁桥预拱度,应采用升降温计算方法实现结构预拱度;非线性规划理论优化目标明确,约束方程灵活,可方便快捷地得到结构的预拱度曲线,不失为一种求解桥梁预拱度曲线的普遍方法;本方法仅改变上弦杆的长度,可使设计工作大大简化。

渝怀线长寿长江大桥荷载试验研究

渝怀线长寿长江大桥为双线下承式连续钢桁梁,介绍桥梁静动力试验成果,结合有限元理论分析,将试验结果与计算结果及规范值进行比较,评价桥梁现状。

钢-混凝土连续组合桁梁桥受力性能优化

为有效改善钢-混凝土连续组合桁梁桥负弯矩区受力性能,以天津海河吉兆桥为例,总结连续组合桁梁桥的主要设计难点,并对传统的解决方案进行评述,在此基础上提出综合采用部分组合技术、双重组合技术以及优化施工工序3项措施对吉兆桥进行优化设计。采用MIDASCivil软件建立吉兆桥边上1榀组合桁架有限元模型,进行施工全过程分析,检验3项优化措施的有效性。对比分析结果表明,采用此3项技术措施可使混凝土桥面板在荷载短期效应组合下始终受压,下弦杆钢板最大压应力相比不灌混凝土方案降低了约25%。可见,合理采用此3项技术措施可显著降低钢-混凝土连续桁梁桥负弯矩区混凝土桥面板的拉应力和下弦杆钢板的压应力,从而有效避免混凝土桥面板开裂,改善下弦杆的稳定性。

列车通过连续钢桁梁桥时的动力响应研究

将列车—连续钢桁梁桥视为一个耦合的整体系统 ,采用桁段有限单元对连续钢桁梁桥进行离散 ,每节车辆采用具有 2 1个自由度的二系弹簧车辆空间振动模型 ,列车与连续钢桁梁桥通过轮轨相互作用关系进行动力耦合 ,应用弹性系统动力学总势能不变值原理 ,建立列车—连续钢桁梁桥时变系统的整体振动方程 ;采用直接积分法计算了列车以不同速度通过 2座连续钢桁梁桥时的桥上列车振动响应全过程 ,分析计算所得结果 ,可以得出 2座桥梁行车安全的结论 .

铁路变高度连续钢桁梁桥检修车结构设计

研究目的:桥梁养护和维修是保障桥梁寿命和行车安全的一项非常重要的工作,南昌枢纽东新赣江特大桥为变高度连续钢桁梁桥,也是目前我国跨度最大的铁路四线钢桁梁桥,本文旨在研究能安全爬坡、过跨,同时满足该桥起升高度大、横向跨度大、防电性能要求高等需求的检修设备结构设计方案。研究结论:本文研究的检修车结构方案:(1)通过电控插拔销装置,可实现检修小车步履式走行,无需作业人员到弦杆上操作,同时小车与轨道之间安装了反滚轮装置,提高了施工作业和走行的安全性;(2)通过将走行轮箱制作成拱形,实现了检修小车的过跨行走,一台检修车即可完成全桥检修工作,可有效降低成本;(3)侧面悬挂工作台采取轻质可伸缩的桁架式吊笼,并在桁架上采用限位保护装置,可实现上弦侧面及腹杆的全面、安全检修;(4)本文介绍的技术方案可供变高度、横向跨度大的同类型钢结构桥梁检修设备设计提供参考。

多跨连续刚构桥合拢方案分析

针对大跨度多跨高墩连续刚构桥合拢顺序(合拢方案)对结构内力和累计位移影响规律研究的不足,以8跨一联、主跨120 m、墩高110.3 m的湖南省汝城至郴州高速公路的文明特大桥为例,采用对比的方法分析了大跨度多跨高墩连续刚构桥合拢顺序对结构受力以及位移的影响,以及采用一次张拉或两次张拉两种张拉方式张拉合拢段预应力钢束对合拢段及整个结构的影响。结果表明:不同的合拢顺序对成桥状态结构受力影响不大,但对累计位移有较大影响,而这直接影响挂篮悬臂施工的立模标高;合拢段预应力钢束的张拉方式不同会影响合拢段主梁的下缘应力,而对其上缘和其他节段主梁应力以及位移影响甚微。

芜湖长江大桥正桥上部结构设计

全面介绍已建成通车的芜湖长江大桥上部结构设计概况。其主跨斜拉桥为国内最大跨度的公铁两用桥 ,跨中合龙首创双铰合龙法。正桥钢梁采用了

六线铁路斜拉桥双层双桁钢桁梁设计

新白沙沱长江大桥主桥为(81+162+432+162+81)m六线铁路钢桁梁斜拉桥。大桥采用双层桥面,上层布置四线客运专线铁路,下层布置双线货运铁路。该桥采用半飘浮体系,在主梁和桥塔下横梁之间设置纵向阻尼装置。主桁采用制造安装方便、受力及经济合理的2片主桁直桁矩形断面,N形桁架,桁宽24.5 m,桁高15.2 m,节间长13.5 m。钢桁梁节点横联每侧加设1根斜杆及1根直吊杆。上层桥面采用正交异性板整体桥面,下层桥面采用纵、横梁+道砟槽板体系桥面。为提高列车运行舒适性,减少养护工作量,设计采用钢纵梁连续不设断缝,在纵梁和下平联间设置加密间距的制动联结系。索梁双索锚固采用整体双锚拉板式。在下层桥面设置压重箱集中压重。

三岸邕江特大桥施工监控研究

南钦铁路三岸邕江特大桥主桥为(132+276+132)m三跨连续钢桁拱桥,主桥钢梁从两侧边跨向中跨架设、在中跨跨中合龙。为了使桥梁在成桥状态达到目标几何线形和内力状态,对架设过程进行监控。在无应力控制法理论基础上,利用有限元程序建立钢桁拱桥空间计算模型,制定监控方案。钢梁拼装架设过程中,对钢桁拱桥变形、受力及主要辅助施工设施(临时吊索)受力进行监控。在钢梁悬拼至跨中合龙阶段,监测结构变形变位情况,确定相应的移落梁调整数值。预先移落梁调整后,监测结构变位情况,按照合龙口宽度和温度变化的规律,在一天最高温度时,通过对拉两岸钢梁调整下弦合龙口宽度,实现钢梁下弦合龙。拱肋部分合龙完毕,起顶两岸边墩使系杆合龙口尺寸达到设计宽度,实现系杆无应力合龙。系杆合龙后,根据监控计算结果,先拆南宁岸吊索,后拆钦州岸吊索。成桥阶段监控结果显示:主桁各节点实际预拱度与理论预拱度符合较好,误差在2mm以内,结构线形平顺匀滑。

港珠澳大桥非通航孔桥型方案分析

港珠澳大桥是一座跨越珠江口伶仃洋海域的大型跨海通道工程,设计使用寿命120年。非通航孔桥宜选取结构体系简单的连续梁桥方案,应具备单元标准化、制造工厂化、安装大型化、细节精细化、控制信息化、维护便捷化的特点。从跨径、主梁及基础三方面进行比选,推荐采用120 m跨径的钢桁叠合连续梁桥,上、下游对称分幅布置,预制沉井,整体式墩身。为解决结构的耐久性问题,叠合梁叠合面钢板采用喷铝防腐保护;钢桁杆件采用箱形截面,接头采用焊接接头。

三门峡黄河公铁两用大桥总体设计及创新

三门峡黄河公铁两用大桥为蒙西至华中地区铁路煤运通道跨越黄河的控制性工程,通行双线重载铁路、双线Ⅰ级铁路及6车道高速公路,全长5 663. 754 m,其中公铁合建段长1 762. 733 m。主桥采用(84+9×108+84) m连续钢桁结合梁,钢桁梁为3片主桁结构,中边桁中心距13. 6 m,每片主桁均采用无竖杆的三角形桁架,桁高15 m,节间长12 m。下层铁路桥面采用正交异性整体钢桥面板;上层公路桥面采用混凝土板与主桁结合的组合结构。钢梁材质采用Q370qE。设计活载合计473. 2 k N/m。桥墩采用圆端形门式空心墩,基础采用钻孔桩基础。主桥采用双曲面减隔震支座及合理的构造处理有效提高了结构抗震性能。钢桁梁采用顶推法施工,公路桥面板采用预制架设法施工。

大跨连续钢桁梁架设施工控制分析

向莆线东新赣江特大桥是一座(126+196+126)m下承式连续钢桁梁,全桥四线铁路共建,两片主桁,桥面系为整体正交异性钢桥面。在东新赣江特大桥连续钢桁梁拼装架设过程中,对其线形、应力和整体抗倾覆稳定性等方面进行施工过程控制,确保了钢梁架设施工过程中的结构安全和顺利精确合龙,使成桥的线形和内力达到了设计预期的理想状态。