超长大跨度公铁合建桥梁结构体系研究

新建甬舟铁路西堠门公铁两用大桥连接金塘岛和册子岛,桥位处海域宽2.7 km,最大水深93 m,地形复杂,桥梁设计难度大。为研究超长大跨度公铁合建桥梁合理结构体系,结合地形地质条件,选取主跨1500 m悬索桥、斜拉桥及斜拉悬索协作体系3种桥型方案,对上部结构设计进行详细介绍,并从静力性能、动力性能、经济性能等方面对不同结构体系进行对比分析。研究表明:(1)与斜拉体系相比,协作体系桥可减小30%~50%的主梁内力和60%的桥塔内力,一定程度上解决了加劲梁承受巨大轴压力造成屈曲问题,并有效减小了桥塔规模;(2)与悬索桥相比,协作体系可减小50%的主缆内力,主缆钢丝和锚碇的工程量相应减小,施工难度得以降低,同时协作体系扭转频率更高,降低了结构在较低风速下发生涡激振动的可能性;(3)斜拉悬索协作体系能够充分发挥斜拉结构和悬索结构的组合优势,实现超大跨度的同时具有较大的纵向刚度和竖向刚度,满足铁路行车对结构刚度的要求;(4)对于主跨1500 m级超长大跨度公铁合建桥梁,斜拉悬索协作体系经济性更好。

基于车体加速度的超大跨度桥上线路纵断面优化方法

合理的线路纵断面是高速列车安全平稳通行的必要条件。超大跨度铁路桥梁成桥线形较设计线形易出现较大偏差,由于线路调整能力有限,桥上线路纵断面难以达到设计高程,故需在成桥线形基础上变更线路纵断面设计。在满足道床厚度要求的前提下,变更后的纵断面线形难以满足线路设计规范要求,严重影响了工程验收及列车达速运营。为此,以实测桥梁线形为基准,充分考虑道床厚度及线路衔接,依据傅里叶级数原理建立线路线形频域特征与车体加速度的关联关系,进而构建纵断面目标优化模型,提出一种适用于超大跨度铁路桥上线路纵断面的优化方法。以某超大跨度悬索桥为例,研究结果表明:该方法可使线路纵断面的最小波长远离车体加速度敏感波长,降低车体振动加速度;优化后的线路纵断面车体加速度响应最大值为0.15 m/s2,优于工程实际中所采用的多坡段纵断面;优化后的线路纵断面具有良好的平顺性及适应性。本方法可直观反映优化后线路纵断面的频域特性,并从波长的角度实现了纵断面优化与高速列车行车性能的关联,可用于指导桥上线路纵断面设计及优化。

超大跨多塔跨海斜拉桥施工期抖振响应分析与控制技术研究

超大跨多塔跨海斜拉桥悬臂施工阶段,相对于成桥状态具有刚度小、自振频率小和阻尼比低的特点,在沿海高设计风速作用下容易产生较大的抖振响应。准确地计算桥梁施工期抖振响应有利于提高桥梁建设的安全性。为了实现桥梁抖振响应的精细化计算,以黄茅海大桥为工程背景,将分离式双箱梁的三维导纳考虑进抖振频域计算方法,通过最大双臂状态气弹模型风洞试验验证该计算方法相对于传统的定常假设和Sears函数具有更高的准确性。然后基于该计算方法探寻了超大跨度多塔跨海斜拉桥施工期抖振响应的发展规律:在0~200 m悬臂范围内悬臂端的抖振竖向和横向位移极值对施工悬臂端长度不敏感,而悬臂长度一旦超过200 m后抖振竖向和横向位移极值则对悬臂端长度非常敏感,呈现指数增长,最大抖振竖向位移极值可以达到4.9 m;悬臂端抖振扭转位移极值与悬臂端长度基本呈线性关系。分析抖振响应频响函数,提出了利用模态分析进行临时墩布置位置初步设计的理念,通过抖振精细化计算方法计算9种临时墩布置位置下的桥梁抖振响应,并进行了其中推荐方案的风洞试验验证了该理念的可行性。结果显示:临时墩的布置最多可以降低75%的悬臂端抖振竖向位移极值;需要综合考虑在悬臂施工过程中悬臂端的抖振位移极值随着跨度的增长而增长,临时墩布置在离桥塔2/3最大悬臂长度处最为合理。

井筒对特大跨越输电塔风致响应的影响

采用数值模拟方法研究井筒对特大跨越输电塔风致响应的影响,提出钢管混凝土杆采用钢管杆等代的等效建模方法,采用时域法和频域法研究有无井筒输电塔在顺线路和横线路方向的风致响应,最后将风振系数结果与规范规定值进行比较。研究表明:利用截面刚度等效原则进行钢管混凝土杆等效为钢管杆的方法是可行的;考虑井筒后输电塔的前两阶自振频率降低明显,输电塔的位移和加速度均增大;时域法和频域法的计算结果接近;有井筒输电塔的整体风振系数比无井筒输电塔大11%~15%;风振系数计算结果与《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551—2018)的规定值比较接近。

大跨超长联跨海连续梁桥纵向抗震体系研究

为研究大跨超长联跨海连续梁桥的纵向抗震体系,以某长联连续梁桥[(60+22×80+60)m]为研究对象,采用传统隔震体系和减隔震体系进行抗震设计,采用Midas/Civil建立全桥有限元模型,比较采用不同抗震体系及其边界参数时桥墩在罕遇地震作用下的地震响应。计算结果表明:对于传统体系,设置多个固定墩,可以在一定程度上降低结构的内力响应和限制桥梁的纵向位移,但结构内力和位移仍处于较高的水平,因此设置多个固定墩并不是行之有效的抗震结构体系;对于延性设计,塑性铰的耗能特性可以有效降低结构内力响应,其塑性变形特性会增大位移响应,但对于位于水中的桥墩,鉴于震后构件修复的难易程度,当考虑采用延性设计体系时应当予以更多的关注;对于减隔震体系,摩擦摆支座可以有效降低结构内力和限制桥梁的纵向位移,具有良好的减隔震效果,结构的安全性得到了显著提高,结构内力和位移与减隔震支座的个数之间并非简单的线性关系,应通过对结构内力的详细计算后确定。

双洞八车道特大跨度隧道Ⅴ级石质围岩开挖工法

为减小双洞八车道特大跨度隧道洞口Ⅴ级石质围岩后行导坑爆破对已完成支护结构的不利影响,该文以平潭牛寨山隧道工程为例,针对原设计双侧壁导坑法在后行的临近导坑爆破时,易将原先已施工完成的临时钢支撑震塌,提出取消临时横向支撑的变更方案1,以及带竖向支撑的上下台阶法(变更方案2),再利用有限元法计算,模拟3种不同开挖工法对隧道变形及受力的影响。计算结果表明:3种方案引起的拱顶沉降相差较小,最大相差约11.8%;变更方案2引起的围岩应力最大,但变更方案2同时取消了左右侧壁导坑的横向支撑以及左右侧壁导坑下台阶的竖向支撑,大大简化了施工工序。最后,结合监测数据进行分析,隧道结构安全稳定,变更方案2不仅合理可靠,而且加快了施工进度,节约了造价。

超大跨度无砟轨道混凝土连续刚构铁路桥梁部施工及变形控制技术研究

结合106 m+198 m+106 m连续刚构桥,介绍了0#节段的主要施工流程和施工方法,以及悬臂挂篮施工技术,在施工中采取数字化的线性监控和严格的施工控制措施,保证连续梁施工尽量符合梁部高性能混凝土的徐变值,使后期梁部及混凝土变形尽量接近设计值。

广西壮族自治区博物馆扩建部分结构设计

广西壮族自治区博物馆扩建部分是一座框架结构的公共建筑,结构存在结构超长、扭转不规则、长悬挑以及大跨度等设计难点。采用YJK软件建立计算模型进行方案比选,确定了结构体系和基础方案,各项指标满足现行规范要求。针对本工程的结构设计难点,采取相对应的设计措施,保证结构的安全可靠。本项目的设计及分析过程可为类似结构的设计提供参考。

超大跨径缆索承重桥梁新型结构体系研究与实践

文章以正在建设的常泰长江大桥和张靖皋长江大桥为例,对超大跨径斜拉桥和悬索桥的结构体系进行分析,讨论了超大跨径斜拉桥的塔梁约束、索塔锚固及沉井基础,超大跨径悬索桥的缆塔约束、索塔形式、锚碇基础及正交异性桥面板等结构体系设计的关键技术问题,给出了相应的解决方案,以期为我国其它超大跨径缆索承重桥梁的建设提供借鉴。

特大跨径拱桥异形钢箱拱肋畸变翘曲效应影响研究

针对特大跨径拱桥异形钢箱拱肋畸变翘曲研究成果较少的现状,且为更好地把握空间异形钢箱拱肋的结构受力特性,合理控制截面畸变翘曲效应的影响,以某特大跨径拱桥为例,采用3D Experience simulia软件建立钢箱拱肋有限元模型,对钢箱拱肋截面畸变翘曲效应的主要影响因素进行了系统分析。通过分析可知,横隔板的最优间距约为3.0 m、最优开孔率为65%~85%;设置壁板加劲肋对钢箱拱肋的畸变翘曲和局部屈曲约束作用均比较明显;在不影响钢箱拱肋内部检修空间的情况下,设置分仓板对改善截面畸变翘曲作用明显。相关结论为优化调整钢箱拱肋构造提供了一定依据。

超高层大跨悬挑结构双层钢连桥整体提升分体技术研究

横琴铁建广场项目的大跨度悬挑双层钢连桥设置在近百米高空,存在较多的异形构件,还具有单构件重量大、焊接质量要求高等特点。考虑到该钢结构工程工期紧张、施工难度大、精度控制高等因素,常规吊装法较难满足实际需求。为解决上述问题,本工程研发出一种多周转可移动式钢结构拼装胎架,利用工字钢作为临时连接固定杆件,将两层钢连桥桁架在胎架上进行整体拼装,并采用液压整体提升法对整体桁架进行同步提升,在下层钢连桥桁架到位后对其进行固定并拆除临时连接杆件,继续提升上层钢连桥桁架,实现了双层钢连桥的整体提升分体施工和同步提升异步卸载。经工程实践证明,该施工技术确保了施工质量,提高了施工安全性和节约了工期,可为类似工程的施工提供参考依据。

某复杂体育馆结构设计研究

衡山县体育馆主体平面呈圆形,直径约为150 m,采用钢筋混凝土框架结构;屋盖呈圆拱状,跨度约为90 m,采用大跨度钢拱结构。文章采用Midas Gen对结构进行了整体计算及施工模拟,针对平面超长、拱脚水平力大、钢结构复杂节点采取了相应的加强及优化措施。结果表明,结构各项指标满足规范要求,相应设计可供类似项目参考。

洛河特大桥主桥关键施工技术研究

以洛河特大桥建设项目为依托,对高墩大跨连续刚构桥的关键施工技术开展系统研究。在项目建设中,运用了大体积混凝土温控、空心墩快速封顶、高墩边跨现浇段不配重等施工技术,相关技术成果可为同类高墩大跨连续刚构桥的施工提供借鉴。

大跨径双层桥梁水中主墩超深基坑施工关键技术研究

桥梁结构位于水中的墩台,必须考虑水中作业环境下的特殊要求。采用可行的围堰方法、合理的支护体系和更安全、易操作的施工方法是水中施工作业的关键。依托工程案例,主要介绍采用双层拉森钢板桩作为主墩围堰的超深基坑支护体系施工工艺,经实践,施工方便、安全高效,在内河水域施工中是一个很好的选择。

干喷和湿喷工艺在超大跨度隧道中的应用对比

隧道在初期支护阶段的喷射混凝土工艺主要分为干喷和湿喷工艺。以杏花村1号隧道为工程实例,对干喷和湿喷工艺在超大跨度公路隧道施工中的应用进行了对比分析。研究结果表明:在每延米条件下,湿喷工艺的混凝土设计量比干喷少了1.03 m^(3),实际喷射量比干喷少了1.48 m^(3);在每延米条件下,湿喷工艺的混凝土损耗率比干喷降低了6.71%;干喷和湿喷工艺存在各自的优缺点,应根据现场施工情况选择合适的喷射混凝土工艺。

Parameter effects on the dynamic characteristics of a super-long-span triple-tower suspension bridge

A 3D finite element model for the Taizhou Yangtze River Bridge,the first triple-tower long-span suspension bridge in China,is established based on the nonlinear finite element software ABAQUS,and the dynamic characteristics of the bridge are analyzed using the LANCZOS eigenvalue solution method. The study focuses on the effects of the vertical,lateral and torsional stiffness of the steel box girder,the rigid central buckle and the elastic restraints connecting the towers and the steel box girder on the dynamic characteristics of the triple-tower suspension bridge. Our results show that,in general,the dynamic characteristics of the triple-tower suspension bridge are similar to those of two-tower suspension bridges. The vertical,lateral and torsional stiffness of the steel box girder have different effects on the dynamic characteristics of triple-tower suspension bridges. The elastic re-straints have a more significant effect on the dynamic characteristics than the central buckle,and decreasing the stiffness of the elastic restraints results in the appearance of a longitudinal floating vibration mode of the bridge. Also,rigid central buckles have a greater influence on the dynamic characteristics of triple-tower suspension bridges than on those of two-tower suspension bridges. The results obtained could serve as a valuable numerical reference for analyzing and designing super-long-span triple-tower suspension bridges.

西部某大型会堂结构设计

西部某大型会堂项目集展览、会议、办公、图书馆诸多功能一体,其主楼长320m,宽279m,建筑总高度54m。会堂主楼采用钢结构体系,其结构具有超长、大跨、大悬挑、扭转不规则、楼板不连续、竖向尺寸突变、错层、局部转换等超限项。从本工程建筑主体功能、结构主体组成、结构重要设计条件取值进行了介绍,对大型复杂公共建筑结构设计,具有一定的借鉴意义。

郑州国际文化交流中心酒店结构设计

郑州国际文化交流中心酒店地上9层,地下2层,地上分为A区、B区两个结构单元,均为复杂超限高层建筑。主体结构均采用钢筋混凝土框架-剪力墙体系,关键部位采用型钢混凝土或全钢结构。A区有跨度为23.7~25.3m的弧形转换,采用弧形型钢混凝土转换梁;B区在3层~屋面有11.3m的超长悬挑,采用双层斜拉杆体系。分析了结构整体性能,明确了结构关键部位,选取并验证了中震、大震下的性能化目标,采用大震弹塑性时程分析揭示了结构薄弱部位并采取了针对性措施。专项分析了弧形转换梁的抗扭能力和应力分布,超长悬挑区的楼板作用、节点应力、抗连续倒塌能力,并提出了加强措施。分析结果表明,结构设计满足规范要求,并具有良好的抗震性能。

特大跨隧道在双侧壁岛坑法施工下的数值模拟

依托实际项目,运用FLAC3D进行后处理,模拟双侧壁导坑法用于V级围岩的施工,全面展示了暗挖隧洞右洞的分步开挖对左洞初期支护应力、右洞周围围岩变形的变化规律。结果表明:对于开挖洞在既有洞初期支护上产生的支护轴向应力规律,双侧壁导坑法和全断面开挖理论规律基本一致。开挖洞在双侧壁导坑工法下,地表沉降会出现下导坑较上导坑对地表沉降影响更大的规律。在偏压工况下,开挖对于地面沉降量在大偏压侧较小偏压侧更明显。导坑法对地面沉降会产生peck曲线的叠加效应,但最终沉降曲线满足peck沉降理论。

超大跨径斜拉桥钢桥面板疲劳损伤监测与断裂力学研究

为研究超大跨径斜拉桥钢桥面板的疲劳损伤问题,以某斜拉桥为工程背景,对实桥进行了现场疲劳损伤监测与分析,并基于断裂力学的三维裂纹扩展模型,对钢箱梁顶板-U肋和横隔板-U肋等焊接细节进行了数值仿真与研究。结果表明:实桥顶板-U肋焊缝细节高应力幅(大于10 MPa)循环次数与疲劳损伤度明显低于横隔板-U肋细节,横隔板-U肋焊缝最大应力幅达到75~90 MPa,顶板-U肋焊缝最大应力幅为15~30 MPa,横隔板-U肋焊缝细节处裂纹数量远大于顶板-U肋焊缝细节处裂纹数量;顶板-U肋焊缝裂纹在扩展过程中基本保持平面,裂纹扩展有先沿焊缝方向纵向扩展,再向深度方向扩展的趋势;横隔板-U肋焊缝焊趾处裂纹先沿初始裂纹深度方向在横隔板扩展,再向横隔板厚度方向扩展,焊趾处裂纹先向U肋厚度方向扩展,后沿初始裂纹长度方向顺桥向扩展;在初始裂纹尺寸与荷载条件相同的情况下,顶板-U肋焊缝焊趾处裂纹扩展速度大于焊跟处裂纹扩展速度,横隔板-U肋焊缝焊趾处裂纹扩展速率大于横隔板焊趾处裂纹扩展速率。