Comparative Analysis of Bridges with AASHTO and Florida I-Beam Girders

A comparative study of two pre-stressed girder bridges, one with AASHTO （American Association of State Highway and Transportation Officials） Type III girders and the other with new FIB （Florida l-beam） girders, is presented. FIB girders are expected to provide increased lateral stiffness, higher load carrying capacity, cost-efficiency and better reliability. In this paper, the first bridge that is analyzed is a 3-span bridge designed with six AASHTO Type III girders, and the second bridge has four FIB girders with the same span length, width and girder depth. The bridges are analyzed for Florida state legal loads SU4 and C5. Both bridges are analyzed using a sophisticated finite element method. The deflections, moment envelopes, section capacity and live load rating of the two bridges are obtained and compared. FIB girders have higher vertical stiffness, higher section capacity providing higher load rating than the AASHTO girders.

南流江预应力连续梁式渡槽抗震性能

预应力连续梁式渡槽具有整体受力条件好、施工工艺成熟且方便的优势,在实际工程中运用广泛,其具有良好的抗震性能是保证工程安全运行的关键。以采用预应力连续梁式渡槽形式的南流江大渡槽为例,通过Midas-civil分析软件建立有限元模型并施加拟合生成的地震波,对渡槽的抗震性能进行研究。结果表明,在拟合生成的地震波与场地类别、分区特征周期相近的人工地震波E1、E2作用下,南流江大渡槽的顺桥向及横桥向的桥墩强度验算和变形均满足要求,具有安全可靠的抗震性能。

钢桁梁断面形式对公铁两用桥上列车气动特性影响

钢桁梁断面形式的不同可能会改变桥上列车的气动力,进而影响桥上列车运行安全性和舒适性。为此,以某千米级公铁两用悬索桥为工程为背景,通过风洞试验对三种常用钢桁梁断面形式的桥上列车进行测力、测压试验。研究结果表明,当单列车位于三种钢桁梁断面形式上的上游时,列车的阻力、升力系数无明显差异,而单列车位于下游时,列车的阻力、升力系数有较大的区别;在双车状态下,由于迎风侧列车的遮挡作用,改变了不同钢桁梁断面形式下列车的流场,使得钢桁梁断面形式对背风侧列车影响较小。无论列车位于上游、下游,其三种钢桁梁断面形式下列车的阻力系数、升力系数随风攻角的变化趋势一致。当列车位于上游时,其三种钢桁梁断面形式上列车顶部和底部圆弧过渡段都出现不同程度的流动分离,使得其列车平均风压系数不同;当列车位于下游时,三种钢桁梁断面形式上列车平均风压系数变化趋势一致,说明钢桁梁断面形式对下游列车的平均风压影响较小。列车位于上、下游时,其脉动风压系数会有显著的差异,其脉动风压系数的大小受腹杆布置形式的影响要比梁高的不同更为显著。本文研究结果可为大跨钢桁梁桥的断面形式选取提供参考和依据。

新型FRP-金属组合T型梁桥及扭转刚度简化计算方法的研究

基于应急桥梁的轻量化、高强化和模块化的发展需求,提出了一种模块化纤维增强复合材料(FRP)-金属组合T型梁桥。首先,介绍了该T型梁桥的结构尺寸、空间布置、杆件类型、连接方式以及现场快速架设方法。其次,基于开口、闭口薄壁截面杆扭转理论,推导了该T型梁桥结构扭转刚度简化计算公式。最后,基于通用软件ANSYS开展了有限元分析,利用所推导的简化计算公式进行了结构扭转刚度影响因素分析。结果表明:相较于传统单车道钢结构应急桥梁,该组合T型梁桥达到了明显的减重效果;结构扭转刚度理论计算值与有限元值吻合较好,所建立的理论简化计算模型可便于单片T型梁扭转刚度的预测;单片T型梁的外扭矩主要由各纵向构件和斜腹杆共同抵抗。

钢箱梁桁架式纵隔板疲劳开裂弹性阻尼支撑处治技术

针对钢箱梁桁架式纵隔板中出现的早发性、多发性、再发性疲劳开裂病害,分析桁架式纵隔板病害原因,基于能量法,提出将端部刚接斜腹杆变为端部铰接的弹性阻尼支撑处治技术。研制弹性阻尼支撑装置(Elastic-Damping Support Device,EDSD),将斜腹杆局部切除并安装EDSD,通过EDSD中设置的弹性阻尼单元耗散外部荷载输入结构的大部分能量,保障结构在长期车辆荷载等作用下的安全性和正常使用性能。结合某斜拉桥钢箱梁桁架式纵隔板疲劳开裂处治需求,开展了该处治技术实桥应用,并对其进行有限元分析及实桥监测。结果表明:钢箱梁内斜腹杆局部改造安装EDSD后可大幅降低斜腹杆应力水平,有效降低斜腹杆疲劳易损部位开裂风险,增加疲劳寿命;安装EDSD的斜腹杆上的既有裂缝均无扩展。

某钢箱梁人行天桥承载能力与舒适度评估

为了研究钢箱梁人行天桥的承载能力、动力特性及振动舒适度情况,评定桥梁的性能状态和使用功能,为桥梁竣工验收提供技术依据,同时为桥梁科学管理和提高养护水平积累技术资料,建立和健全完备的桥梁技术档案。采用现场加载试验和人行激励试验的方法及有限元数值模拟,基于静载试验测试桥梁的应力和挠度,结合动载试验,通过对桥梁进行模态分析,得到桥梁自振频率、阻尼比等参数测定桥梁的自振特性,并且进行现场人行激励试验,分别采用规避敏感频率法和限制动力响应值法,评价结构舒适度。将现场试验实测值与有限元计算理论值对比得出结论,荷载试验测试数据表明,结构承载能力和整体刚度均满足设计和使用要求,可以按照设计人群荷载正常使用。天桥上部结构竖向基频及竖向加速度峰值满足相关规范对结构舒适度的要求。

步履式顶推施工中钢箱梁结构受力特性研究

本研究以温塘村特大桥钢箱梁工程为背景,首先详细设计了步履式顶推施工现场布置、顶推段拼装工艺及顶推施工步骤,然后基于MIDAS/Civil有限元软件分析了钢箱梁顶推施工过程中梁体的最大挠度、最大应力与步履机支反力,校验了顶推支架的强度与稳定性。结果表明当导梁前端顶推至五号步履机时,梁体达到最大悬挑长度,出现最大挠曲;钢箱梁顶推至设计位置时,导梁尾端应力集中明显,建议重点关注该工况的结构监测;钢箱梁的局部拉压受力和顶推支架的一阶屈曲模态特征值均符合稳定性要求。综合来看,步履机的“顶、推、降、缩”交替协同作用有助于提高钢箱梁和支架体系的施工安全。

昌九高铁扬子洲赣江公铁大桥西支主桥方案比选

昌九高铁扬子洲赣江公铁大桥西支主桥为承载时速350 km高速铁路的大跨度公铁合建桥,主跨320 m,公铁混层对称布置,下层桥面中间布置双线无砟轨道高速铁路、两侧布置双向4车道城市主干路,上层桥面布置双向8车道城市快速路。结合桥址区建设条件,对跨径布置为(64+128+320+128+64)m箱桁组合梁斜拉桥和钢桁架拱桥2种桥型方案进行对比,结果表明箱桁组合梁斜拉桥受力明确,具有较好的施工稳定性和良好的经济性,为选定方案。针对扇形双索面密索体系、扇形双索面稀索体系和竖琴形双索面密索体系3种体系斜拉桥方案,从结构受力性能、施工难度、经济性、景观性等方面进行综合分析,最终选择受力合理、施工简便、经济性优、景观效果好的竖琴形双索面斜拉桥方案。桥塔采用花瓶形构造,主梁采用中间双桁、带挑臂的箱桁组合截面,结构受力合理,具有优良的整体性和结构刚度。

多跨预应力混凝土连续梁整体平移改造施工关键技术

宿迁古黄河老桥为(22.5+3×30+22.5)m四幅分离式连续梁桥,两侧为非机动车道桥,中间为机动车道桥。由于该桥位于生态保护区且梁体质量良好,为满足迎宾大道二期快速化改造需要,采取在不中断交通的前提下,通过交通导改先后将西侧和东侧机动车道桥分别往两侧整体平移3.25 m,再于中间修建新桥的改造方案。结合桥位处水文地质情况,采用在非机动车道桥外侧设置“钢板桩+过水钢管”围堰进行无水条件下的基础墩身拼宽施工。改造施工时,根据单侧机动车道桥支座处顶升荷载及梁底空间选配布置顶升千斤顶和步履器;通过有限元计算确定梁体顶升与平移施工过程中各支点竖向和横向位移偏差控制指标,采用PLC液压同步控制系统操控步履器与千斤顶交替顶升与平移,既能保证梁体整体顶升与平移的精度又能有效控制梁体应力突变;待梁体平移到设计位置后,拆除步履器和顶升千斤顶,复原垫石、支座及挡块。

大跨度钢箱梁步履式顶推施工控制研究

大跨度钢箱梁步履式顶推施工控制是确保施工过程中结构安全,成桥线形和应力符合设计要求的关键。本文以官溪河大桥主桥为工程背景,对大跨度钢箱梁步履式顶推施工控制进行研究。采用有限元仿真分析方法对全桥施工过程进行分析,研究顶推施工过程中主梁线形和应力的变化规律,确定各梁段施工预拱度。制定现场施工监控方案并开展施工中线形和应力实时监测,通过对理论值与实测值对比分析,表明施工过程中全桥线形和应力控制良好,施工过程结构安全。

大跨简支钢箱梁顶推及高位落梁施工关键技术

以长沙盼盼路上跨京港澳高速公路立交桥工程为依托,针对其桥下交通繁忙、顶推坡度大、落梁总高度高等难点,提出一种钢箱梁大坡度步履式顶推及高位落梁施工方法。钢箱梁拼装完成后,在预拼场先行施工部分桥面附属设施并配重,随钢箱梁同步顶推,从而减少后期桥上高空作业;在大坡度引桥上方进行钢箱梁顶推施工时,通过后支点循环分级升梁,调整钢箱梁线形;在临时支墩上进行高位落梁时,在钢箱梁底板上设置落梁吊挂系统,采用子、母双重循环方式,通过在步履机搁墩、步履机滑箱和置换墩之间反复“倒顶”,将高位落梁转换为连续分级低位落梁;通过分析各个工序转换时顶推及落梁系统的高程匹配与约束条件,建立适用于一般情况的系统高程计算式,给出合理的参数范围。

济南齐鲁黄河大桥网状吊杆系杆拱桥施工关键技术

济南齐鲁黄河大桥主桥为(95+280) m+420 m+(280+95) m五跨三连拱下承式网状吊杆系杆拱桥,主梁采用钢-混组合梁,梁宽60.7 m,采用“先梁后拱”的施工工艺。钢箱梁采用“静动结合”的吊装技术,解决了有限作业空间下超重、超宽钢箱梁节段上桥的难题,钢箱梁采用智能化步履式顶推设备与坦克轮相结合的方式顶推施工,提高了顶推过程的可控性、安全性和高效性。3跨拱肋中2个280 m跨采用满堂支架法施工,420 m跨采用“三段法”施工,即通过满堂支架法安装两端60 m边拱肋,300 m中拱段采用在钢箱梁上低位拼装,然后整体提升中拱段,使其与边拱肋配切合龙。对吊杆张拉方案进行对比,基于有限元分析,以吊杆内力控制为原则,最终选择吊杆应力水平更低的从跨中向拱脚对称张拉的吊杆张拉方案,张拉过程中采用接长杆减少张拉工作量,使吊杆张拉更高效、安全。

云南传统马鞍式伸臂木梁拱桥力学分析

马鞍式伸臂木梁桥是云南独有的一种古木桥型式,大多数依据工匠的经验设计而成,对该古木桥的结构研究将有助于对古建筑的保护,并能弘扬我国的传统文化。本文以云南省现存体积最大,保存最完好的马鞍式伸臂木梁拱桥——通京桥为研究对象,通过建立其1∶10的结构缩尺模型,使用现代桥梁的安全性评定方法分析其结构的使用安全性及合理性。结果表明:通京桥的榫卯结构完全符合现代桥梁的评定方式,说明传统的工匠艺术具有一定的科学性与合理性,对现在的新型木结构具有一定的启发和借鉴意义,同时有利于古建筑结构原理的保护和传承。

挑臂式钢箱梁剪力滞效应分析

针对宽幅钢箱梁桥梁数量日益增多而剪力滞效应突出的问题,以金海特大桥为工程背景,建立挑臂式钢箱梁中间节段实体分析模型,深入研究了宽幅箱梁的剪力滞效应。研究表明:斜拉索拉力均会显著增大钢箱梁顶板的剪力滞效应,但对底板剪力滞效应有所改善;在设计过程中应重点关注顶板内纵腹板处、跨中位置与重车作用位置以及底板钢箱位置与跨中位置的应力水平;恒载工况下,大挑臂钢箱梁顶板翼缘剪力滞系数趋近1,该截面形式设计合理。

装配式贝雷梁桥在新疆山区的设计应用研究

介绍了装配式贝雷梁桥的设计方法及流程,并以新疆喀什塔什库尔干自治县某下承式2×27 m HD200加强三排单层(TSR2)型装配式公路钢桥的设计为例,该桥的设计方法和流程对同类工程具有参考价值。

基于无应力状态控制法的K式钢桁梁桥起拱研究

目前工程上对于钢桁梁桥起拱问题的研究主要针对N式桁架节间,但K式钢桁梁桥节间的预拱度设置尚未有统一的计算方法。为解决K式节间的起拱问题,基于分阶段成形结构力学平衡方程,将节间的相对预拱度作为输入,推导得出各杆件伸缩量的数学表达式;针对下承式钢桁梁桥预拱度设置特点,进一步得出同时伸缩下斜腹杆与竖腹杆、同时伸缩下斜腹杆与上弦杆、同时伸缩上弦杆与上下斜腹杆共3种情况下的杆件伸缩公式,并借助实桥数据计算和几何试算进行验证。研究结果表明:该方法实用可行,充分验证了钢桁梁K式节间的无应力状态起拱为纯几何起拱,起拱过程不会产生附加内力和起拱支座反力。

高架轨道箱梁C型弹簧动力吸振器减振研究

为有效控制高架轨道箱梁的振动,首先设计并建立轨道-箱梁、动力吸振器物理模型,通过理论计算和数值仿真,分析动力吸振器的移频特性,对其参数、尺寸及安装位置进行优化设计;然后对轨道-箱梁结构进行模态分析,通过振型贡献率确定结构的受控模态;最后基于列车-轨道-桥梁耦合模型,探讨列车荷载作用下动力吸振器对轨道-箱梁结构的减振效果。结果表明:动力吸振器可以通过C型弹簧的变形来改变弹簧刚度,进而改变自身固有频率以对不同频率的振动进行控制;根据振型贡献率,轨道-箱梁结构以2阶模态为控制模态进行减振设计;简谐荷载及移动荷载作用下,动力吸振器可以在宽频范围内有效抑制轨道-箱梁结构的振动,最大可减低3.2 dB。

弹性阻尼支撑装置设计及性能试验

为克服两端刚接的大跨度钢箱梁桁架式纵隔板斜腹杆疲劳性能不足,提出一种弹性阻尼支撑装置(Elastic-damping Support Device, EDSD)。其主要原理是将已开裂斜腹杆局部切除后安装EDSD,通过端部铰接消除斜腹杆次内力,通过阻尼元件耗散斜腹杆在荷载作用下的伸缩变形能量,通过弹性元件控制桥面板竖向变形量,实现外载输入能量的合理分配。在大跨度斜拉桥正交异性钢箱梁运营期,经合理设计的EDSD可以有效消除其桁架式纵隔板斜腹杆端部疲劳裂损病害的发生。为探明EDSD的静力特征和滞回性能,制作了3个试件进行静动载试验研究。结果表明:(1)EDSD的刚度在静载加载时呈线性,约为206 kN/mm;而卸载时呈非线性,且刚度先大后小。卸载刚度值变化拐点出现在位移量±1.3 mm处,变化前后的刚度值分别约为508 kN/mm和90 kN/mm。(2)EDSD是一种与加载速率无关的非线性位移型阻尼支撑装置。(3)动载试验中随着位移幅值的增加,EDSD单位循环耗能以二次多项式规律不断增大,等效刚度以乘幂规律不断减小,等效阻尼比线形增大。(4)50 000个加载循环后的EDSD单位循环耗能比初始值下降了8%,等效刚度比初始值下降了8%,等效阻尼比基本保持不变。工程实践表明,研制的EDSD装置可有效增加纵隔板疲劳寿命,施工及维护便捷,桥梁全生命周期内的运维综合成本约为现有技术的70%。

基于能量变分法的新型波形钢腹板箱梁横向内力研究

基于能量变分法的基本原理,考虑箱梁畸变和波形钢腹板受力特性,建立以新型波形钢腹板箱梁桥面板剪力差T为未知量的控制微分方程,利用比拟的弹性地基梁法求出剪力差,得到新型波形钢腹板箱梁横向内力的能量变分法解。详细分析波形钢腹板倾角及波高变化对横向弯矩的影响规律。结果表明:按本文计算公式求解出的新型波形钢腹板箱梁横向内力解析解与ANSYS数值解能够很好地吻合,说明本文理论推导是准确可靠的;随着腹板倾角θ的增大,计算点A和载荷作用位置F处的横向弯矩急剧增大,离载荷作用位置较远的计算点B处的横向弯矩逐渐增大,当θ约为35°时,MA=MB;随着波形钢腹板波高dw的变高,角点A和角点B处的横向弯矩呈逐步增大的趋势,而载荷作用点F处的横向弯矩值则不断减小,且始终存在MF>MA>MB的关系。

跨线桥高墩现浇连续箱梁支架关键施工技术研究

模板支撑体系是用于在建筑施工中支撑混凝土浇筑的临时结构系统,以保持构件形状稳定性并确保最终质量,在桥梁建设过程中起到至关重要的作用。本文旨在研究城市高墩立交桥梁现浇施工中盘扣式满堂支架工艺的应用,以某项目为背景,设计计算支架系统,并详细分析跨线桥高墩现浇连续箱梁盘扣式满堂支架施工工艺及其关键环节。实践验证显示,该支架系统在力学性能和经济方面具备显著优势,为跨线桥高墩现浇连续箱梁支架施工提供了坚实基础。