Seismic behavior of concrete filled steel tubular arch structures

Shaking table tests of a 1:10 scale arch model performed to investigate the seismic behavior and resistance of concrete filled steel tubular (CFT) arch structures are described in this paper. The El-Centro record and Shanghai artificial wave were adopted as the input excitation. The entire test process can be divided into three stages depending on the lateral brace configurations, i.e., fully (five) braced, two braces removed, and all braces removed. A total of 46 tests, starting from the elastic state to failure condition, have been conducted. The natural vibration frequencies, responses of acceleration, displacement and strain were measured. From the test results, it is demonstrated that the CFT arch structures are capable of resisting severe ground motions and that CFT arches offer a credible alternative to reinforced concrete arches, especially in regions of high seismic intensity.

瓮马铁路乌江特大桥设计关键技术研究

新建瓮马铁路乌江特大桥跨越两山之间深谷,地形复杂、设计难度大。为研究该桥梁方案,首先阐述了主桥的方案构思和结构设计,然后通过空间有限元软件对本桥进行静、动力仿真分析,总结了大跨铁路劲性骨架混凝土拱桥构造和受力特性。结果表明:主跨337 m上承式劲性骨架混凝土拱桥具有刚度大、徐变小、后期养护维修工作量小等优点,主拱圈采用小矢跨比设计,兼顾安全、经济、环保和美观,能够满足铁路桥梁跨越山区“V”形峡谷的要求;主拱圈由劲性钢管混凝土骨架外包C55无收缩混凝土构成,通过分层分段浇筑方案改善拱圈各构件的内力;拱上结合梁采用两片工字形钢与混凝土桥面板相结合的形式,钢梁栓焊结合,便于制造、运输和施工;拱座采用梯形断面扩大基础,基础开挖永临结合,有效降低施工风险;数值分析表明该桥结构的刚度、强度、稳定性均能满足规范要求,能够满足客货共线铁路的安全性和乘坐舒适性要求。可为其他山区铁路桥梁桥式研究提供参考。

曲线条件大跨度拱加劲连续梁设计

贵南高铁二塘双线特大桥采用90m+180m+90m拱加劲连续梁结构。大桥位于曲线上,梁体采用分段直线布置,悬灌施工;主拱采用哑铃形钢管混凝土拱肋,钢管直径1 m,拱肋全高3 m;采用整束挤压钢绞线吊杆,全桥拱设置36组吊杆;纵向活动主墩通过构造措施,形成半刚构结构体系,限制部分梁体问题伸缩变形;大桥采用先悬灌主梁,后在主梁上搭设支架原位拼装拱肋方式施工。经论文研究计算结果表明,该桥刚度、受力等均满足规范要求。

张吉怀铁路酉水大桥非对称拱桥钢拱肋架设技术研究

张吉怀铁路酉水大桥主桥为主跨292 m的非对称上承式钢管混凝土拱桥,其钢拱肋采用斜拉扣挂法进行节段悬臂架设施工。本文结合张吉怀铁路酉水大桥工程,针对高速铁路非对称拱桥钢拱肋安装施工技术展开研究,主要包括:复杂地形条件下的施工技术,因地制宜地进行缆索起重机的设计及安装,钢管拱整节段拼装和架设,合龙装置和技术等。该施工技术保障了钢拱肋架设的精度和质量,钢拱肋的成拱线形与设计值较为吻合。该桥运营以来,各结构性能指标均满足设计要求。

钢管混凝土系杆拱桥吊杆连锁破断力学性能研究

通过有限元软件建立某下承式钢管混凝土系杆拱桥空间分析模型,建立评价标准分析桥梁结构各组成部分的响应,对拱桥发生吊杆破断连锁反应过程中结构力学性能进行研究。结果表明,仅跨中2根吊杆破断即有可能引发后续吊杆破断连锁反应。在吊杆破断连锁反应过程中,系杆梁与桥面会先于拱肋发生破坏;吊杆破断连锁反应不足以引发结构失稳,发生单侧吊杆破断连锁反应后结构破坏形式为桥面系与拱肋破坏的局部垮塌。

深圳前海博物馆结构分析与设计

深圳前海博物馆建筑造型独特,采用钢管混凝土框架-核心筒结构体系,结合竖向交通对称布置了8个剪力墙核心筒作为抗侧力构件,环周边布置12根外斜的钢管混凝土柱作为竖向承重构件;顶部3层布置跨层钢管混凝土拱架,形成948m跨度的无柱大空间,拱架面外与核心筒通过钢梁连接,面内与楼层梁柱刚接,提高了结构稳定性;通过布置平行折梁实现层层三角形立面叠檐造型,折梁之间通过竖向桁架、斜面内交叉拉杆连接成整体,形成折板的受力机制,叠檐与楼层错开引起的局部内力由斜柱承担。经过抗震性能化设计、拱架稳定性分析、叠檐和斜柱受力、复杂节点等专项分析,论证了结构体系的合理性。

多跨连续钢管混凝土拱桥拆除关键技术研究

以鉴湖大桥拆除工程为研究背景,对复杂情况下钢管混凝土拱桥的拆除进行研究,首先介绍了目前桥梁拆除的方法和应用现状,并结合该桥梁拆除的难点提出了3种拆桥方案,通过比选确定适用于该桥的拆除方案,对拱桥拆除的总体顺序进行说明,之后分析了各施工阶段的受力特性,对拆除中位移和应力的最不利阶段的理论值和实测值进行对比分析,最后研究了材料强度和温度对结构位移和应力的影响。结果表明:钢栈桥龙门吊法最适合于有通航要求且空间受限的桥梁拆除;翼缘切割后可增大两侧作业空间,减小梁体自重;腹板拆除过程中,结构的应力和位移值与梁体悬臂长度成正比;应力和位移的理论值较实测值偏小;材料强度和温度的变化不影响结构的受力规律,结构应力和位移与材料强度成反比,与温度成正比。

装配式全栓接超大跨拱桥建造精准控制理论与关键技术

乌江特大桥作为目前世界最大跨度上承式钢管混凝土拱桥,建设过程中受温差、风场环境、地形和环节多等因素的影响,在变形控制、施工稳定性、运输安装及体系转换耦合受力等方面面临着巨大的挑战,同时也提出了更高精度的施工控制要求。大桥采用拱-柱-梁全固结、全栓接无支座整体式受力体系的设计方案,给大桥建设带来了全新的挑战。基于此,本研究从柱梁制造线形计算方法、制造线形控制、高空安装毫米精度控制等方面全面攻关,提出了全过程最优原形成拱和拱上结构栓接精准控制理论,以及精细化的拱桥原形预拼制造技术、原形复位安装控制技术以及全固结栓接安装技术,减少高空作业时间,实现了大跨拱桥建造控制精度从厘米级到毫米级的突破,为大跨拱桥向工业化、装配化发展奠定了基础。

钢管混凝土吊杆拱桥检测评估及加固改造探讨

文中以贵州省普通国省干线公路桥梁定期检查服务QLDJ-01标段钢管混凝土吊杆拱桥为例,对该桥的检测评估及加固改造方案进行分析;针对病害情况,提出更换吊杆、增设加劲纵梁、主拱圈灌浆、拱座加固、混凝土构件缺陷修复等加固改造方案,以提高桥梁结构安全性。

钢管筒节段高精度加工制造技术研究

针对传统钢管筒节加工制作校圆工作量大,且易形成桃心型圆的难题,提出了钢板在卷板前将筒节钢板纵缝两侧预压制成圆弧状,并通过特制弧形样板校圆等一系列措施,形成成套钢管筒节段高精度加工制造工艺。最后,以乐望红水河特大桥主跨528 m钢管混凝土拱桥的拱肋筒节段加工制作为工程依托,将该技术应用于工程实践,实践结果表明:该技术能显著提高拱肋的加工精度和校圆效率。

大跨度中承式拱桥缆索吊装系统施工技术

以巫山大宁河双线大桥为背景介绍了大跨度拱桥缆索吊装系统的施工技术,主要包括塔架拼装施工、塔架缆索体系施工、塔架缆风体系施工、锚固体系施工以及试吊方案,对于同类型项目具有参考意义。

大跨度钢管混凝土系杆肋拱桥拱圈整体拼装施工关键技术

针对北澄子河大桥钢管混凝土主拱圈整体拼装施工及高精度拱圈线形控制难题,采用基于位移传感器的智能调控钢管支架法进行整体拼装施工。为了实现拱桥安装合理成桥状态,对影响拱桥轴线线形控制的两个重要因素进行分析,结果表明:通过对拱圈节段拼装进行水平竖向双向精度控制,并使用智能同步顶升系统对节段安装高程进行调节,对拱圈节段焊接进行轴心对称合理施工,保证了拱轴线平顺,误差控制在±5 mm,成桥状态符合设计要求。

上承式钢管混凝土拱桥桥道系病害分析和加固

为了研究在役上承式钢管混凝土拱桥桥道系结构病害产生的原因,梳理桥梁历年养护情况,建立全桥有限元模型和上部结构单梁模型,进行影响因素分析。分析表明:T梁承载能力下降导致大量U型裂缝产生,主拱圈温度作用下的变形、桥道系自身整体性不足导致桥面铺装开裂。提出一种改进的体外预应力布置方式以提升T梁承载能力,并利用有限元分析验证其加固效果,采用超高性能混凝土重做现浇层和T梁横隔板包钢增强桥面铺装韧性和桥道系整体性。

超大跨CFST拱桥管内混凝土灌注方案比选研究

为探讨扣索调载对拱肋混凝土灌注过程的影响,以某跨径575 m的中承式钢管混凝土拱桥为工程背景,采用MIDAS/Civil建立空间有限元模型对比分析大桥管内混凝土考虑过程调载和不调载两种灌注方案。结果表明:过程考虑调整,能有效抑制拱肋1号—8号节段下挠,9号—11号节段上挠,以及控制拱肋横向偏位的发展;两种方案下,管内混凝土最大拉应力都能满足抗拉强度设计要求,但过程调整管内混凝土最大拉应力能有效降低76%。

钢管混凝土拱桥吊耳局部受力分析

为了对钢管混凝土拱桥吊耳进行局部受力分析,以涂乍特大桥为工程背景,采用Midas-FEA软件进行了吊耳实体模型的建立与计算结果分析。主要分析内容为吊耳主板、吊耳加强板以及连接吊耳与上弦杆的横隔板三部分构件的VON MISES应力,将计算结果与规范设定的设计值进行比较。研究表明:吊耳与横隔板在受到左上方向的扣索力时,应力最大值都出现在其连接部位;吊耳加强板在受力时,应力集中于左上部且应力特征线偏向左上方向。相关研究内容可以为吊耳设计和施工提供经验。

外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能分析

为了进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构在中、高烈度地区的应用,减少桥墩的震后损伤及修复成本,提出一种外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)桥墩。基于ABAQUS有限元分析软件建立无耗能装置、外置拱形钢板、外置竖直钢板、外置拱形耗能装置的四节段预制拼装CFST桥墩模型,并在往复位移加载作用下对各模型的抗震性能进行对比分析。研究结果表明:外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩具有较好的水平承载力、较高的初始刚度以及较强的耗能能力,与外置竖直钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力提升了约11.9%,初始刚度提升了约2.5%;与外置拱形钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约28.8%、4.6%和13倍;与无耗能装置的预制拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约39.4%、10.4%和18.1倍;外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩在整个位移加载阶段残余位移均保持在1 mm之内,偏移率不超过1%,且损伤集中在拱形耗能装置上,能够实现震后的快速修复。

双跨连续拱桥缆索吊装系统设计及计算分析

以某世界在建最大跨2×405 m的上承式双跨连续拱桥为工程背景,详细介绍了其缆索吊装系统设计并利用有限元程序MIDAS/civil对其缆索吊装过程进行了仿真分析,实测结果表明:采用“过程最优,结果可控”扣索一次张拉施工优化计算方法来进行施工控制计算,可将拱肋松索后拱圈线形与目标线形的线形偏差控制在24 mm内,实际扣索张拉力与理论扣索张拉力最大误差控制在9%以内,计算精度较高。

温度效应对CFST拱桥拱肋预拱度取值影响的探讨

为探讨制作温差对拱肋预拱度取值的影响,以某主跨528 m的中承式钢管混凝土拱桥为依托背景,利用MIDAS/civil建立有限元仿真模型,分析了五个不同制作温差梯度对拱肋成拱线形的影响。计算结果表明:当拱肋制作温差与设计基准温度相差较大时,原设计预拱度可能存在设置不足的情况,建议拱肋预拱度取值应计入拱肋制作温差对成拱线形的影响。此外,依据9座钢管混凝土拱桥实例,在有限元计算结果的基础之上结合Plane函数和Levenberg-Marquardt优化算法,得到了单位环境变温与空钢管状态下拱顶挠度间的显式函数关系式。

外约束作用对钢管内混凝土力学性能的影响

试验研究了掺入不同组成的钙镁复合膨胀剂对管内混凝土工作与力学性能的影响。结果表明,复合膨胀剂中氧化镁比例的增加会降低管内自密实混凝土流动性,而对间隙通过性和抗离析性影响不大。对于掺有复合膨胀剂的管内混凝土而言,相较于不受外约束作用的自由试件,其二维、三维外约束试件不同龄期抗压强度与弹性模量均显著增加。复合膨胀材料中氧化钙比例较高时,这一提升作用更加明显,可作为管内混凝土配合比设计时的安全储备。