超高性能钢管混凝土桥梁结构研究

为推动超高性能矩形钢管混凝土组合结构应用并促进桥梁结构轻型化、装配化技术发展,依托沪武高速某跨线桥工程,对中等跨径下承式超高性能钢管混凝土桥梁进行设计研究。提出采用超高性能钢管混凝土组合结构作为桥梁主要承重构件,其高承载力、高耐久性、施工便捷、装配化程度高等优良性能,满足目前对桥梁建设轻型化、薄壁化的发展需求。结合工程建设条件,提出3种主要构件以承受轴向力为主的桥型方案,分别为组合桁梁桥、系杆拱桥以及斜拉板桥,创新性地采用CFRP吊杆、CFRP预应力筋及冷弯卷边U型横梁与UHPC组合桥面板结构,并通过有限元模型对各设计结构进行强度、刚度、稳定性及动力特性分析,得到各验算结果均满足规范要求,并针对各桥型进行技术经济性分析,为中等跨径跨线桥梁的设计及UHPC、CFRP等新材料的应用提供参考。分析结果表明:简支组合桁梁动力特性较好,刚度、稳定性适中;连续组合桁梁构件强度较均衡,材料利用率相对高,但竖向刚度相对较小;系杆拱桥竖向刚度相对较大,但横向稳定性相对差;斜拉板桥竖向刚度相对大,横向稳定性相对好。在相同条件下,简支桁梁、系杆拱桥、连续桁梁、斜拉板桥的材料造价比值为1∶1.02∶0.97∶1.83,连续组合桁梁的经济性最优,而斜拉板桥相对差。组合桁梁桥施工性能更优,而系杆拱桥与斜拉板桥景观效果更为突出。

铁路下承式连续钢桁梁桥静动力性能评估

成昆铁路复线完工后,部分老线区段将并入复线,并开行时速为160 km的动车组。为评估老线中典型桥梁在开行动车组后的服役性能,通过数值仿真及现场静动力荷载试验的方式,对某3×64 m连续钢桁梁桥的静力及动力性能进行检测与评估。研究表明,静力荷载作用下,主桁杆件最大轴向拉、压应力分别为143.1,175.4 MPa,均小于容许应力240 MPa,结构具有足够的强度安全储备。第34、35、36孔挠跨比分别为1/1 756、1/1 940、1/1 732,均小于规范规定的1/1 250,表明该桥具备通行动车组的刚度条件。各工况下活动支座纵向位移最大值为3.195 mm,小于支座纵向位移允许限值,表明各活动支座工作状态良好。动荷载作用下,主梁振型、自振频率与既有检定结果差异不大,且均小于理论计算值。主梁跨中竖向加速度、主梁跨中横向加速度、桥墩横向振幅及活动支座横向变形均满足规范要求,表明该钢桁梁桥主梁、桥墩及支座等主要组成部分的技术指标均满足行车要求。

赣州西站站房钢结构分析与设计

赣州西站是京港高速铁路在赣州市内最大的高铁站,建筑造型新颖。为契合建筑造型,上部钢结构具有大跨、异形、节点复杂、超高穿层柱等特点,通过结构整体分析、钢结构极限承载力分析、正面钢结构屈曲分析、复杂节点有限元分析和穿层柱分析等方法,采用在空腹桁架的平面外设置钢拉索,超高穿层柱设计空间钢网格结构关键节点等措施确保结构设计的可靠性。结果表明钢拉索可有效保证空腹桁架的平面外稳定性;弹性、弹塑性全过程屈曲分析表明,屋盖安全系数均大于2.0,屋盖钢结构极限和稳定承载力满足设计要求;铸钢节点在罕遇地震作用下仍处于弹性状态,满足性能设计要求;铸钢球关键节点有效解决穿层柱超高问题,进一步提高了穿层柱的稳定和极限承载能力。

无应力状态法在半穿式连续钢桁架桥设计和施工中的应用

盐城市盐渎路大桥主桥是超大宽度的半穿式连续钢桁架结构,受力复杂,构件繁多,该桥在设计和施工中运用无应力状态法,成桥后获得了与设计目标相一致的内力和线形。文章首先介绍了桥梁概况,然后概述了无应力状态法,在此基础上进行了桥梁无应力构形的确定,最后提出了桥梁施工方法,以供参考。

大跨径斜拉桁架桥拆除关键技术研究

为了研究大跨径斜拉桁架桥的拆除施工工艺和结构行为控制方法,以某大跨径斜拉桁架桥拆除为研究背景,制定了针对性的方案比选并最终确定最优化施工方案,充分考虑桥梁拆除重建施工和拆除施工的关系,发挥栈桥作为桥梁拆除的平台和新建的通道的双重作用,分析了斜拉桁架桥的受力机理,并建立空间有限元模型模拟大跨径斜拉桁架桥结构的力学效应,其研究可供同类工程项目参考借鉴。

拱形钢桁梁桥结构分析与构造细节设计

钢桁架结构通常节点密集,设计复杂多样。现结合绍兴市某拱形下承式钢桁梁桥,介绍其总体布置、结构设计,并基于有限元分析理论,采用通用有限元软件ANSYS对该桥的活荷载计算模式、上下弦杆节点、梁端节点、横肋与下弦杆及小纵梁相交节点的构造细节设计进行计算对比分析。研究表明,整体式节点设计中节点板处竖杆腹板采用渐变断开式设计,可满足应力、屈曲稳定的要求;拱梁结合点处的应力集中范围与大小受圆弧半径、支点相对位置的影响,支点靠近拱梁结合点对结构受力有利;支撑桥面板的横肋下翼缘可与小纵梁、下弦杆采用半刚性节点,虽一定程度上会增大翼缘断开范围腹板应力,但整体应力水平较低。

盐渎大桥主桥结构设计与受力分析

盐城市盐渎大桥主桥为(60.9+105+60.9)m半穿式连续钢桁架结构,桥宽50.5 m。文章介绍了该桥的总体设计、结构设计、静力分析及架设方案,分析得到两片桁的半穿式钢桁架桥型方案较好地解决了超宽桥梁的景观协调性问题;主桁的面内、面外弯矩效应较大是结构受力的一大特点;主桁竖向、横向刚度较大,整体稳定性较好;应用基于无应力状态法的架设方案使结构成桥内力和线形与设计目标一致。

既有线路提速改造中下承式钢桁结合桥的应用研究

我国既有线路上运营的许多 4 8m以上的钢桁桥多为明桥面桥 ,提速后其刚度均达不到运营的要求 ,而且噪音大 ,给沿线造成污染 ,需要在桥的技术和结构等方面进行改造。在研究中 ,以 6 4m双线铁路钢桁梁桥为例 ,将其换成小节间 4纵梁半结合下承式钢桁桥 ,采用空间有限单元法对其强度、刚度和动力特性作了全面系统的分析 ,其结果均满足要求。研究结果表明 :将原钢桁桥换成下承式钢桁结合桥 ,可基本不改变桥头线路高程和桥梁下部结构 ,该方法既快捷又经济 。

高速铁路下承式板桁结合梁的受力分析

为了了解下承式板桁结合梁的受力性能,根据京沪高速铁路上的1座简支下承式板桁结合梁桥,设计制作了1个4节间下承式板桁结合梁模型,并分3个阶段10种荷载工况进行了模型试验,对主桁和纵梁的挠度,横梁的竖向、水平位移,纵、横梁、主桁各杆的应力,混凝土板上的应力、裂缝分布及宽度进行了分析,研究了混凝土板与主桁结点是否直接相连以及制动撑对结构的影响。试验结果表明:主桁的挠度和内力与按平面桁架计算的结果相比相差不大;在桥面系中,最大应力发生在横梁2上,混凝土的受力状态以竖向荷载作用下的弯曲为主;在竖向荷载作用下,制动撑的作用不大,但在水平荷载作用下,制动撑的作用明显;设计时可不考虑各种偏载的影响。

大跨度铁路下承式钢桁梁柔性拱桥稳定性研究

基于洪奇沥水道特大桥主跨为2×360m的大跨度下承式钢桁架柔性拱桥建立有限元模型,考虑结构的几何初始偏位、几何和材料的双重非线性以及温度因素,进行施工阶段和运营阶段的稳定性分析。结果表明:该桥失稳形式为拱肋整体面内失稳;仅考虑几何非线性时,结构的稳定系数降低10.53%;考虑几何和材料双重非线性时,稳定系数降低73.9%,并随几何初始偏位的增大进一步减小;拱肋施加1/3000—1/1000计算跨径的初始横向位移时,结构的稳定系数降低0.38%—5.66%;钢桁梁受材料非线性影响显著,拱肋次之,纵横梁最小;温度变化对结构的稳定性影响较小,当温度上升60℃时,结构的稳定系数增加0.72%,当温度下降15℃时,结构的稳定系数降低0.19%。各种因素下最不利稳定系数为2.39,桥梁结构总体稳定性良好。

大跨度中承式钢桁架拱桥初步设计的体系优化

以天津国泰桥为工程背景,重点介绍了大跨度中承式钢桁架拱桥在初步设计阶段进行体系优化的关键问题,并就优化方案的支承约束布置、构造措施以及施工方法进行了探讨。对于中承式钢桁架拱桥,三跨连续铰支的无推力体系比单跨固支的有推力体系在基础、拱肋、桥面系等方面均具有力学性能优势和经济优势,是中承式钢桁架拱桥的首选。

宜昌香溪长江公路大桥主桥设计

宜昌香溪长江公路大桥主桥为钢桁架全推力中承式无铰拱桥,拱轴计算跨径为519m。拱肋采用空间变截面桁架结构,拱轴线采用悬链线形,拱轴系数为2.0。桁架拱采用2片主桁,主桁采用柏式桁架,主桁节点采用焊接整体节点。拱脚采用厚承压板格构+预应力的钢-混结合段构造。拱上立柱采用钢箱排架结构。桥面梁采用格子梁体系,在钢纵、横梁顶面布置焊钉与钢筋混凝土桥面板形成结合梁结构,桥面结构采用纵向部分固结+纵向限位+横向多点拉索减震的支承方式。吊杆采用整束挤压钢绞线吊杆。拱座采用分离式钢筋混凝土结构,拱座基础采用明挖扩大基础。上部结构安装采用斜拉扣挂、缆索吊装系统,拱肋主桁采用节段整体吊装,两岸对称悬臂拼装的方式架设。

高速铁路下承式钢桁结合桥研究

下承式钢桁结合桥跨度大、建筑高度低、刚度大、噪声小、施工快捷,在法国和日本高速铁路上已有应用,我国目前还没有一座这样的桥梁。本文通过有限元分析和模型试验,对下承式钢桁结合桥的结构体系、桥面系结合形式、有限元分析方法、节间长度及纵梁根数对桥面系受力状态的影响、混凝土板裂缝宽度控制等问题作了研究,认为因地制宜地选取下承式钢桁结合桥的合理结构形式用于我国高速铁路建设和既有线提速改造可收到较好的经济效益和社会效益。

大跨度钢桁梁桥静动力性能试验研究

以某铁路64m单线栓焊下承式钢桁梁桥为研究对象,采用数值模拟分析和现场试验相结合的方法,进行提速和扩能条件下的大桥静动力性能试验研究。结果表明:静载作用下,实测大桥杆件应力和跨中挠度均小于理论计算值,挠度、应力校验系数略大于规范通常值,挠度和应力相对残余均满足要求,上下游两片受力较为均匀;不同速度列车作用下桥梁运营性能指标基本满足规范要求,但实测数据均较大,且大于同类型双线钢桁梁桥,空重混编列车引起桥梁更大振动;桥梁基本满足承载能力和使用条件要求,结构处于良好的弹性工作状态,但桥跨结构整体刚度偏弱,安全储备较小,建议对桥梁整体刚度进行加强并对桥梁动力响应进行实时监测。

下承式铁路钢桁结合桥的桥式结构比较

下承式钢桁结合桥刚度大,建筑高度低,行车噪声小,舒适度高,拟在我国客运专线、高速铁路建设和既有线路提速改造中应用。目前我国大陆还没有一座下承式钢桁结合桥。世界上已有一些成功应用的经验,但相关资料较少。本文介绍了日本北陆新干线、法国高速铁路地中海线以及我国台湾正在修建的高速铁路上几座有代表性的下承式钢桁结合桥和笔者等正在进行的下承式钢桁结合桥试验模型资料;将这些桥式结构按其与主桁和桥面系的结合方式分为三类;对桥式结构、受力特点、横向刚度、建筑高度等进行分析研究和比较;提出了下承式钢桁结合桥需要进一步深入研究的一些问题。这些工作将有助于下承式钢桁结合桥在我国的应用。

下承式桁梁结合梁温度效应的级数解

首先将下承式桁梁结合梁等效为箱形梁,再用变分法求出了下承式桁梁结合梁温度效应的级数解,并对京沪高速铁路上的一座(初步设计)简支下承式钢桁结合梁桥进行了计算,其结果可供下承式桁梁结合梁设计参考。

长寿长江大桥设计

介绍渝怀铁路长寿长江大桥设计。大桥上部结构采用下承式连续钢桁梁的双线铁路桥梁,桥梁结构用钢为14MnNbq钢、16Mnq钢;主桁采用整体节点技术;支座为铰轴滑板钢支座;钢梁使用了长效防腐涂装体系;钢梁安装采用单层吊索塔架悬拼施工,悬臂跨度长达192m;钢桁梁悬臂拼装时采用了预应力后锚技术;主墩深水基础采用双壁吊箱围堰施工。

128m双线铁路简支钢桁梁桥设计

赵寨颖河双线特大桥主桥为128m下承式简支钢桁梁桥。主桁采用带竖杆的三角形腹杆体系;主桁弦杆均采用箱形截面,内力较大的腹杆采用箱形截面,内力较小的腹杆采用H形截面;在上弦杆平面内设置交叉式上平纵联;采用密横梁整体正交异性板有砟桥面系。该桥采用在岸边临时支架上拼装钢桁梁及导梁,在河中设置2个临时支墩的半悬臂拖拉法施工。采用MIDASCivil 2006建立主梁三维有限元模型,计算主梁杆件内力及位移、预拱度、自振特性,计算结果表明该桥设计合理,满足规范要求。

下承式桁架拱渡槽结构三维有限元分析

下承式桁架拱渡槽是南水北调中线工程中广泛采用的结构形式.采用三维有限元方法,结合南水北调中线工程昭北干下承式桁架拱渡槽结构设计,主要研究分析了两种工况下桁架拱结构的上弦杆、下弦杆和竖杆及上、下横系梁各杆件的应力和位移分布规律.结果表明,桁架拱结构位移和挠度较小,满足现行规范要求;各杆件均处于压应力或拉应力状态,且最大拉、压应力都小于混凝土容许值.

一种适用于下承式钢桁结合桥计算的板梁组合单元

下承式钢桁结合桥具有建筑高度较低、行车时燥声、震动较小、刚度较大等优点,是高速铁路桥梁中比较理想的结构形式之一。为了能较合理和方便地分析下承式钢桁结合桥的力学行为,本文提出了一种考虑板梁共同作用和相对滑移的板梁组合单元。该单元以矩形板的4个结点的结点位移和板梁结合面3个点的相对滑移作为单元的基本自由度,板的位移模式通过对常规4结点矩形平板壳单元的形函数修正得到,梁的位移模式则根据板和梁之间的变形协调条件来确定。文末的算例表明,本文的解与试验结果和通用工程软件解较为吻合,说明了本文理论和方法的正确性。