铁路高低塔混合梁斜拉桥约束体系设计

汉巴南铁路嘉陵江大桥主桥采用(45+55+58+335+58+49)m高低塔混合梁斜拉桥,以降低结构内力和位移响应、优化行车条件及轨道结构使用性能为目标,对大桥的约束体系进行设计。选取3种纵向约束、5种横向约束体系方案,建立有限元模型分析各方案静力及地震作用下的结构响应,得到纵向采用阻尼约束或支座位移约束的半飘浮体系时结构静力响应差异较小,采用阻尼约束时的地震响应较小,横向采用阻尼约束或挡块限位约束均能实现较好的耗能限位效果,采用阻尼约束时的减震效率不高。根据各方案地震响应结果,结合行车条件及轨道结构的性能需求,该桥纵向采用组合式约束体系,运营及设计地震作用下为带支座纵向位移约束的半飘浮体系,罕遇地震作用下为带纵向阻尼约束的半飘浮体系;横向采用固定支座+限位挡块的方案;根据约束方案确定了约束布置和相关技术参数,实现了铁路桥梁的性能目标。

大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥结构体系研究

甬舟铁路富翅门公铁两用跨海大桥采用主跨388 m高低塔公铁平层挑臂式钢箱梁斜拉桥,为世界上最大跨度的高低塔公铁平层合建斜拉桥。为研究适用于大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥最优结构体系,结合富翅门公铁大桥结构不对称的特点,对5种不同类型半飘浮体系、塔梁约束体系进行比选研究。通过对5种约束体系在静、动力荷载作用下的桥塔弯矩、桥塔位移、主梁位移对比分析,推荐采用高塔侧设置固定支座、矮塔侧采用活动支座的约束体系,该体系抵抗纵向荷载能力强、释放体系温度变形差,与常用的半漂浮体系相比,在静、动力荷载作用下桥梁总荷载效应小,具有良好的静动力性能,其中静力作用下两桥塔塔底总弯矩降低15%,两侧梁端总位移降低51%,两塔顶位移减少29%;动力作用下两桥塔塔底总弯矩相当,两侧梁端总位移降低76%。

鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥塔梁同步施工测量技术

安九铁路鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥为(50+50+224+672+174+50+50+50)m钢箱混合梁斜拉桥,主跨和辅助跨采用钢箱梁,桥塔采用H形塔,黄梅侧桥塔采用塔梁同步方案施工。针对塔梁同步施工测量重难点,运用莱卡TM50全站仪自动化实时采集塔端监测数据,利用Matlab程序计算塔柱纵向偏移量以修正塔偏;在塔柱“零状态”下采用天顶距法传递高程基准,采用精密全站仪后方交会设站传递平面基准至塔柱顶端测量平台,基于内控法进行钢锚箱安装及精密定位测量;采用全站仪三维坐标法进行钢箱梁安装定位,基于相对高差法控制钢箱梁安装线形。塔梁同步施工测量期间,通过加密控制网、全站仪自动观测、塔偏修正、钢锚箱精确定位及钢箱梁安装等技术,使塔柱和主梁施工节段能正确无误地顺接,在保证施工质量的同时缩短了施工工期。

矮塔斜拉桥塔高优化分析

通过大型通用有限元分析软件Midas/Civil建立模型,在索力影响矩阵的基础上,以斜拉索初张力为目标,建立矮塔斜拉桥塔高优化模型,分析了塔高变化对主梁内力产生的影响,并对兰州小西湖黄河大桥塔高进行了优化计算分析。结果表明,在不增加斜拉索总面积和基本不改变配索量的前提下,通过合理调整斜拉索的初张力可以达到优化塔高的目的,其优化效果非常明显。矮塔斜拉桥的塔高降低且斜拉索初张力采用优化值后,全梁的挠度图、弯矩图更平顺,可以改善矮塔斜拉桥主梁的受力性能。对于PC矮塔斜拉桥而言,塔跨比在0.08～0.125之间,结构整体受力合理,在0.11时,斜拉索在其容许应力范围内利用率最高。

大跨度组合梁斜拉桥结构设计方案研究

为使大跨度组合梁斜拉桥的结构性能更优,以某(80+290+768+70+70+70+60)m双塔双索面半飘浮体系混合梁斜拉桥方案为背景,从主梁断面型式、主梁参数(梁高、断面面积、桥面板厚度)、桥塔高度、桥面铺装及主梁钢-混结合段位置等对结构性能的影响进行对比分析。结果表明:主跨800m左右的组合梁斜拉桥在理论计算分析上具备可实施性;箱形断面组合梁较为适合用于大跨、宽幅组合梁斜拉桥;提高钢主梁断面的有效面积和桥塔高度对改善组合梁斜拉桥受力状况有较大帮助;大跨度组合梁斜拉桥桥面铺装厚度应结合总体受力、大气环境、荷载类型等因素考虑;钢-混结合段位置选取应兼顾受力特性、施工工艺简便和经济性。

瓮马铁路北延伸线湘江特大桥总体设计

瓮马铁路北延伸线湘江特大桥为典型的山区峡谷高墩大跨度桥梁,桥址两岸地形陡峭,滑坡、溶洞、危岩落石等不良地质分布范围广,局部基岩裸露。依据"安全、适用、经济、美观、耐久和环保"六项原则,主桥采用(120+2×235+120)m三塔连续刚构斜拉桥跨越湘江河谷,主梁采用单箱单室预应力混凝土箱梁,斜拉索采用单丝涂覆环氧涂层预应力钢绞线拉索体系。桥塔为双柱式钢筋混凝土高低塔,中塔桥面以上塔高45m,边塔桥面以上塔高35.5m。桥墩高度分别为80.5,164.5,53.5m,采用双肢薄壁墩和空心墩组合的形式,既提高了结构强度和刚度,又较好地解决了长联大跨桥梁温度力和地震力作用下受力不利的难题。湘江特大桥静、动力分析结果表明桥梁结构受力性能良好、安全可靠。

辅助墩对大跨度高低塔PC斜拉桥的受力影响分析

通过分析辅助墩对荆州长江公路大桥南汊通航孔主桥的受力影响,探讨了辅助墩与高低塔斜拉桥结构受力的关系,分析了辅助墩设置的最佳位置,并提出了不设置辅助墩所面临的问题及相应的解决办法,可为同类斜拉桥的结构分析、设计提供参考。

独塔部分地锚式PC斜拉桥经济及设计参数研究

为得到独塔部分地锚式PC斜拉桥的合理设计参数范围,通过对拉索、主塔、锚碇、主梁的材料用量和造价进行计算,建立了全桥总造价及单位桥长造价公式,据此开展了独塔部分地锚式PC斜拉桥合理背索自锚比例、锚碇主跨长度比、边主跨比及塔跨比的研究,并与其他斜拉桥型进行了对比。结果表明:考虑全桥跨越能力时,背索自锚比例宜取0.336~0.487范围内的大值,边主跨比宜取0.487~0.544范围内的小值,考虑单跨跨越能力时反之;当主跨跨度较小时,可取适当小于依据上原则的取值,当主跨跨度较大时反之;塔跨比宜取0.372左右,对应的主跨边索倾角为20.4°左右,跨径较小时取较大值,跨径较大时取较小值,与其他斜拉桥型无明显区别。独塔部分地锚式PC斜拉桥仅在边跨自锚段空间受地形条件限制时经济性能优于独塔常规斜拉桥,在常规地形并无优势。

山区非等高三塔斜拉桥纵向抗震约束体系研究

为确定山区非等高三塔斜拉桥合理的纵向抗震约束体系,以平塘特大桥为研究背景,采用非线性时程分析法进行研究。基于结构纵向地震反应,通过对比不同约束体系在地震作用下的响应,选取较为合理的纵向约束体系;通过在两边塔处设置液体黏滞阻尼器来减小结构的地震响应,并进行液体黏滞阻尼器参数敏感性分析,选取较为合理的阻尼器参数;在此基础上,通过对存在塔高差异的两边塔采用不同参数的液体黏滞阻尼器,进一步优化结构受力和位移。研究结果表明:在两边塔处设置液体黏滞阻尼器可以显著减小纵向地震作用下结构的内力和位移;通过两边塔采用不同参数的液体黏滞阻尼器,可以使三主塔所受内力均较小,且边塔可以更好地分担中塔受力。

高低塔斜拉桥在温度作用下的静力特性研究

为探讨温度对高低塔斜拉桥结构成桥使用舒适性及安全性的影响,以跨径为(157+280+93.5)m的清溪口渠江特大桥为工程背景,建立有限元分析模型,分别研究了体系温差、日照温差和索梁温差荷载作用对高低塔斜拉桥的主梁应力、主梁竖向位移及斜拉索索力的影响。研究表明:体系温差作用下,低塔侧边跨的主梁翼缘应力和斜拉索索力变化量较高塔侧大,主梁上翼缘的应力小于下翼缘;体系温差和日照温差作用下,高塔边跨的主梁变形较低塔侧大;日照温差作用下,日照升温和降温引起的主梁变形、应力分布及斜拉索索力变化规律相反,且日照升温引起的主梁挠度值、上下翼缘应力值、索力变化量是日照降温的2倍;索梁温差作用下,高塔侧边跨的斜拉索索力、主梁翼缘应力及竖向位移较低塔侧大。在实际工程设计中,应注意关键位置处主梁的应力储备和挠度控制,以及斜拉索的承载能力保有量。

湖杭高铁富春江特大桥主桥主梁设计

湖杭高铁富春江特大桥主桥采用主跨300m高低塔混合梁斜拉桥。该桥中跨主梁采用钢-混结合梁,边跨部分区域主梁采用预应力混凝土箱梁。结合梁采用槽型钢梁与混凝土桥面板相结合的形式,槽型钢梁由双边箱+弧形底板+横隔板+外挂式风嘴构成。混凝土梁采用两侧双主梁+中间密横隔梁结构体系。钢-混过渡段采用梯形填充混凝土后承压板式构造。斜拉索在结合梁上采用钢锚箱式锚固结构,在混凝土梁上采用开槽式锚固结构。采用MIDAS Civil软件对该桥进行静动力分析,结果表明:该桥主梁结构满足高低塔斜拉桥受力特性;主梁底板采用弧形设计,纵、横刚度大,结构受力性能和经济性优良;主梁梁体的刚度较大,平顺度较好,能够满足铺设无砟轨道的要求。

大跨度四线铁路高低塔混合梁斜拉桥桥塔设计

福厦高铁乌龙江特大桥孔跨布置为(72+109+432+56+56)m,是国内外首次设计的高速铁路大跨度四线铁路高低塔混合梁斜拉桥。为优化桥塔设计,通过对桥塔塔形、刚度、塔高匹配、索塔锚固体系等方面进行研究分析,提出合理的设计思路、方法,确定花瓶形塔形和合理的高低塔桥塔设计。受力分析表明,桥塔受力性能均满足规范要求。

高低塔斜拉桥施工阶段温度效应分析

为了解高低塔斜拉桥施工阶段温度作用对结构的影响,以清溪口渠江特大桥主桥为背景进行研究。采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析最大单悬臂施工阶段昼夜温差、主梁温度梯度、桥塔温度梯度、斜拉索与桥塔和主梁温差对斜拉索索力和主梁挠度的影响。结果表明:昼夜温差引起的主梁挠度和斜拉索索力变化很小;主梁温度梯度作用下,边跨主梁挠度和斜拉索索力变化较小,中跨主梁挠度在悬臂端处最大,合龙段附近斜拉索索力明显增大;桥塔温度梯度作用下,边跨主梁挠度较小,中跨主梁挠度较大,边跨支座附近斜拉索索力变化明显;斜拉索与桥塔、主梁温差作用下,中跨主梁高塔、低塔侧悬臂端最大挠度分别为137mm、78mm,桥塔附近斜拉索索力变化显著,最大变化值为设计索力的9.8%。

福厦客运专线乌龙江特大桥主桥方案研究

福厦客运专线乌龙江特大桥跨越乌龙江,为新建福州至厦门客运专线铁路重点控制工程,主桥桥址建设条件复杂,孔跨布置边界条件较多。为选取合理的主桥桥式方案,遵循"安全、实用、经济、美观"的设计原则,对高低塔混合梁斜拉桥、钢桁梁悬索桥两种桥式方案进行对比分析,综合考虑施工难度、景观效果、工程造价等因素,选定(72+109+432+56+56)m高低塔混合梁斜拉桥为推荐方案。该桥建成后,将成为世界上首座大跨度四线铁路高低塔混合梁斜拉桥。

高矮塔斜拉桥横向减震体系关键参数联合优化

为探究由钢阻尼器与抗风支座组成的横向减震体系关键参数对斜拉桥横向地震响应的影响,以某高矮塔斜拉桥为例,基于结构内力与位移响应相平衡的原则,运用正交试验设计法设定参数联合优化的分析工况,分别以结构内力与位移响应、钢阻尼器耗能为优化指标,探究算例中减震体系关键参数钢阻尼器屈服力及抗风支座初始间隙对优化指标的影响。结果表明:辅助墩内力及高塔侧边跨主梁梁端位移响应的控制因子具有显著的参数耦合效应,参数优化时需联合考虑;在墩台设置钢阻尼器可显著降低辅助墩内力及梁端位移响应,但不能有效降低桥塔内力响应。

新建福厦高铁乌龙江特大桥施工关键技术

新建福厦高铁乌龙江特大桥为主跨432 m的四线铁路高低塔双索面混合梁斜拉桥,主梁为非对称布置的混合梁。桥位处于乌龙江瓶颈处,水文地质地形条件复杂,且跨越、临近既有道路和桥梁。针对河床覆盖层浅或无覆盖层的情况,主墩基础采用基岩面管桩稳定锚固技术和整体框架式栈桥及平台施工;钻孔桩采用大冲击气举反循环钻机成孔施工,提高了钻进效率和成孔质量;为解决坚硬岩层及岩层倾斜、硬度不均等成孔难题,采用气动潜孔钻机进行预处理;主墩承台采用少支撑拆装式双壁钢吊箱围堰施工,方便水中围堰拆除和倒用。桥塔采用液压爬模法施工,上横梁顶、底面均为弧面,采用整体大跨拱形托架施工。边跨及次边跨混凝土梁采用支架现浇,福州侧次边跨钢梁采用组拼式大型水上浮吊分段吊装并利用支架滑道拖拉滑移就位,中跨钢梁采用大吨位桥面吊机单悬臂分段安装。

沪通长江大桥主航道桥总体设计参数分析

为研究公铁两用斜拉桥的力学性能,以沪通长江大桥主航道桥[(140+462+1 092+462+140)m双塔斜拉桥]为对象,采用空间板梁单元法建立全桥有限元模型,对边跨支点数量、边中跨比、主梁高跨比和宽跨比、塔梁高跨比等设计参数进行分析。结果表明:边跨设置辅助墩可改善结构受力、提高桥梁整体刚度;边中跨比增大使结构总体刚度减小,活载塔底顺桥向弯矩增大;主梁高度增大可提高结构整体刚度,但提高幅度有限,同时对恒、活载拉索应力的影响也较小;主梁宽度增大使横弯基频增大、竖弯基频减小,扭频先减小后增大而后趋于平稳,结构颤振稳定性提高;塔高增大使结构竖向刚度增大而索塔纵向刚度降低,活载塔底顺桥向弯矩减小,恒、活载拉索应力减小。

基于强迫合龙的矮塔斜拉桥内力线形影响分析

针对某三跨变截面双塔单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥进行研究,考虑了不同合龙高差下,强迫合龙对桥梁成桥后整体挠度和内力的影响,分析各合龙高差下桥梁整体线形和内力的差异,为类似桥梁施工提供参考的依据。

万州牌楼长江大桥主桥设计

万州牌楼长江大桥主桥为(4×57.5+730+4×57.5)m混合梁斜拉桥,受两岸接线限制,边跨长度较短。为适应较小的边中跨比,中跨主梁采用质量较轻的钢箱梁,边跨主梁采用质量较重的预应力混凝土梁;为提高主梁横向抗风性能、保证边跨适应车道变化,斜拉索空间不对称布置,中跨斜拉索采用双索面布置,边跨斜拉索采用单索面布置;为适应斜拉索形式,桥塔采用上塔柱分开距离较小的钻石形结构,受地形影响,两岸桥塔高度不等,刚度差异较大;基础均采用钻孔灌注桩。结构计算分析表明该桥受力性能良好,安全可靠。

高低塔斜拉桥辅助墩的优化分析

高低塔斜拉桥由于双塔不对称,设置辅助墩时需要综合考虑结构的受力状况.为研究辅助墩设置与大跨度高低塔斜拉桥受力之间的关系,以高低塔斜拉桥为研究对象建立有限元模型,分析辅助墩设置数量及位置对结构产生的影响,基于回归分析拟合单个辅助墩位置变化对结构响应影响的规律,进行单个辅助墩位置优化分析.研究结果表明,辅助墩的设置有利于改善高低塔斜拉桥的整体受力,可明显降低在移动荷载作用下高塔边跨主梁及高塔的弯矩和位移,但辅助墩的数量增加后,改善效果相比单个辅助墩大幅减弱,设置单个辅助墩是最佳选择.单个辅助墩位置的改变对高塔边跨主梁及高塔的弯矩和位移影响较为明显,且存在最佳位置,但当辅助墩位置位于一定范围内时,位置改变带来的结构综合响应变化并不明显,受限于外部条件时辅助墩位置亦可根据分析结果灵活选择.