大跨梁-拱组合刚构桥船撞力和抗撞性能研究

梁-拱组合刚构桥是一种新桥型,船撞研究较少。该文以礼嘉嘉陵江大桥为工程背景,研究大跨度上承式梁-拱组合刚构桥梁的船撞力标准值和抗撞性能。首先确立了代表船型和船撞计算工况,利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元瞬态动力软件模拟了单墩模型在各工况下船桥碰撞过程,并对比了船撞力有限元仿真结果与多种经验公式计算结果。最后利用全桥模型和验算截面的极限承载力反推得到桥墩的极限抗船撞力,对桥墩的抗撞性能进行了评估。结果表明:船撞力具有很强的非线性波动特征,船艏最大撞深发生时刻滞后于最大撞击力发生时刻,船桥碰撞过程中的系统能量主要是由船舶动能转化为船艏局部变形内能;不同的船撞力经验公式的计算结果相差较大,推荐采用动力仿真模拟值;极限抗船撞力验算结果表明礼嘉嘉陵江大桥主墩的抗撞性能满足要求。

连续刚构箱形-双薄壁组合式主墩及其刚度匹配设计方法

文章针对因受到建设条件制约而不得不采用主墩高度相差较大的连续刚构桥梁,应用箱形-双薄壁组合式桥墩作为主墩结构,提出了对应的主墩刚度匹配设计方法,并对刚度计算过程进行了推导,得到了组合式桥墩墩顶顺桥向抗推集成刚度的计算公式,用实桥计算示例对提出的主墩设计和传统设计的结果进行了对比。结果表明,文章提出的箱形-双薄壁组合式主墩刚度匹配设计方法能有效地避免主墩高度差引起的内力不均匀分配问题,从而改善高、低主墩连续刚构桥梁在温度、制动力等水平荷载下的力学表现,提高结构的抗震性能。

金阳河特大桥超高桥墩设计关键技术

金阳河特大桥主桥为(106+2×200+115+40)m连续刚构桥,位于高山峡谷地带,桥址处50年超越概率10%地震烈度7.7度,5~7号主墩分别高113、196、182 m。针对横桥向抗震响应突出且墩高差异大的特点,主墩采用钢管混凝土组合墩,对墩高较大的6号、7号主墩横桥向双侧放坡,各主墩顺桥向尺寸保持恒定以方便施工,梁端设置粘滞阻尼器以实现顺桥向耗能减震;各主墩刚度经匹配设计,控制截面的地震响应达到合理比例。主墩为外包混凝土的四肢钢管混凝土柱及柱间腹板形成的箱形构造,竖向每间隔12 m设置1道钢筋混凝土横隔板;墩梁固结采用钢管混凝土柱置于主梁0号块腹板外侧的连接构造,钢管混凝土柱与承台连接采用承压板+PBL剪力键的构造。大桥整体结构计算结果表明:持久状况和E2地震作用下,钢管混凝土组合墩满足承载能力极限状态要求,主墩墩顶水平位移小于规范规定的变形容许值。主墩施工先安装钢管骨架,再采用液压爬模工艺施工钢管外包层和柱间腹板,研发了多点同步重型提升系统代替大型塔吊,以降低高空作业安全风险,节省施工费用。

连续刚构拱桥梁拱墩结合部位传力机制研究

文章以西延高铁王家河特大桥为工程背景,建立梁拱墩结合处的局部实体模型,并分析该部位的空间应力状态,掌握应力集中区域和薄弱位置,探讨内力分配机制及传递规律,旨在为梁拱墩结合部位设计提供理论基础和数据支撑。研究表明,拱肋与拱脚结合部位拱肋长度1/3.2范围内为应力传递的特征长度,梁拱墩连接处主梁长度1/4.5范围内为应力传递的特征长度;梁拱结合部位中支点截面拱肋通过加劲缀板等将81.2%的内力扩散至拱脚混凝土。

V型墩刚构桥自平衡组合支护体系设计与施工

宁波舟山港六横公路大桥梅山水道跨堤桥为(60+100+60)m V型墩刚构桥,主梁采用预应力混凝土箱梁,主墩为V型墩。针对该桥施工重难点,提出一种自平衡组合支护体系进行V型墩和0号块施工。该体系由临时支架系统和拉杆系统组成,临时支架系统包括V型墩外侧支架和0号块中部支架两部分,在墩身竖直方向设置3层拉杆,每层布置5根拉杆。有限元计算结果表明:V型墩和0号块施工时支护体系受力满足要求,待主梁合龙后方可拆除V型墩外侧支架和墩身拉杆,4号梁段预应力施工完后方可拆除0号块中部支架。承台施工完成后,安装V型墩外侧支架及拉杆系统,墩身采用滑槽一次浇筑成型,拉杆分3个阶段张拉;V型墩施工完后安装0号块中部支架,0号块混凝土采用汽车泵分2次浇筑完成,拉杆分4个阶段张拉;0号块施工完成后进行主梁挂篮悬浇施工,支护体系按计算确定的拆除时机拆除。主梁施工完成后,墩身线形良好,墩底内、外侧及0号块箱梁内、外均无裂缝产生。

某高墩大跨连续刚构桥主墩优化设计研究

选择合理的桥墩型式是降低高墩大跨连续刚构桥造价的有效措施.以瓦厂特大桥的设计为背景,将原设计主墩采用的组合墩墩型,优化成单肢空心薄壁墩,通过建立各墩型的空间有限元模型,进行对比分析.结果表明:两种主墩墩型的梁部应力水平相当;单肢空心墩稳定性优于组合墩;在最大双悬臂施工状态下,采用单肢空心薄壁墩强度安全系数较组合墩小,但成桥后安全系数相当;采用单肢空心薄壁墩经济性优于组合墩,能大幅节省造价,在施工质量与工期方面具有明显的优势.研究结果可为今后山区同类的桥梁提供一定的借鉴和参考意义.

大跨长联V形墩连续刚构桥方案构思与总体设计

昌南大桥跨越赣江,主桥采用跨径组合(75+165+180+180+165+75)m的混合梁V形墩连续刚构桥,桥长840 m,双幅桥宽37.5 m。V形墩刚构桥因结构轻盈、外形美观、跨越能力较强、刚度较大、行车舒适、便于养护等特点,在城市景观桥梁建设中得以广泛应用,介绍国内主跨跨径及联长最大的混合梁V形墩刚构桥的构思、总体方案设计、桥梁结构设计和施工。

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。

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。

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。

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。

沪通长江大桥天生港专用航道桥设计

沪通长江大桥天生港专用航道桥为刚性梁柔性拱桥,跨径布置为(140+336+140)m。主梁采用三主桁双层板桁组合结构,主桁采用华伦式桁架,焊接整体节点,桁高16.0m。铁路及公路桥面均采用正交异性板整体钢桥面,上层为公路桥面,标准宽度为33.0m,设双向2%横坡;下层为铁路桥面。主拱采用抛物线形,拱肋采用钢箱截面,截面高1.8m、宽1.2m。拱肋与主桁的上弦杆采用柔性吊杆连接,吊杆采用平行钢丝成品索,全桥共57组。主墩基础采用钻孔桩基础,墩身采用墩顶设置墩帽的单箱三室空心墩结构。设计采用了先梁后拱的指导性施工方案。

非规则大跨刚构-连续组合桥地震易损性分析

以某西部山区薄壁大跨刚构-连续组合桥梁为研究对象,分析了非规则大跨刚构-连续组合桥梁纵、横向地震易损性。基于OpenSees平台,建立了其非线性纤维有限元模型。采用曲率作为墩柱损伤指标,位移作为活动盆式支座损伤指标,基于IDA方法分析了该桥在不同地震动下的动态响应,得到桥墩纵、横向地震动作用下的曲率包络图,分析了不同桥墩构造的破坏情况,建立了墩柱以及支座的易损性曲线,讨论了不同墩高对桥墩地震易损性的影响。结果表明:桥墩的纵向地震损伤概率大于横向损伤概率,且墩高越高损伤概率越小;支座横向地震损伤概率大于纵向损伤概率。其研究结果可为非规则刚构-连续组合桥梁的抗震设计提供参考和依据。

大跨度连续刚构拱组合桥梁拱墩结合块模型试验研究

简单介绍了模型试验的相似和设计原则,对模型试验的加载工况、加载程序、测点布置等也进行了讨论。应用大型COSMOS/Works软件,结合已有的研究成果,在选定混凝土、钢筋和钢绞线单元的基础上,建立了边主墩和中主墩梁拱墩结合块三维有限元模型,得到数值分析结果,将数值计算结果与试验结果进行对比分析,得出了顶底板、腹板、拱脚和墩顶混凝土应力分布规律,深入研究了梁拱墩结合块的复杂受力行为。研究表明:顶底板混凝土正应力沿纵向均呈先减小再增大的趋势;腹板混凝土正应力沿竖向从上至下呈增大趋势,沿纵向正应力呈先减小、后增大和再减小的趋势;拱脚混凝土主压应力由后拱外侧往前拱内侧呈增大趋势;双薄壁墩和空心单柱墩墩顶混凝土各断面基本处于受压状态。梁拱墩结合块受力合理,大跨度连续刚构拱组合桥设计合理。

连续刚构拱组合桥锚固区局部应力模型试验

为探讨连续刚构拱组合桥锚固区的局部应力,以宜万铁路宜昌长江大桥——连续刚构-钢管混凝土柔性拱新型组合桥为工程背景,分别进行了顶、底板模型试验,并与数值计算进行了比较,获得了锚固区局部应力的传递规律.此外,讨论了锚固区裂缝产生的原因.研究结果表明:在纵向预应力张拉过程中,箱梁锚固区始终处于弹性工作状态,锚垫板下混凝土受力是安全的;模型各测试截面混凝土测点应力与施加的荷载呈线性关系,结构处于弹性受力状态.

客运专线刚架系杆拱桥受力状态研究

对刚架系杆拱桥作了全桥空间有限元分析、拱墩连接处局部空间有限元分析和1∶3缩尺模型试验.研究结果表明:刚架系杆拱桥的预应力混凝土主梁由于和系杆分离,其受力行为相当于弹性支承上的连续梁,较普通系杆拱桥有很大改善;钢箱拱肋受力行为与普通系杆拱桥类似;墩拱节点是刚架系杆拱桥的关键部位,永修特大桥墩拱节点由于采用了足够多的栓钉、PBL键和足够大的螺纹钢筋预压应力,结构牢固,承载力很大,传力顺畅;刚架系杆拱桥在客运专线上的应用是完全可行的.

衢江大桥Y腿刚构系杆拱桥设计

衢江大桥主桥为Y腿刚构单拱肋系杆拱桥,主桥孔跨布置为(50+120+50)m,拱肋、边跨主梁与Y形主墩刚性连接,边、中跨主梁设牛腿相连,中跨100m主梁通过吊杆与主拱相连,拱肋为钢箱拱,拱趾设水平系杆。主要介绍主桥结构特点、结构分析和施工方法。

V型刚构组合拱桥剪力滞分析

采用通用有限元ANSYS软件,分析衢江大桥主桥V型刚构组合拱桥的剪力滞效应,计算了控制截面的剪力滞系数,得出剪力滞系数沿桥梁纵向的分布。指出边跨主梁工作应力较大,特别是边跨主梁与V型腿相交处是强度控制截面,而且边跨主梁剪力滞后现象严重,剪力滞系数高达2 0,设计时必须予以特别的注意。本文计算结果可为同类大桥设计提供参考。

基于损伤塑性本构模型的上承式梁拱组合刚构梁拱交汇节点极限承载力研究

针对大跨径上承式梁拱组合刚构梁拱交汇节点受力复杂的问题,笔者利用基于Abaqus损伤塑性本构模型展开预应力钢筋混凝土材料非线性分析的方法,对上承式梁拱组合刚构进行了梁拱交汇节点极限承载能力的研究。研究结果表明:18个不利荷载工况中梁拱交汇节点处,上弦梁最大正弯矩组合是最不利且起控制作用的荷载工况,最不利荷载工况下梁拱组合节点极限承载因子为2.012,极限承载因子大于1.4,并有一定的安全储备;梁拱交汇节点的破坏路径为:从上弦梁底板混凝土受拉破坏开始,随着荷载的增大破坏面逐渐扩展至上弦腹板,最终上弦梁结构被拉溃;提出一种基于Von-Mises应力相似追踪的方法,可以有效的模拟实体单元力学边界条件;给出了判断节点内力平衡的计算公式,提出内力平衡影响因子η,并通过数据对比给出了影响因子相应的阈值范围,定量的解释了局部杆系模型与整体模型的内力状态无法相同的原因。

连续刚构拱组合桥拱脚等效静力刚度研究

在连续刚构拱组合桥的全桥有限元建模分析中,拱脚单元的合理建立至关重要。为得到连续刚构拱组合桥拱脚的等效静力刚度,文章以福厦铁路江坑内大桥为工程背景,采用MidasCivil和MidasFEA分别建立了拱脚杆系模型和拱脚实体模型以计算拱肋位移并进行对比分析,得到了该桥拱脚的等效静力刚度,并分析了拱脚等效静力刚度对全桥受力性能的影响。结果表明:连续刚构拱组合桥拱脚合理静力刚度为拱肋刚度的15~25倍,在考虑拱脚等效静力刚度的情况下,靠近拱脚附近吊杆的成桥吊杆力明显减小,最大达35.3 kN,而靠近中跨跨中附近的吊杆的成桥吊杆力呈增大趋势,但效应不明显;主力组合下,拱肋挠度在0~1/4L(拱肋跨度L)范围内呈减小趋势,而在1/4L~1/2L内为增大趋势,对同类型桥梁的设计具有一定的参考价值。