狮子洋通道钢-混组合梁桥结构选型研究

狮子洋通道全长约35 km,为高速公路+城市道路双层复合过江通道,过江段采用双层桥梁方案(上层为高速公路,下层为市政道路),多处主线桥设计采用50~80 m跨径桥梁,主梁采用钢-混组合梁结构。通过对简支和连续体系进行比选,该项目采用结构简支、桥面连续的结构体系,并配合暗帽梁的设计方案;通过对工字形钢板组合梁、整体式钢箱组合梁、波形钢腹板组合梁、钢桁腹组合梁、分体式小钢箱组合梁进行比选,选择分体式小钢箱作为该项目钢-混组合梁的钢主梁形式;通过对结构受力性能、经济性、施工便利性、运输便利性和对变宽路段的适应性等综合分析比选,钢主梁采用4片主梁方案,该方案有利于设计、制造及施工标准化,结构受力更合理、造价更经济。从施工场地、设备、工期和安全性等方面分析,该项目施工采用标准化加工钢结构、工厂化预制混凝土桥面板,在桥位上通过湿接缝和集束式剪力钉形成组合结构的方案。

四线铁路钢-混组合梁斜拉桥设计关键技术

上海斜塘特大桥主桥采用主跨260 m双塔斜拉桥,跨越斜塘航道,承载四线铁路。对2种边中跨比斜拉桥方案进行对比,根据中跨静活载挠跨比、静活载梁端转角和活载负反力等分析结果,确定边中跨比采用0.38,主桥跨径布置为(40+60+260+60+40)m;对比3种钢-混组合梁截面形式的主梁刚度、经济性及无砟轨道适应性,主跨梁体选取高3.5 m的分离式双箱钢-混组合梁,边跨及衔接处主跨8 m段采用混凝土梁;对比H形和花瓶形桥塔的结构性能、施工方案,选取高97 m的H形桥塔;综合考虑结构刚度、轨道板变形和施工控制,中、边跨斜拉索梁上间距分别取12 m和8 m,桥塔最外侧斜拉索倾角取30°;索塔、索梁均采用钢锚箱式锚固结构。大桥整体结构计算结果安全可靠;温度、列车等荷载组合作用下,桥梁竖向刚度、换算曲率半径均满足规范要求。

调顺跨海特大桥主桥中跨合龙施工控制关键技术

调顺跨海特大桥主桥为(147.5+296+147.5)m双塔双索面全封闭钢箱组合梁斜拉桥,中跨合龙段长12 m,重452 t,中跨合龙难度较大。采用MIDAS Civil软件建立主桥空间有限元模型,对主桥中跨合龙进行施工控制。针对主桥施工工艺、桥址环境及结构体系特点,采用温度配切法作为中跨合龙方案;在合龙前对合龙口进行敏感性分析,选择对横向对拉、端部配重相结合的方式调整合龙口空间姿态;对合龙口温度及长度进行准确预测,同时解除中跨侧塔梁临时固结纵向约束;合龙时将“倒梯形”合龙改变为“梯形”合龙;主要构造焊接后体系转换与次要构造焊接同步进行,提高中跨合龙效率;优化合龙口桥面板横向湿接缝施工工序,增加成桥状态压应力储备。合龙后的索力、线形偏差均较小,合龙状态较好。

小半径曲线“双窄箱”钢-混组合连续梁偏载效应分析

为研究车道荷载对小半径曲线双窄箱钢-混组合连续梁桥的偏载效应,以实际工程为背景,对该结构的弯曲、扭转和畸变效应进行了理论分析。建立了曲线半径外侧偏心活荷载、内侧偏心活荷载和对称活荷载三种荷载工况,结合ANSYS软件建立三维有限元实体模型进行分析,引入了应力放大系数的概念研究了该结构的偏载系数规律。结果表明:组合梁曲线半径外侧产生的翘曲正应力和剪应力大于组合梁内侧;组合梁的正应力放大系数近似为1.3~1.4之间,正应力的偏载效应在中支点处最为明显;剪应力放大系数近似介于1.5~1.6之间,剪应力的偏载效应在中跨1/4处最为明显。与直线梁桥相比,小半径曲线双窄箱钢-混组合连续梁桥在偏心车道荷载下的应力放大系数较大,对该类结构而言,由活载引起的偏载效应不容忽视。

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥组合梁设计

港珠澳大桥主体工程采用桥隧组合方案,其中浅水区非通航孔桥采用85m连续组合梁桥形式,全长5 440m,共64孔,跨径布置主要采用6×85m和5×85m2种形式。组合梁采用单箱单室分幅等高连续梁,由开口钢箱梁和混凝土桥面板通过剪力钉联结而成。钢箱梁为倒梯形结构;混凝土桥面板为横向整块预制,在剪力钉处设置预留槽。为改善混凝土桥面板的横向受力性能,该桥组合梁截面设置小纵梁;为保持桥面板的整体性,剪力钉采用集束式布置方式。组合梁采用大型运架一体浮吊整孔安装架设,逐孔合龙。

泉州湾跨海大桥主桥主梁施工技术

泉州湾跨海大桥主桥为(70+130+400+130+70)m双塔结合梁斜拉桥,主梁为PK钢-混凝土结合梁,主梁单幅含风嘴宽27.41 m,梁高3.5 m。该桥主梁采用整梁段悬臂拼装架设,梁段之间采取"干拼法"连接,U形钢箱梁之间采用全焊接连接,在混凝土顶板之间涂抹环氧胶并施加预应力连接。该桥主梁施工主要包括预制拼装和架设两个阶段,在预制拼装阶段,采用钢桁架方案实现了主梁梁段反拱;在架设阶段,通过对梁段空中姿态预控,以及混凝土板上、下临时预紧力配合进行梁段纵向高程调整,在混凝土顶板间设置钢板垫块进行轴线偏差调整,通过设置湿接缝调整里程偏差,中跨采用配切合龙。采用"干拼法"施工,该桥合龙后,梁顶高程偏差小于5mm,满足设计要求。

福厦高铁泉州湾跨海大桥主桥钢-混结合梁设计

福厦高铁泉州湾跨海大桥主桥采用主跨400m双塔双索面钢-混结合梁斜拉桥,为半飘浮体系。针对并行公路桥和海湾深水强风环境的建设条件,主梁采用混凝土桥面板+槽形钢箱梁的封闭式箱形结合梁,梁高4.25 m,梁宽21m,标准节段长10.5m。槽形钢箱梁(不含风嘴)采用单箱三室等高截面,底板及纵腹板加劲肋采用直板肋,节段断面连接采用栓焊混合连接方式,索梁锚固采用锚拉板结构。混凝土桥面板标准厚30cm,分块预制,在桥位与钢梁结合。墩(塔)区域的主梁采用浮吊整体吊装,其余梁段利用桥面吊机悬臂吊装。针对海洋大气腐蚀环境,预制桥面板采用C55高性能混凝土,桥面板湿接缝采用粗、细合成纤维混掺的补偿收缩混凝土,钢梁底漆采用石墨烯纳米材料改性鳞片型醇溶无机富锌涂料。

大跨轨道钢箱叠合梁桥顶推施工控制方法

为了寻求确保大跨度钢箱叠合梁桥顶推施工中线形和内力可控、成桥后满足设计要求的顶推施工控制方法,以大跨轨道钢箱叠合梁桥——重庆南纪门长江轨道专用桥北岸引桥为工程背景,采用MIDAS Civil软件建立空间有限元模型,结合无应力状态法理论,基于推导的数学公式,获取各钢箱梁节段控制点安装高程理论值,指导钢箱梁节段定位、安装,并给出误差计算公式,进行大桥顶推后钢箱梁线形评价;采用应力增量评价方法,进行大桥顶推后钢箱梁应力评价。结果表明:大桥线形、应力监测结果与理论值吻合较好;所提出的方法可指导钢箱梁精确定位安装,确保顶推施工过程中受力安全、线形可控,适用于类似工程顶推施工控制。

钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算

为了研究钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算方法和影响其挠度变化的因素,将钢桁腹杆换算为具有等效厚度的换算钢腹板,对悬臂板纵向位移函数进行修正,再利用变分法原理推导综合考虑腹杆剪切变形和剪力滞效应的挠度计算公式.运用有限元软件ANSYS建立组合箱梁的有限元模型,对有限元数值计算值和理论计算值进行比较分析,并在此基础上研究高跨比和腹杆水平倾角对组合箱梁由腹杆剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度的影响.研究结果表明:对组合箱梁悬臂板纵向位移函数进行修正可提高挠度计算精度;对于处于合理高跨比的组合箱梁而言,其腹杆的剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度不可忽略;组合箱梁腹杆水平倾角仅会对腹杆剪切变形引起的附加挠度产生影响.

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥钢-混组合梁施工技术

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥采用85m钢-混组合连续梁桥形式,组合梁由混凝土桥面板及钢主梁通过集束式剪力钉连接而成。混凝土桥面板在预制场内一次性浇筑完成;钢主梁整孔制作分为板单元制造、分段制造、总拼3个阶段,总拼后,利用环氧砂浆将钢主梁与混凝土桥面板粘接在一起,由3 000t"天一号"运架一体船整孔运输和架设。在该桥组合梁施工中,采取了以下新技术:钢主梁底板单元纵向对接焊缝采用预设反变形胎架以单面焊双面成型的工艺焊接;横隔板及底板单元整体制造采用自动化焊接机器人焊接;钢主梁总拼时腹板对接焊缝采用轨道式数字化焊接机器人进行立位焊接,腹板与底板熔透焊缝采用无盲区焊接小车焊接。

临猗黄河大桥组合梁负弯矩区力学性能优化措施研究

山西临猗黄河大桥主桥采用(112+14×128)m+(14×128+120)m连续钢箱组合梁桥,采用钢箱梁顶推到位后安装桥面板的方案施工。由于主桥联长、跨度大,为改善组合梁负弯矩区力学性能,采用MIDAS Civil 2019软件建立主桥第一联上部结构有限元模型,分别研究桥面板分批安装、支点混凝土双结合(钢箱梁上、下翼缘均结合混凝土)构造、支点升降、支点张拉体外束4种优化措施对连续组合梁负弯矩区受力性能的影响。结果表明:增大桥面板分批安装次数能明显增大跨中区域桥面板压应力;采用支点混凝土双结合构造能够降低支点负弯矩区钢箱梁下翼缘应力;采用两端到中间的顺序进行支点升降能够提高支点负弯矩区桥面板压应力储备;支点张拉体外束对负弯矩区优化效果随着混凝土收缩徐变逐渐降低。基于研究结论,该桥主桥设计采用桥面板分批安装、支点混凝土双结合构造、支点升降3种措施对负弯矩区进行优化,不采用支点张拉体外束措施。

临猗黄河大桥总体设计

临猗黄河大桥主桥为(112+14×128)m+(14×128+120)m等高度连续钢箱组合梁桥,最大联长1912 m。主梁为整幅长挑臂闭口钢箱组合梁,全宽26 m,中心梁高6.0 m,标准梁段钢梁顶板宽11.6 m、底板宽11.2 m,通过外挑横梁和斜撑实现7.5 m大悬臂;桥面板采用28 cm厚C50混凝土板,设置横向预应力;中支点两侧20 m范围内在钢梁底板上浇筑混凝土,形成“双结合”构造,与底板结合后共同承压;桥墩采用矩形变截面薄壁空心墩,最大墩高99 m;基础采用钻孔灌注桩基础,最大桩长92 m。采用有限元软件建立该桥整体及局部模型进行结构静力分析;基于CFD数值模拟与风洞试验相结合的方法对主桥结构抗风性能进行研究;运用非线性时程分析法对大桥进行了地震响应分析,结果均满足规范要求。主桥上部结构采用无临时墩顶推法施工,钢梁顶推到位后安装桥面板。

调顺跨海特大桥钢箱组合梁架设方案比选

调顺跨海特大桥主桥为(147.5+296+147.5)m双塔双索面全封闭钢箱组合梁斜拉桥。为缩短钢箱组合梁架设工期,提出双节段循环安装架设方案,并与传统单节段循环安装架设方案进行比选。采用MIDAS Civil建立主桥空间有限元计算模型,对2种方案施工阶段钢箱组合梁应力、斜拉索应力,以及成桥状态钢箱组合梁应力、线形及斜拉索索力、应力等各项控制指标进行计算分析。结果表明:2种方案施工阶段、成桥状态各项控制指标计算结果均满足设计及相关规范要求,双节段循环安装较单节段循环安装对施工阶段钢箱组合梁应力影响较大,对施工阶段斜拉索应力及成桥状态各项控制指标影响较小。综合考虑确定采用双节段循环安装架设方案。采用双节段循环安装架设方案成桥状态良好,并节省工期45 d。

钢混组合板梁与混凝土预制小箱梁经济性比较研究

通过对钢混组合板梁与混凝土预制小箱梁的主要结构尺寸、综合单价经济指标、主要材料指标以及建安费进行对比,从而比较出在中小跨径的公路桥梁中两种结构形式的经济性优势。通过各项对比,对于中小跨径桥梁经济布跨中常用的25、30 m跨径桥梁,采用钢混组合板梁的每m2造价分别要高出混凝土预制小箱梁12%和15%,说明在中小跨径公路桥梁中,混凝土预制小箱梁结构的经济性比钢混组合板梁结构更有优势。

小曲率半径钢混组合梁预制叠合与架设施工技术

本文针对海域互通匝道小曲率半径钢混组合梁桥架桥机架设施工难题,从钢混组合梁预制叠合施工工艺与线形控制、大横坡运梁设备改造与运梁技术、小曲率半径架桥机设计与架设工艺等方面展开研究,并对关键施工工况进行了模拟计算,系统研究了小曲率半径钢混组合梁桥后场叠合与架桥机架设施工技术,保障了杭甬高速公路复线滨海枢纽工程施工的顺利实施,也为后续小曲率半径梁桥架设提供了参考经验。

组合加固足尺预应力混凝土箱梁抗弯性能试验

为解决危旧混凝土梁桥结构性能显著下降的问题,采用足尺试验研究了应用钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁的抗弯承载性能;对2片20m跨径钢板-混凝土组合加固足尺梁进行抗弯承载性能试验,并与1片未加固足尺梁和1片预应力CFRP加固足尺梁的抗弯承载性能试验结果进行对比,分析了足尺预应力混凝土小箱梁组合加固后的抗弯性能,研究了加载全过程跨中截面的加固钢板、原梁主筋、顶板混凝土和钢筋与连接构造的应变变化规律;基于足尺试验结果,建立了钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁抗弯承载力简化计算公式。研究结果表明:钢板-混凝土组合加固梁在破坏时表现出明显塑性破坏特征;与未加固梁相比,钢板-混凝土组合加固足尺试验梁的极限承载力实测值提高了76%以上,在正常使用阶段下的刚度提高1倍以上,因此,组合加固能显著提高预应力混凝土箱梁的承载性能;受力过程中试验梁跨中截面应变分布符合平截面假定;组合加固部分与混凝土箱梁腹板纵向相对滑移小于0.6mm,因此,钢板-混凝土组合加固后的试验梁整体工作性能较好;足尺试验得到的极限承载力与简化公式计算结果的比值分别为1.06和1.01,因此,简化公式可靠,可用于组合加固预应力混凝土箱梁的承载性能计算与分析。

群钉布置方式对钢-混凝土组合小箱梁受力性能的影响分析

设计制作4片具有不同栓钉布置方式的钢-混凝土组合小箱梁模型进行试验研究,并进一步采用有限元法,考虑组合梁材料的本构关系和接触问题等,对其从弹性荷载至极限荷载下的受力行为进行分析,得到从开始加载至极限荷载下各模型梁的荷载-挠度曲线、跨中钢梁底板应变随荷载的变化曲线和弹性阶段钢梁与混凝土板相对滑移的分布,以及组合梁的屈服荷载、极限荷载和破坏时混凝土板的应力云图等。与试验测试结果的对比表明,采用群钉布置的快速施工组合梁达到完全抗剪要求时,组合梁承载能力与焊钉数量和布置型式关系不大,按照文中建立的有限元模型能较好地分析预测快速施工不同群钉设计参数下钢-混组合梁的屈服荷载和极限荷载。

具有体外预应力索的快速施工群钉式钢-混组合小箱梁自振特性分析

为了明确体外预应力索对快速施工钢-混组合小箱梁自振频率的影响,基于铁木辛柯梁理论和组合梁相对滑移对典型梁段及群钉的变形与受力进行了分析,同时,引入平面内梁体预应力变化量与振动位移之间的关系,运用达朗贝尔原理导出其平衡方程组,针对3种典型的体外预应力束布置型式给出快速施工钢-混组合小箱梁动力特性分析的解析公式,并将所提出方法的理论值与有限元数值分析进行了比较。在此基础上,详细分析了预应力筋布置位置(偏心距)、预应力筋初始应力大小、钢梁与混凝土板间抗剪连接刚度等参数对结构动力性能的影响。研究结果表明:所提出的方法及公式在分析体外预应力快速施工组合梁的动力特性方面具有较高的精度,其最大误差不超过2%;同时,在不考虑预应力对组合梁相对滑移影响的情况下,体外预应力筋初始应力的大小及抗剪连接刚度对结构本身的动力特性影响很小,最大不超过1%,可忽略不计;而预应力索布置的偏心距对结构自振频率影响相对较大,尤其是在低阶其频率约增加4%。因此,在实际工程中,使用体外预应力快速施工钢-混组合小箱梁或者采用体外预应力进行加固维修时,除应满足静力设计要求外,必须考虑偏心距对结构动力特性的影响。