大跨度钢桁梁桥智能建造技术应用的可行性研究

大跨度钢桁梁桥的构件制造及拼装复杂,采用场内预制组装仍需消耗大量的人力、财力及工期。因此,本文采用BIM桥梁建模、三维激光扫描和虚拟预拼装技术,进行了基于BIM技术的施工方案模拟的可行性研究和基于BIM技术与三维激光扫描方法结合的构件加工质量检测研究,并在此基础上进行了基于BIM技术与三维激光扫描方法结合的虚拟拼装技术研究,探索了大跨度钢桁梁桥智能建造技术应用于指导工程实施的可行性。

长联大跨钢桁梁桥-无砟轨道静动力适应性研究

研究目的:为研究高速铁路长联大跨钢桁梁桥铺设无砟轨道的适应性,本文以我国首座铺设无砟轨道的长联大跨钢桁梁桥-郑济高铁黄河特大桥为研究对象,基于梁轨相互作用原理建立钢桁梁桥-无砟轨道精细化非线性分析模型,分析无缝线路强度、变形协调性、轨道静态铺设精度指标的变化规律,研究钢桁梁桥-无砟轨道静力适应性;基于车桥耦合动力学理论建立车-轨-桥耦合动力学模型,分析不同温度下的车桥耦合振动及行车性能,研究钢桁梁桥-无砟轨道动力适应性。研究结论:(1)长联大跨钢桁梁桥-无砟轨道体系的无缝线路强度、变形协调性、轨道静态不平顺及行车性能指标等指标均满足规范要求,静动力适应性表现良好;(2)温度梯度对无砟轨道层间压缩量、扣件滑移量影响显著,与整体温差相比,分别增大了51.08%和50.00%;(3)温度梯度劣化轨道静态中短波不平顺,与整体温差相比,10 m弦长、30 m基线长指标分别增大了144.12%和76.06%,60 m弦长指标基本不变;(4)温度梯度对轮重减载率影响显著,对脱轨系数、横向轮轨力等其他安全性和舒适度指标影响较小。

某在役铆接钢桁梁桥关键构件疲劳性能研究

精准评估现役钢桥的疲劳寿命对于桥梁结构的安全运营至关重要。该文以某在役铆接钢桁梁桥为研究对象,在对桥梁结构进行计算分析明确各构件的受力特点的基础上,针对原桥典型构件以及关键节点开展系列疲劳性能研究。数值计算结果表明,城B荷载作用下原桥典型构件以及关键节点均具有良好抗疲劳性能,疲劳寿命循环次数均大于200万次。

基于改进DEMATEL-ISM的钢桁梁桥施工风险影响因素研究

为提高钢桁梁桥施工过程中的安全管理,对钢桁梁桥施工中的风险因素进行分析,提出了一种基于改进DEMATEL-ISM的评价方法,首先引入三角模糊数对DEMATEL法中的直接影响矩阵进行改进,从而去模糊化以减少专家评价的主观性,再通过DEMATEL法分析各影响因素的影响度、被影响度、中心度与原因度并加以排序,对得到的主要影响因素进行初步分析,利用ISM法对筛选出的影响因素进行层次划分,得到直接层影响因素、过渡层影响因素与本质影响因素,并针对分析得到的5个本质影响因素提出深入的预防预警措施,可为钢桁梁桥施工方向的安全管理提供针对性措施,为事故预防提供一定的参考依据。

铁路钢桁梁桥明桥面复合轨枕宏-细观力学行为研究

复合轨枕是明桥面结构提质改造的重要举施,但复合成型工艺及材料特性对轨枕服役性能有直接影响。针对复合轨枕明桥面结构的特性,基于ABAQUS等仿真平台,分别建立复合轨枕的宏、细观有限元模型,从多尺度仿真角度研究列车轮载下复合材料密度,纤维束直径、取向和分布等因素对轨枕承载能力及变形影响。结果表明:增大纤维束直径、使纤维束充分分散,能够减少10%~30%的轨枕受力;改变纤维取向对提高轨枕承载力的效果较为显著,优化纤维分布取向能够使轨枕表面受力减小20%~30%;在此基础上提出“45°/0°/45°”的纤维束铺层结构,采用这种结构能在相同变形量控制水平下获得更高的承载能力,较全断面纵向铺层方案提升30%~50%。研究表明:利用复合轨枕的材料特性,优化生产制造工艺可提高其承载能力。

应急钢桁梁桥钢销节点疲劳性能分析

应急钢桁梁作为拼装式结构,反复安拆及倒运过程中可能导致销孔连接位置出现损伤,对其使用寿命产生影响。以某128 m跨应急钢桁梁桥为研究对象,缩短销孔边距,模拟钢桁梁销孔损伤影响,开展疲劳性能试验及仿真模拟,研究钢销节点疲劳性能。结果表明,静力仿真结果与疲劳试验结果具有较好的一致性,验证了模型的可靠性;试验钢销节点损伤后的疲劳寿命仅为16980次,FE-SAFE仿真分析求得疲劳寿命为20592次,两者较为接近,进一步验证了疲劳试验结果的可靠性。考虑销孔损伤的疲劳寿命与正常状态相比差异显著,说明销孔损伤会大幅降低其疲劳寿命。因此应注意应急钢桁梁杆件保护,同时加强钢销节点质量控制。

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。

昌九高铁扬子洲赣江公铁合建连续钢桁梁桥设计研究

昌九高铁为时速350 km的高速铁路,其南昌扬子洲跨赣江中支主桥根据通航、防洪要求跨度采用(78+134+152+134+78) m,该桥为国内首座高速铁路公铁混层合建的大跨径平行弦连续钢桁梁桥,同时该主梁为首座采用带双层挑臂的钢桁梁断面。为掌握该类型桥梁的关键技术及总结该类型桥的设计经验,开展系列研究,运用数值分析的方法,进行结构静动力分析及车桥耦合分析。结果表明:(1)带双层挑臂的钢桁梁断面具有剪力滞效应小、结构整体性强、跨越能力大、腹杆及横梁受力小、行车视野好及造价经济等优点,带双层挑臂的钢桁梁断面为公铁合建桥的适宜断面形式;(2)带双层挑臂的钢桁梁桥,墩顶处上层桥面系、跨中处上层桥面系及跨中处下层桥面系,其轴力主要由桥面板承担,分别占比为61.4%、68.7%及60.0%,墩顶处下层桥面系轴力主要由下弦杆承担,占比为72.5%;(3)带双层挑臂的钢桁梁剪力滞系数为墩顶上桥面(1.49)>跨中下桥面(1.38)>跨中上桥面(1.13);(4)带双层挑臂的平行弦连续钢桁梁桥能满足时速350 km公铁合建桥的行车运行要求,结构静动力性能良好,适用跨径能达150 m及以上。

跨河钢桁梁桥结构安装技术分析与应用

为进一步发挥结构桥梁高强度、低自重、施工周期较短等多重优势,以某地运河上桥梁工程建设为例,分析了悬臂安装组合施工、钢桁梁桥分段滑移施工等施工方式的关键点。研究表明钢桁梁桥其主要受力构件为主桁架,工程实践中可以通过调整桁架高度来调整梁桥的跨越能力和自身刚度,施工时,需要加强交通管制、施工组织和场地条件等多方面管理。

钢桁梁桥顶推施工关键技术探析

为明确多点顶推施工技术在场地受限钢桁梁桥上部结构架设中的应用效果,以某跨河公路桥梁为例,首先通过方案比选,最终选用拖拉式多点顶推施工技术;然后对临时设施布置过程展开分析,并应用Midas/Civil有限元软件及“墩不动梁动”前进法构建钢桁梁桥顶推施工仿真模型,对顶推施工过程、施工次序和结构受力特性进行分析。结果表明,拖拉式多点顶推施工技术对此类桥梁结构较为适用;以钢管柱、贝雷梁为滑道支撑体系的处理思路值得类似桥梁施工参考借鉴。

大跨径钢桁梁桥整体吊装施工技术

为保证既有通航航道上大跨径钢桁梁桥施工顺利进行,确保桥梁的施工进度和施工安全,本文以芜申线高溧段航道整治工程桥梁施工项目南渡中桥主桥钢桁梁施工为研究对象,从主桥施工阶段,钢桁梁施工方法安装施工计算等方面,分析了整体吊装施工技术的工艺与优势。从施工准备、机械选取、安装过程等方面,总结了钢桁梁桥整体吊装的施工技术,给出了提升施工工艺的合理建议,可为类似桥梁施工提供理论及实践指导。

钢桁梁桥高强螺栓防坠落装置研发及试验研究

影响高强螺栓坠落的因素很多,尽管在结构受力及材料、加工、施工等各个环节均采取了措施予以控制,还是很难完全杜绝螺栓坠落现象。文章针对高强螺栓坠落问题,从被动控制角度,研究防止螺栓断裂后坠落的控制措施,开发螺栓防坠落装置,并进行静力拉伸性能试验。试验结果表明,研发的钢桁梁桥高强螺栓防坠落装置可满足实际工程需求,避免因螺栓坠落造成车毁人亡的重大交通事故。

蒸汽管网钢桁梁桥结构设计与分析

本文以河北沧州渤海新区蒸汽管网工程中的蒸汽管道钢桁梁桥为研究背景,采用大型有限元软件Midas Civil开展桥梁全结构的受力分析与承载力及强度计算,相关计算结果为同类钢桁梁桥的设计与后续施工提供了理论依据。

顶推拖拉法架设高速铁路拱形钢桁梁桥施工控制探析

为分析高速铁路拱形钢桁梁桥适用的施工方法,文章以具体工程为例,结合桥梁实际对施工方案进行比选,并对顶推托架法施工控制要点展开论述;应用MIDAS/Civil软件构建桥梁有限元分析模型,对施工期间结构变形、导梁变形、主桁变形及应力等进行模拟。结果表明,顶推托架法十分适用于跨河高速铁路拱形钢桁梁节段架设施工;通过施工过程控制,钢桁梁结构应变、变形均未超出容许限值,结构强度、刚度、稳定性及施工过程安全均有保证。

基于联合概率法的重载铁路大跨钢桁梁桥剩余疲劳寿命评估

为准确评估在重载列车开行条件下大跨钢桁桥的疲劳损伤,提出基于联合概率法的重载铁路大跨钢桁梁桥剩余疲劳寿命评估方法。通过建立包含正交异性桥面的简支钢桁梁桥精细化分析模型,采用考虑车桥振动影响的重载列车移动简谐荷载,计算重载列车通过钢桁梁桥时的结构动力响应。基于雨流计数法和Miner线性疲劳累积准则,获得单次列车过桥时钢桁梁桥控制部位疲劳应力谱,研究列车类型、行车速度、车辆载重、编组车辆节数等对钢桁梁桥疲劳损伤的影响。根据等效列车历史运营谱和考虑年运量及典型疲劳列车发展趋势的未来运营谱,采用联合概率法计算了钢桁梁桥的剩余疲劳寿命。研究结果表明:钢桁梁桥的最不利疲劳控制部位为正交异性桥面板的横肋跨中下翼缘纵向角焊缝以及纵肋与桥面板焊接连接部位;运营列车类型对横肋、纵肋疲劳损伤的影响显著;钢桁梁桥纵肋、横肋疲劳损伤度随编组车辆节数增多而增大,随车速的变化具有不确定性;疲劳部位损伤度随车辆载重增加而增大,且当车辆载重超过某临界值后,将对钢桥疲劳产生重大影响;与定值分析法相比,采用考虑列车载重、车速正态分布的联合概率法计算疲劳损伤度更准确合理,估算包含正交异性桥面板的大跨简支钢桁梁桥的剩余疲劳寿命更可靠,可为开展重载铁路大跨钢桥疲劳分析提供参考。

钢桁梁桥横梁与弦杆节点切削的疲劳性能提升方法

为了降低横梁与弦杆节点开裂风险,提出了一种节点切削的疲劳性能提升方法。通过建立钢桁梁桥有限元模型,明确了横梁腹板间隙疲劳开裂的根本成因。基于开裂成因,对横梁端部上翼缘进行切削,通过对比不同切削参数对局部细节受力特征的影响,得到了合理的切削参数范围。结果表明,桥面混凝土板与纵梁对横梁约束是腹板间隙开裂的根本成因;上翼缘切削有效地改善了腹板间隙受力状态,降低了开裂风险;建议切削点至焊缝的距离取30~70 mm,切削半径取75~150 mm。

钢桁梁桥横梁与弦杆节点疲劳易损性分析

文中建立全桥及局部有限元模型,通过施加标准车辆荷载,计算并对比不同工况及不同位置的横梁与弦杆节点的应力,得到节点疲劳易损部位及荷载最不利加载位置,并进一步研究得到节点局部受力特征.结果表明:端横梁与弦杆节点易出现疲劳损伤,且纵向活动支座处的节点最易出现疲劳损伤.横梁端部腹板上缘焊趾、连接角钢肢交线顶部易出现疲劳损伤.端横梁上翼缘与角钢之间的腹板间隙以面外变形为主,呈双向弯曲形态,腹板上缘焊趾主要受弯剪作用.

基于特征点的钢桁梁桥桁段虚拟拼装方法研究

针对山区钢桁梁桥1+1预拼装对场地要求高、工序资源消耗大的问题,提出基于特征点的钢桁梁桥桁段虚拟拼装方法。该虚拟拼装方法主要通过多尺度三维激光扫描技术进行桁段逆向模型构建、基于聚类分割特征的逆向模型点云优化、基于迭代最近点算法的桁段拼装运算进行钢桁梁桁段虚拟拼装,以代替实体预拼装,减少施工工序。为验证该虚拟拼装方法的可行性及准确性,以某山区特大铁路悬索桥为背景进行钢桁梁桁段缩尺模型试验。结果表明:该虚拟拼装方法可以筛选出相邻桁段中偏差较大的螺栓孔,在最大程度上保证螺栓孔拼装的合格率,避免因为某些螺栓孔偏差较大影响全局的拼装精度,验证了该虚拟拼装方法的可行性及准确性。

基于切削加固的钢桁梁桥横梁节点翼缘组合维修效果研究

采用有限元法建立了简支钢桁梁桥全桥模型及节点子模型;通过对比关键截面竖向位移及杆件轴向应力的实桥测试值与有限元计算值,验证了有限元模型的正确性;分析了不同裂纹长度裂纹尖端的应力强度因子KⅠ、KⅡ、KⅢ的变化规律;针对横梁节点腹板间隙疲劳开裂,分析了上翼缘切削方法及角钢加固方法的维修效果;提出了横梁端部上翼缘切削与角钢加固的组合维修方法。结果表明:裂纹在整个扩展过程中,开裂模式从Ⅱ-Ⅲ型开裂先向Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型开裂转变,再向Ⅱ-Ⅲ型开裂转变;上翼缘切削方法、角钢加固方法对Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹均具有较好的维修效果,组合维修方法对复合型裂纹具有较好的抑制作用;模型中当裂纹扩展长度小于腹板间隙长度的60%时,裂纹尖端等效应力强度因子可降低60%~90%,抑制效果显著。

减振轨道对钢桁梁桥噪声影响规律的研究

列车经过钢桁梁桥时引起的噪声辐射问题比混凝土桥更为突出,对沿线居民造成的影响更大。以某轨道交通钢桁梁桥为研究对象,基于统计能量法(SEA)建立钢桁梁桥结构噪声与轮轨噪声预测模型,分析包含一般减振整体道床、减振垫浮置板、橡胶弹簧浮置板和钢弹簧浮置板在内的4种不同轨道减振结构型式对钢桁梁桥人行系统及周边敏感场点的噪声影响及传播规律,并对人行系统及敏感点处的综合噪声进行预测。研究表明,减振垫浮置板道床在降低钢桁梁桥人行系统及敏感点处的综合噪声方面效果最优。研究结论为钢桁梁桥上的轨道减振结构设计选型提供依据,为解决今后类似工程的桥梁噪声问题提供一定借鉴。