山区钢桁梁斜拉桥设计和工程应用研究

随着交通强国和乡村振兴等国家战略的实施,我国山区桥梁建设的数量和规模与日俱增。文章调研世界范围内2113座山区桥梁(含中国1521座),分析山区桥梁的建设难点和应用现状,阐明山区斜拉桥的关键设计技术,研究山区钢桁梁斜拉桥主梁、主塔及斜拉索的方案选型及构造设计,探讨适用于山区条件的新型斜拉桥施工方法。结果表明:我国是世界上山区桥梁建设最多的国家,贵州省又居我国首位(34.4%)。山区斜拉桥通常具有大跨径、高塔墩、小边主跨比和结构不对称等特点,运输施工易、装配程度高、抗风性能好、抗震性能优和景观造型美的结构设计成为山区桥梁的主流趋势。钢桁梁比钢箱梁斜拉桥更适应于山区的建设条件,公路钢桁梁斜拉桥一般采用两片主桁,N形桁式,主桁高度为6~9m,节间长度为6~12m,梁上标准索距为12~16m。主桁横向联系采用华伦式,桥面系常用板桁组合体系,斜拉索则主要采用钢绞线斜拉索。新开发的缆索吊机法和节段纵移悬拼法解决了山区斜拉桥主梁整节段起吊、运输和拼装的难题,可供类似桥梁借鉴和参考。

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。

基于复杂建设条件下绕城高速互通桥梁设计研究

互通立交是缓解城市交通拥堵的常用方案,而城市道路交通条件复杂,做好设计工作具有重要意义。基于此,文章在简述城市互通立交设计内容的基础上,提出现阶段常见的几类城市互通立交结构形式,以某互通立交工程为例,根据现场建设条件和道路交通要求设计绕城高速互通桥梁,优化结构类型,采取隔声措施,构建有限元模型,分析桥梁结构的力学性能,有效地发挥出互通立交在城市道路交通网络中的作用,改善交通条件,对同类互通立交项目具有较强推广应用价值。

武汉某超限多塔楼连体结构设计

武汉某超限多塔楼连体结构由6栋框架⁃核心筒高层塔楼及连接于各塔楼间不同高度处的6个钢结构连体组成,高层塔楼结构高度分别为139.5m和108.0m,钢桁架连体跨度分别为38.3m和32.7m,属于存在多项不规则的超限高位连体结构。针对此类复杂连体结构,为考察其抗震性能,提出了明确的分析思路,详细介绍了该项目结构方案、抗震性能设计、风洞试验及针对超限采取的加强措施;采用YJK和MIDAS Building两款软件对结构进行小震作用下的弹性整体计算分析,并进行弹性时程分析补充计算;采用SAUSAGE软件进行了罕遇地震动力弹塑性分析。结果表明,结构整体指标满足规范要求,能够达到预设的抗震性能目标。

西藏某钢框架住宅结构设计

因钢框架结构相对混凝土结构具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工周期短和节能环保等优点,在西藏某政府周转房设计中采用装配式钢框架结构形式,对钢框架结构在高层住宅中的应用进行技术探讨。首先,根据建筑布置及初步结构计算,确定钢框柱、梁、板的布置及截面尺寸;其次,用PKPM计算结构的各项性能指标;最后,进行节点和楼梯及防火设计。结果表明:结构模型的各项指标均满足现行规范要求,该设计方案是可行的,可供相关工程参考。

无应力状态法在半穿式连续钢桁架桥设计和施工中的应用

盐城市盐渎路大桥主桥是超大宽度的半穿式连续钢桁架结构,受力复杂,构件繁多,该桥在设计和施工中运用无应力状态法,成桥后获得了与设计目标相一致的内力和线形。文章首先介绍了桥梁概况,然后概述了无应力状态法,在此基础上进行了桥梁无应力构形的确定,最后提出了桥梁施工方法,以供参考。

简支型钢筋桁架楼承板无支撑架施工研究——以装配式钢结构住宅楼承板施工为例

依托济南C-3-1地块项目,根据装配式钢结构住宅建筑的结构特点,研究合理深化设计简支结构钢筋桁架楼承板的技术要点,运用有限元分析软件对简支型钢筋桁架楼承板安装和混凝土浇筑施工进行验算分析,通过设置装配式加固系统和调整桁架钢筋设计、安装结构,最大限度地发挥钢筋桁架楼承板的整体支撑刚度优势,实现将原设计的有支撑简支楼承板转化为无支撑架施工,总结楼承板桁架钢筋深化设计参数,为桁架配筋提供依据。

某城轨高架车站人行天桥钢桁架结构设计

人行天桥是跨越城市道路的重要通道。以某沿海城市轨道交通高架车站的人行天桥为工程案例,本文从天桥结构选型、静力及动力特性分析、支座选择等几个方面,对人行天桥结构设计进行了分析和总结。人行天桥的钢桁架结构形式利用了大跨度结构的特点,满足建筑功能和外观美化的要求,实现建筑与结构设计的合理统一,兼顾桥面行人空间和屋面雨棚需求;同时,根据台风区特点进行优化设计,并合理选用桥梁支座以释放温度应力,并满足设计要求。相关结构设计经验及建议可供类似工程结构设计参考。

大跨连续钢桁拱桥吊索塔架系统设计与施工

吊索塔架是大跨连续钢桁拱桥施工的关键临时结构。以江汉七桥钢桁拱桥施工为例,建立有限元模型,计算分析悬臂架设不同工况应力、挠曲及倾覆稳定性。采取工厂制造及现场预拼等施工措施,解决钢桁拱悬臂架设倾覆稳定和合龙问题。结果表明,通过合理设置塔高及吊索前后锚点,采取边跨压重、边支点锚拉等措施,使吊索塔架与拱梁协同受力,实现了大跨度钢桁拱悬臂架设结构内力均衡、抗倾覆性能好、线形控制好以及高精度合龙的目标,保证了钢桁拱施工安全。

凤凰古城旅游服务中心结构设计

凤凰古城旅游服务中心为造型复杂的钢桁架结构,桁架跨度31.2 m,端部悬挑10 m。文章对结构桁架选型进行了对比,对构件截面选择进行了分析,通过柱截面增设加劲板、采用变截面弦杆来优化结构,并对变截面弦杆连接提出了采用内坡口的施工要求,相应做法可供类似项目参考。

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。

某超限综合楼的结构设计与分析

为满足建筑平面功能和立面效果要求,某综合楼项目存在平面不规则、扭转不规则、楼板不连续、尺寸突变、构件间断等各种不规则形式,是具有一定代表性的超限高层建筑。为此,从项目概况、超限检查、性能设计和几个关键构件设计等方面对该项目进行分析梳理。通过反应谱分析、弹性时程分析和动力弹塑性分析,对结构薄弱部位进行了相应的加强,保证了结构达到预设的性能目标。

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。

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。

一场六馆多塔连体结构抗震性能研究

福州市长乐区“三馆三中心”项目属于抗震不规则结构,为地下一层,地上建筑为底部6个独立单塔(四~五层)、顶部整体串联而成的连体结构。底部塔楼采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构,顶部两层连接体采用钢桁架结构。结构存在扭转不规则、楼板不连续、竖向构件不连续、尺寸突变等不规则情况,属于特别不规则结构。以该项目为例,基于抗震设计方法,采用YJK-Paco软件对模型进行弹塑性分析,对比了单塔模型和多塔模型的动力特性,分析了连体结构传力路径和特征;通过罕遇地震工况下时程分析,掌握了关键构件在大震作用下的工作状态,保证连体关键构件性能不遭受破坏。研究结果可为此类多塔复杂连接项目提供参考。

负荷钢桁桥节点连接加固设计方法研究

负荷钢桁桥节点连接在受力情况下加固,面临着加固件及原构件受力不同步、原构件不可随意拆卸、加固后传力路径复杂等问题。钢桁桥设计往往采用“强节点,弱杆身”的原则,节点连接加固的同时,其连接杆身往往需要一起加固,两者不可分割,连接构造对传力效果及其有效性起到关键性作用。依托上海市松浦大桥大修工程,以控制既有原构件满足现行规范要求为原则,围绕负荷钢桁桥节点连接加固设计展开研究。首先,对4种节点连接加固构造方案进行了分析,指出负荷钢桁桥节点连接加固设计应尽量避免原连接件的拆除,并应与杆身加固件的连接构造统筹考虑;然后,基于构造方案4,给出3种节点连接加固计算方法及流程,并通过算例说明了3种方法的不同之处,提出节点连接加固后应为杆身加固件传力提供足够的支撑刚度,避免在杆身端部加固件内力向原构件转移;最后,通过成桥试验结果,对设计进行校正,论证了设计方法的正确性。

大跨度预应力张弦拱桁架结构干煤棚钢结构深化设计

随着近几年国家环保力度的加大,亟需建造更大跨度的干煤棚来满足电厂原煤的存储和作业空间,为大跨度预应力钢结构干煤棚的发展带来机遇。预应力的引入,虽然增大了结构的跨越能力、整体刚度和承载能力,但同时也使得干煤棚的设计和建造相对复杂。本文以某预应力张弦拱桁架干煤棚项目为背景,分析了该项目钢结构深化设计重难点,对其深化设计流程和典型节点的深化设计做了重点介绍,并阐述了深化设计过程中的注意事项;通过对主次桁架连接节点进行优化设计,降低现场施工难度,保证现场施工进度和安装质量;采用ABAQUS软件对主桁架支座和索端锚固节点进行有限元分析,结果表明,节点设计满足结构受力要求。

独塔地锚回转缆悬索桥设计关键技术

济新高速黄河三峡大桥为独塔地锚回转缆悬索桥,主缆跨度布置(540+185)m,垂跨比1/16,桥塔采用门形钢筋混凝土塔,北岸采用覆表式重力锚、南岸采用扩大基础重力锚,加劲梁采用钢桁梁、正交异性钢桥面板的板桁结合体系。单跨简支加劲梁一端固定、一端自由,横向设置抗风支座+限位剪断装置的约束体系。通过比选,回转缆索鞍系统采用了三索鞍体系,采用L形双滑动副底座系统以满足双向压力作用。主缆采用近六边形斜向非对称的索股编排方式,解决了回转端和塔顶主缆弯曲平面方向存在90°的转角差、索股扭曲交叉不易整形入鞍的问题。加劲梁节点设置钢牛腿和吊索连接,解决了回转缆立面展布空间需求问题。主缆采用优化后的PPWS法架设,钢桁梁采用缆索吊安装。

跨栈桥煤仓的基础设计及施工

为保证新建跨栈桥籽煤仓施工过程的安全,同时保证施工过程中选煤厂现有系统的正常生产,通过将新建籽煤仓范围内现有产品栈桥的部分土建结构拆除,并利用新建钢桁架将现有产品带式输送机托起,从而完成了跨栈桥煤仓的基础设计与施工。结果表明:该设计方法可在选煤厂不停产的情况下完成新建跨栈桥煤仓基础的安全施工,有效缩短了施工工期,使选煤厂如期达产,减少了企业的停产损失,同时也降低了建筑工程投资,增加了企业的经济效益;此外提出了部分无埋深筒仓的基础设计方法,可为选煤厂厂房或筒仓的设计提供一定借鉴。

跨文化遗产河流超大钢箱梁桥施工技术

目前钢箱梁桥梁的安装一般采用吊装法,而超大钢箱梁因为尺寸、重量大,一般采用分段分节吊装的方式,分段处需要设置临时支墩作为临时支撑。对于跨文化遗产河流的钢箱梁桥,因保护文化遗产河流的需要,不能在河道以及其保护范围打设钢管桩、灌注桩,也不可设置临时便桥或临时工作墩,导致通常采用的分段吊装法不适用。对跨文化遗产运河超大钢箱梁桥施工关键技术进行研究,采用深化设计技术、智能化制造技术以及免临时支架的超大钢箱梁安装技术,保证了工程质量与施工安全,保护了跨文化遗产运河。