大吨位锚具在客运专线铁路简支箱梁的应用研究

借鉴近些年大吨位锚具在大型桥梁工程建设中成功应用经验,结合我国铁路简支箱梁的特点,对大吨位锚具在铁路简支箱梁使用过程中锚下应力、箱梁构造、张拉工艺及经济对比等方面进行分析,并对东北某客运专线现浇箱梁工程实例进行阐述,提出开展大吨位锚具设计研究是近期铁路简支箱梁优化的一个发展方向。

高速铁路常用跨度32m预应力混凝土简支箱梁优化设计研究

我国高速铁路桥梁以常用跨度32 m预应力混凝土简支梁桥为主,在充分吸收前期设计、工程实践和科研成果的基础上,对时速350 km和时速250 km系列的32 m跨度简支箱梁,从梁高、预应力体系、细部构造尺寸等方面进行优化设计研究。通过优化箱梁结构尺寸、应用高强度预应力钢绞线和大吨位锚具等方法,减小了箱梁的腹板厚度,减少了梁体的材料用量和梁体质量,同时也简化了箱梁的施工工序;对优化前后的简支箱梁进行车桥耦合计算及对比,在德国低干扰谱下,梁高3.0 m满足1.2倍设计速度的检算要求,梁高2.8 m满足1.1倍设计速度的检算要求;对不同梁高箱梁在设计时速400 km高速铁路下的适应性进行分析,仅3.0 m梁高方案可满足1.1倍设计速度的检算要求;开展经济性对比研究,一孔32 m简支箱梁优化后造价减少5万元左右,减少7.17%~7.46%,梁高2.8 m的造价略低于梁高3.0 m的造价。

沪通铁路时速200km客货共线通用32m双线箱梁静载试验研究

沪通铁路在国内首次采用时速200 km客货共线通用32 m双线箱梁,并在铁路预制简支箱梁中首次采用大吨位锚具,降低了箱梁的腹板厚度。但其关键技术需要进行现场试验验证,为此开展了箱梁的静载试验研究,试验内容包括静载弯曲抗裂试验和梁端受力性能试验。试验结果表明:箱梁实测静活载挠跨比为1/4 016,箱梁刚度满足设计要求;加载至1.2倍设计荷载时,箱梁没有开裂,结构抗裂安全性满足设计要求;梁端静载试验加载至最大支反力时,梁端没有产生裂缝,结构受力安全。试验结果表明箱梁设计合理,施工质量良好,满足时速200 km客货共线使用要求。

高速铁路标准简支箱梁设计优化

高速铁路标准简支箱梁已在我国高速铁路建设中得到应用推广,其经济性对高速铁路建设成本影响较大,有必要开展优化设计研究。在总结前期客运专线建设和运营经验基础上,结合大吨位锚具在实际工程中的应用成果,通过动静力计算,对既有跨度32 m标准简支箱梁进行优化设计,提出不同检算速度下的推荐梁高;对40 m简支箱梁进行系列化设计研究,分析大跨度梁体基频、梁端转角、残余变形等参数影响,提出合理的腹板厚度、梁高等关键截面参数。经设计优化后的高速铁路标准简支箱梁,降低了工程造价,节省了建设周期。

珠三角城际轨道交通简支箱梁优化设计研究

我国城际铁路建设中桥梁比例高,并以常用跨度标准梁桥为主,其技术经济性对城际铁路建设影响较大。为进一步提升城际铁路常用跨度桥梁技术经济性,本课题总结高速铁路、城际铁路建设经验,结合珠三角城际铁路特点,通过桥面布置优化研究,提出便于检修、维护的桥面布置型式;通过研究不同线间距时桥面板受力性能,提出适用于线间距不断变化的简支箱梁截面形式,为珠三角城际轨道交通桥梁标准化制造和管理提供条件。通过采用高强度预应力钢绞线、大吨位锚具,优化腹板厚度,分析腹板厚度采用360 mm和330 mm后的受力性能、材料用量和施工便易性,确定优化结构尺寸的腹板厚度采用360 mm。优化后的32 m箱梁每孔可降低原材料成本3.9万元,100孔双线梁桥综合造价降低2.2%~4.5%。

135m长连续箱梁预应力分项施工

新材料、新设备的开发和应用进一步促进了预应力混凝土连续梁桥发展。使连续梁桥结构轻型化,跨越能力得到很大提高,大大减小了梁桥断面尺寸,减轻上部结构的自重,预应力分项工程施工更加重要。

大吨位CFRP拉索锚固系统静力性能研究

为研究大吨位CFRP拉索锚具的锚固性能及极限承载力,实现CFRP拉索的可靠锚固,设计了19根CFRP筋大吨位机械夹持-黏结型复合式锚具,对其进行了静载试验研究和理论分析。试验中对筋材滑移、筋材应变和钢套筒应变分布进行测试;利用ANSYS软件建立大吨位锚具有限元模型,对筋材滑移量、钢套筒环向和纵向应变进行分析,探明了锚固区筋材应力分布情况;对黏结介质破坏状态进行分析,发现了一种新的锚具破坏形式,并对锚具极限承载力进行了预测。研究结果表明:拉索锚固系统最终失效模式为拉索整体破断,大吨位锚具的锚固效率为0.97;试验测得CFRP筋自由端滑移量主要是锚具组装件之间的相对滑移,一定程度范围内增大预紧力可以减小滑移量;加载端附近钢套筒环向应变和纵向应变较小,表明复合式锚具能够有效避免加载端应力集中现象;有限元模拟结果显示复合式锚具锚固区各层筋材轴向应力分布均匀,锚具加载端径向应力较小,表明其能够可靠地锚固本批次CFRP拉索;大吨位拉索锚固系统的失效模式有3种,分别是CFRP筋材在自由段的破断、筋材发生黏结滑移失效和黏结介质“压剪破坏”而失效,其中第3种失效模式对应于锚具极限破坏状态,在锚固长度足够的前提下,决定了锚具的极限承载力;足够的锚固长度和适当的挤压力是充分发挥大吨位复合式锚具锚固性能的前提。

大吨位预应力锚垫板设计

随着桥梁技术的发展,大吨位锚具的应用在不断增加,巨大的预压力将通过锚具及其下面积不大的垫板传递给混凝土,引起很大的局部应力。为保证锚垫板下混凝土的局部承压强度满足承载力要求,必须设计受力合理的锚垫板。本文以四渡河特大桥方案为工程背景,利用有限元分析软件ANSYS模拟分析锚垫板在张拉预应力过程中的局部应力分布规律,以此为据改变锚垫板的结构型式,改善锚下混凝土应力分布情况,探索大吨位锚具局部承压可靠的方法。