一种梁拱组合的结构设计——以某七孔桥为例

以秦皇河国家湿地生态提升工程中某七孔桥为例,提出一种新型的梁拱组合结构思路,拱作为连续梁桥墩,拱顶设置支座,称之为拱墩连续梁,此结构可完美实现连拱桥景观效果,且梁拱分离,受力明确清晰,便于施工,是一种合理可用的新型的梁拱组合体系,总结该桥的结构设计及构造细节,通过建立计算模型,分析了3种梁拱组合方案,并最终确定新型梁拱组合方案,对于景观连拱桥的设计提供技术借鉴。

连续刚构系杆拱桥-无缝线路体系适应性研究

为确定连续刚构系杆拱桥上无缝线路铺设方案,基于梁轨相互作用原理,建立无缝线路-无砟轨道-连续刚构系杆拱桥空间耦合模型,针对温度、列车荷载作用下连续刚构系杆拱桥-无缝线路体系适应性开展研究,探明了连续刚构系杆拱桥上无缝线路纵向力分布规律,提出适宜不同区域的连续刚构系杆拱桥上无缝线路铺设方案。研究表明:相较于相同梁跨布置的连续梁桥,连续刚构系杆拱桥温度跨度明显减小,温度作用下钢轨纵向力关于跨中对称分布,峰值出现在主桥梁端;跨中系杆拱区域钢轨纵向力分布发生突变,主梁产生较大的压弯上拱变形;拱肋和吊杆温差对桥梁主跨上的无缝线路纵向力分布有明显影响,随着拱肋降温幅度的增大,主梁跨中钢轨压力增大;随着吊杆降温幅度的增大,主梁跨中钢轨压力线性减小;连续刚构系杆拱桥钢轨伸缩力明显大于钢轨挠曲力,故在无缝线路检算中,主力应采用基本温度力与伸缩力组合;连续刚构系杆拱桥结构铺设方案优先采用全桥铺设常阻力扣件方案,当该方案无法满足钢轨强度要求时,可以通过铺设小阻力扣件和设置钢轨伸缩调节器等措施解决钢轨纵向力过大的问题;当该刚构拱桥位于寒冷、温暖和炎热地区时,分别推荐采用梁端设置调节器方案、边跨铺设小阻力扣件方案和全桥铺设常阻力扣件方案。研究成果可为连续刚构系杆拱桥上无缝线路的设计、重点区域检测监测及养护维修提供借鉴。

大跨连续梁拱组合体系桥拱脚结合段局部应力分析

大跨连续梁拱组合体系桥拱脚结合段的构造和受力复杂,需要对此处进行局部应力分析。结合工程实例,采用有限元法对拱脚结合段进行建模,提出了局部模型边界力的施加方法,并对其施加整体模型计算出的内力进行细部计算,分析局部应力状态。计算和分析结果表明,拱脚结合段的应力总体上满足设计规范要求,横隔板分别与顶板、底板和腹板相连接的倒角位置出现应力集中现象,建议对倒角设置平顺过渡段;在拱肋插入处的顶板和支座位置处的底板存在应力集中现象,建议对这些位置加强布置构造钢筋。

窄幅钢箱连续组合梁受力性能有限元分析

为了解决钢-混凝土组合梁负弯矩区开裂以及钢箱受压屈曲问题,提出采用窄幅钢箱连续组合梁对钢-混凝土组合梁进行优化,并在窄幅钢箱连续组合梁桥面翼板的负弯矩区采用超高性能混凝土材料部分替代强度等级为C40的混凝土,形成超高性能混凝土-窄幅钢箱连续组合梁,进一步优化窄幅钢箱连续组合梁受力性能;采用有限元分析软件ABAQUS建立超高性能混凝土-窄幅钢箱连续组合梁有限元模型,在验证模型适用性的基础上,分析窄幅钢箱连续组合梁的受弯过程,并对窄幅钢箱连续组合梁翼板、钢筋、钢箱云图进行对比。结果表明:窄幅钢箱连续组合梁中混凝土的充填跨度对窄幅钢箱连续组合梁刚度存在一定的影响,超高性能混凝土材料显著改善了翼板的抗裂性能,翼板受拉区损伤面积减小95%以上;当采用超高性能混凝土材料完全替代普通混凝土材料时,窄幅钢箱连续组合梁的刚度、开裂荷载、极限荷载等性能得到较大改善。

浅埋小净距隧道钢拱架加锁脚锚管支护体系计算理论研究

为研究浅埋小净距隧道台阶法施工过程中钢拱架+锁脚锚管支护体系设计理论,基于力法和弹性地基梁理论,推导了小净距隧道围岩不均匀荷载作用下支护结构内力和隧道拱顶沉降的计算公式,分析了后行洞两侧锁脚锚管响应。结果表明:锁脚锚管最大弯矩和剪力位于与钢拱架联结处;内侧锚管剪力大于外侧锚管剪力,内侧锚管弯矩小于外侧锚管弯矩。锁脚锚管打设角度对锚管弯矩和剪力影响显著,水平打设时拱脚处锚管剪力和弯矩均远大于倾斜打设;弹性抗力系数对锚管内力影响较小。采用大截面锚管时拱顶沉降明显小于采用小截面锚管,小截面锚管的最优打设角度约为40°~45°,大截面锚管最优打设角度约为30°。

上承式梁拱组合钢结构桥梁施工研究

为减少桥梁上部结构自重,获得更大的桥下净空,引入钢结构桥梁建设思路,开展上承式梁拱组合钢结构桥梁施工研究。在明确工程概况,完成对吊装施工方案的比选后,通过拼装支架搭设、施工中的合拢控制、支架预拱度设置与沉降消除、龙门吊安装,完成施工。在此基础上,对新的施工技术进行了总结,以期对同类工程的建设起到一定的借鉴作用。

公路连续梁桥设计要点及验算分析

为了提高公路连续梁桥的设计质量,防止其在建设和运营期间出现安全事故,分析了连续梁桥的结构选型原则和桥位布置原则,以安顺至盘州(黔滇界)高速公路的连续梁桥为研究对象,将其分三跨布置,跨径组合为(39+68+39)m,选择了桥梁混凝土和钢筋的物理力学参数,并设计了箱梁的顶板厚度(跨中顶板和悬臂顶板)、底板厚度、腹板厚度等。随后,分析连续梁桥的计算荷载和作用组合,利用有限元软件建立连续梁桥的三维仿真模型,验算了桥梁在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的性能,桥梁的抗剪、抗扭、抗弯、抗裂能力满足规范要求,悬臂端的挠度小于悬臂长度的1/300,边跨、中跨的挠度小于计算跨径的1/600,说明连续梁桥的设计方案可行。

结构参数对梁拱协作机理的影响

以西宁祥瑞街大桥为工程背景,该桥为单拱肋下承式连续梁拱组合桥,以力学分析和有限元建模为主线,围绕梁拱协作机理和结构参数两方面进行研究。根据拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比的表达式,结合工程背景,绘制各参数(吊杆拱肋等代弯矩刚度比、梁拱截面抗弯刚度比、矢跨比、轴向变形放大系数、边中跨比、边中跨抗弯刚度比)与拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比的影响曲线,分析各参数对拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比的影响。为设计人员在方案设计初期,拟定较为合理的结构参数提供了力学依据。

单拱肋下承式连续梁拱组合桥梁拱协作机理

以单拱肋下承式连续梁拱组合桥西宁祥瑞街大桥为工程背景,基于吊杆力相等假定和膜张力假定,采用结构力学的方法,推导出梁拱组合体系在均布荷载作用下,拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比表达式,以此揭示梁拱协作机理。采用四次抛物线对吊杆力进行拟合,通过对公式、有限元计算结果进行误差分析,得出吊杆力修正系数,以此减小吊杆力相等假定带来的误差。同理,采用余弦荷载对吊杆力进行拟合,通过对吊杆力公式、膜张力公式计算结果进行误差分析,得出膜张力修正系数,以此减小膜张力假定带来的误差。最终结合吊杆力修正系数和膜张力修正系数,计算出主梁跨中挠度、拱肋跨中挠度以及吊杆力分担外荷载比例的修正系数分别为1.1、1.2、0.9,以此减小公式误差。

某三跨连续钢箱系杆拱桥设计分析

某特大型跨铁路市政桥为(121+125+121)m三跨连续单拱肋钢箱系杆拱桥,主拱矢高36 m,矢跨比1/3.47,边跨矢高20 m矢跨比为1/6.05,拱轴线采用正弦函数,拱肋创新地采用了变高变宽的空间扭曲设计,桥梁整体景观效果佳。标准桥面宽度38 m,双向8车道,在大里程侧衔接南北侧快速路立交匝道,主梁加宽至55.8 m。在同类型桥梁中,桥梁施工精度要求相对高,难度大。详细介绍桥梁整体及局部设计及计算情况,证明了扭曲的拱肋腹板结构可以有效传递结构内力,能保证结构受力安全,以期为今后类似工程提供有益的设计思路和借鉴经验。

西宁市火烧沟碧山大桥总体设计

西宁市火烧沟碧山大桥是连接海鲁路与海鲁路东侧支线的重要节点工程,位于碧山公园东侧,跨径布置为(40+60+40)m,上部结构采用了空腹式拱形连续钢箱梁结构,造型由多个拱形构件组成,形成多层次结构,造型优美、曲线圆润、富有动感,与周边景观及场地适应性较好。施工方法上采用了工厂智能加工和装配式快速化建造方法,提高了施工进度,有效减少了施工过程对场地薄弱生态环境的破坏,设计方案在现代城市景观桥梁中具有较大的参考应用空间。

多跨径连续梁拱组合体系桥梁的抗震分析

为分析多跨径连续梁拱组合体系桥梁的抗震性能,结合某多跨径连续梁拱组合体系桥梁实际工程,采用有限元分析软件建立桥梁的地震动力时程分析模型,并根据振动方程获取桥梁结构的地震响应。研究结果显示:一维地震作用下,桥梁结构位移时程响应最大值为0.079m;多维地震作用下,桥梁结构位移时程响应最大值为1.228m。因此可知,多维地震作用下桥梁结构抗震性能更薄弱,进行多跨径连续梁拱组合体系桥梁的抗震设计时应兼顾横桥向与顺桥向地震作用的影响。

单肋拱加劲V型撑刚构连续梁桥性能分析

为美化桥型,提高连续梁桥的跨越能力,有效解决关键部位应力集中产生裂缝等工程问题,以福州市湾边特大桥为例,提出了单肋拱加劲V型撑刚构连续梁桥结构。分析结果表明:该结构通过调整拱肋刚度、优化结构设计,研发相应的施工工艺,有效控制了裂缝发生及发展;整体受力方面,拱肋分担了二期恒载34.4%和活载23.5%弯矩,确实起到良好的加劲作用;吊点处拱肋加劲构造出现局部应力集中区,通过加强钢板厚度有效解决;横梁与箱梁翼缘板刚度差异大,拉应力较为集中,采取横梁与箱梁翼缘板间增设倒角满足力学指标。经过多年的运营监测证明了单肋拱加劲V型撑刚构连续梁桥结构合理性和可实施性,可为同类桥梁设计与施工提供技术指导。

多跨连续梁拱组合体系桥梁抗震性能分析

为了解相邻结构、行波效应和减隔震体系对多跨连续梁拱组合体系桥梁内力的影响,以某连续梁拱组合体系桥梁为实例,通过有限元软件建立抗震计算模型,并采用反应谱法和动力时程分析法对其进行地震反应分析。结果表明:1)连续梁拱组合体系桥梁在顺桥向地震作用下2种分析方法的计算结果大致相同,前者计算结果略大于后者,反应谱法的计算结果偏于安全;2)相邻结构对过渡墩的内力影响较大,对其他墩柱的内力影响较小,建议考虑相邻结构的影响;3)考虑行波效应后,各孔控制截面的位移、弯矩有少量增大,固定墩的内力显著增大,且随着波速的增大,结构的地震响应逐渐趋于一致激励下的地震响应;4)采用摩擦摆隔震支座后,结构的内力和位移响应均大幅降低,且各墩的受力更加均匀,建议大跨径桥梁采用减隔震体系,以降低结构的地震响应。

上海哥白尼路川杨河梁拱组合桥设计与研究

哥白尼路川杨河桥位于上海浦东张江高科技园区,跨越川杨河。受规划用地及两岸道路的制约,主桥梁高受限。设计方案采用侧向悬挂多重梁拱组合体系,较好解决了城市桥梁建设中经常遇到的车行和人非过河问题。采用有限元软件进行静力、动力分析及关键部位的精细化分析,验证了结构可靠性;提出“纵向悬浇+横向拼装”的施工工艺,实现了施工快速化和桥梁构件的轻型化。该桥型为国内首次应用,可对设计和施工起到指导作用,为城市桥梁建设提供参考。

铁路客运专线连续梁-拱组合结构设计

研究目的:本文以成绵乐客运专线鸭子河特大桥(56+116+56)m连续梁-拱桥为工程背景,研究梁拱组合结构的梁拱构造、吊杆受力特性、支座布置、施工方法等,通过对模型的建立、荷载的选取、梁拱及吊杆的检算、动力特性及拱座局部分析计算,介绍梁拱结构的结构特点,为今后类似工程的修建提供参考。研究结论:连续梁拱组合结构能较好地发挥连续梁和拱两种结构体系的优点。与同跨度连续梁相比,由于拱的加劲作用,能够有效降低主梁的高度,同时,钢管对混凝土的套箍作用,提高了混凝土的抗压强度和变形能力,管内混凝土又有效地增加了钢管的局部稳定性,使拱与梁受力性能都得到较好的发挥,使梁拱组合结构具有整体受力特性好、结构刚度大、建筑高度低、施工方法成熟等优点。

V形刚构拱组合桥的梁拱组合效应分析

研究目的:大跨度V形刚构拱组合桥利用V形连续刚构的主跨斜腿与钢管混凝土拱的拱座连接形成,具有拱和V形连续刚构共同受力的特点,其结构性能已不同于一般的梁拱组合体系桥。通过本研究,揭示V形刚构拱组合桥的梁拱组合效应。研究结论:由于拱肋对V形连续刚构桥的加劲作用,V形刚构拱组合桥中跨在活载作用下的最大弯矩和最大挠度均减小约50%;组合结构桥由于混凝土收缩徐变引起的中跨后期下挠仅为V形连续刚构桥跨中下挠量的12%;V形刚构拱组合桥的竖向刚度是V形连续刚构桥的2.56倍以上,V形刚构拱组合桥的梁拱组合效应非常明显。

新月形拱-连续梁组合桥梁结构体系试验研究

新月形拱-连续梁组合体系桥梁结合了新型拱结构的造型与拱梁组合体系桥梁的优点,在漳州市九龙江大桥首次应用。采用全桥有机玻璃模型试验对新月拱-连续梁组合体系桥梁的结构体系进行研究,试验共分3个结构体系进行加载试验,分别为新月形拱-连续梁组合结构桥梁、去掉副吊杆和副拱的拱-连续梁组合结构桥梁、去掉新月拱及其吊杆的连续梁结构。通过在荷载作用下的结构反应,新月形拱-连续梁组合体系桥梁受力性能优于连续梁结构和普通的拱梁组合体系,该研究成果可促进新月形拱-连续梁组合结构桥梁体系的推广。

铁路混凝土连续梁桥采用加劲拱的必要性分析

为分析预应力混凝土连续梁(刚构)带加劲拱桥型(简称连续梁拱桥或连续刚构拱桥)的合理性,以技术标准相同的1座(72+128+72)m铁路连续梁桥与1座(64+128+64)m铁路连续梁拱桥为研究对象,从结构设计、施工、运营维护等方面对2种桥型进行对比分析。结果表明:相比一般连续梁桥,连续梁拱桥是2种不同受力体系(梁与拱)组合而成的不合理的复合结构;不合理的结构体系使得结构几何尺寸和工程数量明显增加,造成施工工艺复杂、工期延长,从而导致工程总造价显著增加;梁与拱的相互交叉作用导致0号块处的受力相对复杂,增加了结构的安全风险;复合结构的运营养护工作较单一结构体系更多,养护费用更高。

拉萨河特大桥动力测试与车桥耦合振动分析

为检验桥跨结构的动力性能,对主跨径108m,梁拱组合体系拉萨河特大桥进行动力试验。测试其自振频率和振型;激振试验中,测试桥跨结构在列车以不同速度通过桥跨和在桥上特定位置制动时桥跨结构的应变、位移、振幅以及加速度等动力响应,并将实测结果与车桥耦合振动计算结果进行对比分析。结果表明,该组合体系具有良好的竖向刚度、横向刚度;列车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用但并不明显,列车在桥上行车时具有良好的安全性与舒适度。该新型结构的设计理论和计算方法是合理性的,为今后设计该类组合体系铁路桥梁提供理论依据和技术参考。