钢桁梁断面形式对公铁两用桥上列车气动特性影响

钢桁梁断面形式的不同可能会改变桥上列车的气动力,进而影响桥上列车运行安全性和舒适性。为此,以某千米级公铁两用悬索桥为工程为背景,通过风洞试验对三种常用钢桁梁断面形式的桥上列车进行测力、测压试验。研究结果表明,当单列车位于三种钢桁梁断面形式上的上游时,列车的阻力、升力系数无明显差异,而单列车位于下游时,列车的阻力、升力系数有较大的区别;在双车状态下,由于迎风侧列车的遮挡作用,改变了不同钢桁梁断面形式下列车的流场,使得钢桁梁断面形式对背风侧列车影响较小。无论列车位于上游、下游,其三种钢桁梁断面形式下列车的阻力系数、升力系数随风攻角的变化趋势一致。当列车位于上游时,其三种钢桁梁断面形式上列车顶部和底部圆弧过渡段都出现不同程度的流动分离,使得其列车平均风压系数不同;当列车位于下游时,三种钢桁梁断面形式上列车平均风压系数变化趋势一致,说明钢桁梁断面形式对下游列车的平均风压影响较小。列车位于上、下游时,其脉动风压系数会有显著的差异,其脉动风压系数的大小受腹杆布置形式的影响要比梁高的不同更为显著。本文研究结果可为大跨钢桁梁桥的断面形式选取提供参考和依据。

武汉青山长江公路大桥宽幅钢箱梁悬臂拼装横向线形匹配技术

武汉青山长江公路大桥主桥为主跨938 m的双塔双索面全飘浮体系斜拉桥,主跨整体式钢箱梁高4.5 m、全宽48 m,采用500 t架梁吊机分节段悬臂拼装架设。钢箱梁悬臂拼装时,架梁吊机站位节段、待架节段由于荷载及约束不同,横截面变形呈现出不同的趋势,线形匹配难度大。为解决该问题,主跨钢箱梁悬臂拼装时选择上、下游分体式架梁吊机,减少架梁吊机自重;经比选选择横桥向27.7 m间距的架梁吊机站位,减小了架梁吊机荷载对横向线形匹配的影响;通过设置顶压装置(由顶压牛腿、支承底座组成),在架梁吊机站位节段、待架节段钢箱梁边腹板处施加1500 kN顶压力,配合少量马板,一次加载完成对接口竖向变形匹配调整。施工后,钢箱梁横向线形匹配精度均满足要求。

基于测压风洞试验的钢桁梁上列车二维气动导纳研究

基于节段模型测压方法,建立了列车二维气动导纳的识别方法。在紊流场风洞试验中,获取了0°攻角时钢桁梁上列车抖振力的展向相关性;识别了钢桁梁上列车中车的三维气动导纳,探究了钢桁梁上列车中车三维气动导纳与二维气动导纳的关系。可知,随无量纲折减频率及展向间距的增大,抖振力的展向相关性逐渐减小,列车抖振力展向相干函数可用Jakobsen模型较好地拟合。当k_(1)B/2小于0.3时,二维气动导纳值为1,三维气动导纳会明显低估列车的气动导纳值。当k_(1)B/2大于0.3时,三维气动导纳会明显地高估二维气动导纳函数值,且随着折减频率的增大,气动导纳值减小。最后,给出了列车二维气动导纳函数及相干函数的数学表达式。研究成果可为风-列车-桥梁耦合振动计算分析提供参数。

钢-混工字组合连续梁桥地震易损性及其影响参数分析

以一座3×40m钢-混工字组合连续梁桥为依托,通过SAP2000建立不同墩高、不同上部结构荷载及不同上部主梁截面等全桥非线性有限元模型。选取峰值地面加速度(PGA)作为地震动强度参数,以桥墩位移延性比为损伤指标确定了完全破坏、严重破坏、中等破坏、轻微破坏、基本完好等5种结构破坏状态,分析了不同PGA作用下的桥墩易损性。研究结果表明:对于钢-混工字组合连续梁桥,相同桥墩截面尺寸、同一峰值地面加速度(PGA)下,桥墩高度越高,各个破坏状态的超越概率越小,其破坏风险越小;在合理的上部结构设计前提下,增加上部结构荷载,会降低桥墩的抗震性能;相同的下部结构布置,上部主梁采用钢-混组合结构,其桥墩易损性破坏概率要比同跨径的钢筋混凝土T型梁桥小,抗震性能更优越。建议桥梁抗震设计时重点关注上述因素的影响。

中小跨径、低高度连续箱梁体外预应力加固技术研究

结合某实际中小跨径、低高度连续桥梁结构,对其实施体外预应力加固。当体外索穿越墩顶横梁时,采用高压水切割技术从墩顶开槽的方式,不仅有效地增大体外索的有效高度、提高了体外索的有效性,而且作业空间不受限制,作业范围得到精确控制,作业时无振动,对钢筋(钢束)无损伤,有保护桥梁结构,效率高等优点。加固后桥梁结构扰度、应力改善明显,可为其他类似工程提供参考和借鉴。

混凝土梁桥桥下爆炸压力场分析

为了探索桥下爆炸自由场超压、墩柱反射超压和梁底反射超压的分布规律,对一座两跨混凝土梁桥缩尺模型开展了桥下爆炸试验,并结合数值模拟方法研究了桥下爆炸波传播规律以及爆炸波与T梁和墩柱之间的相互作用.研究结果表明:地面反射条件的改变对爆炸荷载影响显著;实测柱底、柱中和柱顶超压峰值沿柱高分布相对离散,实测T梁底超压时程曲线呈多峰正压.爆炸波传播过程中有马赫波形成;爆炸波遇到T梁梁肋和横隔板会发生反射和绕射,遇到T梁翼板下表面会发生反射,爆炸波传播至墩柱盖梁和T梁相交区域时,传播路径较为复杂,作用时间相对较长.炸药形状对T梁底部超压分布有一定影响,中梁梁肋下表面的超压峰值自爆心向两边呈指数形式衰减;超压峰值沿柱高整体呈减小趋势,柱底、柱中和柱顶迎爆面沿柱周超压峰值整体呈中间大两边小的趋势.

不同风攻角下分离式双箱梁涡振气动力演化和局域相关性研究

通过弹簧悬挂节段模型同步测振测压风洞试验模拟结构涡激振动,以1座大跨度斜拉桥的分离式双箱梁为研究对象,测定均匀流场中不同风攻角下的涡振响应及表面风压。基于局部特征区域气动力与断面总体气动力的局域相关性概念,分析竖弯涡振时上游断面迎风侧下斜腹板、下游断面迎风侧斜腹板及顶板这3个关键局部特征区域的气动力演化特性及其与整体总气动力的同步演化关系。研究结果表明:当改变来流攻角时,在分离式双箱梁涡振过程中,不仅会使浸没在流场中的绕流状态、旋涡作用位置发生改变,还会使局部气动力与整体气动力的相关性发生改变。虽然断面不同区域的局部气动力与总体气动力的振动卓越频率相同,但其高阶谐波分量对应频率参与涡振作用的比例却随着风攻角变化而发生变化。另外,分离式双箱梁下游断面迎风侧斜腹板区域与整体断面的涡振特性有着较强的同步演化关系,在实际工程中需重点关注。

曲线不对称悬浇对连续刚构箱梁桥受力的影响及对策

为了促进大跨径连续刚构箱梁桥在桥梁中的应用及发展,文章以石崆山Ⅱ号右线高架桥在平面曲线段不对称悬浇大跨径连续刚构箱梁的设计及施工为例,分析了曲线不对称悬浇对箱梁、桥墩结构的受力影响,采取调整箱梁设计截面高度及厚度、跨中箱梁底板上方浇筑永久压重素混凝土和顶板上方施工临时压重等对策,并合理安排不对称悬浇梁段的施工及不平衡荷载压重实施流程,解决了桥墩两侧受力不平衡问题,有效地控制了不对称悬浇箱梁和桥墩的内力.

不平衡堆土导致桥梁变位的安全评估及处治技术

为评估不平衡堆土对软土地基桥梁结构受力安全的影响,并制定合理的病害处治措施,以某新建城市高架预应力混凝土小箱梁桥为背景,对主梁和伸缩缝偏位、墩柱倾斜、支座滑移等进行检测评估,采用MIDAS Civil软件对墩柱倾斜率和堆土厚度进行敏感性分析,提出合理的整治加固措施,并对加固后的桥墩进行承载能力评定。结果表明:短期内大量不平衡堆土导致桥墩和主梁偏位严重,墩柱最大倾斜率为7.27‰,相邻主梁纵向间距最大为18.9 cm,超出设计值89%;墩柱横向倾斜率增大对墩柱内力的影响较为显著,横向倾斜率为3‰时,墩顶、墩底抗力均不满足要求;不平衡堆土使桩基承载力大幅下降,堆土卸载至3 m厚时,桩基承载能力明显提高,但需采取加固措施才能满足承载要求。根据结构验算和评估结果,采取再次清除3 m厚堆土、设置应力释放孔和高压旋喷桩、顶推主梁复位等措施进行处治后,相邻主梁纵向间距、支座滑移和墩柱倾斜恢复正常,桩基承载能力满足设计要求,纠偏措施有效,效果良好。

扁平流线型箱梁涡激振动及气动力特性分析

为了研究扁平流线型箱梁涡激振动及气动力特性受附属构件的影响,选取某准流线型桥梁主梁为研究对象,通过增减模型的附属构件来模拟裸梁和非裸梁2种断面,进行了不同风攻角下的风洞测压和测振试验。结果表明:扁平流线型箱梁的涡激振动特性受模型附属构件的影响较大,栏杆断面在正攻角下更易发生涡激振动;在相同攻角和风速情况下,栏杆断面存在更为明显的卓越频率,说明模型附属构件会对扁平流线型箱梁的旋涡脱落产生较大影响;扁平流线型箱梁平均风压系数受模型断面的影响较大,但脉动风压系数受模型断面和风攻角的共同影响;不同模型断面会对扁平流线型箱梁的平均三分力系数造成影响,但其变化趋势主要与风攻角有关。

考虑流固耦合的深水大跨波形钢腹板PC连续刚构桥地震响应性能研究

以一座在建大跨度波形钢腹板连续刚构桥为例,采用Morison方程求得附加质量,建立了考虑动水压力作用的桥梁动力分析有限元模型,分析研究了动水压力作用对桥梁地震响应性能的影响。研究表明:动水压力的考虑改变了桥梁结构的动力特性,考虑动水压力作用时,结构动力响应整体增大,因此,在大跨度深水桥梁的地震反应分析中动水压力的影响不可忽略。

轴流机组进口高窄大孔口事故闸门技术探讨

本文针对轴流机组进口高窄大孔口事故闸门“多门一机”和“一门一机”两种不同布置方式的优劣性进行分析,基于工程安全为重考虑,推荐采用“一门一机”布置方式,启闭设备建议选用高悬臂垂直式液压机,每台机组完成所有事故闸门动水关闭时间基本可控制在10min以内,有效提高了事故闸门动水闭门可靠性;此外,针对事故闸门检修维护困难、门顶水柱闭门力不足、斜面底槛止水效果差等问题,提出了闸井腔内设置开矩形门洞通道的上下锁定平台检修闸门、事故闸门底主梁承受水柱闭门及斜面底槛局部改造成平面止水技术,在满足工程运维要求的同时可节省投资。

大跨度钢桁梁梁端转角超限轨道处置方案研究

针对大跨度钢桁梁梁端转角不满足无砟轨道铺设需求,且既有过渡板方案在工程应用中存在支座调平困难、运营维护工作量大的问题,以一座跨度168m简支钢桁梁为例,基于有限元分析方法结合对既有工程实践的调研与分析,对轨道工程处置方案进行研究。结果表明:梁端转角及悬出长度超限会引起梁缝处桥台一侧第1对扣件的上拔力超过其限值标准,应采取工程措施予以解决;大扣压力扣件方案具有结构简单、便于施工与运营维护等突出优点,在经检算采用大扣压力扣件可以满足解决梁端转角超限问题的前提下应优先采用,但为确保结构的可靠性,应结合扣件系统试验测试及实尺模型试验对工程实践进行验证。

不同宽高比双边箱梁气动特性试验研究

为了对实际工程中双边箱梁的抗风设计提供参考,采用节段模型风洞测压和测力试验相结合的方法研究了双边箱梁的气动特性。首先,对比分析了不同宽高比双边箱梁的三分力系数随风攻角的变化规律;然后,通过分析风压分布规律初步探讨了三分力系数变化的机理;最后,通过对比分析升力系数的傅里叶幅值谱,揭示不同宽高比双边箱梁的旋涡脱落特性。结果表明,宽高比对阻力系数的影响主要体现在较大的正攻角,对升力系数和扭矩系数的影响主要体现在较大的负攻角。旋涡脱落特性与双边箱梁的宽高比和风攻角均密切相关。

高架桥混凝土多室箱梁水压爆破破碎机理数值模拟

高架桥钢筋混凝土箱梁属于薄壁空腔结构,钢筋含量高,难以进行钻孔爆破破碎。以武汉沌阳高架桥爆破拆除工程为背景,提出了采用水压爆破破碎多室钢筋混凝土箱梁的方案,并采用动力有限元数值模拟方法模拟了全封闭多室箱梁结构的水压爆破破坏过程,研究了炸药在水中爆炸后诱发的冲击波和爆生气体对下箱梁结构的双重作用过程;在对数值模拟与实际爆破效果分析基础上,探讨了箱梁水压爆破方案的药包布置方式、爆破参数和起爆顺序等。

赤壁长江公路大桥主桥主梁设计

赤壁长江公路大桥主桥为跨度布置(90+240+720+240+90)m的双塔双索面斜拉桥,桥面全宽36.5m。主梁采用结构刚度大、抗风稳定性好、桥面铺装耐久性好的结合梁。对比双边工字钢、双边箱、开口箱及PK箱4种截面形式钢主梁的截面特性,最终采用受力满足要求且预应力施加效率较高的双边箱截面钢主梁。钢主梁底板既变宽又变厚。钢主梁连接采用栓焊混合的方式,其顶板采用焊接、腹板和底板采用栓接。混凝土桥面板标准段厚度采用26cm。边跨采用加厚桥面板的方式进行压重,边跨桥面板厚度采用59cm,桥面板厚度过渡位置设在次边跨距离辅助墩22m处。索梁锚固采用锚拉板形式,为提高主梁截面宽度利用率,将锚拉板布置于钢主梁外腹板正上方。

简支转连续梁桥扁锚局压应力分析

从工程实际出发,针对简支转连续梁桥扁锚局压问题的特殊性,从锚下设置钢筋网的深度和齿板深度角度考虑,分4种不同情况分别对其进行了空间有限元分析。研究各种情况下扁锚锚下应力分布状态及其造成的开裂行为,找出开裂机理,解释开裂过程。

气动措施抑制钝体箱梁竖向涡振的风洞试验研究

为研究钝体箱梁发生竖向涡振的内在特性及气动措施抑振的规律,采用风洞试验同步测量箱梁模型的振动位移和表面压力。基于模型各测点的压力时程,综合对比分析压力系数均值与均方差值、局部气动力对总体气动力的相关性与贡献程度。结果显示:钝体箱梁断面发生竖向涡振的根本原因是上游分离的气流使得中、下游脉动压力显著增大,中、下游升力对总体升力具有良好的相关性,且对涡激振动贡献最大;封闭栏杆方式可以抑制钝体箱梁断面的竖向涡振;栏杆阻风率变化会同时改变钝体箱梁上、下表面的压力脉动分布强度,但只能改变其上表面的压力系数均值;气动措施抑振的机理是其削弱了箱梁中、下游的脉动压力强度,破坏了局部升力对总体升力的相关性。

考虑防撞墙影响的高速铁路桥梁声屏障及翼缘板上脉动力数值分析

以可压缩黏性流体的N-S方程和k—ε双方程湍流模型为基础,考虑防撞墙对空压的影响,采用计算流体力学软件PHOENICS,对高速列车行驶时作用在有防撞墙铁路桥梁声屏障和箱梁翼缘板上的脉动力分布进行数值分析。结果表明,列车车头驶入声屏障、经过声屏障中部区域和驶出声屏障时,声屏障各处脉动力时程曲线形式不同,脉动力沿声屏障高度的分布为先增大后减小,约在1/2声屏障高度处达到最大值;桥梁翼缘板上的脉动力峰值沿横桥向基本呈线性增大至防撞墙处;声屏障和桥梁翼缘板上的脉动力峰值与列车速度的平方呈线性关系。根据分析结果给出了脉动力峰值计算公式以及考虑脉动力的结构设计组合荷载。

波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布

采用修正偏心压力法研究波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布规律。结合工程实例,利用修正偏心压力法计算某单箱三室波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布系数,利用空间有限元分析程序进行了数值模拟,并对其偏心荷载工况下的挠度进行了实测。将修正偏心压力法、有限元模拟方法得到的挠度值与实测挠度值进行对比。结果表明,修正偏心压力法将空间问题转化为平面问题,且充分考虑了波形钢腹板组合箱梁的抗扭作用。得到的荷载横向分布系数与有限元计算结果吻合较好。采用该方法计算波形钢腹板连续组合箱梁桥荷载横向分布是可行且偏于安全的。