大瑞铁路澜沧江大桥设计及关键技术研究

大瑞铁路澜沧江特大桥为双线铁路桥梁,大桥跨越澜沧江峡谷。结合桥位处的地质、地形及运输条件,经过方案比选,最终确定主桥结构为342 m上承式混凝土提篮拱桥,拱肋箱形混凝土截面由钢管混凝土桁架作为劲性骨架。围绕大桥的设计和施工技术开展一系列研究,采取梁-板单元模拟拱肋复合截面,对全桥进行静力、动力分析,确保全桥结构在列车活载、风荷载和地震荷载作用下受力安全;采取实体元建立拱肋内填外包钢管混凝土复合截面短柱模型,以全桥计算截面内力做外部荷载进行分级加载,最终确定拱肋拱顶复合截面受力安全系数为2.98,大于2.0;研发二次竖转的新型钢拱肋施工工艺,充分适应陡峭的地势,减少拱肋钢劲性骨架施工期间空中大悬臂状态时间。2022年7月22日,澜沧江大桥开通运营,围绕其开展的系列研究成果得以验证。研究成果中钢管混凝土参数体系与分析方法纳入《铁路桥梁钢管混凝土结构设计规范》;研发拱桥拱肋二次竖转施工新工艺,确保澜沧江大桥每岸质量2500 t的拱肋钢劲性骨架通过二次竖转实现合龙,为后期拱肋混凝土及桥面系的施工奠定基础。

大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥地震易损性分析

为了探究完善钢管混凝土劲性骨架拱桥的地震损伤评估方法,以一座上承式高速铁路劲性骨架拱桥为工程实例,开展同种桥型的地震易损性研究。首先,基于OpenSEES平台建立拱桥的非线性数值模型;然后,通过非线性动力时程分析及增量动力分析对主拱肋子构件、交界墩及拱上立柱的地震损伤进行评估;最后,引入两种Copula函数建立串联体系下主拱肋构件系统的易损性曲线,并将其与子构件及基于第一可靠度原理的系统易损性进行对比。结果表明:在三向地震动作用下,主拱肋外包混凝土的损伤概率与损伤程度均明显大于钢管混凝土,且后者的易损位置将随着地面峰值加速度的增大而发生从跨中向拱脚的改变;主拱肋系统的易损性更偏向于外包混凝土,L/4拱肋截面的损伤概率最大;交界墩与拱上立柱的保护层混凝土的易损性水平显著高于纵向钢筋和核心混凝土,位于L/4拱肋位置的立柱损伤概率最大。抗震设计时应重点考虑对易损部位采取加强的设防措施。

大跨钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工抗风性能研究

为保证大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工过程的抗风安全,以某主跨342 m钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工为背景,研究该桥劲性骨架拱肋在竖转施工过程中的抗风性能及抗风措施。根据竖转施工特点,采用ANSYS软件分别建立2种最不利施工状态(拱肋竖转临界状态和拱肋合龙前状态)有限元模型计算风致响应,提出设置浪风索的抗风措施以提高抗风稳定性。结果表明:拱肋在2种最不利施工状态下会产生显著的拱顶横向位移和拱脚转轴连杆应力,危及拱肋施工安全;设置浪风索能有效降低处于竖转施工阶段的拱肋在横风作用下的拱顶横向位移和拱脚转轴连杆应力,且浪风索应力满足要求,可保证竖转施工安全。浪风索截面面积对拱脚转轴连杆应力影响较小,对拱顶横向位移影响较大,同时考虑到施工中浪风索张拉力的不均匀性,设计时宜适当增加浪风索截面尺寸,以提升结构整体抗风安全储备。

中承式钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋吊装施工控制

广安官盛渠江大桥主桥为主跨320m的中承式钢管混凝土劲性骨架拱桥,劲性骨架采用斜拉扣挂法施工,施工过程中扣索一次张拉到位。针对正装分析法和倒退分析法2种索力计算方法的局限性,为了精确计算扣索索力及节段安装预抬标高,使成拱线形接近理论线形,提出以成拱线形为控制目标的优化索力调整方法,利用MIDAS Civil 2015建立吊装阶段的全桥有限元模型,考虑切线位移对之后施工阶段的影响,以线形控制为主、索力控制为辅,分析该桥的线形、扣索和尾索索力、弦杆应力,并与实测值对比。结果表明:大桥的线形、扣索和尾索索力、弦杆应力的实测值与理论值符合度非常高,主拱线形及结构应力满足设计及规范要求。说明该优化索力调整方法是可行有效的。

关于桥梁结构线弹性稳定安全系数的讨论

针对桥梁工程中关于结构线弹性整体稳定安全系数的计算方法存在争议并给桥梁设计及计算带来不便的情况,对现存的三种常用方法进行了阐述,提出了线弹性分析时应注意的三个观点;以一下端固结柱为例,对三种不同的线弹性稳定安全系数计算方法进行分析对比,提出了一种新的计算方法——改进的线弹性稳定安全系数计算方法,并结合某钢管混凝土劲性骨架拱桥对各不同计算方法进行分析。结果表明:针对如今线弹性稳定安全系数计算方法的不足,新方法对承重结构恒载与外荷载进行区分,首先计算结构在恒载作用下的稳定安全系数,然后在确保结构满足自身最低稳定要求的前提下计算结构在外荷载作用下的稳定安全系数。改进的线弹性稳定安全系数计算方法能较合理的判断结构的线弹性稳定性及承载能力,而且专业概念明确,可供工程设计人员参考。

我国大跨径混凝土拱桥的发展新趋势

回顾了混凝土拱桥的技术进步,论述了劲性骨架混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥向特大跨径拱桥快速发展的技术原因和动力,展望了建造700 m跨径级别拱桥的技术可行性和重大意义。

钢管束组合剪力墙恢复力模型研究

钢管束组合剪力墙是一种新型的钢与混凝土组合剪力墙,具有施工方便、承载力高等一系列优点。对7组一字型和5组T字型的足尺钢管束组合剪力墙在往复荷载作用下的滞回性能进行了试验研究,得到其骨架曲线。采用三折线模型对其骨架曲线进行模拟,并给出关键点的计算公式,得到钢管束组合剪力墙的恢复力模型。经验证,该恢复力模型模拟效果良好,可以较好地反映构件的抗震性能,为钢管束组合剪力墙结构进行弹塑性地震分析奠定了理论基础。同时进行了基于刚度退化数据的回归分析,得到了刚度退化计算公式,结果表明,骨架曲线下降段的刚度主要与钢管束组合剪力墙的剪跨比、轴压比等因素有关,而钢管束组合剪力墙的强度退化不明显。

大跨度中承式拱桥侧向稳定的空间有限元分析

以浙江淳安跨度为 1 98m的中承式钢管混凝土劲性骨架拱桥为工程背景 ,采用通用的有限元软件ANSYS ,分析了拱肋刚度及横向联系刚度、设置的位置、形式等因素对大跨度中承式拱桥侧向稳定的影响 。

钢管混凝土拱梁组合桥整体架设施工受力性能分析

针对钢管混凝土拱梁组合桥在整体架设过程中,钢系梁稳定性差、混凝土系梁需配置较多预应力钢束的缺点,提出采用钢管劲性骨架系梁的整体架设施工方法。为研究钢管劲性骨架系梁在施工过程中对拱梁组合桥各主要构件的内力分配影响效果,以某公路下承式钢管混凝土拱梁组合桥为背景,采用MIDAS Civil和Abaqus软件分别建立实际桥梁的整体杆系有限元模型和拱脚结点实体有限元模型,对施工阶段各主要构件进行受力性能分析。结果表明:通过分批张拉钢管劲性骨架中的系杆,可以减小各施工阶段钢管劲性骨架的钢管应力;钢管劲性骨架可以有效分担施工过程中的拱肋应力,使拱肋和钢管劲性骨架受力均匀;拱脚结点以纵向受压为主;拱肋受力均匀,稳定计算满足要求;靠近拱脚的吊杆应力稍大于跨中的吊杆应力,吊杆应力满足要求。

南盘江特大桥钢管拱劲性骨架节段整体吊装技术

钢管拱劲性骨架节段整体吊装施工具有工艺简单、易于质量控制、安全风险小和施工投入少等优点。通过云桂铁路南盘江特大桥主桥钢管拱劲性骨架节段整体吊装，阐述大跨度钢管混凝土拱肋劲性骨架整体吊装施工方案设计要点、工艺流程、关键技术和施工过程的操作要点。

广安官盛渠江大桥设计

广安官盛渠江大桥主桥跨度320 m,是已建成的世界最大跨度中下承式钢筋混凝土肋拱桥[1]。大桥主拱肋采用等宽变高度梯形截面构造、箱形截面横撑构造,结构稳定、轻盈,兼顾了受力及景观;主拱采用超高强钢管混凝土强劲骨架外包混凝土成拱,骨架主弦钢管内首次灌注C100超高强混凝土,骨架腹杆采用空心钢管替代传统型钢腹杆,解决了传统骨架强度弱、稳定性差的技术难题;拱肋混凝土分两环成拱,大大节省了工期,提高了施工安全性。该桥技术新颖,为300 m及以上级别的钢筋混凝土肋拱桥建造提供了新的思路。

强劲骨架在钢管混凝土劲性骨架拱桥中的应用

以兰海高速四川昭化嘉陵江大桥、叙古高速磨刀溪大桥、广安官盛渠江大桥为例,介绍了强劲骨架在钢管混凝土劲性骨架拱桥中的应用情况。利用Midas Civil有限元软件,建立了桥梁整体模型和拱圈浇筑施工阶段模型,对拱圈承载能力以及拱圈成拱阶段各构件的受力特性进行了分析。结果表明,强劲骨架提供了20%以上的承载能力,并能极大简化拱圈施工工序。

嘉陵江特大桥钢管混凝土劲性骨架施工控制方法

根据广元昭化嘉陵江特大桥的结构特性与施工方案提出一套合理的钢管混凝土劲性骨架施工控制方法,保证大桥顺利架设完成。在整个施工过程中劲性骨架的结构内力变化合理、线形符合设计要求。嘉陵江特大桥的应用表明,该方法计算精度高,具有较高的工程应用价值。其研究成果也可用于其它同类型钢管混凝土劲性骨架拱桥的施工控制。

基于劲性骨架法的下承式钢管混凝土拱桥受力分析

相比于传统有支架施工工法,劲性骨架法具有工期节约、对被交线影响小、结构超载潜力大等优势。依托某基于劲性骨架法设计的80m下承式钢管混凝土拱桥,阐述了该桥的劲性骨架构造细节,分析了其施工阶段和运营阶段力学行为和稳定性。

长节段钢管拱肋与系梁劲性骨架整体安装技术

对常州戚墅堰大桥的长节段钢管拱肋与系梁劲性骨架整体安装技术进行了介绍,指出施工过程中的大构件空间定位技术、大阶段拱肋安装变形控制技术、拱肋简支状态下水平力控制技术等具有创新性,在类似桥梁施工中可以推广应用。

堰吉河拱桥有限元分析与试验研究

采用大型通用有限元软件ANSYS建立中承式钢管混凝土劲性骨架拱桥——堰吉河大桥全桥有限元模型,在成桥状态下,选取10种工况进行静力学分析,并进行模态分析。为验证有限元分析的合理性,选取24个拱肋应变测点和4个挠度测点,对该桥进行成桥静载试验,并进行动载试验测试桥梁基频。通过对比分析,表明有限元分析结果与试验测试结果吻合较好,有限元模型可反映桥梁实际状态。同时试验结果表明桥梁结构强度和刚度满足设计及规范要求。