Approach for analyzing the ultimate strength of concrete filled steel tubular arch bridges with stiffening girder

A convenient approach is proposed for analyzing the ultimate load carrying capacity of concrete filled steel tubular (CFST) arch bridge with stiffening girders. A fiber model beam element is specially used to simulate the stiffening girder and CFST arch rib. The geometric nonlinearity, material nonlinearity, influence of the construction process and the contribution of prestressing reinforcement are all taken into consideration. The accuracy of this method is validated by comparing its results with experimental results. Finally, the ultimate strength of an abnormal CFST arch bridge with stiffening girders is investigated and the effect of construction method is discussed. It is concluded that the construction process has little effect on the ultimate strength of the bridge.

不均匀温度场下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空分析

为了解不均匀温度场作用下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空原因,依托高原山区某跨径430 m的钢管混凝土拱桥,进行强辐射、大温差联合作用下拱肋拱顶节段足尺模型试验,分析模型温度场分布,并对该不均匀温度场作用下管内混凝土脱空机理进行研究。结果表明:钢管混凝土拱桥水化阶段和运营阶段径向温度场可简化为多段式折线变化规律。14:00时刻,水化阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)先减小后升高再减小,在距向阳侧界面D/8~3D/8处(D为钢管内径)存在一个大温差面,运营阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)呈先减小后不变再增加的非对称分布规律,从钢管混凝土界面至距其D/8处温度变化大。混凝土水化阶段和运营阶段管内混凝土脱空机理为:在温度场作用下钢管混凝土界面最大纵向应力差分别高达82.6 MPa和61.95 MPa,最大界面径向拉应力分别为0.8 MPa和2.06 MPa,均超过钢管和混凝土间的粘结强度。

基于零位移与无应力状态控制的斜拉扣挂施工扣索力确定方法

大跨度拱桥常采用斜拉扣挂法开展拱肋施工,但在节段拼装过程中扣索索力和拱肋空间位形之间互相影响,索力优化计算以及扣索状态控制问题复杂。提出改进零位移法结合无应力状态控制法的复合扣索力计算方法:基于改进型零位移法快速得到满足成拱线形要求的扣索力大小,基于成拱索力采用无应力状态法反推各施工阶段扣索索力。该复合方法可避免传统零位移法扣索力不准和反复迭代计算的缺陷,施工中扣索可实现一次张拉,后续节段拼装中无需对扣索进行索力调整。以某跨径430 m大跨度钢管混凝土拱桥缆扣合一施工为工程应用背景,采用的零位移法结合无应力状态法对大跨度非对称式钢结构拱肋进行斜拉扣挂拼装的扣索力求解和施工模拟。分析拼装过程中扣索力变化规律,并对比验证实际线形与目标线形偏差,以及拱肋应力与设计应力之间偏差程度。结果表明,所提出的复合算法理论简单且索力求解计算便捷。所求的扣索力可有效保证拱肋拼装完成及松索后拱肋线形和受力均满足要求。

大跨度双联连续钢管混凝土拱桥结构体系设计研究

为研究大跨度双联连续钢管混凝土拱桥的合理结构体系及中央拱座合理刚度,以主跨2×405 m渝湘复线双堡特大桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析考虑自重、汽车荷载和基础沉降作用下,拱桥刚接、铰接、半刚性连接约束体系和不同中央拱座刚度对桥梁力学性能的影响。结果表明:自重、汽车荷载和基础沉降作用下各结构体系力学性能均满足规范要求。双刚接方案拱肋变形对称,结构受力良好,且构造简单、施工方便。中央拱座刚度从0.8 EI(EI为原设计方案中央拱座截面刚度)增加至2.0 EI,自重产生的最大变形基本不变,最大拉应力减小了0.33%,最大压应力减小了0.47%,结构力学性能改善效果不明显。双堡特大桥结构体系推荐采用双刚性连接,中央拱座合理刚度取值为0.8 EI,全桥有限元计算结果表明,该结构体系的强度、刚度、稳定性均满足规范要求。

张吉怀铁路酉水大桥非对称拱桥钢拱肋架设技术研究

张吉怀铁路酉水大桥主桥为主跨292 m的非对称上承式钢管混凝土拱桥,其钢拱肋采用斜拉扣挂法进行节段悬臂架设施工。本文结合张吉怀铁路酉水大桥工程,针对高速铁路非对称拱桥钢拱肋安装施工技术展开研究,主要包括:复杂地形条件下的施工技术,因地制宜地进行缆索起重机的设计及安装,钢管拱整节段拼装和架设,合龙装置和技术等。该施工技术保障了钢拱肋架设的精度和质量,钢拱肋的成拱线形与设计值较为吻合。该桥运营以来,各结构性能指标均满足设计要求。

多跨连续钢管混凝土拱桥拆除关键技术研究

以鉴湖大桥拆除工程为研究背景,对复杂情况下钢管混凝土拱桥的拆除进行研究,首先介绍了目前桥梁拆除的方法和应用现状,并结合该桥梁拆除的难点提出了3种拆桥方案,通过比选确定适用于该桥的拆除方案,对拱桥拆除的总体顺序进行说明,之后分析了各施工阶段的受力特性,对拆除中位移和应力的最不利阶段的理论值和实测值进行对比分析,最后研究了材料强度和温度对结构位移和应力的影响。结果表明:钢栈桥龙门吊法最适合于有通航要求且空间受限的桥梁拆除;翼缘切割后可增大两侧作业空间,减小梁体自重;腹板拆除过程中,结构的应力和位移值与梁体悬臂长度成正比;应力和位移的理论值较实测值偏小;材料强度和温度的变化不影响结构的受力规律,结构应力和位移与材料强度成反比,与温度成正比。

钢管混凝土拱桥吊杆张拉顺序对结构受力的影响

吊杆张拉是钢管混凝土拱桥施工中的重要环节,吊杆的张拉顺序不同会对结构内力分布及变形产生不同的影响。为了研究吊杆张拉顺序对钢管混凝土拱桥结构受力的影响,以新建轻纺城大桥主桥为工程背景,借助有限元软件建立桥梁三维仿真模型,对比分析了三种吊杆张拉顺序下的结构变形和内力变化规律。计算结果表明,从跨中对称向两端张拉是吊杆张拉施工的最优方案。

大跨度中承式拱桥缆索吊装系统施工技术

以巫山大宁河双线大桥为背景介绍了大跨度拱桥缆索吊装系统的施工技术,主要包括塔架拼装施工、塔架缆索体系施工、塔架缆风体系施工、锚固体系施工以及试吊方案,对于同类型项目具有参考意义。

大跨度钢管混凝土系杆肋拱桥拱圈整体拼装施工关键技术

针对北澄子河大桥钢管混凝土主拱圈整体拼装施工及高精度拱圈线形控制难题,采用基于位移传感器的智能调控钢管支架法进行整体拼装施工。为了实现拱桥安装合理成桥状态,对影响拱桥轴线线形控制的两个重要因素进行分析,结果表明:通过对拱圈节段拼装进行水平竖向双向精度控制,并使用智能同步顶升系统对节段安装高程进行调节,对拱圈节段焊接进行轴心对称合理施工,保证了拱轴线平顺,误差控制在±5 mm,成桥状态符合设计要求。

钢管混凝土拱桥施工控制误差成因与对策研究

钢管混凝土拱桥是一种至关重要的桥梁结构形式,其施工过程中误差的精确控制对于确保工程质量和安全至关重要。旨在深入了解钢管混凝土拱桥施工中的控制误差成因,以明确有效的质量控制手段,确保工程质量和安全。采用了系统性的研究方法,成功总结了钢管混凝土拱桥施工中常见的误差来源。通过对这些误差的深入分析,得出相应的控制对策,以降低误差发生的概率。结论表明,在钢管混凝土拱桥的施工过程中,有效控制误差是确保工程质量和安全的关键。通过采取相应的对策,如加强材料质量监控、改进施工工艺、加强人员培训等,可有效减少误差的产生,提高工程整体质量水平。

重庆渝湘复线双堡特大桥主桥设计

重庆渝湘复线双堡特大桥主桥为2×405 m连续上承式钢管混凝土变截面桁架拱桥,矢跨比1/4.75,悬链线拱轴线,拱轴系数1.55。主拱圈由两幅拱肋和风撑组成。拱肋采用四肢格构式结构,单幅拱肋宽7.5 m,两幅拱肋横向中心距17.5 m。拱肋弦管采用Q390D钢,直径1400 mm,内灌C70自密实混凝土。风撑采用米字撑。拱上立柱采用双肢排架式空心矩形截面钢箱结构,桥面系采用连续钢-混组合梁,单跨27 m。中央拱座基础采用“浅挖拱座+桩基础”的构造形式,以适应岩溶发育区地质条件及降低连拱效应。拱肋采用900 m超长缆索吊装配合自平衡斜拉扣挂系统大节段吊装,桥面系采用地面组拼并张拉预应力、整体吊装的装配式施工方案。

钢管拱切线拼装坐标修正在ANSYS中的实现方法

钢管混凝土拱桥钢管拱肋多采用分段安装,可采用ANSYS的生死单元进行过程分析,受到未激活单元虚位移影响,节段单元在ANSYS程序中并非在切线位置上激活。针对桁式断面的钢管混凝土拱桥,提出用悬臂端节点位移平均值作为拱肋整个截面的位移来修正激活前的单元坐标,使其处在前一节段的切线位置上;给出了坐标修正的计算公式,编制了钢管拱安装计算命令流,用于一座320m跨钢管混凝土拱桥施工中。结果表明:在实现扣索一次张拉的前提下,实测扣索力与理论索力的误差在3%以内,上、下游拱肋高程差控制在5mm内,成拱后的拱肋线形与裸拱自重线形吻合良好。

广义李特公式在700 m钢管混凝土拱桥试设计中的应用

大跨度钢管混凝土拱桥常采用变截面拱肋,以满足受力需要。围绕钢管拱肋变截面高度设计,在李特公式基础上推导了广义李特公式,将其应用于一座700 m跨钢管混凝土拱桥试设计中,开展了不同抛物线次数下钢管拱内力、弹性稳定、动力特性及主拱刚度的计算。分析结果表明:主要参数均能满足规范要求;相比于李特公式,采用广义李特公式设计的变截面钢管拱,由于减小了拱脚截面负弯矩,使截面上、下弦管的轴向力分布更趋均匀。

拱肋高度基于余弦曲线变化的钢管混凝土拱桥设计方法

大跨度钢管混凝土拱桥大多采用等宽变高的截面形式。分析了李特公式中影响变截面高度的设计参数,在此基础上提出了钢管拱变截面高度设计的一种新方法:将拱肋截面高度定义为拱顶高度与拱轴水平倾角余弦值的幂次方之比,幂次方由拱顶高度、拱脚高度和拱轴线方程唯一确定。结合钢管混凝土拱桥常用的矢跨比和拱轴系数,给出了幂次方的取值范围。为验证该方法在大跨度钢管拱设计中的可行性,开展了两座钢管混凝土拱桥的动力特性与弹性稳定分析。结果表明,采用该方法设计的钢管混凝土变截面拱,与设计文件和李特公式的计算结果相比,钢管拱弦杆轴力差异在1.7%~7.0%,动力特性、弹性稳定以及腹杆应力差异在5%内。文中提出的设计方法可以为今后钢管混凝土拱桥设计提供参考。

西安市三环路系统工程灞河大桥关键技术及创新

西安市三环路系统工程灞河大桥全长1.061 km,包括灞河大桥主道桥、灞河大桥辅道桥及广运潭辅道桥三部分,桥梁总面积为43881 m^(2),概算总额2.197亿元,是陕西省最大的市政跨河桥梁工程。桥梁位于西安市大型旅游开发项目--广运潭之上,在“西部第一水城”--西安市浐灞生态园区内横跨灞河,景观要求很高。总体设计利用三环路设置主辅道的特点,创新性地提出了“主道桥和辅道桥相同跨径、不同高程”的设计思路,主道桥主桥采用(2×50+80+2×50)m下承式钢管混凝土拱梁组合体系,辅道桥主桥采用(25+2×50+80+2×50+25)m的连续箱梁,构思巧妙,在满足主辅道交通功能要求的同时达到了良好的景观效果,可为类似项目提供借鉴。

沪苏通长江公铁大桥天生港专用航道桥施工控制关键技术

沪苏通长江公铁大桥天生港专用航道桥为(140+336+140)m刚性梁柔性拱桥,主梁为三主桁双层板桁组合结构,采用“先梁后拱,主梁双悬臂拼装,拱肋竖向转体”方案进行施工。为确保成桥线形和内力满足设计要求,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,进行施工全过程和成桥分析,基于无应力状态法开展施工控制。钢梁墩顶节间施工时,设置墩旁托架,利用浮吊拼装;对称悬拼期间,为保证纵向稳定性,采用水袋对边跨进行配重,利用扣塔分别张拉2对扣索以改善钢梁受力并调整钢梁线形;采用预降边支点、4号墩钢梁整体预偏,以及扣索索力调整等措施进行钢梁中跨合龙;拱肋竖转后,主要通过扣索完成拱肋合龙调位;拱肋合龙后,从中间向两边张拉吊杆。经实测,该桥钢梁合龙口相对高差在10 mm以内;拱肋合龙口轴向偏差最大2 mm,相对高差最大1 mm;吊杆索力与设计目标索力偏差均在5%内,满足施工控制要求。

基于强健性的大跨径钢管混凝土刚架系杆拱桥设计

为提高中、下承式大跨径钢管混凝土刚架系杆拱桥的强健性,提出一套针对该类桥型的基于强健性的设计方法。该方法包括强健性概念设计、强健性结构验算与优化、强健性构造措施三个方面。强健性概念设计可依据现行规范进行;强健性结构验算与优化考虑动力放大系数,对吊杆、系杆破断工况进行受力分析验算,并对结构进行优化;强健性构造措施为在设计使用寿命短于主结构的关键、易损构件时,采取可查可换的构造措施。以六律邕江特大桥为工程实例,采用该方法进行强健性设计,结果表明该桥结构受力满足设计要求;为改善桥面系的强健性,宜设置较强的边纵梁、较弱的次边纵梁和中纵梁;吊杆和系杆采用便于更换的构造,确保桥梁安全。该强健性设计方法可对桥梁关键构件进行强健性定量评价,应用效果良好。

山区大跨度非对称拱桥拱肋架设技术

张吉怀铁路酉水大桥为主跨292 m上承式非对称钢管混凝土提篮式拱桥,地处陡峭山区,拱肋采用缆索吊机+扣挂法悬臂施工。根据实际地形,缆索吊机及扣挂系统采用“单缆塔、无扣塔”结构形式:缆索系统主跨865 m,仅设单侧缆塔;扣挂系统不设扣塔,拱肋节段通过扣索直接锚固于两岸山体上,减少了工程量。拱肋节段吊装时,每个拱肋节段设置4个吊耳,前吊耳采用法兰式结构,通过螺栓与拱肋法兰接头连接,可重复倒用;后吊耳采用常规形式吊耳,与拱肋之间采用焊接连接。拱肋合龙采用利用分配梁加横向限位挡块作为合龙锁定装置的新型快速合龙方式,无需精调装置,即可实现合龙口拱肋节段瞬时调节到位,完成精准合龙。

大跨度钢管混凝土拱桥吊杆索力优化实用方法

为了简化大跨钢管混凝土拱桥的合理成桥索力调整方案,建立了一种新的吊杆索力优化调整方法。首先基于索力优化的影响矩阵原理,提出了合理成桥索力计算方法,然后结合钢管混凝土拱桥自身受力特性,针对工程中常用的影响矩阵法进行改进。结果表明:优化后的方法可使吊杆张拉简单快捷,利用改进后的影响矩阵法进行大跨钢管混凝土拱桥吊杆索力的调整,更符合吊杆调整的实际施工过程。

钢管混凝土系杆拱桥拱脚裂缝产生机理研究进展

针对钢管混凝土系杆拱桥拱脚部位裂缝开展的机理研究,多是侧重于研究混凝土本身性质的影响。目前也无指导如何在系杆拱桥拱脚施工中避免裂缝产生的规范。在简明回顾系杆拱桥拱脚部位裂缝产生机理研究成果的基础上,指出了今后的研究方向,包括:利用有限元软件,分析拱脚的应力分布,找出应力最大的部位,对裂缝可能开展的部位进行预测;在现有规范中,拱桥的本构关系是将钢管混凝土一体考虑,忽略了钢材与混凝土热膨胀系数不同等客观因素,在拱脚部位应当找出一种新型的本构关系,区别于桥梁整体单独考虑;考虑太阳光照等因素造成的内部温差形成的温度应力,研究温度变化对裂缝开展产生的影响;从材料特性方面着手,研究混凝土收缩及徐变产生的影响。