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。

弹性阻尼支撑装置设计及性能试验

为克服两端刚接的大跨度钢箱梁桁架式纵隔板斜腹杆疲劳性能不足,提出一种弹性阻尼支撑装置(Elastic-damping Support Device, EDSD)。其主要原理是将已开裂斜腹杆局部切除后安装EDSD,通过端部铰接消除斜腹杆次内力,通过阻尼元件耗散斜腹杆在荷载作用下的伸缩变形能量,通过弹性元件控制桥面板竖向变形量,实现外载输入能量的合理分配。在大跨度斜拉桥正交异性钢箱梁运营期,经合理设计的EDSD可以有效消除其桁架式纵隔板斜腹杆端部疲劳裂损病害的发生。为探明EDSD的静力特征和滞回性能,制作了3个试件进行静动载试验研究。结果表明:(1)EDSD的刚度在静载加载时呈线性,约为206 kN/mm;而卸载时呈非线性,且刚度先大后小。卸载刚度值变化拐点出现在位移量±1.3 mm处,变化前后的刚度值分别约为508 kN/mm和90 kN/mm。(2)EDSD是一种与加载速率无关的非线性位移型阻尼支撑装置。(3)动载试验中随着位移幅值的增加,EDSD单位循环耗能以二次多项式规律不断增大,等效刚度以乘幂规律不断减小,等效阻尼比线形增大。(4)50 000个加载循环后的EDSD单位循环耗能比初始值下降了8%,等效刚度比初始值下降了8%,等效阻尼比基本保持不变。工程实践表明,研制的EDSD装置可有效增加纵隔板疲劳寿命,施工及维护便捷,桥梁全生命周期内的运维综合成本约为现有技术的70%。

钢板结合连续梁桥结构噪声分析

为了探究钢板结合梁桥的振动噪声,建立车-轨-桥耦合动力分析模型,获得了列车与桥梁的动力反应,后将此动力反应作为声学边界条件求解得到了钢板结合梁桥的结构噪声辐射,并对噪声辐射影响参数进行了探究.研究表明,列车过桥时,桥梁的结构位移呈现出周期性变化,各测点的竖向加速度均大于横向加速度;全桥结构噪声表现为全频段内均有衰减,高频区段衰减速率较低频段快;当车速提高时,各场点的总体声压级逐渐变大,车速从200 km/h升至260 km/h时,各场点声压级的上升幅度更大;双向行车时总体声压级显著增加,但各板件在峰值声压级时的贡献量比例无显著变化;有板肋时,顶板声压级贡献量较上翼缘板的更大,无板肋时则相反.添加板肋能够对局部结构进行优化,但对于整体的降噪效果影响不大.本桥板肋布置间距宜在5.2m左右.

科特迪瓦阿拉萨内·瓦塔拉大桥总体设计

科特迪瓦阿拉萨内·瓦塔拉大桥采用(24+38+53+65+65+65+200+60+60)m九孔一联的地锚式独塔斜拉桥与连续梁桥组合体系,采用法国标准建设。大桥除C9桥台采用背索锚碇与主梁固结外,其它墩(台)均设置纵向滑动支座;主梁采用单箱三室钢-混组合梁,按超长联长设计,采用支架滑移施工,通过调整斜拉索索力、预制桥面板安装顺序和湿接缝施工顺序,减小主梁内力,确保主梁线形顺畅;因桥梁景观的需要,采用空间异形人字形桥塔,塔高108 m,采用柔性承台设计;C9桥台(锚碇)采用重力式地锚结构。施工图设计阶段,开展系列设计关键技术研究,在保证桥梁景观效果的同时,确保结构的稳定性和安全性。

上跨运营铁路双层简支钢桁梁桥节点构造对比分析

为研究钢桁梁桥节点处支管之间构造差异对结构静力性能的影响,以蒸汽管网双层简支钢桁梁跨越铁路工程为例,节点处支管构造原则存在一定的差异,通过建立Midas整体模型,对支管分离与支管搭接两种不同节点构造情况进行对比,分析杆件受力性能的差异。结果表明,支管分离与支管搭接对支点附近节点斜腹杆影响较大,支管分离时,下弦杆节点斜腹杆应力最大达262 MPa,比支管搭接时斜腹杆应力大85 MPa;上弦杆节点斜腹杆应力最大达279 MPa,比支管搭接时斜腹杆应力大66 MPa,不满足主+附荷载组合作用下拉杆容许应力260 MPa的要求,需进一步提高支点处斜腹杆的杆件尺寸,以满足规范要求。通过对比节点构造差异对结构静力性能的影响,有助于合理优化结构杆件设计,为类似工程提供参考。

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。

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。

128m双线铁路简支钢桁梁桥设计

赵寨颖河双线特大桥主桥为128m下承式简支钢桁梁桥。主桁采用带竖杆的三角形腹杆体系;主桁弦杆均采用箱形截面,内力较大的腹杆采用箱形截面,内力较小的腹杆采用H形截面;在上弦杆平面内设置交叉式上平纵联;采用密横梁整体正交异性板有砟桥面系。该桥采用在岸边临时支架上拼装钢桁梁及导梁,在河中设置2个临时支墩的半悬臂拖拉法施工。采用MIDASCivil 2006建立主梁三维有限元模型,计算主梁杆件内力及位移、预拱度、自振特性,计算结果表明该桥设计合理,满足规范要求。

常泰长江大桥主航道桥结构体系及钢梁设计

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m的公铁两用斜拉桥,上层为高速公路,下层为城际铁路与普通公路(采用非对称布置)。该桥首次采用温度自适应塔梁纵向约束体系,该体系采用塔梁分离、塔墩固结形式,塔梁之间设置支座和纵向阻尼器,有利于降低梁端位移和桥塔内力;辅助墩采用压重+锚索方案,以消除活载负反力。主梁采用N形桁式两主桁钢桁梁结构,桁宽35 m,有利于控制偏载对结构线形的影响,主桁及桥面系构件采用Q500qE、Q420qE、Q370qE钢;主桁上、下弦杆件采用箱形截面,腹杆采用箱形、H形或王字形截面;主桁节点处设置组合式横梁;上层桥面采用纵横梁体系正交异性桥面板,与主桁形成板桁组合结构;下层桥面采用整体钢箱桥面,与主桁形成箱桁组合结构;索梁锚固采用双腹拉板式钢锚箱结构。整体结构及桥面系局部分析结果表明,结构设计满足规范要求。

同江黑龙江铁路特大桥设计

同江黑龙江铁路特大桥是连接我国黑龙江省与俄罗斯联邦犹太自治州的首座跨越黑龙江的过境桥梁,桥梁设计同时满足中、俄两国设计规范要求。中方主桥采用跨度为144m、108m的钢桁梁桥,144m主桁采用三角再分形桁式、108m钢桁梁采用华伦桁式;钢桁梁的纵梁连续、下平纵联与纵梁及横梁联结而参与主桁共同作用;桥面采用能够通行不同轨距中、俄列车的单线套轨形式;在纵梁上铺设预应力混凝土无砟轨道板。引桥采用32m预应力混凝土简支箱梁桥。根据该桥所处严寒环境提出钢材交货技术条件以及钢结构焊接低温冲击韧性技术要求。

钢-混凝土组合箱梁的抗扭强度

共进行了9根钢-混凝土组合箱梁的扭转试验,其中4根用于研究纯扭性能,5根用于研究弯扭性能,初步掌握了该类型梁的抗扭机理。组合箱梁截面通过两种机制抵抗截面扭矩:U形钢梁和混凝土翼板组成的组合箱形截面(称为组合抗扭),及混凝土翼板开裂后形成的等效箱形截面(称为混凝土翼板抗扭)。组合箱梁在扭转中,截面上存在组合作用,即混凝土翼板和钢梁间存在相互约束作用。U形钢梁的抗扭贡献在于:它不仅作为组合箱形截面的重要组成部分,自身承担较大的扭矩,而且向混凝土翼板提供纵向约束,抑制混凝土裂缝的开展。在试验分析的基础上,采用钢筋混凝土变角软化桁架模型,建立了适于分析钢-混凝土组合箱梁复合弯扭强度的三维桁架模型。该模型充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程,可以较准确地用于预测组合箱梁的极限强度。此外,还对组合箱梁的弯扭相关强度进行了研究。

带过焊孔焊接细节疲劳性能优化及试验研究

为了提高带过焊孔焊接细节的疲劳寿命,以某钢桁梁桥为背景,针对其翼缘板和斜腹杆的焊接构造,通过在过焊孔处填半圆弧板和焊缝错开的形式对其疲劳性能进行优化,制作带过焊孔焊接细节和优化模型的试件,进行疲劳试验测试其疲劳寿命,并结合有限元分析对比各模型的疲劳性能,验证优化措施对疲劳性能的改善效果。结果表明:在过焊孔处填半圆弧板可有效改善带过焊孔焊接细节的局部应力集中现象,提高其疲劳寿命,在高应力幅作用时效果更加显著;对接焊缝错开可显著提高带过焊孔焊接细节的疲劳寿命,其改善效果优于在过焊孔处填半圆弧板,在实际工程结构中推荐优先采用。

沪通长江大桥主航道桥主梁结构设计

沪通长江大桥主航道桥为(140+462+1 092+462+140)m的公铁两用双塔斜拉桥,采用公路在上、铁路在下的双层桥面布置,主梁为三片主桁钢桁梁结构。主梁上弦公路桥面采用正交异性整体钢桥面板(两侧边跨252m范围公路桥面采用纵横梁结合混凝土桥面的结构形式),下弦铁路桥面由与主梁断面同宽的钢箱组成,上、下弦桥面与主桁结合参与整体受力。主桁采用N形桁式,上、下弦杆件均采用板肋加劲箱形截面,腹杆采用箱形或H形截面,主桁节点为全焊接整体节点。在全桥主桁节点处均设有横联。采用桥梁空间分析软件3D-bridge开展结构整体计算并采用ANSYS进行节点应力分析,结果表明结构设计满足规范要求。

平潭海峡公铁两用大桥总体设计

平潭海峡公铁两用大桥是国内第一座公铁合建跨海大桥,兼顾高压电缆及自来水管搭载功能。大桥采用双线铁路+6车道高速公路标准建设,从长乐离岸下海至平潭上岛,依次跨越4条航道,全长约16.3 km,是目前世界上最长的公铁合建桥梁。3座主要航道桥均设计为钢桁混合梁斜拉桥,主跨依次为532,364,336 m,主墩基础采用?4.0 m和?4.5 m大直径嵌岩钻孔桩,钢桁梁首次采用两节间整段架设技术。深水高墩区桥梁设计为跨径80 m和88 m简支钢桁双层结合梁,采用整孔钢梁全焊、整孔浮运及吊装施工。浅水及陆地高墩区引桥采用跨径49.2 m混凝土箱梁,陆地低墩区引桥采用跨径40.7 m混凝土箱梁,全桥采用长栈桥加施工平台的施工方案,公路、铁路桥面均设置风屏障。

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。

芜湖长江公铁大桥主桥钢梁架设方案

新建商合杭铁路芜湖长江公铁大桥主桥为(99.3+238+588+224+85.3)m的钢箱板桁结合梁斜拉桥,主梁上层为板桁结合,下层为钢箱结合钢桁梁。该桥钢梁划分为89个铁路面梁段单元和94个公路面梁段单元,采用分段吊装施工,钢梁架设采用"浮吊辅助架设墩顶节段+桥面架梁吊机悬臂架设"的总体方案,设中跨合龙口。首先利用浮吊起吊,采用支架法架设2号和3号桥塔墩墩顶的3个钢梁节段,然后在公路桥面上各安装2台桥面架梁吊机进行双悬臂架设,悬臂架设至辅助墩前方时,利用浮吊起吊安装辅助墩墩顶钢梁节段;当悬臂架设至边墩前方时,采用"浮吊+支架"辅助桥面架梁吊机悬臂架设边墩墩顶钢梁节段;最后利用2号墩侧架梁吊机提升中跨合龙段进行中跨合龙。

贵州都格北盘江大桥主桥设计及关键技术

贵州都格北盘江大桥主桥采用(80+2×88+720+2×88+80)m双塔双索面钢桁梁斜拉桥。主梁采用由钢桁架和正交异性钢桥面板结合的钢桁梁结构体系。通过在混凝土检修道、主桁弦杆内灌混凝土的压重形式平衡主、边跨恒载及活载的重量。全桥共设112对224根斜拉索,斜拉索上端锚固于上塔柱内的钢锚梁上,下端锚固于主桁架上弦杆的钢锚箱上。桥塔采用H形钢筋混凝土结构,桥塔基础采用28根直径2.8m的群桩基础。针对该桥特殊的地理位置和建设条件,对山区风荷载、钢桥面板结构体系、主梁架设方案及运营期斜拉索凝冻监测技术等进行研究,解决了大桥建设的技术问题。该桥已于2016年通车,目前运营状况良好。

沪通长江大桥非通航孔桥设计

沪通长江大桥设计通行4线铁路、6车道高速公路,其非通航孔桥为简支钢桁梁结构,桥梁跨度112m,全长2 912m,其中跨南岸大堤桥梁3跨共336m、跨北岸大堤桥梁2跨共224m、跨水中横港沙区段桥梁21跨共2 352m。非通航孔桥主桁为三片钢主桁结构,上层公路桥面由钢纵横梁与混凝土桥面板结合而成,下层铁路桥面由下弦各节点处的钢横梁与混凝土槽形梁结合而成。桥墩采用钻孔灌注桩基础,墩身采用单箱三室的空心钢筋混凝土结构。

钢-混凝土连续组合桁梁桥受力性能优化

为有效改善钢-混凝土连续组合桁梁桥负弯矩区受力性能,以天津海河吉兆桥为例,总结连续组合桁梁桥的主要设计难点,并对传统的解决方案进行评述,在此基础上提出综合采用部分组合技术、双重组合技术以及优化施工工序3项措施对吉兆桥进行优化设计。采用MIDASCivil软件建立吉兆桥边上1榀组合桁架有限元模型,进行施工全过程分析,检验3项优化措施的有效性。对比分析结果表明,采用此3项技术措施可使混凝土桥面板在荷载短期效应组合下始终受压,下弦杆钢板最大压应力相比不灌混凝土方案降低了约25%。可见,合理采用此3项技术措施可显著降低钢-混凝土连续桁梁桥负弯矩区混凝土桥面板的拉应力和下弦杆钢板的压应力,从而有效避免混凝土桥面板开裂,改善下弦杆的稳定性。

蒙华铁路洞庭湖特大桥主桥钢梁架设关键技术

蒙华铁路洞庭湖特大桥主桥为主跨406m的三塔斜拉桥,主梁采用钢箱-钢桁组合结构。其中,下部钢箱梁宽21m,中心处梁高2.5m;上部钢桁梁采用华伦式布置,节间长14m,桁高12m。该桥主梁采用"先箱后桁"的方案施工,先安装下部钢箱梁,钢箱梁合龙后,在其顶面分组安装钢桁梁。边跨钢箱梁采用顶推法架设;主跨钢箱梁采用悬臂拼装法架设,钢箱梁节段利用300t架梁吊机整体吊装,在主跨跨中采用主动合龙方式合龙。上部钢桁梁杆件采用上弦杆制造长度修正、分组架设(5个节间为1组)、多个调整口合龙等技术施工,完成钢桁梁杆件拼装,并实现精确合龙。