大跨环形矮塔斜拉桥主塔力学性能分析

以大跨度环形矮塔斜拉桥的主塔为研究对象,借助大型有限元程序midas进行了静力及地震动时程分析,通过提取杆系模型中的最不利内力,对索塔锚固区及下塔柱钢混结合段空间应力进行分析。结果表明:1)钢塔在静力及地震工况下强度及稳定均满足要求;2)索塔锚固区及钢混结合段应力状态良好、构造细节处理较为合理。

公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式研究--以赣江公铁大桥西支主桥设计为例

以赣江公铁两用大桥西支主桥设计为例,研究一种适应上层8车道公路、下层对称双线铁路+4车道公路混合布置的主梁断面形式。提出带挑臂双索面箱桁组合断面、带挑臂单索面箱桁组合断面、矩形箱桁组合断面、矩形钢桁梁断面4种主梁断面方案,采用有限元软件分析各方案静动力性能及受力特点,综合考虑方案构造特点、技术指标、工程数量、公铁运营安全、景观效果等,确定该桥选用带挑臂双索面箱桁组合断面。该桥斜拉索最大索力16000 kN,锚固在下层钢箱梁两侧,通过有限元实体分析对锚拉板和钢锚箱式两种索梁锚固形式进行比选研究,钢锚箱形式受力合理、应力水平低、经济性好,设计采用钢锚箱形式。带挑臂双索面箱桁组合断面桥面空间布置合理、下层公铁行车干扰小、梁端竖向变形最小、经济性好,是一种适应公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式。

基于改进NSGA-Ⅱ和IGA-BP神经网络的索梁锚固区结构优化研究

为实现大跨度斜拉桥索梁锚固区钢锚箱的结构优化,依托某大跨度斜拉桥索梁锚固区结构实际工程,提出了一种基于NSGA-Ⅱ算法与IGA-BP神经网络模型的结构参数优化方法。首先基于BP神经网络确定了钢锚箱响应数据预测的拓扑结构,采用自适应交叉变异改进的遗传算法对钢锚箱结构响应神经网络预测模型的权值阈值调参,得到满足拟合精度要求的IGA-BP神经网络预测模型。然后建立考虑结构平均应力和主要板件上峰值应力的数学优化模型,采用改进交叉、变异算子的NSGA-Ⅱ算法设计了钢锚箱结构参数优化流程。最后联合改进NSGA-Ⅱ算法和IGA-BP模型实现了钢锚箱结构参数的优化求解。结果表明:自适应遗传算法对BP神经网络权值与阈值调参的效果良好,相较于标准BP神经网络,IGA-BP神经网络的拟合精度和训练效率均更高;改进NSGA-Ⅱ算法可以实现对钢锚箱结构参数的寻优求解,根据Pareto协调最优解的结果,钢锚箱支撑板与承压板厚度有一定增加,加劲板和锚垫板厚度略微降低;优化后的结构上平均应力降幅约为2.7%,其中承压板应力峰值由200.9 MPa降低至178.1 MPa,降幅约为11.3%,支撑板应力峰值由199.6 MPa下降至179.5 MPa,降幅约为10.07%。优化后结构高应力区域峰值应力明显降低,中等应力区域分布较优化前更大,一定程度上改善了结构应力集中现象,验证了该方法的可行性。

大跨径斜拉桥索梁锚固区钢锚箱受力性能及局部优化研究

金沙江特大桥为340 m+72 m+48 m+32 m的独塔双索面斜拉桥,通过ANSYS有限元软件建立精细化数值模型,对荷载作用下索梁锚固区钢锚箱受力性能进行了分析,并基于分析结果提出了相应局部优化措施。结果表明:钢锚箱在荷载作用下主要受力构件受力均满足规范要求,但存在局部应力集中现象,且应力值较大,主要分布于抗剪板(N1)倒角和N1板与腹板连接位置;通过延伸抗剪板的长度进行局部设计优化,优化后钢锚箱最大等效应力降低了22.5%,各主要构件应力也有大幅度降低,且发现应力集中区域明显减小,结构受力更加合理。

大跨度钢桁架系杆拱桥钢锚箱优化设计

系杆拱桥是一种常用的结构体系,具有受力合理、用材经济、施工方便、造型优美等优点。其中,钢桁架系杆拱桥跨越能力大,近年来在我国得到了广泛应用。索梁锚固结构是大跨度钢桁架系杆拱桥的关键部位。为研究钢锚箱结构的受力性能,以湖南省株洲市清水塘大桥为工程背景,应用有限元分析软件ANSYS建立了包含锚箱结构的系梁节段模型,并对其进行了计算分析。研究结果表明:吊点隔板与锚箱底板连接处受力最不利。通过调整吊点隔板与锚箱底板连接处的构造参数,并对计算结果进行对比分析,得到了吊点隔板受力的最佳构造尺寸,据此优化了设计方案,相关研究和设计成果可为今后同类型钢锚箱的研究分析及设计提供借鉴。

悬索-斜拉协作体系桥梁总体设计

韶关某跨江桥受航道和用地条件边界约束,桥梁跨径组合采用(23+340+23)m,全宽8.2 m,主跨恒载总重量达1500t;本桥边中跨比例远超出常规大跨桥型跨径比例范围,如何选择合理的桥型方案直接影响桥梁的安全性和经济性。为探索特殊条件下的桥梁设计方案,构造出一种新型地锚式悬索-斜拉协作体系结构;340m中跨采用单主缆悬索体系,23m边跨采用斜拉背索体系,主缆和背索通过塔顶钢锚箱平衡边中跨拉力;通过设置小角度微型抗风缆,有效解决了通航净空受限条件下抗风缆布置难题。通过方案比较和结构分析表明,在特定的条件下,采用背索斜拉-主跨悬索协作体系合理可行,为今后大跨桥梁建设,提供了可靠的参考和借鉴。

420 m网状吊杆拱桥拱肋提升锚固段制造工艺

济南某黄河大桥主桥420 m跨钢箱拱采用三段法安装,中段拱肋两端安装提升锚固座进行垂直提升,锚固座与连接拱肋组成的提升锚固段结构复杂、焊缝密集、制造安装精度要求高。从网状吊杆拱桥结构特点出发,分析了提升锚固段制造重难点,论述了提升锚固段的加工制造工艺,解决了提升锚固段制造过程精度控制、焊接变形等诸多技术难题。

黄茅海跨海通道高栏港大桥钢箱梁施工关键技术

黄茅海跨海通道高栏港大桥为(110+248+700+248+110)m全飘浮体系双塔双索面斜拉桥,主梁为分体式钢箱梁,标准梁段重约370 t、最大悬臂拼装梁段重约468 t,采用桥面吊机进行悬臂拼装,施工阶段抗风问题突出。通过设置塔梁三向临时锚固抵抗施工过程中的不平衡力及力矩,有限元计算结果表明塔梁三向临时锚固均满足受力需求;在边跨侧设置抗风临时墩,并依据受力分析结果确定抗风临时墩的钢管桩选用∅1200 mm×12 mm,平联、斜撑选用∅426 mm×6 mm,施工阶段安全渡台;通过设置横断面预拱度保证了钢箱梁成桥横坡;采用反力牛腿法在被吊装梁段和已安装梁段匹配侧施加成对反力有效减小匹配高差,保证了钢箱梁的顺利匹配安装;边、辅墩墩顶前一梁段的斜拉索二次张拉后再进行合龙,避免了施工期间边、辅墩支座出现负反力;中跨采用单边起吊加配重和自然温差配切的合龙方式。

西堠门公铁两用大桥索梁锚固区域受力分析及传力机理研究

甬舟铁路西堠门公铁两用大桥主桥为主跨1488 m斜拉-悬索协作体系桥,主梁由3个流线型扁平钢箱梁组成,斜拉索梁端采用内置于边箱风嘴部位的钢锚箱锚固,钢锚箱与箱梁纵腹板双侧连接。为研究该桥索梁锚固结构的受力特性和焊缝传力机理,确保锚固结构承载安全可靠,选择全桥索力荷载最大的S26号钢锚箱索梁锚固结构进行局部受力研究。采用Abaqus软件建立索梁锚固区域多尺度有限元模型,分析不同施工阶段对索梁锚固结构受力状态的影响,以及索梁锚固结构处于不同索力工况下,锚固区域应力分布和焊缝传力机理。结果表明:钢锚箱锚固结构设计合理、安全可靠;锚箱结构受力相对独立,基本不受梁段施工阶段边界条件变化影响,而与锚箱相连内腹板则存在约17%的应力变化;索梁锚固区域整体应力水平较低,但存在明显的应力集中现象,主要分布在锚箱与腹板相连的6条焊缝附近,且随着索力荷载增大,应力集中现象更为突出;锚箱与腹板相连的6条焊缝分配索力合理,但不同焊缝等效应力沿焊缝方向呈现不同分布形式,且随着索力荷载增大,焊缝等效应力分布特征更加显著。

湖北观音寺长江大桥主桥方案构思与总体设计

湖北观音寺长江大桥主桥为(350+1160+350)m混合式组合梁斜拉桥。该桥设计过程中对跨径布置、桥型方案、主梁方案、结构体系等进行系统研究。为最大限度地减少桥梁对长江航道、河道行洪等的影响,确定采用1160 m主跨一孔跨过可通航水域。综合考虑建设条件、结构性能、施工难度、安全风险、经济性等因素,最终选取斜拉桥方案。为降低结构自重、充分发挥材料性能、提高桥面耐久性,主梁采用边跨377 m混凝土箱梁+中跨两侧401 m钢-UHPC组合梁+中跨跨中304 m钢-UHPC轻型组合桥面钢箱组合梁的混合式组合梁。结构体系采用带纵向约束的弹性半飘浮体系。桥塔采用中、下塔柱混凝土结构+上塔柱钢壳组合结构A形塔,塔高262 m,基础采用直径3.2 m的钻孔灌注群桩基础。斜拉索采用标准抗拉强度2100 MPa的高强度锌铝合金镀层平行钢丝拉索,斜拉索与塔、梁端均采用钢锚箱锚固。辅助墩、过渡墩均采用空心截面双柱墩,下设分离式承台+群桩基础。

常泰长江大桥主航道桥索塔锚固构造研究

常泰长江大桥主航道桥为(142+490+1176+490+142)m公铁合建双塔斜拉桥,采用钢-混混合结构空间钻石型桥塔,索塔锚固区采用钢箱-核芯混凝土组合结构,S4~S39号斜拉索锚固于核芯混凝土上。为实现索塔锚固区斜拉索竖向分力的有效传递,提出方案A(钢齿块+剪力钉)、方案B[钢齿块(加肋)+剪力钉]、方案C(混凝土齿块)、方案D(钢锚箱+PBL剪力键)以及方案E(钢锚箱+承压板+剪力钉)共5种索塔锚固构造方案,从结构受力及施工工艺对5种方案进行比选,并采用模型试验及有限元分析对所选锚固构造方案进行验证。结果表明:方案E剪力钉受力分布均匀,剪力大小适中,且施工便捷,对于S7~S39号斜拉索,推荐采用方案E;对于斜拉索竖向角度较大的S4~S6号斜拉索,钢锚箱在构造和张拉空间上存在冲突,推荐采用方案C。方案E模型试验和有限元分析表明:结构应力、剪力钉受力及钢锚箱构造各板件应力均有安全储备,锚固构造处于线弹性状态,能满足规范及使用要求。

斜拉索断裂影响下钢锚箱式索梁锚固结构应力计算及参数分析

为研究大跨度斜拉桥斜拉索断裂对内置钢锚箱式索梁锚固结构局部受力特性的影响,对斜拉索断裂情况下索梁锚固结构应力进行计算并展开参数分析。以某大跨度双塔双索面钢-混组合梁斜拉桥为背景,采用MIDAS Civil及Abaqus软件分别建立全桥有限元模型及钢锚箱局部有限元模型,研究了运营及断索工况下钢锚箱局部构件的受力,并对运营工况下钢锚箱各板件厚度进行了参数优化分析。结果表明:钢锚箱应力较大位置集中在各板件焊接处;中索断裂工况对钢锚箱的应力影响较大,断索位置附近的锚固区应力增幅最大达21.36%;对于钢-混组合梁斜拉桥,箱梁顶板厚度的变化对内置式钢锚箱各板件受力的影响很小,改变承压板与预埋套筒厚度对钢锚箱整体结构受力的优化效果明显。

大跨度斜拉桥超宽幅箱梁双拉索钢锚箱结构行为研究

斜拉桥索梁锚固结构承受着巨大的动静力荷载,其安全性和耐久性是斜拉桥控制设计的关键点。以宜宾临港长江公铁两用大桥双拉索锚箱式索梁锚固结构(钢锚箱)为研究对象,取该桥塔最大索力处对应的钢锚箱进行1∶3缩尺模型试验,结合有限元计算结果进行对比验证,系统地研究钢锚箱的传力机理;对钢锚箱重要板件进行厚度参数敏感性分析,探讨其对索塔锚固区受力性能的影响。分析结果表明,在屈服荷载下,钢锚箱大部分结构受力情况良好,重要板件应力均处于屈服应力以下,证明结构安全可靠;钢锚箱内部锚腹板厚度对锚箱整体结构应力分布影响较大,随着锚腹板厚度增加,锚箱式锚固构造整体应力分布趋于均匀,峰值应力变小。

新型双拉索钢锚箱偏载试验研究

临港公铁两用长江大桥索梁锚固结构采用了新型双拉索钢锚箱,当两根拉索出现一根拉索断索或者换索时,钢锚箱受力出现极端工况,存在破坏的可能性。为探究新型双拉索钢锚箱结构在断索极端状况下的受力性能,根据缩尺理论设计缩尺模型试验进行研究分析。结果表明:在偏载荷载作用下,钢锚箱整体刚度约为450 kN/mm,在2.5倍设计荷载作用下,结构整体仍然处于弹性受力状态;在偏载作用下,偏载侧整体受力大于非偏载侧,锚固板与承压板外缘接触的位置受力较大,偏载侧最容易出现破坏。临港长江桥双拉索钢锚箱具有良好的受力性能,在断索偏载工况下整体仍然处于弹性状态,具有较大的安全储备。

鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥钢锚箱施工关键技术

鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥为主跨672 m双塔双索面钢箱混合梁斜拉桥,采用H形混凝土桥塔,索塔锚固区位于上塔柱区域。为优化索塔锚固区结构受力、简化施工,采用大节段式钢锚箱与十字形内腔混凝土组合新结构,十字内腔中间为钢锚箱,钢锚箱节段间分离并自由过渡,通过剪力钉与桥塔混凝土结合。钢锚箱为箱形全焊结构,长7.0 m,宽2.0 m,由侧面拉板、端板、锚室构成,材质为Q370qE钢。节段分离式钢锚箱分单元逐个制造锚室,再与钢锚箱壁板拼焊成钢锚箱节段,节段间采用“1+3”卧式短线法匹配试拼装,试拼装匹配完成后,节段间设置高程限位卡板和平面导向限位件,以实现钢锚箱现场吊装时的快速定位。实际施工中单节标准钢锚箱节段吊装及精调定位时间约4 h,安装精度满足规范要求。

组合梁斜拉桥索力优化与索塔锚固传力性能研究

本文采用有限元分析方法,通过一种索力优化实用方法提出成桥恒载状态索力,分析了在成桥索力下钢混组合索塔锚固结构受力特性。在分别考虑单节段和多节段索力作用的条件下,对锚固结构节段内各构件间以及相邻节段间的索力分配进行分析。结果显示,单节段索力水平分力主要由索力施加节段及相邻的节段共同承担,索力施加节段承担了80%以上的水平力,最远离节段承担的水平力小于10%;对索力在塔柱节段各构件间传递而言,钢锚箱侧板和塔柱混凝土侧壁承担的水平力比例分别约为70%和10%。多节段索力作用下,各节段承担的水平力与该节段施加的索力水平分力值较为接近。索力施加节段的混凝土侧壁与钢锚箱所承担的竖向力比例分别为64.7%和35.3%,位于最下方节段混凝土与钢锚箱竖向力比例分别为86.2%和13.8%,整个塔柱节段在向下传递竖向力时,剪力钉与混凝土的连接锚固发挥了有效传力作用。

斜拉桥索导管及钢锚箱精准定位施工技术

洋塘大桥为独塔双索面内倾式斜拉桥,桥梁总长度为607 m。主塔采用H形结构,主塔高度65 m,共设有17条拉索,其中1—8号为索导管、9—17号为钢锚箱。为避免拉索与导管口发生碰撞,提高施工进度,索导管与钢锚箱的精准定位十分重要。该文结合实际工程和施工条件,提出索导管三维坐标定位方法,并研究出导管口精密定位装置及钢锚箱安装技术,以保证索导管和钢锚箱的精准快速施工。

溧阳景詹沙河大桥空间异形钢拱桥设计

溧阳景詹沙河大桥为(80+123+45)m的大跨径空间异形钢拱桥,采用空间异形钢拱与三跨曲线钢箱梁组合的结构,标准桥宽13.5 m。该桥拱肋以古琴造型为设计元素,拱肋内外边线采用幂次修正的对勾函数,截面为六边形,高62 m。全桥共设10根斜吊杆,上端采用耳板集中锚固于拱顶,下端采用锚箱与主梁连接,沿弧形道路中心线自然形成扇形索面。曲线主梁采用等高度单箱多室钢箱梁,梁高2.5 m,主墩,边墩处设置观景平台。主墩由钢拱脚和钢斜杆组成V构,可以有效减小主跨跨径、抵抗曲线钢箱梁外倾、部分平衡拱脚的水平力和弯矩。边墩采用V形立柱,桥头两侧为重力式桥台。经计算,拱脚节点、拱梁固结节点和拱顶吊杆锚固节点等关键节点构造的受力均符合要求。水中曲线钢箱梁采用带浮托顶推滑移的方法施工,主拱近似直线段采用在桥面上先纵向滑移再横向滑移最后竖向转体的方法施工。

自锚式悬索桥超宽长联钢箱梁顶推方案研究

以某三塔自锚式悬索桥为背景,对超宽长联钢箱的顶推方案进行研究。针对超宽长联钢箱梁在顶推过程中面临着横向变形控制难度大、对温度的敏感性强、顶推精度和同步性控制难度大以及安全风险高的问题,对其顶推方式、临时墩的合理布置、临时墩的结构形式进行了系统的优化分析,确定了60 m的临时墩间距+45 m钢导梁的双向步履式顶推的方案。通过对顶推关键计算工况下临时墩、钢箱梁及导梁的应力和变形进行研究以及对最大支反力作用下钢箱梁的局部受力进行分析,表明临时墩、钢箱梁及导梁的结构强度和刚度均满足要求,结构均处于受力合理、安全可控的状态。采用该顶推方案以及利用顶推智能监控平台将钢箱梁顶推到位后,钢箱梁的实测线形与理论线形基本吻合,最大相差10 mm,实现了超宽长联钢箱梁的高精度顶推。

独塔斜拉桥钢桥塔锚固区钢锚箱应力分析

为研究钢桥塔锚固区钢锚箱结构的受力特性及其传力机理,以天津市蓟运河大桥(钢箱梁独塔斜拉桥)为工程背景,基于有限元软件ANSYS 14.0,采用等效板厚法,建立了2个(S1号索和S13号索)钢锚箱结构的全实体单元有限元模型,对其应力分布、索力传递路径以及焊缝传力机理进行了分析。结果表明:钢锚箱各板件Von Mises应力均小于200 MPa,满足规范要求;由承压板、承剪板和加劲板共同构成的闭口箱形截面钢锚箱可以顺畅地传递斜拉索索力;S1号索、S13号索钢锚箱模型的钢锚箱分别表现出梁式和柱式锚箱的受力特性;柱式锚箱承剪板长度选取不宜过长,该桥S13号索钢锚箱承剪板长度最终取为1.4m。