基于静动力试验的铁路连续刚构-拱桥模型修正

为提升大跨度铁路连续刚构-拱桥有限元模型预测精度,同时针对传统有限元模型修正中只采用全局最优解而忽略可能更接近实际情况的局部最优解问题,提出一种基于距离机制的改进稳态遗传算法(DSSGA),利用实测静动力数据对其初始有限元模型进行模型修正。首先,介绍桥梁基本信息、初始有限元模型和静动力试验及其试验结果;其次,介绍DSSGA算法的理论以及其结合Kriging代理模型的基本修正流程,并通过测试函数验证DSS-GA算法的优化效果;最后,通过灵敏度分析选择待修正结构参数,利用拉丁超立方设计构建Kriging代理模型并检验其精度,利用静力位移、试验模态参数构造目标函数,对该桥进行模型修正。结果表明:与标准稳态遗传算法(SSGA)相比,DSSGA算法能够提供目标函数在搜索域的全局最优解和更多组局部最优解,有效避免SSGA算法角度机制所产生的解集不完整的局限性,且全局最优解的目标函数值更小,具有更高的搜索效率。经过模型修正,所有测点的位移相对误差控制在10%以内,频率相对误差控制在5%以内,修正后模型的预测精度大幅度提升。修正后的模型可作为该桥的基准有限元模型,用于后续桥梁健康监测与状态评估。

刚构拱桥动力特性敏感性分析

刚构拱桥由于拱肋和拱肋上的吊杆以及上下平联横撑的存在,使得其受力性能与动力特性异于连续梁桥,因此针对刚构拱桥结构本身参数进行敏感性动力特性分析,建立三维空间有限元模型,采用多重利兹向量分析法,研究拱肋之间横撑型式、桥墩高度以及支座的连接单元特性对桥梁的动力特性的影响。结果表明,随着刚构拱桥拱肋横撑型式的改变,桥梁自振周期基本一致,说明拱肋横撑型式对刚构拱桥动力特性基本没有影响;随着墩高不断增加,桥梁的自振周期也不断延长。结构的刚度随墩高的增加而减小,桥梁的纵向移动和竖向弯曲效应随墩高越高越显著,且墩高对于高阶振型的影响效果较小;支座显著地延长了此桥的自振周期,但是随着阶数的增大,与原模型的周期越接近,说明了支座对于结构高阶振型的影响也较小。

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。

RC刚架拱桥的板桁组合加固及动力特性

钢筋混凝土(RC)刚架拱桥常见的加固方法大多属于局部加强而非整体改造,因此对于改善结构受力性能的作用极其有限,难以满足我国现阶段公路交通荷载日益增大的需求。针对以上问题,文中首先提出了一种新型加固方法——板桁组合加固法,该加固方法在主梁两侧架设钢桁架,通过植筋、焊接、铺设钢筋网和浇筑混凝土等措施使钢桁架与主梁牢固连接,形成板桁组合结构,从而使结构受力从主梁受力体系转变成板桁组合受力体系,实现对结构受力的优化;然后,利用该方法对某刚架拱桥进行加固改造,通过有限元仿真模拟与桥梁动载试验,对该新型加固方法的有效性和实用性进行验证。结果表明:加固后结构自振频率有效提高;竖向刚度和承载力显著增大;结构一阶面内竖弯频率理论值较加固前提高80.5%,公路-I级荷载作用下加固后结构下挠值较加固前减小56.8%,混凝土构件应力水平较加固前减小10.9%~69.8%;该加固方法对结构的动力特性具有改善作用,加固后结构的竖向振动效应小于加固前且实测冲击系数远小于现行规范值,结构动力性能良好。

高速铁路下承式连续刚构-拱组合桥的冲击系数研究

以某高速铁路下承式3跨连续刚构-拱组合桥为依托,基于有限元理论和多体动力学理论建立车-桥耦合动力分析模型,进行20组轨道不平顺、75个速度共1500种工况的下承式连续刚构-拱组合桥边跨梁、中跨梁、拱肋和吊杆主要构件冲击系数的变化规律及分布特征研究,并对得到的冲击系数进行曲线拟合。结果表明:连续刚构-拱组合桥主要构件在不同位置处冲击系数存在差异,边跨梁的冲击系数大于中跨梁;列车出桥侧边跨梁跨中冲击系数最大,其值为1.131,中跨梁跨中最小,其值为1.020;桥梁中跨1/4位置处的梁、拱肋和吊杆的冲击系数相对较大,且从大到小依次为吊杆、拱肋、梁。相比现行铁路桥梁设计规范中全桥取同一个冲击系数,本文得到的冲击系数拟合式能准确计算桥梁不同构件的冲击系数,可用于桥梁主要构件的设计。

基于强健性的大跨径钢管混凝土刚架系杆拱桥设计

为提高中、下承式大跨径钢管混凝土刚架系杆拱桥的强健性,提出一套针对该类桥型的基于强健性的设计方法。该方法包括强健性概念设计、强健性结构验算与优化、强健性构造措施三个方面。强健性概念设计可依据现行规范进行;强健性结构验算与优化考虑动力放大系数,对吊杆、系杆破断工况进行受力分析验算,并对结构进行优化;强健性构造措施为在设计使用寿命短于主结构的关键、易损构件时,采取可查可换的构造措施。以六律邕江特大桥为工程实例,采用该方法进行强健性设计,结果表明该桥结构受力满足设计要求;为改善桥面系的强健性,宜设置较强的边纵梁、较弱的次边纵梁和中纵梁;吊杆和系杆采用便于更换的构造,确保桥梁安全。该强健性设计方法可对桥梁关键构件进行强健性定量评价,应用效果良好。

高速铁路连续刚构加拱组合结构设计及创新技术——以西延高铁王家河特大桥主桥为例

以西延高铁王家河特大桥为工程背景,首先,对3种混凝土连续刚构组合结构(连续刚构加拱、连续刚构加桁、连续刚构部分斜拉桥)从受力性能、无砟轨道适应性、经济性等方面进行比选,确定连续刚构加拱组合结构为最优方案;其次,阐述连续刚构加拱组合结构设计细节,通过有限元软件对结构的静、动力学性能、抗震性能、车-桥耦合计算分析;再次,对墩、梁、拱结合部位受力情况进行模拟检算,对梁、拱合理刚度分配规律进行总结。主要结论及创新点:(1)桥梁的强度、刚度指标满足规范要求,抗震性能良好、乘车舒适性优良;(2)梁拱结合部位混凝土处于均匀受压状态,局部受力安全可靠;(3)混凝土连续刚构加拱组合结构中拱肋承担活载的比例约占45%,活载有效转化为拱肋的压力和弯矩;(4)提出的高位拱肋单侧竖转施工方法可为类似工程提供参考借鉴。

高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部受力行为分析

为分析高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部位在施工与运营过程中的应力状态,采用建立施工全过程杆系有限元模型,计算施工及运营阶段内力与位移,同时考虑钢管与管内核心混凝土、管外拱脚混凝土接触面双重滑移效应,建立墩-梁-拱结合部位实体有限元模型并通过现场实测应力验证模型准确性的方法,探究结合部位的钢-混凝土界面滑移规律与空间应力分布状态。研究结果表明:拱肋钢管与拱脚混凝土、核心混凝土间最大相对位移值分别为1.1,1.2 mm,在设计时宜增加隔板或剪力钉以改善钢与混凝土协同受力;结合部位应力基本处于规范限值内,在过人洞处出现应力集中,倒角处最大拉应力达3.81 MPa,可设置必要的构造钢筋抑制斜向裂缝的发展;拱脚顶面混凝土出现应力集中,且远超规范限值,建议将拱脚混凝土替换为钢纤维混凝土。研究结果可为连续刚构-拱组合桥施工安全提供参考。

昌景黄高铁(90+200+90) m连续刚构拱桥设计

结合昌景黄高铁(90+200+90)m连续刚构拱桥施工图设计,对主梁、拱肋、吊杆、桥墩等主要构件的设计过程进行分析研究。采用有限元软件MIDAS/Civil建立计算模型,对3种梁高及4种底板厚方案进行比选,从满足主力工况最小强度安全系数及主梁受压区高度不超限等方面考虑,确定主梁中支点处梁高11.5 m,底板厚1.5 m;对3种拱肋截面尺寸方案进行比选,从满足拱肋强度、稳定性要求及经济性等方面考虑,拱肋截面高采用3.3 m较为合理;结合本桥纵、横、竖三向预应力布置工作,总结大跨度预应力混凝土连续刚构拱桥的预应力钢束布置特点;拱脚附近拱肋混凝土局部拉应力超限,通过局部布置纵向钢筋进行解决。计算结果表明,主梁、拱肋、吊杆、桥墩等构件的强度、应力、变形及稳定性等各项指标均满足相关规范要求。

成达万高速铁路渠江特大桥主桥桥式方案研究

成达万高速铁路渠江特大桥跨越渠江,为新建成都—南充—达州—万州高速铁路重点控制工程。结合线路、行洪、通航、环保等情况,提出(128+248+128) m连续刚构部分斜拉桥、(48+112+248+112+48) m钢管混凝土桁架组合梁斜拉桥、(128+248+128) m连续刚构拱桥3种主桥桥式方案,分别从桥梁的景观效果、经济性、施工难度、技术创新性、碳排放及后期养护维修等方面进行综合比较,(48+112+248+112+48) m钢管混凝土桁架组合梁斜拉桥具有景观好、经济性能优、碳排放少及具有技术创新等优点,选定其作为推荐桥式方案。该桥建成后,将为高速铁路桥梁智造提供一个方向,为同类桥梁设计提供借鉴。

各国规范下混凝土箱梁水化热温度作用研究

水化热引起的温度变化往往会导致混凝土梁桥早龄期混凝土桥面开裂,甚至在通车前就出现裂缝。为了确保结构的耐久性,对王家河大桥进行了大规模温度测量,并在3种常用水化热模型的基础上进行精细有限元模型分析,两者结合以确立适用于高寒大温差地区的水化热模型,获得空间连续的桥梁温度场,并为相似地区桥梁建设提供参考。结果表明:(1)通过水泥水化热模型计算的王家河大桥测点最大温升为37.2℃,最大里表温差约45℃,最大降温速率约5℃/d,最大温升值在规范限值内(50℃),里表温差(25℃)及降温速率(2℃/d)均超出规范限值,存在开裂风险;(2)本桥计算中指数式最大温升、里表温差、降温速率均比其余两式计算结果更不利,且三者温度演变规律基本一致,而指数式计算参数更为容易,故建议使用指数式进行混凝土箱梁设计;(3)大体积混凝土冬季施工建议使用低热或中热型水泥,并严格控制入模温度、拆模时间以预防温度裂缝的产生。

重庆礼嘉嘉陵江大桥景观设计

综合考虑地形条件、通航要求、结构性能、景观风貌等因素,重庆礼嘉嘉陵江大桥采用预应力混凝土上承式梁拱组合刚构+变截面连续梁组合桥方案。该桥主桥跨径布置为(140+245+190+130+80) m,双向8车道,双幅桥布置,每幅桥宽18 m。通过对桥位周边环境和区域文化分析,确定了大桥景观设计以“鸿鹄齐飞”为主题。在该桥景观设计中,综合考虑结构体系创新,应用简练的线条元素对桥梁进行造型设计,刻画出简约而不简单的形象风格;桥体外表面选用浅灰白色涂装,与周边环境和谐相融;主梁采用大挑臂单箱单室直腹板截面,以尽量减小主梁、下弦拱腹板外轮廓间距,从而使桥墩、下弦拱在透视角度显得尽量纤细;桥墩截面均设计为六边形,在桥墩顶部采用笔尖造型的挡块,营造丰富的光影效果、增强其视觉形象;人行道护栏为铸造石与钢结构组合护栏,造型元素与大桥整体造型一致;桥铭牌采用磐石造型,设于桥梁中央分隔带;大桥夜景照明采用泛光照明表现主体结构外轮廓,以及LED投光灯、多图案投影灯、捕捉投影机、水波纹投影灯多种组合形式,通过动静结合的灯光流动效果来塑造大桥的夜景新形象。

在役刚架拱桥病害分析及加固设计研究

基于某在役刚架拱桥次拱腿断裂及横向连杆脱落等病害问题,通过建立多种工况有限元分析模型,对比分析了不同工况下的内力,进一步了解病害产生原因,提出了对应的加固措施,并开展了桥梁荷载试验。结果表明:该桥病害中破损及缺失构件并非主要受力构件,可以采用粘贴钢板的加固方案对桥梁病害出现的位置及主要受力部分进行加固,以此满足公路Ⅱ级荷载标准。

刚架拱桥旧桥加固方案论证分析

现役刚架拱桥因其结构安全系数低、整体刚度差、横向联系弱等缺点,导致主要受力构件易出现结构性病害,危及桥梁结构安全。综合考虑桥梁结构设计安全等级、施工方便性、经济性及交通量情况,同时采用粘贴钢板方案与减轻上部活荷载方案对桥梁进行加固改造。通过利用有限元软件midas civil,对刚架拱桥加固前、后的受力状态进行分析。结果表明:该方案加固效果较为显著,可以明显减小桥梁跨中竖向位移,提升桥梁承载力安全系数,改善各构件受力状态,保障桥梁安全运营。

博罗大桥病害成因及加固设计要点

为提升我国早期建设的系杆拱桥、刚架拱桥的加固效果,文章以博罗大桥为例,对主桥系杆拱桥及引桥刚架拱桥的主要病害及其成因进行全面分析,提出了系杆拱桥吊杆的更换方案及刚架拱桥主要截面外包UHPC等针对性加固方案,并采用Midas Civil 2021对刚架拱桥典型桥跨受力跨加固前后的承载能力进行对比分析。结果表明:加固后桥梁的承载能力满足要求,结构受力得到有效改善;典型桥跨采用外包UHPC加固后其承载力增强,刚度得以提升,该加固方案对于解决系杆拱桥、刚架拱桥的裂缝病害有积极作用。

高速铁路大跨连续刚构拱施工控制关键问题研究

为确保高速铁路桥梁大跨连续刚构拱施工的安全稳定性,采用有限元软件对昌景黄铁路连续刚构拱的施工方案、索力偏差及结构的非线性对结构线形的影响进行了研究,结果表明:(1)按照顶升方案进行拱肋施工时,需调整拱肋合龙焊缝的宽度,调整量需满足规范限值要求;(2)焊缝宽度调整后,成桥状态无法满足无应力状态法的构形原理,导致成桥线形与原转体施工的成桥线形不相同,因此,需按照顶升施工预拱度计算结果重新向施工方下发线形控制指令;(3)从线形控制角度,建议索力偏差低于设计值时控制在5%以内;若高于设计值,可按照10%控制;如果条件限制导致难以精确张拉时,应按照宜超张不宜少张的原则进行吊索的张拉施工;(4)预拱度会导致结构的几何非线性问题,但考虑非线性时主拱及主梁的计算预拱度变化量较小,因此实际施工监控中,连续刚构拱可不考虑因设置预拱度导致结构几何非线性的影响。

福州鹅头溪大桥桥型方案比选

鹅头溪大桥跨越现状鹅头溪,是沿溪大道桥涵工程的控制性节点工程,从通航需求和现状河道条件方面考量,本桥无设置超大跨径桥梁的需要。鹅头溪大桥提出了波形钢腹板-平钢底板钢混组合梁桥、预应力混凝土连续刚构桥和下承式斜靠拱桥+预制装配小箱梁桥三种桥型方案。从桥型方案的结构性能、施工工期、视觉效果等方面进行分析,最终确定采用波形钢腹板-平钢底板钢混组合梁桥方案,该桥型方案负弯矩区采用钢混组合桥面板结构,改善了桥面板的受力性能,提高了耐久性能。该结构受力体系合理、整体性能好、造型轻盈,与周边环境相协调,视觉效果良好。

伊家河刚架拱桥病害的结构分析

针对伊家河钢筋混凝土刚架拱桥所产生的病害 ,利用空间有限元建立全桥模型 ,分析了横系梁对刚架拱桥横向整体刚度的影响 ,指出在刚架拱桥的设计 ,特别是在施工中应重视横系梁与拱片的有效联结。还对单块微弯板进行了空间静力分析 ,进一步说明了造成微弯板病害的力学机理 。

钢筋混凝土刚架拱桥横向联系的内力分析

利用有限元理论和软件对典型的钢筋混凝土刚架拱桥建立了空间结构分析模型,对其空间结构性能,尤其是横向联系的内力进行了分析计算,并与传统的设计理论———弹性支承连续梁简化方法进行比较分析,最后用典型的桥梁进行实验研究和论证。结果表明该结构桥梁的横向联系设计合理与否,直接关系到结构的整体受力与安全,是影响其承载力的重要因素,在设计分析中应引起足够的重视。

深圳北站大桥拱墩固结点局部应力分析

建立了拱墩固结点结构分析空间有限元模型 ,根据不同的施工阶段和成桥后的工况 ,分别进行空间有限元计算 ,同时结合三维光弹性实验 。