中山香山大桥主桥主梁结构设计

中山香山大桥主桥为双层钢桁梁公路斜拉桥,跨径布置为(136+312+880+312+136)m。桥塔采用人字形混凝土塔,下设整体式钻孔灌注桩;斜拉索采用∅7 mm高强度锌-铝合金镀层平行钢丝索;约束体系采用带纵向阻尼器的半飘浮体系。主梁采用2片N形主桁的钢桁梁结构,桁宽42.2 m,标准梁段桁高2.8 m。上、下弦杆和腹杆均采用带加劲肋的箱形截面,横梁均采用鱼腹式。边跨187.2 m范围内下层桥面采用混凝土桥面板起压重作用,其余上、下层桥面板均采用正交异性钢桥面板。下层纵向钢-混结合段位于辅助墩往跨中第4个节段,距辅助墩51.2 m,设置承压板、支撑加劲肋、预应力钢束、剪力钉和PBL板;横向钢-混结合段位于下层行车道两侧钢桥面板和混凝土桥面板之间(距下弦杆2.2 m处),设置剪力钉、PBL板和1.3 m宽UHPC后浇段。采用有限元软件进行全桥整体受力分析及桥面板局部分析,结果表明:结构满足规范要求。主梁采用大节段整体吊装施工,标准吊装节段长度为25.6 m,节段间除钢桥面板和弦杆顶板采用焊接外,其余均采用高强度螺栓连接。

拱形钢桁梁桥结构分析与构造细节设计

钢桁架结构通常节点密集,设计复杂多样。现结合绍兴市某拱形下承式钢桁梁桥,介绍其总体布置、结构设计,并基于有限元分析理论,采用通用有限元软件ANSYS对该桥的活荷载计算模式、上下弦杆节点、梁端节点、横肋与下弦杆及小纵梁相交节点的构造细节设计进行计算对比分析。研究表明,整体式节点设计中节点板处竖杆腹板采用渐变断开式设计,可满足应力、屈曲稳定的要求;拱梁结合点处的应力集中范围与大小受圆弧半径、支点相对位置的影响,支点靠近拱梁结合点对结构受力有利;支撑桥面板的横肋下翼缘可与小纵梁、下弦杆采用半刚性节点,虽一定程度上会增大翼缘断开范围腹板应力,但整体应力水平较低。

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。

密布横梁正交异性板整体桥面受力行为

采用空间有限单元法和模型试验,研究南京大胜关长江大桥三主桁（拱）密布横梁体系钢正交异性板整体桥面结构的受力行为。研究结果表明：50%以上的桥面荷载通过下弦杆或系梁传至下弦节点,这部分荷载会引起下弦杆或系梁的竖向弯曲。针对三主桁（拱）密布横梁正交异性板桥面结构,提出桥面荷载在3片主桁（拱）中的2次分配的分析方法,第1次桥面荷载分配在3片主桁下弦杆或3片桁拱系梁中进行,中桁与每片边桁分配到的荷载比约为2.3-3.3,支座处大,跨中小;第2次桥面荷载分配通过横联在上弦节点中进行,中桁将0-24%的桥面荷载分配给2个边桁,跨中大,支座处小;经2次分配后,在离支座1-2节间以外的区域,中桁与边桁分配到的总荷载比约为1.0-1.2,靠近支座的区域,中桁与边桁分配到的总荷载比仍为2.5-3.3;只有第1次分配到的桥面荷载引起主桁下弦杆和桁拱系梁竖向弯曲,中桁（拱）的吊杆力、下弦杆和系梁的竖向弯矩约为边桁的2倍以上。

三门峡黄河公铁两用大桥主桥钢桁结合梁设计

三门峡黄河公铁两用大桥主桥为(84+9×108+84)m的11跨连续钢桁结合梁桥,采用双层桥面布置,下层桥面通行4线铁路(双线蒙西通道+双线运三铁路),上层桥面通行双向6车道高速公路。该桥主梁采用密横梁体系钢桁结合梁,横向布置3片主桁,主桁采用三角形桁式。下层铁路桥面采用密横梁体系的正交异性整体钢桥面板,钢轨处设置倒T形小纵梁;上层公路桥面采用C60的钢筋混凝土结合板,通过湿接缝和剪力钉与钢主桁上弦杆及横梁结合为整体;主桁横向未设置联结系,仅在两端的公路横梁底设置板式桥门架。采取选择合理的混凝土板结合及顶落梁工序、选择合适的预制板存放龄期、湿接缝处理和加强预制板配筋等措施改善结合梁负弯矩区混凝土板受拉开裂的问题。主桥钢桁梁采用拖拉式顶推的方法施工。

大跨悬索桥桁架加劲梁的选型和设计

归纳国内外已建和在建的桁架加劲悬索桥的一般情况,论述了加劲梁的受力特点,分析了主桁、横联、水平联和桥面的各可选型式的特点,根据统计数据得到了若干设计参数的经验取用规则。分析研究表明,在大跨度悬索桥中,抗扭能力是桥面结构最主要的加劲要求;加劲桁梁的高跨比与桥面设计风速的平方存在线性回归关系,因此可以由跨径和风速参数来初步拟定桁高;桥面设置一定透空是桁式加劲梁增进气动稳定性的有效和简便手段;上下平联采用K形撑比X形撑获得的扭转刚度要小,但K形撑不参与主桁竖弯,受力状态相对简单。对比混凝土桥面、钢桥面和合成型钢桥面3种方案的技术经济特点,合成钢桥面有助于提高加劲梁扭转性能和结构轻型化。

铁路正交异性桥面上承钢桁梁典型病害分析及加固方法研究

以铁路32 m正交异性板桥面上承钢桁梁为研究对象,对典型裂纹病害进行分类描述。利用ANSYS软件,采用板壳单元,建立空间有限元模型,开展正常条件及极端条件下力学行为分析,按照设计规范计算得到开裂位置处局部点疲劳应力幅。通过考察各典型连接细节的构造特点及受力行为,结合数值模拟结果,对各典型病害的开裂原因进行分析。针对各类病害具体特征,参考国内外钢桥病害整治方案,对正交异性板桥面上承钢桁梁进行加固改造。结果表明:焊接缺陷、面外变形及支座脱空是该类桥梁出现裂缝病害的主要原因;通过高强螺栓拼接角钢增加连接细节局部刚度可有效提高结构疲劳强度,达到结构加固改造目标。

南京大胜关长江大桥主桥上部结构设计

京沪高速铁路南京大胜关长江大桥为主跨336 m的连续钢桁拱桥,设计速度目标值300 km/h,设计荷载为6线铁路荷载。主桁采用整体节点,弦杆采用箱形带肋杆件;桥面采用正交异性板整体钢桥面,分块制造、安装;为提高截面刚度、改善气动性能及增加阻尼,吊杆设计成八边形截面并预留阻尼器安装空间;平面及横向联结系采用刚度大、有利于3片主桁内力均匀分配的X形构造;使用墩旁托架及拉索辅助钢梁安装,利用拉索调整主跨合龙口位移。大桥施工进展顺利,2009年9月底主桥钢梁安装完成,预计2010年上半年达到铺轨条件。

采用正交异性钢桥面板的铁路钢桁梁设计

介绍了采用正交异性钢桥面板的铁路钢桁梁的结构设计,分析了钢桁梁采用这种整体桥面结构对高速行车的作用与意义,研究了采用整体桥面结构后钢桁梁的受力特性。

桥面形式对桁式铁路桥梁抗风性能的影响

为研究桥面形式对钢桁梁柔性铁路拱桥主梁抗风性能的影响,针对明桥面及正交异性板桥面2种钢桁主梁形式,采用计算流体动力学的方法建立了简化的二维分析模型,分析了2种桥面形式下主梁附近的空间流场结构、断面静风气动力系数、涡振性能及驰振性能的差异。研究结果表明:明桥面主梁承受的静风荷载较小,驰振临界风速稍大,而正交异性板桥面主梁最低涡振风速稍大。研究结论可为桁式铁路桥主梁形式的选取提供参考。

常泰长江大桥专用航道桥设计

常泰长江大桥天星洲和录安洲2座专用航道桥均为刚性梁钢桁拱桥,跨度布置均为(168+388+168)m。桥梁采用双层桥面,上层布置6车道高速公路,下层下游侧布置4车道普通公路、上游侧布置双线城际铁路。主梁采用2片主桁双层板桁组合结构,N形桁,焊接整体节点构造。由于恒载在横断面上分布不对称,为减少结构的非对称变形,主梁采用非对称截面。上、下层桥面均采用纵横梁体系的正交异性板整体钢桥面。主拱采用与主梁反向的N形桁,拱肋为抛物线形,跨中下弦矢高55 m、拱高11 m。拱肋下弦与主梁上弦间采用柔性平行钢丝吊索连接。主墩基础采用钻孔桩基础,墩身采用八边形实心墩结构。专用航道桥采用从边跨向中跨悬臂拼装、拱梁并进架设、跨中合龙的总体施工方案。

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。

局部构造对钢箱梁关键焊缝疲劳性能的影响分析

为给车辆荷载作用下钢箱梁的抗疲劳设计提供依据,对钢箱梁局部构造对其关键焊缝疲劳性能的影响进行研究。采用有限元方法计算了钢箱梁焊缝在单轮移动荷载下的应力曲线,在此基础上分析了纵向加强桁架对钢箱梁关键焊缝疲劳应力范围和疲劳损伤的影响。计算、分析表明,纵向加强桁架增大了钢箱梁临近区域顶板的竖向刚度,并改变了其临近焊缝细节的受力状态,这使得纵向加强桁架附近焊缝的疲劳应力和疲劳损伤远小于相同位置无纵向加强桁架的钢箱梁焊缝的值;局部构造差异对钢箱梁桥面关键焊缝疲劳性能的影响明显,在钢箱梁抗疲劳设计中应予以考虑。

板-桁组合式钢桁梁悬索桥颤振稳定性选型研究

板-桁组合式钢桁梁与传统的板-桁分离式钢桁梁的气动性能存在较大差异。以某大跨度板-桁组合式钢桁梁悬索桥为工程背景,通过节段模型风洞试验,详细研究了该桥的气动性能。针对关乎结构抗风安全的颤振问题,比较了下中央稳定板、上中央稳定板和水平稳定板对主梁颤振性能的影响。在综合考虑结构安全、经济和美观等因素的基础上,提出了最优的主梁气动方案。研究成果可为类似大跨度钢桁梁桥的抗风设计提供借鉴和参考。

济南黄河公铁两用桥主桥结构型式研究

研究目的:石济铁路客运专线济南黄河公铁两用桥为刚性悬索加劲连续钢桁梁桥,其结构形式在我国铁路桥梁上尚属首次采用,故以此为工程背景,对此种结构体系的主桁片数及公路桥面板的形式进行分析研究,为下一步的工作打下了良好基础,为类似桥梁的设计提供参考。研究结论:(1)与3片主桁方案相比,2片主桁方案桁架腹杆的最大轴力增加了24.1%,并且框架效应表现明显,竖杆的面外弯矩增加很大;(2)3片桁桥面系荷载传递直接,且提供结构刚度大,3片桁方案比2片桁方案挠跨比小14%,轨道中心部位的梁端转角低12%;(3)由于正交异性钢桥面板的结构自重较纵横梁混凝土组合桥面板的少35%左右,故结构受力有较大改善,前者比后者上弦杆杆件轴力最大值减少了34.6%,而腹杆杆件轴力最大值减小了10%左右。

贵黄高速阳宝山大桥超宽钢桁梁设计

贵黄高速阳宝山大桥主桥为单跨650 m钢桁梁悬索桥,桥面全宽36.6 m。通过对比分析山区建设条件下悬索桥不同梁型的优、缺点,加劲梁采用板桁结合钢桁梁,主桁中心桁高5.5 m,中心桁宽36 m,全桥共分为57个吊装节段;钢桁梁纵断面线形采用景观效果好、便于杆件制造的对称凸形圆曲线;根据剪力分布规律,主横桁腹杆采用对称W形布置;钢桥面板对接焊缝及下方纵梁均设置在轮迹横向分布频率最低的位置;销接式吊索锚板选择传力明确、便于焊接的外置式连接形式;结合该桥风洞试验研究结果,全桥布置3道永久下稳定板,跨中130 m范围布置临时上中央稳定板,以解决施工和成桥阶段加劲梁的颤振稳定性问题。

贵黔高速鸭池河大桥主梁结构受力行为分析

贵黔高速鸭池河大桥采用主跨800m的钢桁-混凝土梁混合梁斜拉桥,主跨主梁为正交异性钢桥面板结合钢桁梁,边跨主梁为预应力混凝土边箱梁,主跨钢桁梁与边跨混凝土箱梁间采用钢箱过渡。为明确大跨度混合梁斜拉桥主梁受力特点,确保结构安全,对该桥主梁结构进行整体计算,并对其重点部位进行局部应力分析。计算结果表明:主梁结构整体刚度大,各项设计计算指标均满足规范要求,局部构造受力性能佳;该类型主梁能适应类似的主跨大、边主跨比小的混合梁斜拉桥体系。

三门峡黄河公铁两用大桥总体设计及创新

三门峡黄河公铁两用大桥为蒙西至华中地区铁路煤运通道跨越黄河的控制性工程,通行双线重载铁路、双线Ⅰ级铁路及6车道高速公路,全长5 663. 754 m,其中公铁合建段长1 762. 733 m。主桥采用(84+9×108+84) m连续钢桁结合梁,钢桁梁为3片主桁结构,中边桁中心距13. 6 m,每片主桁均采用无竖杆的三角形桁架,桁高15 m,节间长12 m。下层铁路桥面采用正交异性整体钢桥面板;上层公路桥面采用混凝土板与主桁结合的组合结构。钢梁材质采用Q370qE。设计活载合计473. 2 k N/m。桥墩采用圆端形门式空心墩,基础采用钻孔桩基础。主桥采用双曲面减隔震支座及合理的构造处理有效提高了结构抗震性能。钢桁梁采用顶推法施工,公路桥面板采用预制架设法施工。

公铁同层大挑臂钢箱梁正交异性桥面板疲劳特性研究

为深化认识大挑臂钢箱梁正交异性钢桥面板的疲劳问题,以世界首座公铁同层大挑臂钢箱梁斜拉桥——金海大桥为背景,采用ANSYS软件建立钢箱梁节段精细化有限元模型,分析了多种工况下箱梁在有挑臂和无挑臂处顶板、U肋及横隔板关键疲劳细节的应力状态、应力影响面等,并对比分析了箱梁疲劳特性在横桥向的差异。结果表明,大挑臂钢箱梁的顶板-U肋细节应力影响面长宽约为2个U肋和2道横隔板,与普通闭口钢箱梁无异,而横隔板-U肋细节应力影响面长宽约为7个U肋和3道横隔板,远超普通闭口钢箱梁同类细节应力影响范围;箱梁在不同区域的部分同类疲劳细节受力状态存在明显差异,沿纵桥向,分别在有挑臂和无挑臂处的横隔板开孔底边细节应力差距高达85.4%;沿横桥向,靠近箱梁中心线的内侧车道为最不利加载车道,该车道内横隔板侧边开孔细节最不利应力幅可高出其他车道57%;箱梁各疲劳细节对轮载横向分布位置十分敏感,其沿横桥向疲劳特性差异主要由横梁整体弯剪变形引起,同时,邻车道疲劳荷载对横隔板侧边开孔细节应力幅影响超过38%。因此,多车效应不宜忽略,根据重车车流量统计推算,本桥多车效应系数建议取值1.05。

金沙江特大桥钢桁加劲梁设计关键技术

四川沿江高速金沙江特大桥设计采用单跨1060 m简支钢桁加劲梁悬索桥,主缆中心距27.5 m,垂跨比1/9,吊索标准间距15 m。针对钢桁梁的立面布置、主横桁平联形式、桁架各杆件截面形式等,从结构受力、施工便利性及经济性等方面进行对比分析,最终确定大桥采用7.5 m桁高带竖杆华伦式K形平联钢桁架结构,栓焊结合连接方式,主弦杆及平联采用箱形截面,其他杆件采用H形截面;桥面系采用带小纵梁的密横梁体系正交异性钢桥面板,密横梁间距2.5 m。静、动力计算结果表明,钢桁梁强度、刚度均满足规范要求。设计采用的钢桁梁解决了桥址区运输、安装困难的问题,用钢量小,经济性突出。