大跨度公铁双层斜拉桥主梁涡激共振机理与控制

以拟建的某主跨808 m公铁双层斜拉桥为工程依托,采用节段模型风洞试验研究不同攻角下双层桁架梁断面的涡振性能及5种气动控制措施的抑振效果,结合计算流体动力学(CFD)静态绕流模拟,对比分析双层桁架梁断面的涡振机理及控制方法.研究表明:主梁断面原设计方案在+3°和0°风攻角下存在明显的竖向和扭转涡振现象,且振幅超过规范允许值;间隔封闭上层桥面栏杆或增设抑流板可有效抑制主梁扭转涡振,但竖向涡振振幅仍不满足规范要求;上弦杆外侧增设风嘴可有效抑制主梁竖向和扭转涡振,而下弦杆外侧增设风嘴对主梁涡振抑振效果有限.气流经主梁原设计断面上层桥面分离后,在其上下表面形成周期性脱落的大尺度旋涡,并在上层桥面后部再附,这是主梁发生竖向涡振的主要诱因;上弦杆外侧增设风嘴可引导气流平稳通过上层桥面,消除了周期性的旋涡脱落,并在其上表面形成一段狭长“回流区”,从而有效抑制了涡振的发生.

大跨斜拉桥双层桁架主梁施工状态的阻力系数

针对规范中对大跨径桁架桥的双层主梁阻力系数在取值上的局限,提出一种主梁阻力系数计算方法,以施工阶段节段模型的风洞试验结果为基础,对双层桁架主梁进行模型简化后,使用CFD计算得出其三分力系数.采用不同迎风面特征尺寸,桁架片数以及桁架间距,分析了迎风面特征尺寸对主梁的阻力系数的影响.讨论了桁架间距以及片数不同对主梁的阻力系数的影响趋势.结果表明:迎风面特征高度与特征宽度对主梁阻力系数影响的变化规律并不相同,对此提出以桁架纵高比为变量的双层桁架桥梁主梁的阻力系数拟合公式;当桁架间距较小时,桁架片数对主梁阻力系数无影响,但当桁架间距与桁架高度比值达到3时,桁架片数的变化会对主梁的阻力系数产生较大的影响.

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。

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。

大跨长联钢-混组合梁桥面板预制胶拼施工技术

孟加拉国帕德玛大桥主桥上部结构为6×(6×150) m+1×(5×150) m七联大跨度连续钢-混组合梁。公路桥面设有平曲线,桥面板底部设横肋、板内设纵向预应力钢绞线,桥面板剪力钉(环)槽口边缘与钢梁剪力钉(环)间距小,槽口内纵、横钢筋多且与剪力钉(环)间距小,混凝土桥面板的预制、安装精度和质量控制要求高。桥面板分块整幅在预制场匹配预制,桥上通过胶拼连接,然后分区段进行永久预应力筋张拉、孔道压浆、剪力钉(环)槽口混凝土灌注,将混凝土桥面板与连续钢桁梁组合。混凝土桥面板采用长短线结合匹配预制技术,节省了模板和场地投入,保证了预制精度和预制速度;采用架板机拼装、胶拼连接、分区段张拉永久预应力筋、钢梁上铺设滑动层减少预应力张拉损失、灌注剪力钉(环)槽口混凝土进行组合等安装技术,完成了大跨长联钢桁梁桥公路桥面板的安装施工。

大跨钢桁结合梁悬索桥现浇桥面板拉应力优化研究

为改善大跨钢桁结合梁悬索桥现浇桥面板的拉应力,解决现浇桥面板在负弯矩区易开裂的问题,以四川卡哈洛金沙江大桥(主跨1030 m的钢桁结合梁悬索桥)为背景,对现浇桥面板拉应力优化进行研究。采用有限元软件BNLAS建立桥梁三维模型,通过施工阶段分析揭示现浇桥面板拉应力产生的机理,研究浇筑长度、桥面板浇筑顺序、工作面数量3个因素对浇筑后桥面板与钢桁梁应力的影响。结果表明:减小现浇桥面板浇筑长度可有效降低其浇筑后最大拉应力,但当浇筑长度较小时,继续减小浇筑长度对降低桥面板拉应力的效果会减弱;不同桥面板浇筑顺序对桥面板浇筑后的应力有较大影响,将工作面在主跨范围内均匀布置可以得到较优的应力;增加工作面数量可进一步降低桥面板的拉应力,降低浇筑过程中钢桁梁杆件最大应力,工作面数量从2个增加到4个,对降低现浇桥面板浇筑后最大拉应力效果较好。建议该桥现浇桥面板施工采用浇筑长度84 m、工作面数量4个、工作面沿主跨均匀布置的方案。

基于欧洲规范的组合梁叠合桥面板横向受力分析

为研究钢筋桁架叠合桥面板的横向受力性能,以格鲁吉亚E60高速公路上某主跨60 m组合梁桥为背景,针对14.4~16.6 m桥宽(5 m宽梁间距和2.2~3.3 m悬臂长度)采用“70 mm厚钢筋桁架预制板+180 mm厚现浇层”叠合桥面板方案,基于欧洲规范,应用弹性分析方法和MIDAS Civil有限元分析软件分别对施工阶段以及使用阶段不同桥宽桥面板横向受力进行分析。结果表明:除16.6 m宽桥面板外支点截面需要在原设计基础上加强配筋外,14.4 m和15.2 m宽桥面板的受力均满足欧洲规范要求;“70 mm厚钢筋桁架预制板+180 mm厚现浇层”叠合桥面板方案适用于5 m宽梁间距和2.2~3.3 m悬臂长度的桥面板,可满足实际桥梁结构受力需求。

板桁结合悬索加劲钢桁梁桥特殊节点受力行为

为了研究板桁结合悬索加劲连续钢桁梁桥加劲弦与上弦杆连接部位特殊节点的静力受力行为,依托重庆曾家岩嘉陵江大桥建立了全桥三维多尺度有限元模型,并通过缩尺模型试验对有限元分析结果进行验证,对特殊节点在最不利荷载组合作用下的受力状况进行了研究。研究结果表明:特殊节点中加劲弦与上弦杆交界处附近应力较大,且应力分布较复杂,为重点关注部位;特殊节点总体Von Mises应力在198.0 MPa以内,特殊节点各杆件Von Mises应力均小于钢材的强度设计值,结构具有足够的安全储备;正交异性桥面系参与主梁竖向弯曲受力,上层桥面系传递的内力约占纵桥向、横桥向上合力的34%和33%;荷载由跨中向支点经过特殊节点的传递,钢桥面板、上弦杆、竖腹杆以及斜腹杆承担的力逐渐传递给了加劲弦,引入加劲弦来提高梁高,抵抗主梁截面的竖向弯矩。有限元分析结果验证了重庆曾家岩嘉陵江大桥特殊节点的可靠性,也为类似节点的研究与设计提供参考。

杭州市彭埠大桥主桥钢梁设计

杭州市彭埠大桥主桥为(73.4+122+4×240+122+73.4)m公轨两用多跨悬链形上加劲钢桁梁桥,采用双层桥面布置,上层通行双向8车道公路,下层通行双线地铁与两侧各5.5 m宽的慢行系统。主桥钢梁横向采用2片主桁,桁宽36.8 m,桁高12 m,节间长10、12 m,主桁钢梁节点为全焊接整体节点,采用两节间半桁片结构设计及拼装方案;上、下层桥面均采用正交异性钢桥面板,竖撑杆位置与上层公路桥面纵梁及下层轨道桥面边纵梁位置对应;为改善上、下层横梁受力,钢梁所有节点处均设置横向联结系;钢梁设置悬链形上加劲弦杆,杆件全高从1.2 m渐变为2.8 m。钢梁采用先架设平弦部分钢桁梁,再施工上加劲系统的总体顺序,平弦部分钢桁梁架设采取双向顶推施工。施工过程中钢梁最大顶推重量为22000 t,最大顶推长度为565 m,最大悬臂长度为80 m。采用MIDAS Civil软件对该桥运营阶段及施工阶段进行受力验算,结果表明该桥结构刚度较大,运营阶段及施工阶段钢梁受力满足规范要求。

牛田洋大桥主桥钢桁梁设计

汕头市牛田洋大桥主桥为(77.5+166.1+468+166.1+77.5)m公轨两用钢桁梁斜拉桥。主桥采用双层桥面布置,上层为双向8车道一级公路兼城市快速路,下层为双线跨座式轨道交通。该桥采用半飘浮体系,纵、横向正交分离的减隔震约束体系。主梁采用带副桁的板桁结合钢桁梁结构,主桁采用三角桁,桁高11 m,2片主桁中心间距16 m;副桁上弦杆采用平行四边形箱形截面,弦杆顶板中心线间距37.2 m。主梁共63个节间,标准节间长15.1 m,主跨及次边跨公路桥面系采用纵横梁体系正交异性整体钢桥面板,边跨公路桥面系采用纵、横梁支撑的混凝土桥面板;下层轨道交通无桥面板,设置下平纵联。索梁锚固采用锚拉板式钢锚箱。主梁标准节段采用两节间大节段全焊制造。边跨、次边跨钢桁梁采用顶推法施工,主跨钢桁梁采用悬臂吊装法施工。

重庆凤来特大桥总体设计

重庆凤来特大桥主桥为计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥。该桥设计过程中,选取主跨710 m单跨悬索桥、主跨600 m斜拉桥和计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥3个方案,从结构特点、施工技术和经济性3个方面进行分析比选。由于计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥方案具有结构简洁、整体刚度大、对V形河谷地形适应性好、上部结构施工难度低和造价最低的优势,因此最终采用该桥型方案。主拱拱轴线采用悬链线,计算矢高116 m,计算矢跨比1/5,拱轴系数2.0,拱肋采用双片主桁,上、下游两榀主桁平行布置,横向中心间距20.2 m;主桁上、下弦杆采用箱形截面,截面内宽1.8 m,内高1.8 m。结合原位试验和基坑有限元计算结果,拱座采用重力式拱座,扩大基础,自然山体两侧基坑边坡开挖后,采用预应力锚索和喷锚支护。拱上立柱采用等截面钢箱排架结构。拱上主梁采用工字形钢板梁+预应力混凝土桥面板的组合梁。通过结构计算,拱肋、平联和斜撑等各钢结构杆件强度和整体刚度、稳定性均满足要求。采用斜拉扣挂、缆索吊装方案进行主拱节段、立柱单元以及主梁构件安装。

G3铜陵长江公铁大桥主桥主梁结构设计

G3铜陵长江公铁大桥主桥为(127.5+131+988+131+127.5)m公铁两用斜拉-悬索协作体系桥,双层桥面布置,上层为高速公路,下层为普速铁路与城际铁路。主梁为两主桁钢桁梁结构,采用三角形桁式,桁高13.5 m,桁宽35.0 m。上、下弦杆采用箱形截面,腹杆采用H形、王字形(腹板带肋H形)和箱形截面。上、下层桥面采用正交异性钢桥面板(下层压重区域采用整箱)与主桁形成板(箱)桁组合结构。为改善主桁节点受力,将腹杆的腹板在节点内延至上弦杆底板和下弦杆顶板。斜拉索和吊索的交叉区梁上锚固点采用纵向错开、横向偏移布置。采用有限元软件对结构进行整体和局部计算,结果表明:结构设计满足规范要求。主梁节段为全焊结构,边跨采用顶推施工,中跨斜拉段采用架梁吊机单悬臂施工,悬吊段采用缆载吊机由跨中向桥塔方向安装,合龙段设在斜拉-悬吊交叉区。

高速铁路上承式连续钢桁组合梁合理设计参数研究

为给高速铁路上承式连续钢桁组合梁的结构设计提供理论支撑,以某高速铁路主跨172 m跨运河上承式连续钢桁组合梁桥为背景,进行合理设计参数研究。分析桁高、边中跨比及桥面板是否设置预应力筋对结构静力特性以及用钢量的影响,并进行车-桥耦合振动分析。结果表明:主桁桁高合理取值为主跨跨径的1/12,此时桥梁结构能够获得较好的技术及经济指标;边中跨比取0.4~0.5时,结构静力特性均能满足规范要求,取0.5时最为合理;混凝土桥面板不适宜设置纵向预应力筋,为避免中支点附近桥面板开裂,采用UHPC超高性能混凝土是较好的解决方案;该桥型在上述设计参数下,列车运行速度在350 km/h及以下时,舒适性指标可达到“优秀”。

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。

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。

安庆铁路长江大桥设计

安庆铁路长江大桥是宁安城际铁路与阜景铁路共同跨越长江的通道,大桥全长2 996.8 m,主桥跨度布置为(101.5+188.5+580+217.5+159.5+116)m,为六跨连续钢桁梁斜拉桥。主梁采用3片主桁构造,桁高15 m,节间距14.5 m,桥面为正交异性板钢桥面。桥塔高210m,桥塔基础采用37根3.0 m钻孔摩擦桩基础,桩长分别为108 m1、13 m。斜拉索采用平行钢丝索,空间三索面扇形布置。主梁采用双悬臂安装、跨中合龙。静、动力计算分析表明大桥具有较高的刚度和良好的列车走行性。

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。

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。

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。

杨泗港长江大桥总体设计

杨泗港长江大桥全长约4.13km,主航道桥采用主跨1 700m的单跨双层钢桁梁悬索桥。大桥采用双层桥面布置,上层设6车道城市快速路,下层设4车道城市主干路和2条非机动车道,上、下层桥面两侧均设置人行道。两岸接线采用双层高架桥+地面辅道建设方式。主桥主缆跨度布置为465m+1 700m+465m,加劲梁采用华伦式钢桁梁,桥塔采用门式钢筋混凝土塔,主缆采用极限强度1 960MPa的大直径高强钢丝,桥塔基础采用圆端形沉井,锚碇基础采用圆形地下连续墙。