瓮马铁路乌江特大桥设计关键技术研究

新建瓮马铁路乌江特大桥跨越两山之间深谷,地形复杂、设计难度大。为研究该桥梁方案,首先阐述了主桥的方案构思和结构设计,然后通过空间有限元软件对本桥进行静、动力仿真分析,总结了大跨铁路劲性骨架混凝土拱桥构造和受力特性。结果表明:主跨337 m上承式劲性骨架混凝土拱桥具有刚度大、徐变小、后期养护维修工作量小等优点,主拱圈采用小矢跨比设计,兼顾安全、经济、环保和美观,能够满足铁路桥梁跨越山区“V”形峡谷的要求;主拱圈由劲性钢管混凝土骨架外包C55无收缩混凝土构成,通过分层分段浇筑方案改善拱圈各构件的内力;拱上结合梁采用两片工字形钢与混凝土桥面板相结合的形式,钢梁栓焊结合,便于制造、运输和施工;拱座采用梯形断面扩大基础,基础开挖永临结合,有效降低施工风险;数值分析表明该桥结构的刚度、强度、稳定性均能满足规范要求,能够满足客货共线铁路的安全性和乘坐舒适性要求。可为其他山区铁路桥梁桥式研究提供参考。

超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案设计研究

为对超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案进行合理设计,以计算跨径600 m的劲性骨架拱桥——天峨龙滩特大桥为背景,围绕模型缩尺比、结构设计、材料及加载系统等关键环节,开展主拱圈缩尺模型试验方案设计研究。最终确定模型拱缩尺比为1∶10,劲性钢骨架采用单肋形式,采用与实桥主拱圈性能相近、便于施工的材料,采用阵列式滑轮组加载系统实现模型拱和实桥主拱圈的应力等效,还原外包混凝土分环分段浇筑施工,并简化劲性钢骨架与管内混凝土施工。将模型拱外包混凝土应力实测值、ANSYS建模计算得到的模型拱理论值及实桥主拱圈理论值进行对比,结果表明:模型拱和实桥主拱圈外包混凝土在施工阶段的应力变化趋势基本相同,最大绝对误差在2 MPa以内,模型拱应力实测值和理论值也吻合较好,缩尺模型试验方案设计合理。

桁架拱塑料大棚骨架平面内竖向荷载受力性能试验

桁架拱塑料大棚在我国北方寒区广泛使用且数量庞大。由于我国北方寒区雪荷载大,而多数大棚骨架设计制造不合规,冬季常有暴雪导致的大棚坍塌事故发生。为研究桁架塑料大棚骨架在平面内竖向荷载的受力性能,以节点间距及桁架拱高度为影响因素,研制了4榀桁架拱塑料大棚骨架及试验装置。采用竖向加载的方法得到了桁架拱塑料大棚骨架竖向荷载作用下的试验现象、骨架极限荷载及位移等试验数据。通过极限荷载数据分析得到了影响桁架拱塑料大棚骨架承载力因素排列顺序为:矢高>上弦节点间距>桁架高度。通过分析骨架荷载-位移曲线得到了骨架弹性极限荷载及对应的弹性位移,并通过分析骨架变形形态得到了骨架进入平面外屈曲的位置和屈曲状态。采用ABAQUS建立了桁架拱塑料大棚骨架三维线性有限元模型,通过跨中及l/4跨处的荷载-位移曲线试验值与模拟值对比分析,验证了有限元模型的正确性。研究成果可为桁架拱塑料大棚使用阶段受力和后续非线性屈曲稳定有限元分析提供参考。

路堤边坡装配式拱形骨架设计方案研究

铁路路基边坡防护工程传统现浇式施工模具多、工期长、维护难。以某沿海高速铁路路基护坡工点为例,进行路堤边坡装配式拱形骨架设计方案研究,包括装配单元的划分、安装、连接、吊装及施工等五个方面。共设置6种装配单元;单元按照自上而下布置,自下而上安装;单元间采用卯榫方式搭接;在单元体重心两侧对称位置设吊装点运输和安装;装配单元安装前需先进行脚墙及骨架底镶边现浇施工,以保证装配式拱形骨架的稳定和平顺性。

航道骨架护岸结构的稳定性影响规律及其优化

为探究不同结构形式航道骨架护岸结构的稳定性影响规律,选择出最佳护岸结构形式,并对该形式进行结构优化,结合沙河漯河—平顶山航运工程的实际情况,利用PLAXIS 3D分别建立了几种护坡的三维结构模型。结果表明:在人字形、菱形、拱形骨架3种形式中,使用拱形骨架时,岸坡的滑动破坏面范围最小,岸坡的安全系数最大;在设计拱形骨架护岸结构时,应首先考虑不同拱径对岸坡土体位移的影响,在对岸坡土体沉降控制较严格的工程上,可进一步考虑不同拱宽的设计取值对其不同影响;本工程建议拱形骨架护岸结构的设计参数由原设计方案(拱径2.5 m、拱宽0.05 m、埋深0.300 m)优化为正交方案(拱径4.5 m、拱宽0.05 m、埋深0.450 m),在减小岸坡土体位移的同时仅增加不到55 m3的混凝土用量。

某机场高填土边坡防护施工技术

在机场建设中的高填土边坡工程中,常会遇到高边坡病害,若不及时采取有效措施,在降雨等因素影响下,边坡会发生软化、开裂,进而引发滑坡等灾害,对机场运行安全构成威胁。因此,本文从高边坡病害的角度出发,以某机场高填土的稳定性为研究对象,从该机场高边坡防护的研究方法入手,探讨机场高填土加固的关键技术,得出机场高填土工程中高边坡施工可采用喷射混凝土及拱形骨架技术措施,以期达到提升机场高填土稳定性的目的。

劲性骨架拱桥外包混凝土底模设计及拆除研究

为了探究大跨劲性骨架拱桥拱圈外包混凝土底模拆除工艺技术以及底模体系安全性问题,以奉节梅溪河双线特大桥为研究对象,从底模拆除的工艺流程探究其经济性、安全性,从底模模板系统的受力验算探究其设计合理性、安全性。为了验算底模模板的支撑安全性问题,依据相应的安全技术规范,对模板使用过程中可能出现的各种荷载进行计算,并按最不利进行荷载组合,计算模板使用过程中的荷载值;结合计算得到的最不利荷载值,对模板进行面板计算、次楞计算、主楞计算和吊杆计算,使其满足要求,进而确保模板在使用过程中的支撑安全性问题。结果表明,通过底模模板系统验算,其设计合理,底模拆除工艺采用吊篮结合吊具的方法,缩短了工期,减少了施工人员的投入,大大降低施工成本。

大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥施工关键技术

我国钢管混凝土劲性骨架拱桥建造技术不断取得创新突破,对世界拱桥建设产生了深远影响。为掌握该桥型最新发展动态,探究其跨径不断突破背后的技术创新,文章对大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥施工重难点及关键技术进行了总结。大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥在施工中存在劲性骨架拼装难度大、管内混凝土泵送困难、外包混凝土浇筑风险高及养护困难等问题;从拱座、劲性骨架、管内及外包混凝土、墩台、主梁等施工过程提出了大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥的施工要点。针对关键施工工序,明确了对应的质量控制措施,为大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥的高质量施工提供指导;对于更大跨度的钢管混凝土劲性骨架拱桥建造,展望了钢骨架自动化焊接、大体积混凝土自生变形控制、施工期多参数监控等新技术的应用前景。

大瑞铁路澜沧江大桥设计及关键技术研究

大瑞铁路澜沧江特大桥为双线铁路桥梁,大桥跨越澜沧江峡谷。结合桥位处的地质、地形及运输条件,经过方案比选,最终确定主桥结构为342 m上承式混凝土提篮拱桥,拱肋箱形混凝土截面由钢管混凝土桁架作为劲性骨架。围绕大桥的设计和施工技术开展一系列研究,采取梁-板单元模拟拱肋复合截面,对全桥进行静力、动力分析,确保全桥结构在列车活载、风荷载和地震荷载作用下受力安全;采取实体元建立拱肋内填外包钢管混凝土复合截面短柱模型,以全桥计算截面内力做外部荷载进行分级加载,最终确定拱肋拱顶复合截面受力安全系数为2.98,大于2.0;研发二次竖转的新型钢拱肋施工工艺,充分适应陡峭的地势,减少拱肋钢劲性骨架施工期间空中大悬臂状态时间。2022年7月22日,澜沧江大桥开通运营,围绕其开展的系列研究成果得以验证。研究成果中钢管混凝土参数体系与分析方法纳入《铁路桥梁钢管混凝土结构设计规范》;研发拱桥拱肋二次竖转施工新工艺,确保澜沧江大桥每岸质量2500 t的拱肋钢劲性骨架通过二次竖转实现合龙,为后期拱肋混凝土及桥面系的施工奠定基础。

劲性骨架混凝土拱桥主拱圈箱形截面分环和浇筑方式

针对劲性骨架混凝土拱桥主拱圈常用的箱型截面,总结归纳主拱圈混凝土主要分环和浇筑方式及其影响因素,提出分环和浇筑的基本原则,并采用有限元法模拟分析分环浇筑方式对单箱三室截面劲性骨架混凝土拱桥内力与变形的影响。结果表明:箱形截面能较好地满足劲性骨架拱桥主拱圈受力和构造的要求,是大跨度桥梁的理想截面形式;主拱圈混凝土分环和浇筑方式主要由劲性骨架结构承载能力、施工操作性、结构整体性和经济性4个因素决定;进行分环和浇筑应遵循的基本原则包括减少分环数量,对称分环和浇筑,尽快完全包裹劲性骨架弦管,尽快形成完整箱室以及将截面复杂部分划分至易于施工混凝土环内等;跨径416 m劲性骨架拱桥的三室箱形截面主拱圈采用合理的分环和浇筑方式,可以分别降低5.9%的劲性骨架钢管应力和16.8%的管内混凝土应力,减少7.8%的拱顶下挠位移。

600 m钢管混凝土劲性骨架拱桥主拱圈混凝土浇筑方案研究

主拱圈混凝土浇筑是建造600 m跨径钢管混凝土劲性骨架铁路拱桥的关键环节,为此提出某600 m跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥的主拱圈混凝土浇筑方案,具体为:采用四工作面法,主拱圈截面分为6环,并设1组斜拉扣索辅助调载,适当调整1环混凝土在各工作面上的浇筑顺序和节段长度。采用有限元法对施工全过程进行模拟分析,验证该方案可行性。结果表明:在主拱圈拱脚和控制性截面应力过程线峰值处分别设置工作面,且首先在第二工作面上浇筑一定长度的混凝土节段,再同时浇筑第一、第二工作面混凝土节段,可有效降低浇筑过程中结构的瞬时应力;通过在主拱圈拱脚附近设置斜拉扣索并适时调整索力作为辅助调载措施,可达到调整拱脚截面应力和保持拱轴线合理下挠的目的;通过合理设置工作面和辅助措施,适当确定混凝土浇筑顺序和节段长度,可保证主拱圈外包混凝土浇筑期间结构应力和变形控制在容许范围内。

骨架防护黄土边坡坡面冲蚀模型试验研究

西部黄土地区高边坡多采用骨架结构进行防护,但其服役期间容易产生土体侵蚀破坏,造成防护效力的局部丧失,严重者甚至可诱发垮塌灾害。通过开展人工模拟降雨冲蚀模型试验,对比分析了裸坡和骨架边坡的坡面冲蚀过程、含沙量、径流量及累计冲蚀量,探讨了骨架结构的防护效果,厘清了骨架关键部位处的坡面冲蚀规律,揭示了强降雨诱发骨架防护边坡侵蚀破坏机制。试验结果表明:骨架结构具有一定防护效力,但其框格边缘土体容易侵蚀破坏;随着降雨时间增长,裸坡和骨架边坡的含沙量、径流量及累计冲蚀量均逐渐增加。相比于裸坡,冲蚀60 min时骨架边坡的含沙量降低25%(坡比1︰1.5), 21.4%(坡比1︰1.75),径流量降低33.6%(坡比1︰1.5), 31.4%(坡比1︰1.75),累计冲蚀量降低43.6%(坡比1︰1.5), 40.0%(坡比1︰1.75);骨架关键部位,尤其是尖角边缘土体所承受的雨水冲刷作用较强,其冲蚀演化历程归纳为:溅蚀-片蚀-细沟侵蚀-切沟侵蚀(初次冲蚀),或溅蚀-片蚀-切沟侵蚀(再次冲蚀);骨架结构可限制土颗粒运移、削弱径流冲蚀,起到截流、挡水及分流作用,但也会在骨架关键部位处产生较为明显的边缘汇流现象,容易使得骨架支撑土体的侵蚀破坏,造成骨架结构的局部悬空。研究成果可为黄土地区路堤边坡拱形骨架防护的优化设计与现场施工提供参考。

铁路劲性骨架混凝土拱桥减隔震方案优化研究

为研究不同设防烈度下铁路劲性骨架混凝土拱桥的合理减隔震方案,以某主跨为445 m的铁路混凝土拱桥为分析背景,选用SAP2000结构分析软件建立全桥空间动力有限元模型进行非线性动力时程分析,对比了多级设防烈度下不同参数的摩擦摆支座和“摩擦摆支座+连梁装置”2类减隔震方案用于铁路劲性骨架拱桥的减隔震效率。结果表明:设防烈度较低时,摩擦摆支座能在一定程度上控制拱桥结构的地震响应,设防烈度高时控制效果有限,考虑行车平顺性,应优先选取半径较大的摩擦摆支座;“摩擦摆支座+连梁装置”方案在强震作用下,结构关键位置内力响应值没有明显增大,同时,伸缩缝位移值明显降低,提升了拱桥结构地震作用下的安全性。实际工程中,推荐使用“摩擦摆支座+连梁装置”方案以提高大跨度上承式铁路劲性骨架混凝土拱桥抗震性能。

大跨钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工抗风性能研究

为保证大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工过程的抗风安全,以某主跨342 m钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工为背景,研究该桥劲性骨架拱肋在竖转施工过程中的抗风性能及抗风措施。根据竖转施工特点,采用ANSYS软件分别建立2种最不利施工状态(拱肋竖转临界状态和拱肋合龙前状态)有限元模型计算风致响应,提出设置浪风索的抗风措施以提高抗风稳定性。结果表明:拱肋在2种最不利施工状态下会产生显著的拱顶横向位移和拱脚转轴连杆应力,危及拱肋施工安全;设置浪风索能有效降低处于竖转施工阶段的拱肋在横风作用下的拱顶横向位移和拱脚转轴连杆应力,且浪风索应力满足要求,可保证竖转施工安全。浪风索截面面积对拱脚转轴连杆应力影响较小,对拱顶横向位移影响较大,同时考虑到施工中浪风索张拉力的不均匀性,设计时宜适当增加浪风索截面尺寸,以提升结构整体抗风安全储备。

洮河大桥主桥桥式方案研究

研究目的:洮河大桥为兰合铁路的控制性工程,大桥位于高烈度地震高山峡谷区,峡谷呈典型的“U”字形,峡谷两岸坡面陡立,基岩裸露,桥梁方案需结合地形条件、地质条件、施工条件、结构安全、景观效果、工程造价等因素综合考虑研究。根据通航要求、地形条件和景观效果等确定采用主跨220 m的钢筋混凝土拱桥方案,进而对钢筋混凝土箱形板拱采用劲性骨架法施工和钢筋混凝土X形拱桥采用悬臂浇筑法施工分别进行研究分析,确定钢筋混凝土箱形板拱和钢筋混凝土X形拱桥构造尺寸,并计算拱肋应力、刚度、稳定性、动力特性及拱座应力是否满足规范要求。研究结论:(1)通过对洮河大桥主桥两个拱桥方案进行综合比较,拱肋应力、刚度、稳定性、动力特性及拱座应力均满足规范要求;(2)钢筋混凝土板拱采用劲性骨架法施工很好地解决了施工中刚度和稳定性的问题,施工经验丰富,技术成熟,安全性好,为国内拱桥普遍使用的施工方法;(3)本文研究对高烈度地震区、高山峡谷区的大跨度拱桥设计具有借鉴意义。

基于最优化原理的大跨度劲性骨架拱桥外包混凝土分环分段浇筑分析

针对大跨度劲性骨架拱桥施工阶段受力复杂、外包混凝土浇筑方案对劲性骨架受力影响较大的特点,提出基于最优化理论的外包混凝土分环分段数量设置方法。将主弦管应力与目标应力差值的平方设为目标函数,分环分段数量为设计变量,利用最优化原理建立外包混凝土分环分段浇筑状态下,可测变量之间的性态约束关系。以某在建主跨600 m的上承式钢管混凝土劲性骨架拱桥为例,通过最优化原理求取外包混凝土分环分段数量设置的最优解,并进一步对肋间横联结构及混凝土浇筑顺序进行优化计算。结果表明:提出的基于最优化计算理论的外包混凝土分环分段设计方法是可行的;原设计方案主弦管压应力为342.6 MPa,优化后主弦管压应力仅为309.1 MPa,降低幅度可达9.8%;原设计方案拱顶最大下挠值为654 mm,优化后拱顶最大下挠值仅为629 mm,下挠值减少25 mm;肋间横联设计方面,建议采用X形空间横联而非采用I形平面横联,因前者在外包混凝土浇筑阶段的稳定性明显优于后者。

大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥地震易损性分析

为了探究完善钢管混凝土劲性骨架拱桥的地震损伤评估方法,以一座上承式高速铁路劲性骨架拱桥为工程实例,开展同种桥型的地震易损性研究。首先,基于OpenSEES平台建立拱桥的非线性数值模型;然后,通过非线性动力时程分析及增量动力分析对主拱肋子构件、交界墩及拱上立柱的地震损伤进行评估;最后,引入两种Copula函数建立串联体系下主拱肋构件系统的易损性曲线,并将其与子构件及基于第一可靠度原理的系统易损性进行对比。结果表明:在三向地震动作用下,主拱肋外包混凝土的损伤概率与损伤程度均明显大于钢管混凝土,且后者的易损位置将随着地面峰值加速度的增大而发生从跨中向拱脚的改变;主拱肋系统的易损性更偏向于外包混凝土,L/4拱肋截面的损伤概率最大;交界墩与拱上立柱的保护层混凝土的易损性水平显著高于纵向钢筋和核心混凝土,位于L/4拱肋位置的立柱损伤概率最大。抗震设计时应重点考虑对易损部位采取加强的设防措施。

UHPC装配式路基边坡拱形骨架结构设计及工程应用

为解决传统混凝土路基边坡结构耐久性差、施工缓慢、构件“粗苯厚重”的问题,以实际工程为依托,结合UHPC新材料,通过技术创新、结构设计、性能测试和施工工艺等研究UHPC装配式路基边坡拱形骨架结构在工程中的应用。研究成果可形成成套的路基边坡结构生产与施工新工艺,减少现场施工作业人员,有效提升工程品质,为UHPC材料在小型预制构件中的应用提供新方向。

特大跨钢筋混凝土肋拱桥建造技术

钢筋混凝土拱桥因受力合理、全寿命周期维护成本低,成为深沟峡谷、地震多发等地区最具竞争力的桥型。特别是劲性骨架成拱的钢筋混凝土拱桥,无需支架、施工安全、截面参与施工受力,已成为大跨钢筋混凝土拱桥建造最优技术之一。原有劲性骨架法成拱技术,受到主拱结构构造差、骨架强度低、刚度小、外包混凝土施工环节多等诸多因素限制,国内建设数量较少。为攻克技术难题,依托320 m官盛渠江特大桥,对劲性骨架钢筋混凝土拱桥再创新,提出强劲骨架建造特大跨钢筋混凝土肋拱桥的建造技术,该技术提出的新结构、新材料、新工艺和新装备等科技成果,可简化特大跨钢筋混凝土拱桥施工流程、降低施工风险、节约施工工期,结构设计合理、材料利用率高、节约工程造价,社会经济效益十分显著。

劲性骨架混凝土拱桥施工阶段的非线性稳定分析

论述了钢管混凝土作为劲性骨架施工的钢筋混凝土拱桥的行为特点，此类桥的结构在施工过程中，历经三种状态：①劲性骨架状态，②劲性骨架的一部分杆件被混凝土包裹的状态，③钢筋混凝土拱业已形成之后的成桥状态。用荷载增量法并考虑几何非线性和材料非线性影响以及施工加载历程，建立了3种计算模型，对用劲性骨架法施工的跨度为313m的拱桥各施工阶段稳定性进行了分析研究。指出了各种计算模型的适用范围。