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。

武汉光谷电竞馆建筑结构一体化设计与分析

武汉光谷电竞馆采用框架-剪力墙结构体系,为了实现荷载传递,结构中局部使用了钢斜撑、吊挂、托柱转换等结构形式。由于比赛大厅及建筑造型的影响,6层和屋面均采用大跨度钢桁架结构。建筑折面外表皮钢网格结构与主体结构采用一体化设计,从而达到结构与建筑形态的统一协调。本工程属于特别不规则的高层结构,运用多个计算软件对结构进行了静力弹性分析、弹性时程分析、中大震下的等效弹性分析和大震弹塑性分析。各项计算结果对比分析表明,结构满足预定的C级性能目标。最后,给出了本工程结构所采用的施工阶段分析步骤,并介绍了6层大跨度钢桁架典型支座节点设计、外表皮钢网格结构与内部混凝土结构的连接节点设计。

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。

山区铁路不对称连续钢桁梁柔性拱桥主梁设计

研究目的:钢桁梁柔性拱桥普遍为对称结构,但对于山区铁路桥梁,需要考虑桥址地形、地质条件、建造条件及抗震性能等多种因素。本文以山区铁路某跨越V形深沟桥梁为研究背景,针对地形陡峭、施工空间狭小、施工难度大的特点,提出一种非对称钢桁梁柔性拱桥式方案,为山区铁路桥梁选型拓宽思路。研究结论:(1)采用(216+144)m不对称连续钢桁梁柔性拱桥方案,适用于桥址处的建设条件;(2)通过建立有限元模型,对本桥进行静力和动力计算分析,表明本桥结构刚度、杆件强度等各项力学性能均可满足规范的要求;(3)桥面系采用纵横梁桥面体系,纵梁上设置道砟槽板,减轻了桥面系自重,解决了桥面系后期维修和更换的难题;(4)本桥采用塔架扣索施工方案,解决了悬拼过程主桁架应力及变形过大的难题;(5)本桥形式新颖、结构合理、造型美观、节省材料,对山区地形桥梁设计具有借鉴意义。

空间内倾鱼腹式钢桁梁人行天桥设计与创新

以某人行天桥为研究对象,介绍其桥型的建筑创意与结构设计,重点介绍桥梁结构创新点。主桥为单跨下承式简支空间鱼腹式变高钢桁梁结构体系,空间内倾的鱼腹式桁架为主要受力体系。上、下弦杆和竖杆间采用X型交叉钢拉杆代替传统的交叉刚性斜腹杆连接方式,首次将X型交叉钢拉杆应用于桥梁结构中。“双Λ形”桥墩柱脚位置采用剪力钉与PBL剪力键相结合的钢砼组合结构刚性柱脚连接节点。桥梁结构受力合理,造型优美,体现了造型与结构的有机结合。

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。

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。

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。

大跨度钢桁架桥设计与分析

以与直径135 m摩天轮组合的112 m大跨度简支双层钢桁架桥为例,介绍了钢桁架桥的特点及在城市景观桥梁建设中的优势,并介绍了该钢桁架桥的结构布置、杆件及节点形式、桥面及附属构造、桥台及基础、摩天轮构造及抗震构造等设计要点。采用有限元软件MIDAS Civil,对钢桁架桥强度和变形等结构受力性能进行分析,计算结果表明该桥设计合理。该大跨度简支双层钢桁架桥的设计思路、计算分析及施工方法可为类似钢桁架桥的设计提供技术参考。

钢桁架屈曲分析研究

以某钢桁架结构为主要研究对象,借助有限元软件,进行了结构选型和建模,对钢桁架结构屈曲问题和结构优化设计开展了研究分析,结果表明:侧向钢桁架邻近跨中的部位为结构最薄弱处,在外界荷载作用下,该区域易发生局部失稳;考虑初始缺陷的非线性屈曲分析相较于线性屈曲分析临界屈曲荷载系数明显降低,降低幅度在8.1%~39.1%;通过正交实验发现杆系的截面宽度对临界屈曲荷载系数的影响最大,截面高度和厚度的影响次之;利用非线性回归,得到了显著因素对临界屈曲荷载系数的预测公式。

某报告厅屋顶钢桁架防火设计

随着结构达到设计工作年限、建筑功能用途改变等原因,建筑本身面临结构改造、局部拆除或构件更换等问题。对于新更换的钢结构不仅要满足正常使用和承载能力极限状态的要求,还应满足火灾条件下规定时间内正常发挥功能的能力。以某报告厅结构改造工程为例,对其屋顶新更换的钢桁架采用有限元软件midas Gen进行耐火验算与防火设计研究,以为后期同类项目开展结构防火设计提供参考。

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。

城市钢桁架过街天桥设计要点

沈阳市东平湖街跨越城市街道天桥采用下承式钢桁架简支结构,计算跨径为30.7 m。结合该天桥,采用MIDAS Civil软件对天桥结构进行计算,分析简支钢桁架桥的设计计算过程和构造特点,并阐述其主要设计思路和设计方法。研究成果可为类似钢桁架天桥设计提供参考。

钢结构胶带机通廊受力分析与设计

胶带机是众多工业厂区中必备的设备。本文通过一条选矿厂胶带机通廊的设计实例,阐述了钢结构桁架式胶带机通廊竖向荷载和水平荷载的计算,构件的布置和计算与,构件截面的选择和优化,桁架的连接和运输与安装的设计。单向斜杆体系和带竖杆的人字式腹杆体系是桁架最常见的两种形式。本文根据四种布置方案,经过中国科学院PKPM计算软件建模计算,明确杆件的受力情况,确定各杆件承受受压力或拉力及具体数值,对计算结果进行分析对比。按照长杆受拉短杆受压的原则,最终选择受力合理且材料用量较少的设计方案。

钢桁架人行天桥结构特性影响参数分析

以福州城市森林步道鱼腹式钢桁架人行桥结构为工程背景,采用Midas Civil有限元软件对该轻型结构性能进行分析,并进一步分析弦杆、竖向腹杆和斜向腹杆壁厚关键设计参数变化对结构主要性能指标的影响规律。结果表明:弦杆参数是影响钢桁架人行桥结构强度、刚度、稳定性和自振频率的主要构件,竖向腹杆和斜向腹杆参数对结构特性影响较小。该研究结论可为同类桁架人行天桥结构设计提供参考和借鉴。

济阳黄河公铁两用特大桥主桥设计关键技术

济阳黄河公铁两用特大桥主桥为四塔三主跨、非对称矮塔钢桁梁斜拉桥,孔跨布置为(84+144+228+240+300+120+60)m。桥塔采用扁钢箱形桥塔,主墩采用矩形截面实心门式墩,主墩基础采用直径2 m钻孔灌注桩,主梁采用双层板桁结合的钢桁梁。通过结构体系比选,主桥采用塔梁固结、塔墩分离的结构体系,可显著降低长联钢结构温度效应。主梁采用超宽双主桁直桁及铁路桥面非行车道区域镂空设计,构造简洁且能很好地与结构体系相适应。铁路桥面系顶板采用不锈钢复合板,提高了耐久性和经济性;公路桥面采用压重设计,解决了负反力问题。该桥桥塔采用了融入齐鲁文化的“齐鲁之魂”造型,使结构更好地融入周围环境。主梁节段模型和全桥气弹模型风洞试验表明,主梁的颤振性能、涡振性能及静风稳定性均满足抗风安全需求。通过阻尼器斜置的减隔震设计方案,解决了桥梁顺桥向及横桥向2个方向的抗震难题。应用钢结构桥梁参数化建模、智慧建造及健康监测技术,保障桥梁结构安全。

基于灌注桩-锚杆复合基础的输电塔装配式钢桁架支座荷载试验研究

为提高山区输电线路输电塔的装配化程度,同时为了灌注桩-锚杆复合基础在山区输电线路的广泛应用,提出了一种输电塔装配式钢桁架支座,并对其可行性进行了试验研究。首先对2种输电塔塔型分别设计并加工了相应的装配式钢桁架支座,接着进行了各设计荷载工况下的静力试验,最后对得到的位移、应变数据进行了相应分析。试验结果表明:装配式钢桁架支座的位移、应变结果随荷载的增加呈线性增长趋势,支座在设计荷载下处于弹性阶段,未出现局部屈服;支座顶板的竖向相对位移、水平相对位移较小,满足设计的刚度要求;主材、斜材的轴向应力以及主材关键位置等效应力相较钢材的强度有较大的安全余量,满足设计的强度要求。

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。