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。

基于模糊优选的桥梁结构体系方案决策研究

方案优选属于多目标多层次的决策问题,而传统的桥梁设计方案比选中多以经济评价单一指标为主,结合专家意见从而确立推荐方案,该方法忽略了对非经济影响因素的评价。因此为提高桥梁结构体系方案优选的可靠及全面性,该文提出一种基于模糊优选的桥梁结构体系方案决策模型。首先以方案评选要求为导向,构造待评价方案的指标体系,以最优方案为目标层,依次划分为5个一级指标和12个二级指标。再通过相邻目标二元比较法求得指标的权重,并以方案实际数据和三维效果图为基础,基于模糊理论建立指标的相对优属度矩阵,最后采用模糊优选模型,计算不同方案的海明距离以及欧式距离,从而确定方案的优劣次序。最后将该模型应用于深圳机场至荷坳段高速公路实例工程中。结果表明:全刚构体系为最优方案、部分刚构体系次之、连续梁体系最劣。评价结果稳定且能够反映客观事实,具有很好的可操作性和适用性。

考虑碰撞效应的近断层区桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系减震措施研究

为了研究和探索合理的减震措施控制桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的地震反应,以1座主跨径为120 m的刚构-连续组合梁桥为研究对象,采用CSIBridge建立考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座桥墩非线性行为的桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系弹塑性动力分析模型。在桥墩和桥台处共设置8种减震方案,分析普通地震波作用下不同方案的减震效果;然后,对比分析相同减震方案在近断层普通地震波和近断层长周期地震波作用下的地震反应。研究结果表明:各方案均能达到预期减震效果,其中采用双曲面球型减震支座(为单一减震装置)的方案减震效果最佳,而增加阻尼器的组合减震方案能进一步优化主桥墩受力。同时,只有在左右桥台处设置黏滞阻尼器的联合减震方案才能有效控制桥台处伸缩缝的碰撞效应。在近断层普通地震波作用下有效的减震方案在近断层脉冲型地震波作用下完全失效,但对减震装置进行参数优化后依然能达到预期减震效果。

面向未来的高性能桥梁结构研发与应用

为从根本上解决混凝土桥、钢桥及钢-混凝土组合桥中的共性技术难题,并提升桥梁结构的性能与品质,笔者团队以超高性能混凝土(UHPC)为基础,研发了面向未来的高性能桥梁结构体系。介绍了笔者团队研发的4类高性能桥梁结构:(1)钢-超高韧性混凝土(STC)轻型组合桥面结构,其中的STC是钢桥面专用的UHPC;(2)钢-UHPC华夫板轻型组合桥梁结构;(3)单向预应力UHPC薄壁连续箱梁结构;(4)全预制快速架设UHPC城市桥梁结构。通过大量静力和疲劳试验,掌握了各类UHPC桥梁结构的基本受力性能,并建立了计算理论和设计方法。列举了钢-STC轻型组合桥面结构已推广应用于中国的17座钢桥,涵盖了梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥等各类基本桥型,典型应用包括湖南岳阳洞庭湖二桥等重大工程。到目前为止,各实桥运营状态良好,钢-STC未出现任何病害问题。综合而言,高性能桥梁结构有望突破现有桥梁中的技术瓶颈,具有广阔的应用前景。

基于UHPC材料的高性能装配式桥梁结构研发

针对现有装配式桥梁结构中共性的技术难题,提升装配式桥梁结构的性能与品质,笔者团队以超高性能混凝土(UHPC)为基础,研发了具有高施工性能、高使用性能和高耐久性能的高性能装配式桥梁结构体系.本文介绍了笔者团队研发的3类高性能装配式桥梁结构:(1)装配式UHPC箱梁结构;(2)全预制UHPC "π"形梁;(3)全预制钢-UHPC轻型组合"π"形梁.通过大量的试验研究和理论分析,掌握了各类装配式UHPC桥梁结构的基本受力性能,并初步建立了计算理论和设计方法.研究结果表明:(1)等强度承载条件下,装配式UHPC桥梁结构自重可降为传统结构的40～50%,以方便运输,实现大构件快速化架设;(2)因UHPC中钢筋锚固长度仅需10倍钢筋直径,现场各梁间结合部可大幅度缩小,可实现现场零焊接,减少现场作业量,并完全规避节点开裂、渗漏的风险;(3)结构抗腐蚀、抗冻、防渗漏性能优良,基本实现结构设计寿命周期内免维护.综合而言,基于UHPC材料的高性能装配式桥梁结构有望突破现有装配式桥梁中的技术瓶颈,具有广阔的应用前景.

先简支后连续结构体系桥梁施工过程中检测及其仿真分析

以穆棱河众兴跨河大桥工程为例进行了阐述，通过虚拟层合有限元分析法，空间仿真分析了先简支后连续结构体系，并且，对此类结构体系施工期间的力学特征进行了详细、认真的分析与探究。

持力索结构体系桥梁修复研探

持力索结构体系(斜拉桥与悬索桥)桥梁属组合体系桥。它由持力索、主梁、索塔三种结构组成,在恒载和车辆荷载作用下是多次超静结构。这类结构体系桥梁在寒冬酷暑、常年烈日晒、暴雨淋、洪水冲刷、车船撞击、地震破坏等多种因素影响下会形成各类病害。

钢桁架结构体系桥梁修复研探

钢桁架结构体系桥梁经过一段时间运营后,桁架结构易被腐蚀生锈,导致钢杆件面涂装变色、起皮、剥落,形成锈蚀、孔洞;同时钢桁架结构的连接处引起缝隙变大、损伤开裂,致使钢构件裂缝、变形断裂,甚至坍塌,严重影响桥梁的运行安全。为确保其良好营运,本文对这类体系桥梁修复进行研探,供参考借鉴。

城市道路桥梁与地铁车辆段盖板合建结构体系变形控制分析

针对地铁车辆段盖板功能复合化需求,本文结合具体工程项目,提出道路桥梁与地铁车辆段盖板合建体系。为满足该体系结构设计需要,对桥梁设计规范中的城-A级荷载等进行等效换算,并利用Midas Civil建立桥梁整体分析模型、Midas Gen建立楼板有限元模型、YJK建立结构工程设计模型,并将结果进行对比,证明换算合理性,其中车道荷载和车辆荷载换算后分别为27.9kN/m^(2)和39.2kN/m^(2)等,根据分析结果进一步进行结构设计。本文可为后续类似功能复合化结构分析设计提供参考。

长期列车荷载下无砟轨道-桥梁结构刚度退化试验研究

为研究长期列车荷载作用下高速铁路无砟轨道-桥梁结构刚度退化规律,制作了CRTSⅡ型无砟轨道-简支箱梁结构体系1∶4缩尺试验模型。通过开展1.8×107次多级变幅长期列车荷载试验,分析了无砟轨道-桥梁结构体系的挠度与刚度演化规律,研究了结构体系刚度退化情况并预测了其服役寿命。研究结果表明:多级变幅列车荷载长期作用下,无砟轨道-桥梁结构未出现肉眼可见裂缝,结构体系承载力满足设计和使用要求;列车荷载循环作用的次数和列车荷载幅的大小对结构体系力学性能影响非常显著;动力荷载作用下结构体系挠度具有显著的放大现象;结构体系静刚度变化总体上呈下降趋势,退化较为显著,动刚度在服役初期退化迅速,后期退化缓慢,刚度退化具有不可恢复性;试验后结构体系的静、动刚度累计损伤分别达到23.82%、19.25%,有效动刚度剩余61.5%,长期列车荷载作用下,我国现行无砟轨道-桥梁结构体系在设计使用年限内不会发生疲劳破坏,箱梁服役寿命预计可达420 a。

试论框剪结构体系中剪力墙合理布置原则

框剪结构体系是框架和剪力墙的结合,通过合理布置能够兼有框架和剪力墙的优点,弥补两者的不足,因此在高层建筑中广泛应用,例如有一定高度的商业楼、办公楼等。建筑物的设计往往都要本着安全、使用、经济、美观的原则,框剪结构体系的合理设计也不例外,其中合理的确定剪力墙的布置数量和位置是剪力墙在框剪结构体系中合理应用的关键因素。本文将试论剪力墙的合理布置原则。

无支座自复位桥梁研究与应用

本项目研发了一种无支座自复位桥梁结构体系,提出了无支座自复位桥墩抗震结构及构造,开展了理论分析和模型试验,建立了无支座自复位桥梁设计标准及其基于位移的抗震设计理论和方法,完善和发展了桥梁抗震设计理论,并在京台高速黄徐路分离式立交桥中完成了我国首座无支座自复位桥梁实桥应用。无支座自复位桥梁的研究与应用,从性能上保证了桥梁结构抗震安全,具有重要的社会价值和广泛的社会效益。

上承式拱桥新型加固改造方法及试验验证

早期的上承式拱桥受限于设计荷载等级偏低、维护养护不到位和已运营多年等,其力学性能已不能满足现代交通需求,针对这一问题本文提出了一种新型的加固改造方法,即在拱肋与主梁间增设V杆、桥面上安装桁片,使以拱肋为主要承重构件的受力体系转变为双层桁架整体受力体系。为评估该方法的加固效果,以某50 m上承式拱桥为研究对象,运用有限元手段对比分析加固前后的力学性能。为进一步验证新加固改造法对提高原结构力学性能的有效性,完成10 m试验桥的荷载试验并对比分析结果。两种结果均表明:新型加固改造方法可以大幅提高桥梁承载力与刚度。对实桥进行有限元分析时,加固改造后拱脚和跨中最大压应力分别减小2.9、2.3 MPa,主梁最大上、下挠分别减小35.08%、27.42%;对试验桥进行静载加载时,加固改造后拱肋上缘与下缘最大应力分别减小82.68%、78.14%,拱肋最大上、下挠值分别减小97.47%、90.30%。故该加固改造方法积极有效,可尽早应用于工程实际。

武汉古田二路高架车站结构设计

以武汉轨道交通古田二路高架车站的结构设计为例，介绍了高架车站结构的常见形式、形式选取及桥建结合体系高架车站的设计要求及荷载组合与取值。通过对桥建结合体系高架车站框架横梁和框架柱的管力分析，确定框架横梁和框架柱分别采用主力工况和抗震工况计算。

V型拱桥与普通拱桥的力学性能对比研究

文章以某跨径为420 m的柔性吊杆下承式钢箱拱桥为研究对象,通过有限元软件计算,对比分析了V型拱桥与普通拱桥在刚度、承载力、稳定性、动力性能、用钢量等方面的差异。研究结果表明,采用增加斜杆的V型拱桥较原拱桥仅增加约10%的用钢量,具有显著的抗变形能力,同时有效增强了主梁的线刚度,使得新型拱桥的整体性得到加强,刚度和承载力大幅提高。

先简支后连续结构体系桥梁施工过程中检测及其仿真分析

通过虚拟层合有限元分析法,空间仿真分析了先简支后连续结构体系,并且,对此类结构体系施工期间的力学特征进行了详细、认真的分析与探究。通过大量的研究总结出:初期预应力张拉将充足的应力储备为张拉给预制构件的预、底板提供了出来,有效的确保了后期恒、活载作用下、预应力张拉条件下的安全性。在转换了体系后,会影响到构件的应力分布;后连续预应力张拉顺序与不同的连续混凝土浇注会在不同程度上影响到支座弯矩去的压应力储备情况。

高速铁路桥梁-轨道体系检测监测与行车安全研究进展

为了提升桥梁-轨道结构服役安全性能,保证复杂环境条件下高速铁路结构适应性和行车安全舒适性,研究了高速铁路桥梁-轨道体系检测监测装备的改进与优化,分析了桥梁-轨道结构服役性能动态演变规律,总结了复杂条件下桥上行车安全评价与预测方法,展望了未来研究重点与方向。研究结果表明:在桥梁-轨道体系检测监测技术方面,现有研究聚焦于传统检测监测装备的优化和智能化技术与损伤识别方法的深度融合,核心目标是提高桥梁-轨道结构检测监测的效率、精度与标准化程度,实现基础设施服役状态的精准评判与预测;在桥梁-轨道空间变形映射关系方面,考虑基础结构各部分交互影响的变形映射模型能够准确描述结构层间界面状态演变引起的轨面几何形态变化趋势、发展规律和频谱特性,但目前尚缺乏对高速铁路桥梁-轨道协同设计和变形智能调控装置的深入研究;结构服役性能演化研究大多基于理想化的弹塑性本构模型,且对于服役性能劣化行为与规律的研究局限在特定服役环境;正在逐步深入开展基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论的长期服役条件下高速铁路桥梁行车安全性研究,建立基于不同指标体系的行车安全评价准则;充分利用桥梁-轨道体系检测监测数据,加强复杂服役环境下桥梁-轨道结构性能演变机制和损伤失效机理研究,信息更新条件下具有高可移植性的行车安全性智能评价与预测新方法是今后重点关注的研究方向。

美国高堡桥替换桥

高堡桥替换桥（Goethals Bridge Replacement,见图1）是一座全长2.27km的公路桥,连接美国的纽约州和新泽西州,其跨越亚瑟溪的主桥为斜拉桥,桥长498m,跨径布置为112m＋274m＋112m。主桥主梁为钢边主梁与预制混凝土桥面板的组合结构,在两侧边主梁之间增加1个纵向桁架,与支承桥面板的横梁形成纵横梁体系共同支撑桥面板,