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。

挑臂式钢箱梁面板-中纵梁构造细节疲劳性能研究及构造参数分析

为研究挑臂式面板-中纵梁构造细节的疲劳特性,运用大型通用有限元软件ANSYS建立精细化分析模型,结合热点应力法、Palmgren-Miner线性累积损伤理论及雨流计数法对该构造细节进行横纵向疲劳车加载应力结果计算分析,并开展构造参数影响研究。研究结果表明,轮载作用下该细节经历多次应力循环,应力影响线具有明显的轴重识别效果,采用横向应力/竖向应力研究其疲劳特性是合适的;该细节面板焊趾较腹板焊趾应力水平高,更易发生疲劳开裂,而腹板处焊趾具有无限寿命;面板厚度从12 mm增加到20 mm,面板焊趾和腹板焊趾热点应力分别降低55%和40%,中纵梁腹板与附近U肋的间距从250 mm增加到400 mm,面板焊趾和腹板焊趾热点应力增幅达61%和58%,而中纵梁腹板厚度从12 mm变化到20 mm,面板焊趾处和腹板焊趾处的热点应力基本不变,维持在53 MPa和22 MPa左右。建议在充分考虑安全性和经济性的情况下,合理选择面板厚度及中纵梁腹板与附近U肋的间距以提高面板-中纵梁构造细节的疲劳寿命。

公铁平层合建多塔斜拉桥大挑臂式钢箱梁设计

珠机城际金海特大桥主桥采用(58.5+116+3×340+116+58.5) m四塔三主跨斜拉桥,为国内首座公铁平层合建的多塔斜拉桥。主梁采用一种新型的大挑臂式钢箱梁结构,由中间主箱加两侧挑臂组成,中间布置荷载较重的双线城际列车,两侧布置荷载较轻的高速公路,桥面宽度达49.6 m。挑臂式钢箱梁结构形式新颖,构造较复杂,杆件和节点多,对其总体设计、构造细节进行详细阐述;为研究其受力性能,建立精细化有限元模型开展局部应力分析。计算结果表明:挑臂式钢箱梁设计合理,各构件受力良好,节点位置未出现较大的应力集中现象,结构安全可靠。挑臂式钢箱梁结构轻盈,具有良好的经济性和美观性。

挑臂式钢箱梁抗风性能研究

公铁平层合建桥梁主梁采用挑臂式钢箱梁形式可使结构轻盈美观,经济性好。文章为某座采用该种形式主梁的公铁平层合建斜拉桥的抗风性能,对其开展风洞试验研究。利用有限元软件ANSYS建立该桥的有限元模型计算其动力特性,并按照1:75几何缩尺比制作主梁标准节段模型进行风洞试验。试验结果表明该桥驰振、颤振和涡激共振稳定性满足规范要求,建议使用阻尼器或气动控制措施进一步控制扭转涡振振幅以保证列车运行的安全性。

金海特大桥主桥抗风性能试验研究

为检验主跨3×340m的挑臂式钢箱梁斜拉桥在施工阶段和运营期的抗风安全性,分别开展节段模型和全桥气弹模型风洞试验,模拟该桥在成桥状态和最不利施工阶段的风致响应。节段模型风洞试验结果表明:施工阶段和成桥状态下,该桥主梁的颤振临界风速均远大于颤振检验风速,未发生明显涡激共振。全桥气弹模型风洞试验证实在施工阶段和成桥运营阶段,实桥风速达到109.5 m/s时桥梁未发生颤振、扭转发散等静力失稳现象。增设抗风缆后,在各个试验风速下,均匀流场和紊流场中主梁竖向位移均方根最大减小幅度分别为84%和94%,扭转角均方根最大减小幅度分别为64.6%和53.8%,显著降低了施工阶段主梁风致响应,提高了桥梁施工安全性。

3×340m公铁同层合建多塔斜拉桥总体设计

珠机城际铁路金海特大桥位于磨刀门水道入海口,与金海高速公路大桥同层合建,主桥采用(58.5+116+3×340+116+58.5)m四塔三主跨斜拉桥。桥面宽度达49.6 m,中间布置荷载较重的双线城际列车,两侧布置荷载较轻的高速公路。为提高多塔斜拉桥的结构刚度并释放长联温度效应,采用刚构-连续体系,中塔塔梁墩固结,边塔塔梁固结、塔墩分离。主梁采用大挑臂式钢箱梁结构,由单箱三室钢箱梁加两侧挑臂组成,便于钢箱梁腹板与钢塔的壁板连接,实现塔梁固结。桥塔采用空间四柱式钢塔,其下桥墩为钢筋混凝土双肢薄壁结构。斜拉索采用LPES7-199~LPES7-379型Ⅱ级松弛平行钢丝拉索,按两平行索面扇形布置。钢塔及钢梁在工厂制造,再浮运至桥位安装。结构静动力分析结果表明,结构受力性能良好,安全可靠。