公铁合建斜拉桥钢桁-混凝土板组合梁受力特性

以某主跨808 m的公铁合建新型钢桁-混凝土板组合梁斜拉桥为背景,采用ANSYS软件建立局部组合梁细化的全桥多尺度有限元模型,分析其在不同工况下双层组合梁的受力传力特性和混凝土桥面板荷载分配比,并讨论混凝土桥面板厚度t_(b)、横梁刚度变化系数λ_(K)和钢与混凝土弹性模量比λ_(E)对组合梁受力传力的影响规律。结果表明:最不利组合工况下,钢桁架最不利Von Mises应力为183.6 MPa,混凝土桥面板最大拉应力为5.3 MPa,均满足结构受力要求;沿纵向路径,钢桁架和混凝土桥面应力在节间横梁间均呈“波形”分布;上下层混凝土桥面板顶、底面应力沿横向近似呈“W”和“M”状分布,表明桥面板承受一定沿横向不均匀分布弯矩;公路及铁路混凝土桥面最大剪力滞系数分别为1.45、1.36,更宽的公路混凝土桥面剪力滞效应更显著;公路及铁路混凝土桥面分别承担上、下层结构57.46%~79.99%和33.21%~62.81%的轴向荷载,为组合梁的主要传力构件;混凝土桥面板的应力随t_(b)及λ_(K)的增大而增大,随λ_(E)的增大而逐渐减小;混凝土桥面每层平均荷载分配比ξ与t_(b)成正比,与λ_(K)及λ_(E)成反比;当t_(b)、λ_(K)和λ_(E)参数的取值范围分别为0.8~1.4、0.4~1.6以及4~10时,组合梁混凝土桥面应力及荷载分配比ξ较为合理。

钢桁梁断面形式对公铁两用桥上列车气动特性影响

钢桁梁断面形式的不同可能会改变桥上列车的气动力,进而影响桥上列车运行安全性和舒适性。为此,以某千米级公铁两用悬索桥为工程为背景,通过风洞试验对三种常用钢桁梁断面形式的桥上列车进行测力、测压试验。研究结果表明,当单列车位于三种钢桁梁断面形式上的上游时,列车的阻力、升力系数无明显差异,而单列车位于下游时,列车的阻力、升力系数有较大的区别;在双车状态下,由于迎风侧列车的遮挡作用,改变了不同钢桁梁断面形式下列车的流场,使得钢桁梁断面形式对背风侧列车影响较小。无论列车位于上游、下游,其三种钢桁梁断面形式下列车的阻力系数、升力系数随风攻角的变化趋势一致。当列车位于上游时,其三种钢桁梁断面形式上列车顶部和底部圆弧过渡段都出现不同程度的流动分离,使得其列车平均风压系数不同;当列车位于下游时,三种钢桁梁断面形式上列车平均风压系数变化趋势一致,说明钢桁梁断面形式对下游列车的平均风压影响较小。列车位于上、下游时,其脉动风压系数会有显著的差异,其脉动风压系数的大小受腹杆布置形式的影响要比梁高的不同更为显著。本文研究结果可为大跨钢桁梁桥的断面形式选取提供参考和依据。

大跨径刚性悬链桁架桥不带加劲弦顶推施工技术

针对悬链形上加劲连续钢桁梁桥建造,提出不带加劲弦多点同步顶推施工技术,在边跨设置拼装平台,在中跨设置临时墩,分段拼装,顶推钢桁梁,最后吊装合龙加劲弦。在施工中,设置大临结构,以减小钢桁梁的悬臂长度,适应了钢桁梁拼装及顶推装置布置的要求;采用同步控制系统与纠偏装置,解决了多点同步顶推与钢桁梁线性控制的难题;通过有限元仿真分析,验证了顶推过程的可行性;采用落梁法,解决了钢桁主梁合龙及加劲弦合龙的难题。

大跨公铁两用钢桁拱桥边跨施工关键技术

常泰长江大桥天星洲专用航道桥为(168+388+168)m大跨重载公铁两用钢桁拱桥。主梁采用2片主桁双层板桁组合结构,边跨钢梁施工采用架梁吊机悬臂散件拼装。为确保边跨钢梁架设轴线和竖曲线线形,按照最快形成稳定桁片结构原则拼装,上墩前悬臂拼装并形成三角桁片稳定结构后再实施抄垫;在钢梁架设过程中对钢梁标高进行调整,精确控制钢梁上墩标高;为确保边跨钢梁架设结构受力满足要求,通过有限元理论分析比选,确定临时墩最优脱空时机;采用“基于空间六点调位法”对边跨钢梁进行整体精确定位;主墩支座采用重力法灌浆;基于多点变形协调,通过优化杆件安装工艺,解决了超静定结构杆件带力安装难题。

公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式研究--以赣江公铁大桥西支主桥设计为例

以赣江公铁两用大桥西支主桥设计为例,研究一种适应上层8车道公路、下层对称双线铁路+4车道公路混合布置的主梁断面形式。提出带挑臂双索面箱桁组合断面、带挑臂单索面箱桁组合断面、矩形箱桁组合断面、矩形钢桁梁断面4种主梁断面方案,采用有限元软件分析各方案静动力性能及受力特点,综合考虑方案构造特点、技术指标、工程数量、公铁运营安全、景观效果等,确定该桥选用带挑臂双索面箱桁组合断面。该桥斜拉索最大索力16000 kN,锚固在下层钢箱梁两侧,通过有限元实体分析对锚拉板和钢锚箱式两种索梁锚固形式进行比选研究,钢锚箱形式受力合理、应力水平低、经济性好,设计采用钢锚箱形式。带挑臂双索面箱桁组合断面桥面空间布置合理、下层公铁行车干扰小、梁端竖向变形最小、经济性好,是一种适应公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式。

重庆白居寺长江大桥施工控制关键技术

重庆白居寺长江大桥主桥为主跨660 m的公轨两用双塔双索面钢桁梁斜拉桥。桥塔为空间曲线水滴形混凝土结构,采用爬模施工;钢桁梁为带边纵梁的倒梯形截面,利用桥面吊机进行对称悬臂施工。为确保成桥后的各项力学和线形指标满足设计要求,采用MIDAS Civil软件建立主桥施工阶段有限元模型,对塔顶偏位和应力、钢桁梁线形及斜拉索张拉进行施工监控。通过控制塔顶偏位以及关键断面应力,确保了钢桁梁施工中桥塔的安全;通过控制主桁和边纵梁的制造和安装线形,保证了钢桁梁成桥线形的控制精度;通过边、中跨1~5号索同步对称初张、6~20号索分级不对称初张及局部二次调索,提高了斜拉索的施工效率以及索力控制精度。施工监控结果表明:塔顶偏位最大偏差27 mm,钢桁梁线形最大偏差52 mm,斜拉索索力偏差在±5.6%内,均满足设计要求。

西十高铁汉江特大桥主桥设计

西十高铁汉江特大桥主桥为主跨420 m的梁桁组合结构双塔斜拉桥,采用半飘浮体系。主梁采用钢桁加劲PC箱梁,梁高3.0 m,桥面全宽17 m。PC箱梁采用C55混凝土,单箱四室等高截面,加劲桁采用渐变三角桁式,材质为Q370qE钢,桁高9.4 m。斜拉索采用标准抗拉强度1770 MPa的镀锌平行钢丝,双索面扇形布置。桥塔采用花瓶式钢筋混凝土框架结构,塔高186.5 m,基础采用∅3 m的钻孔灌注桩,按长短桩设计。结构受力分析结果表明:该桥力学性能指标均满足相关规范要求,整体刚度性能优越,具有良好的颤振稳定性,设置的风嘴能有效抑制涡激振动,采取加劲钢桁上弦杆灌注混凝土、延迟铺轨时间等措施能有效控制主梁的收缩徐变,桥面线形满足铺设无砟轨道的要求。

考虑双重非线性的大跨度钢桁梁拱桥稳定性能评估

为评估钢桁梁拱桥稳定性能,优化结构构造,以岐江河大桥为背景,建立考虑几何与材料非线性的钢桁梁拱桥弹塑性计算模型,考察矢跨比f/L、宽跨比W/L、初始线形偏差、钢材屈服强度对钢桁梁拱桥稳定性影响,探究横撑构造与数目、横梁与横撑抗弯刚度对结构稳定性的优化效果。分析结果表明:f/L介于0.20~0.25时,钢桁梁拱桥稳定性相对优越;保持桥梁跨度不变而增加宽度能提高结构稳定性,当W/L由1/8增加至1/4时,稳定系数提高1倍;初始线形偏差明显影响结构稳定性,当初始横向变形量控制在l/3 000~l/1 000时稳定系数下降5%,而当变形量>l/1 000时稳定系数下降18%;钢材屈服强度对结构稳定性影响较小,250~350MPa 5种强度下的稳定系数相差<7%;现有横撑中,双米撑稳定性最好,其次为米撑、X撑、双K撑、K撑;相同用钢量下,采用米撑构造比K撑构造性能更好;增加横撑数目或增加横梁、横撑抗弯刚度可提高钢桁梁拱桥稳定性。

基于测压风洞试验的钢桁梁上列车二维气动导纳研究

基于节段模型测压方法,建立了列车二维气动导纳的识别方法。在紊流场风洞试验中,获取了0°攻角时钢桁梁上列车抖振力的展向相关性;识别了钢桁梁上列车中车的三维气动导纳,探究了钢桁梁上列车中车三维气动导纳与二维气动导纳的关系。可知,随无量纲折减频率及展向间距的增大,抖振力的展向相关性逐渐减小,列车抖振力展向相干函数可用Jakobsen模型较好地拟合。当k_(1)B/2小于0.3时,二维气动导纳值为1,三维气动导纳会明显低估列车的气动导纳值。当k_(1)B/2大于0.3时,三维气动导纳会明显地高估二维气动导纳函数值,且随着折减频率的增大,气动导纳值减小。最后,给出了列车二维气动导纳函数及相干函数的数学表达式。研究成果可为风-列车-桥梁耦合振动计算分析提供参数。

150m跨整孔全焊接钢桁梁试拼装工艺及荷载试验研究

孟加拉帕德玛大桥上部为全焊接连续钢桁梁结构,施工中开创性地采用了整孔拼装及架设方案。为验证钢桁梁拼装过程中线形计算及拼装方案的合理性、可行性,选取1跨钢桁梁进行试拼装和荷载试验。详细阐述了钢桁梁试拼装前线形计算、整孔试拼装施工技术、荷载试验等相关内容,通过对全过程检测数据及荷载试验分析,验证了该钢桁梁线形计算结果、拼装技术及试验结果均满足要求。

大跨山区铁路悬索桥钢桁梁智能吊装系统研究

研究目的:艰险山区峡谷地区一般场地狭小且施工条件较为恶劣,为解决山区峡谷地区重型钢桁梁架设装配对接难度大、主缆线形控制困难、架设施工时间长、安全隐患多等难题,本文以丽香铁路金沙江特大桥钢桁梁架设工程为依托,针对重型钢桁梁架设中的共性难题,研发了大跨山区铁路悬索桥钢桁梁智能吊装系统,该系统通过物联网和云计算相关技术,将钢桁梁架设中关键要素和工艺信息数字化,通过科学的传感采集、数据分析、反馈控制等流程环节,以期将钢桁梁架设过程转换为精准受控的自动化作业,节约项目成本,保障项目安全,提高施工效率。研究结论:(1)本文研发的钢桁梁智能吊装系统针对山区重型钢桁梁的架设提供了一套较为可行的系统解决方案,经过工程实施后验证是可行的,能够满足施工的需求,解决了山区峡谷复杂环境下悬索桥重型钢桁梁架设拼接的难题,相比于传统模式实现了使用上和操作上的便捷性,能够大幅度提高施工效率;(2)经过工程验证和实施,研发的钢桁梁智能吊装系统可以实现测控精度厘米级,反馈控制时间响应速度秒级,实现了平均4.5 h完成双节段重型钢桁梁的架设工作,整个架设过程控制双节段钢桁梁横桥向摇摆倾角在1.23°以下,顺桥向摇摆倾角在1.51°以下,缆塔偏位在5 cm以下,吊具中心转角均满足在±1.5°以内的要求;(3)采用基于物联网和云计算技术的钢桁梁智能吊装系统,可以实现数字化钢桁梁架设施工作业,形成了一整套可推广的原创技术成果,可为今后类似大吨位钢桁梁等结构施工提供宝贵经验,在山区和大吨位钢梁架设施工中具有广泛的推广前景。

盐河大桥钢桁梁拼装顺序研究

为研究拼装顺序对钢桁梁变形特性及施工难度的影响,采用midas Civil软件对钢桁梁的拼装过程进行仿真分析。根据钢桁梁的特点,提出两种拼装顺序:从一侧往另一侧拼装方案(方案一)和从两侧往跨中拼装方案(方案二)。结果表明:杆件拼装过程中的位移偏差随着拼装的进行逐渐增大,以y向(横桥向)变形最大,z向(竖直向)次之,x向(顺桥向)变形最小。钢桁梁线形调整措施应以y向调整为主,边拼装边调整。布置于上弦节点处的水平间距调节装置调整后,钢桁梁线形控制取得显著改善。方案一产生的最大横向变形明显小于方案二,所需的顶推力也明显小于方案二。方案一有利于控制成桥后钢桁梁的线形。

钢箱梁桁架式纵隔板疲劳开裂弹性阻尼支撑处治技术

针对钢箱梁桁架式纵隔板中出现的早发性、多发性、再发性疲劳开裂病害,分析桁架式纵隔板病害原因,基于能量法,提出将端部刚接斜腹杆变为端部铰接的弹性阻尼支撑处治技术。研制弹性阻尼支撑装置(Elastic-Damping Support Device,EDSD),将斜腹杆局部切除并安装EDSD,通过EDSD中设置的弹性阻尼单元耗散外部荷载输入结构的大部分能量,保障结构在长期车辆荷载等作用下的安全性和正常使用性能。结合某斜拉桥钢箱梁桁架式纵隔板疲劳开裂处治需求,开展了该处治技术实桥应用,并对其进行有限元分析及实桥监测。结果表明:钢箱梁内斜腹杆局部改造安装EDSD后可大幅降低斜腹杆应力水平,有效降低斜腹杆疲劳易损部位开裂风险,增加疲劳寿命;安装EDSD的斜腹杆上的既有裂缝均无扩展。

双层板桁结合钢桁梁桥面结构体系受力性能研究

为研究双层板桁结合钢桁梁桥面结构体系的受力特性,以清水塘大桥主梁——双层板桁结合钢桁梁为背景,研究了恒载、车辆荷载作用下,其上、下层桥面结构系(纵横梁体系)各构件的受力情况,并分析了车辆荷载的纵向传力范围,以及大、小横梁和桥面板在传递桥面荷载时的分配关系。通过分析,验证了纵横梁桥面结构系受力的合理性,得出了恒载及车辆荷载下的主桁以节点受力为主的结论,符合桁架梁受力特点。此外,得出了桥面系各构件在传递桥面荷载时的分配关系,为相关工程的设计提供了参考和依据。

大跨度钢桁梁跨既有线桥梁工程箱梁顶推施工技术研究

以重庆市新九中路主线桥为研究对象,提出大跨度钢桁梁跨既有线桥梁工程箱梁顶推施工技术。考虑到箱梁顶推过程中临时墩受力情况,得出最优的临时墩布置方案,并采用钢管立柱形式连接临时墩。按照最大顶推跨径的0.6~0.8倍,加工具有变高度工字形断面的导梁结构,并通过预埋段浇筑、导梁横连、高强螺栓拧紧等方式实现导梁整体安装。在临时墩上方放置滑道和滑块,完成顶推滑动装置的整体搭建。借助多台智能步履式千斤顶和电子计算机自动控制平台,进行多点同步箱梁顶推施工,并通过带有纠偏导向轮的限位装置实现顶推施工纠偏处理。根据施工结果,运用该顶推技术建设完成的箱梁梁体中线偏差总是低于2 mm,很好地满足了大跨度桥梁工程箱梁施工要求。

公铁混层布置双层箱桁组合梁建造技术

昌九高铁扬子洲赣江公铁大桥西支主桥为49+144+320+144+49 m双塔竖琴索面半漂浮体系斜拉桥,公铁混层对称布置,下层桥面中间布置双线无砟轨道高速铁路,两侧布置双向4车道城市主干路,上层桥面布置双向8车道城市快速路。主梁采用双层带挑臂箱桁组合梁,结构形式新颖,构造较复杂,为研究其受力性能,建立精细化实体节段模型开展局部应力分析,并结合沿途水运条件,研究了主梁运输方案及对应的安装方案。计算结果表明:带挑臂箱桁组合梁设计合理,上、下层桥面板局部应力较小,节点位置未出现较大的应力集中现象,公路桥面横桥向挠跨比满足规范要求;带挑臂箱桁组合梁桥面空间布置合理,具有良好的经济性,可为今后公铁混层合建桥梁提供借鉴。

德清门户型人行景观桥梁设计

德清门户型人行景观桥梁为三跨等高变宽刚构钢箱梁桥,平面呈多段圆曲线布置,桥南侧设置一倾角为10°的钢管桁架拱门,拱门辅以吊索与梁体相接。介绍了该桥的设计要点,包括桥跨布置、结构形式、附属设施、景观设计、施工步骤示意及结构分析要点,可为类似景观桥梁的设计提供借鉴。

基于双滑块的钢桁梁顶推施工主桥下部结构受力优化设计

为减小对通航的影响,余姚江特大桥钢桁梁采用河道中不设临时墩的顶推法施工,但当处于最大悬臂状态时,下部结构将会受到较大偏心荷载作用。为了研究余姚江特大桥钢桁梁顶推施工过程中下部结构受力情况,建立该桥下部结构的有限元模型,从减小偏心距离和偏心力两个方向考虑,经方案比选,确定了一种采用双滑块优化受力的顶推方案。验算结果表明,该方案有效地改善了下部结构的受力情况,减小了主墩及基础所受的偏心弯矩,桩基拉力最大为811.2 kN,满足规范要求。滑道梁等临时结构的强度、刚度也均满足规范要求。

钢桁梁悬索桥十字接头焊缝工艺研究

随着焊接技术水平的不断提高,焊接接头的质量越来越可靠;十字接头焊缝设计越来越多地应用于大跨径钢桁梁悬索桥钢结构的关键传力部位。文章以牂牁江特大桥主跨1080 m的双塔单跨简支钢桁梁悬索桥钢结构制造为背景,通过钢桁梁悬索桥十字接头焊缝的设计要求,从坡口型式及尺寸、焊接方法、焊接材料、焊接规范参数及无损检测要求等方面,研究制定了钢桁梁悬索桥十字接头焊缝的焊接工艺及生产过程中焊接质量的控制措施,成功指导了本桥钢桁梁悬索桥十字接头焊缝的焊接生产,也为今后其它桥梁钢结构十字接头焊缝的焊接生产积累了经验。

钢桁梁斜拉桥横向结构体系设计

中山某特大桥主桥桥跨布置为(136+312+880+312+136)m,桥梁全长1776 m,为双塔钢桁梁斜拉桥。主梁采用双主桁+板桁结合结构。主桁桁宽42.2 m,是目前国内跨径最大、桥面最宽的双层公路钢桁梁斜拉桥。横向结构体系占比大,本桥的横向结构体系设计显得尤为重要。设计对横梁体系和纵横梁体系进行了研究,采用有限元软件ANSYS建立钢桁梁局部模型,对两种结构体系的竖向刚度、桥面板应力、U肋应力进行了对比分析,分析结果表明两种结构体系均满足要求。同时,借鉴同类钢桁梁斜拉桥的成熟经验,对两种横向结构体系的经济性进行比选分析,在节间距为12.8 m的情况下,经济性相当,节间距增大至14 m时,纵横梁体系经济性更具优势。由于边跨采用混凝土桥面板进行压重时,纵横梁体系中的主横梁受力较大,需要增大梁高,考虑到全桥景观效果的一致性,本桥横向结构体系采用横梁体系更优。