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。

大跨度拱桥无砟轨道线形控制及调整技术

一座跨越通航河流的主跨180 m铁路连续梁拱桥,由于锁定轨枕标高后再浇筑道床板、后浇部分三墙工程,以及底座板施工后梁面CPⅢ测点未复测,使得最终轨面线形低于设计值。为解决揭板重新铺设轨道费用高、产生废弃工程、污染环境、整治施工工期较长等问题,提出一种通过调整吊杆内力来调整轨面线形的方法,这种方法弥补了重铺轨道的缺点。该方法技术难度大,实施中结合现场实际情况,精确计算桥梁梁体线形与吊杆力的线性关系,对结构的受力进行分析,并利用磁通量传感器、千斤顶等设备开展现场监测和控制,在保证结构安全的基础上实现对轨面线形的精确调控。

铁路曲线槽-箱混合连续梁的曲率效应

将槽形梁与箱形梁结合形成的槽-箱混合连续梁是一种适用于铁路小半径曲线区段的新型结构,但较大的曲率会引起显著的弯扭耦合作用,从而导致曲线梁体开裂或支座破坏。为研究曲线半径对铁路曲线槽-箱混合连续梁空间力学行为的影响,以在建揭阳—惠来单线铁路跨梅州—汕头高铁两等跨槽-箱混合连续梁为依托,建立空间梁单元有限元模型,分析该桥在悬臂转体施工和成桥运营阶段的位移、应力和自振特性,并计算曲线半径对转体施工和运营阶段的主梁变形、应力、自振特性等结构受力特性的影响。结果表明:在转体(悬臂)和运营(连续梁)阶段,梁体曲线内外竖向位移差主要是恒载产生的,其他荷载影响较小;对于两跨单线铁路槽-箱混合连续梁桥,在跨径较大且主梁宽度与曲线半径比值较小的情况下,曲线半径并非影响主梁顺桥向正应力和自振频率的敏感参数,但曲线半径对槽-箱混合连续梁桥曲线内外竖向位移差影响较大;最不利工况条件下,两等跨铁路曲线槽-箱混合连续梁桥在转体施工和运营阶段的变形、应力、自振特性等关键静动力性能指标均满足规范要求。该新型结构适用于曲线半径超过300 m、建筑高度受限的桥梁。

连续梁桥施工预拱度计算方法研究

采用Midas Civil有限元软件进行建模分析,在悬臂挂篮浇筑施工过程中,建立施工线形控制体系,对施工预拱度进行预测,施工过程中与理论值进行比对,不断调整仿真模型,确保连续梁桥施工过程及成桥状态结构安全、几何线形符合规范要求。

大跨混合连续箱梁桥钢混结合段传力机理试验与分析

依托福州马尾大桥设计制作了几何缩尺比为1∶3.5的钢混结合段大比例模型,采用精细化实体有限元方法,开展不同设计荷载组合工况下的静力加载分析,以揭示此类新型钢混结合段在大跨混合连续箱梁桥中的传力机理.结果表明:承载能力极限最大弯矩组合工况下,试验模型混凝土梁段全截面受压,结合面处顶板混凝土最大压应力为-23.6 MPa、底板钢板最大拉应力为115.8 MPa,均小于材料的设计强度;加载至1.4倍承载能力极限状态工况,钢混结合段试验模型并未出现明显破坏,各关键截面测点的荷载-位移/应变曲线基本呈线性关系,结构始终处于弹性工作状态,表明该钢混结合段的设计具有充足的安全储备;同时钢混结合段沿纵桥向分布的各截面竖向变形没有明显突变,说明该钢混结合段传力平顺,可保证主梁刚度从混凝土箱梁段到钢箱梁段的平稳过渡.相关研究成果可为今后此类混合连续箱梁桥的设计与施工提供参考.

杭温铁路主跨216m钢混刚构连续梁桥总体设计及技术创新

新建杭温铁路永嘉右行线跨甬台温特大桥采用(100+216+100) m钢混刚构连续梁桥跨越楠溪江。该桥主跨采用钢混混合梁形式,中跨跨中82 m采用单箱双室钢箱梁,其余主梁采用单箱单室混凝土梁;钢梁与混凝土梁之间通过4 m长的钢混结合段连接;刚臂墩采用矩形空心墩,基础采用钻孔灌注桩基础。该桥混凝土主梁采用悬臂浇筑施工,跨中钢箱梁部分采用工厂制造、桥面吊机整体吊装的方式施工,极大地缩短了工期;采用“一端先永久连接,另一端精确配切合龙”的方法进行大尺寸、大质量钢箱梁的整孔吊装合龙,很好地解决了钢结构之间“硬合龙”的难题;将墩高较矮的主墩由刚臂墩替换为带支座的常规桥墩,减少了结构的超静定次数,更有利于结构的受力;相比于已在铁路箱形混合梁中较为成熟的有格室前后承压板式钢混结合段,本项目采用了带PBL连接件和剪力钉的有格室后承压板方案很好地实现了力的顺畅传递;体外预应力索的设置有效地减小了连续刚构桥后期徐变变形大的问题。

西安市三环路系统工程灞河大桥关键技术及创新

西安市三环路系统工程灞河大桥全长1.061 km,包括灞河大桥主道桥、灞河大桥辅道桥及广运潭辅道桥三部分,桥梁总面积为43881 m^(2),概算总额2.197亿元,是陕西省最大的市政跨河桥梁工程。桥梁位于西安市大型旅游开发项目--广运潭之上,在“西部第一水城”--西安市浐灞生态园区内横跨灞河,景观要求很高。总体设计利用三环路设置主辅道的特点,创新性地提出了“主道桥和辅道桥相同跨径、不同高程”的设计思路,主道桥主桥采用(2×50+80+2×50)m下承式钢管混凝土拱梁组合体系,辅道桥主桥采用(25+2×50+80+2×50+25)m的连续箱梁,构思巧妙,在满足主辅道交通功能要求的同时达到了良好的景观效果,可为类似项目提供借鉴。

高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部受力行为分析

为分析高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部位在施工与运营过程中的应力状态,采用建立施工全过程杆系有限元模型,计算施工及运营阶段内力与位移,同时考虑钢管与管内核心混凝土、管外拱脚混凝土接触面双重滑移效应,建立墩-梁-拱结合部位实体有限元模型并通过现场实测应力验证模型准确性的方法,探究结合部位的钢-混凝土界面滑移规律与空间应力分布状态。研究结果表明:拱肋钢管与拱脚混凝土、核心混凝土间最大相对位移值分别为1.1,1.2 mm,在设计时宜增加隔板或剪力钉以改善钢与混凝土协同受力;结合部位应力基本处于规范限值内,在过人洞处出现应力集中,倒角处最大拉应力达3.81 MPa,可设置必要的构造钢筋抑制斜向裂缝的发展;拱脚顶面混凝土出现应力集中,且远超规范限值,建议将拱脚混凝土替换为钢纤维混凝土。研究结果可为连续刚构-拱组合桥施工安全提供参考。

雄商高铁黄河特大桥主桥桥型方案比选

雄商高铁黄河特大桥设计时速350 km,铺设无砟轨道。根据防洪及通航要求,该桥主桥中部跨度布置为(4×260+280)m,属于超长联大跨桥梁。结合桥址处建设条件、长联无砟轨道高速铁路桥梁建设及高速铁路行车要求,从桥型的边中跨比、梁高、结构体系、轨面平顺性能等方面,分别确定拱加劲连续钢桁梁桥、斜拉桥、部分斜拉桥、连续梁拱桥4种桥型的最佳方案,并对各桥型最佳方案进行技术经济综合比选。比选结果表明:斜拉桥方案在多跨情况下刚度小,采用多种工程措施提升刚度后造价最高;部分斜拉桥方案边塔尺寸较大,混凝土梁应力较高且工期较长,造价较低;连续梁拱桥方案采用钢-混混合梁减轻自重,合理跨度得到提升,造价高;拱加劲连续钢桁梁桥方案技术经济性好、受力性能较好、施工速度快,且与环境契合,因此最终采用该桥型方案。

成达万高速铁路渠江特大桥主桥桥式方案研究

成达万高速铁路渠江特大桥跨越渠江,为新建成都—南充—达州—万州高速铁路重点控制工程。结合线路、行洪、通航、环保等情况,提出(128+248+128) m连续刚构部分斜拉桥、(48+112+248+112+48) m钢管混凝土桁架组合梁斜拉桥、(128+248+128) m连续刚构拱桥3种主桥桥式方案,分别从桥梁的景观效果、经济性、施工难度、技术创新性、碳排放及后期养护维修等方面进行综合比较,(48+112+248+112+48) m钢管混凝土桁架组合梁斜拉桥具有景观好、经济性能优、碳排放少及具有技术创新等优点,选定其作为推荐桥式方案。该桥建成后,将为高速铁路桥梁智造提供一个方向,为同类桥梁设计提供借鉴。

福州鹅头溪大桥桥型方案比选

鹅头溪大桥跨越现状鹅头溪,是沿溪大道桥涵工程的控制性节点工程,从通航需求和现状河道条件方面考量,本桥无设置超大跨径桥梁的需要。鹅头溪大桥提出了波形钢腹板-平钢底板钢混组合梁桥、预应力混凝土连续刚构桥和下承式斜靠拱桥+预制装配小箱梁桥三种桥型方案。从桥型方案的结构性能、施工工期、视觉效果等方面进行分析,最终确定采用波形钢腹板-平钢底板钢混组合梁桥方案,该桥型方案负弯矩区采用钢混组合桥面板结构,改善了桥面板的受力性能,提高了耐久性能。该结构受力体系合理、整体性能好、造型轻盈,与周边环境相协调,视觉效果良好。

东明黄河公路大桥主梁加固关键施工技术

东明黄河公路大桥主桥为(75+7×120+75)m的预应力混凝土刚构-连续组合体系梁式桥,该桥运营多年后出现了梁体开裂和跨中下挠病害。为解决桥梁抗剪承载力不足和跨中下挠问题,主梁采用斜拉体系加固方案,即在原桩基两侧增设桥塔,主梁下部横向增设托梁,托梁与主梁之间通过托架在箱梁底部连接,从桥塔至托梁锚固斜拉索。在主梁加固施工中,新增钻孔灌注桩基础采用回旋钻机钻孔,采用"U形管"法压浆;新增钢构件(托梁、托架和箱内钢支撑)施工主要包括吊装、钻孔、植筋及箱内钢支撑施工;斜拉索按照从中塔到边塔、从短索到长索的顺序分级对称张拉。加固后的荷载试验表明,斜拉体系加固施工改善了桥梁的受力,抬升了跨中截面高度,加固效果明显。

大跨度连续梁桥与梁拱组合桥梁轨相互作用比较

为了比较大跨度铁路连续梁桥与梁拱组合桥梁轨相互作用特点,以(82.9+172.0+82.9)m连续梁桥与梁拱组合桥为例,分别建立考虑钢轨-主梁-桥墩-基础、钢轨-拱肋-吊杆-主梁-桥墩-基础这2种桥梁梁轨系统一体化有限元模型,系统对比温度、活载、制动力、混凝土收缩徐变等作用下连续梁桥与梁拱组合桥上无缝线路纵向力的分布规律,并对线路纵向阻力、钢轨伸缩调节器设置等参数的影响进行探讨。研究结果表明:采用德国规范与中国无缝线路规范中的纵向阻力模型,连续梁桥钢轨伸缩力最大值与梁拱组合桥的钢轨伸缩力最大值相比分别大2.3%和2.0%;连续梁桥有载侧和无载侧钢轨最不利挠曲应力与梁拱组合桥的无载侧钢轨最不利挠曲应力相比均大67.8%;温度与断轨位置对断轨力影响显著;2类桥梁钢轨应力在同向列车制动与桥梁收缩徐变作用下变化规律与大小基本一致;对下部结构,连续梁桥对梁体升温敏感程度比连续梁拱桥的大,在挠曲工况下,两者墩顶水平力最大差为176.1 k N。

简支梁桥拱型桥面连续构造的受力性能

针对国内简支梁桥桥面连续混凝土开裂的现状,建立有限元模型分析桥面连续构造的破坏机理.分析结果表明:造成桥面连续混凝土开裂的主要原因是简支梁的纵向位移、转动及不均匀沉降引起的内力,直接作用于混凝土或通过纵向连接钢筋传递至混凝土,为了改变内力的传递方式,解决桥面连续混凝土的开裂问题,根据拱型结构拱脚受拉使拱顶产生正弯矩的受力特点,提出一种新型的拱型桥面连续装置.为了验证该装置的有效性,制作了拱型桥面连续和传统型桥面连续的模型并进行了设计荷载下的受力试验.试验对比结果及有限元计算表明:拱型桥面连续装置对混凝土的拉力有较好的分散作用,大大减小了桥面连续混凝土的纵桥向拉应力,有效地改善了桥面连续混凝土的开裂损伤.

新月形拱-连续梁组合体系桥优化分析

为研究新月形拱-连续梁组合体系桥的受力特点和力学特性,以福建漳州九龙江大桥主桥为背景,采用空间有限元软件对影响新月形拱稳定性的控制因素以及新月形拱、主梁抗弯刚度变化对结构内力和位移的影响程度进行了参数分析。结果表明:副拱肋对新月形拱的稳定性起决定作用,主副拱肋夹角对新月形拱的稳定性影响可以忽略;恒载和活载分别作用下,新月形拱的主拱肋、副拱肋和主梁抗弯刚度对内力分配的影响规律是一致的,拱肋部分刚度越大,分配到的内力越大,主梁内力和变形减小的程度也越大。

福州马尾大桥主桥设计关键技术

福州马尾大桥主桥为跨径布置(71+83+123.5+240+123.5+83+71)m的连续箱梁桥,结合该桥长联、大跨、多跨等特点,对其设计关键技术进行研究。为降低梁体自重,该桥主梁采用钢—混混合梁(跨中设置96m长的钢箱梁),同时主梁根部采用空腹式箱梁结构。为降低桥梁的地震响应,14号、15号主墩布置摩擦摆球型支座,其他桥墩均布置摩擦摆柱面支座。为使主梁V撑上、下弦与整体主梁间的传力平顺自然,采用"V叉挑板式"角隅节点。为适应梁式桥的综合传力要求,钢-混结合段采用填充混凝土后承压板式构造。通过配置体外预应力实现对主跨跨中下挠的主动控制。

瓯江特大桥钢箱梁合龙控制研究

混合梁结构多用于斜拉桥,在大跨径连续刚构桥上应用较少,且混合梁连续刚构桥研究不够深入。瓯江特大桥主桥采用大跨径混合梁连续刚构桥,由于主跨跨中存在一个大节段钢箱梁段,故在设计、施工方面与常规混凝土连续刚构桥有较大不同,同时在施工控制过程中也出现了很多新问题。在常规混凝土连续刚构桥控制方法的基础上,对钢混结合段累计位移的突变问题进行分析,得到准确预测钢混结合段安装标高的方法。对钢箱梁吊装状态进行分析,得到准确的钢箱梁加工线形。对合龙时的温度效应进行分析,把握了温度影响规律,为钢箱梁的精确合龙提供依据。

宜万铁路宜昌长江大桥主桥创新技术研究

宜万铁路宜昌长江大桥主桥采用(130+2×275+130)m连续刚构柔性拱组合结构,桥型方案为铁路桥梁首次采用,设计中针对结构构造、受力、施工等特点,采用了多项技术创新,包括桥梁结构、构造和材料等方面。

南太子湖拱形连续箱梁桥参数敏感性分析

为了准确把握拱形连续箱梁桥在施工阶段及运营阶段内力和线形的变化,以武汉南太子湖大桥为例,采用有限元方法建立了全桥仿真计算模型,分析了刚度、自重、混凝土收缩徐变、温度、预应力等参数对桥梁内力和线形的影响规律。结果表明,预应力损失对桥梁内力和线性影响最大,自重、刚度误差对线形影响相对较小,挠度变化幅度为理论值的5%—27%。预应力损失使上缘应力减幅达6.7%,下缘应力减幅达14.4%。混凝土收缩徐变对参数的误差效应有放大作用。

多跨连续梁拱组合体系桥梁施工关键问题研究

安康市城东汉江大桥主桥为(75+2×125+160+2×125+75)m多跨连续梁拱组合体系桥梁,全桥采用先梁后拱法施工,系梁采用平衡悬臂浇筑法施工,中跨跨中33m梁段采用支架现浇法施工。为选择合理的现浇段支架拆除时机、边跨配重卸载时机、临时固结拆除顺序以及吊杆张拉顺序和次数等,采用MIDAS Civil建立全桥有限元模型,针对各种方案下的结构进行模拟分析。结果表明:跨中现浇段的支架应在张拉完全部吊杆后再拆除;边跨配重应在中跨或次边跨合龙后再卸载;应待相邻孔合龙后再拆除前一合龙孔的临时固结;应对称交替地张拉吊杆,设计张拉力较小时可一次张拉到位,设计张拉力较大时应分批张拉到位。该桥采取以上方案施工后,结构受力状态良好。