深江铁路洪奇沥公铁大桥主桥设计关键技术

研究目的:洪奇沥公铁大桥是深江铁路的控制性工程,主桥采用主跨808 m公铁合建斜拉桥一跨跨越洪奇沥水道,上层布置8车道城市快速路,下层布置4线铁路。结合建设条件、结构特点及使用性能,对主桥结构体系、主梁横断面及结构形式、索-塔锚固结构、施工方法等关键技术展开研究,确定技术合理可行和经济节约的设计方案。研究结论:(1)首创了短边跨叠合板-桁组合梁斜拉桥结构体系,主桥长度减少20%,节省工程投资;(2)首次在4线铁路公铁合建斜拉桥上采用倒梯形双主桁截面,桥面布置紧凑、受力明确;(3)提出的边跨主梁采用矩形钢管混凝土叠合板-桁组合结构,集结构受力和锚固压重于一体,施工便捷;(4)发明了“自平衡交叉锚固+齿块锚固”的索-塔混合锚固方式,技术经济性高;(5)钢主梁创新采用“纵向大节段+横向分块”施工方法,解决了超宽超高超重整节段钢桁梁运输受既有桥净空限制的难题;(6)本研究成果可为公铁合建桁梁斜拉桥设计提供参考或借鉴。

常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载~滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明:在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。

洪塘大桥自锚式悬索桥设计要点

洪塘大桥位于福州西郊,跨越乌龙江,需原桥位拓宽改建,新建主桥采用自锚式悬索桥。基于施工期间保通车的民生要求,提出了三阶段横向拼接施工的设计方案,建成了国内第一座在改建工程中实现保通车目标的自锚式悬索桥。首次提出了主缆平弯锚固方案,改善了主缆锚固区的管养条件。采用有限元程序对桥梁运营及施工过程中的关键工序进行仿真分析,根据分析结果指导施工和施工控制,现场监测数据表明计算值与实测值相符。

常泰长江大桥主航道桥索塔锚固构造研究

常泰长江大桥主航道桥为(142+490+1176+490+142)m公铁合建双塔斜拉桥,采用钢-混混合结构空间钻石型桥塔,索塔锚固区采用钢箱-核芯混凝土组合结构,S4~S39号斜拉索锚固于核芯混凝土上。为实现索塔锚固区斜拉索竖向分力的有效传递,提出方案A(钢齿块+剪力钉)、方案B[钢齿块(加肋)+剪力钉]、方案C(混凝土齿块)、方案D(钢锚箱+PBL剪力键)以及方案E(钢锚箱+承压板+剪力钉)共5种索塔锚固构造方案,从结构受力及施工工艺对5种方案进行比选,并采用模型试验及有限元分析对所选锚固构造方案进行验证。结果表明:方案E剪力钉受力分布均匀,剪力大小适中,且施工便捷,对于S7~S39号斜拉索,推荐采用方案E;对于斜拉索竖向角度较大的S4~S6号斜拉索,钢锚箱在构造和张拉空间上存在冲突,推荐采用方案C。方案E模型试验和有限元分析表明:结构应力、剪力钉受力及钢锚箱构造各板件应力均有安全储备,锚固构造处于线弹性状态,能满足规范及使用要求。

G3铜陵长江公铁大桥江北侧锚碇复合型地下连续墙设计

G3铜陵长江公铁大桥主桥为主跨988 m的斜拉-悬索协作体系桥。江北侧锚碇设计时对沉井基础和地下连续墙基础进行比选,综合考虑开挖范围、工程造价、施工工期等,最终采用基底深置的地下连续墙基础,以下伏基岩弱胶结泥质砂岩作为基础持力层,基础高49.5 m,地下连续墙墙底嵌入中等胶结泥质砂岩,地下连续墙高55.5 m。为减小锚碇基础的开挖量,采用大悬臂外挑锚块结构结合CFG桩复合地基加固技术的新型复合型地下连续墙基础,地下连续墙基础直径缩小至60 m,节省了工程造价。锚碇基础施工中基坑分层开挖,同时进行内衬砌施工。采用PLAIXS 3D软件对锚碇施工阶段及运营阶段进行有限元模拟分析,基坑开挖时地下连续墙结构受力安全,锚碇基础地基承载力、地基沉降结果均满足规范要求。

复合顶板高预应力全锚索围岩控制技术研究

针对梧桐庄矿182705回风顺槽复合顶板变形破坏严重的问题,分析了传统锚网索联合支护失效的原因,提出采用高预应力长短锚索相结合的支护方式控制复合顶板变形破坏。应用结果表明,顶板最大下沉量下降到45 mm以内,两帮变形下降到了30 mm以内。本技术保证了巷道安全,提高了实体煤巷掘进效率,降低了复合顶板巷道支护成本,为复合顶板巷道快速掘进提供技术保障。

碳⁃玻璃纤维增强复合材料混杂杆体的锚固性能研究

针对碳/玻璃纤维增强复合材料锚固失效问题,研究了3种典型锚固系统的应力分布及锚固机理。研究发现,碳纤维层锚固系统由于界面脱黏及截面削弱导致锚固承载力较低;力学锚固系统易对杆体产生初始挤压损伤并形成应力集中;黏结型锚固系统由于杆体/黏结剂界面黏结强度较低而产生脱黏失效。针对上述3种锚固系统存在的截面削弱、应力集中及界面脱黏等问题,提出了考虑楔块挤压与树脂黏结的楔块⁃黏结复合型锚固系统,有限元模拟与拉伸试验结果表明,楔块⁃黏结复合型锚固系统锚具内应力分布均匀,杆体发生爆裂破坏,锚具内未出现杆体滑移,锚固系统极限锚固承载力为360.1 kN,有效地解决了复合材料混杂杆体的锚固难题。

能源隧道换热过程中的地层热补给能力研究

为研究不同水文地质条件下能源隧道的长期换热性能,对年周期、日周期以及年周期与日周期叠加3种换热方案下,能源隧道周围地层的温度变化情况进行了数值模拟分析。数值模型中考虑了地层、衬砌及空气的温度场以及地下水渗流及空气流动。为方便计算,将换热管等效为面热源,通过调节其换热效率模拟能源隧道的不同运行方案。计算结果表明:1)地下水渗流速度越大,地层的热补给能力越高,地层温度受能源隧道的影响范围也越大;2)无论是年周期还是日周期运行方案,地下水渗流速度越大,隧道周围的温度场越快达到稳定状态;3)与年周期换热方案相比,日周期换热方案虽然不能有效提升地层的热补给能力,但是可以显著减小能源隧道对地层温度的影响范围;4)可通过优化制冷或采热的功率及持续时间,使1个年周期后能源隧道周围地层温度恢复至初始状态,从而提高能源隧道的运行效率,降低能源隧道对地层环境的影响。

复合多层顺倾岩质边坡最优锚固角研究

锚杆支护是一种加固边坡的有效方式,但目前针对复杂多层岩质边坡的锚杆最优锚固角研究较少,且未考虑中间主应力对锚固效果的影响。采用统一强度理论,以全长粘结型锚杆为对象,根据锚杆失效模式及锚固段与围岩的作用方式,推导出复合多层岩体中锚杆的极限抗拔力公式。通过计算不同岩层锚固段微元体的单位长度抗力比,提出了复合多层顺倾岩质边坡的锚杆最优锚固角模型与最优锚固角的确定方法。将该方法应用到三峡库区巴东县一公路边坡工程,结果表明模型计算所得最优锚固角与均匀试验方案确定的最优锚固角一致。新方法计算所得的边坡单位宽度锚杆总长与规范法计算结果相比减少约11.2%,与传统莫尔-库伦理论计算结果相比减少约8.9%。研究结果可为复合多层顺倾岩质边坡的锚固支护设计提供一定的参考和借鉴。

丹江口水库特大桥总体设计

丹江口水库特大桥采用跨径布置为45.8 m+(106.2+760+106.2)m+45.8 m的双塔部分地锚式混合梁斜拉桥,梁塔分离、梁台固结。主梁采用混合梁,宽31.6 m,主跨创新地采用分离式双钢箱+正交异性钢-UHPC组合桥面结构轻型组合梁,并在跨中采用具有阻尼锁定功能的无轴力连接装置;边跨采用预应力普通混凝土边主梁;钢-混结合面设置在主梁主跨距桥塔20 m处。桥塔采用下塔柱内收的H形塔,桥塔基础采用整体式承台+大直径群桩基础。桥台创新地采用重力-碳纤维增强复合材料岩锚组合式地锚桥台。斜拉索采用标准抗拉强度为1860 MPa的∅7 mm平行钢丝索,桥塔每侧设24对斜拉索,边跨斜拉索12对锚固于梁上、12对锚固于地锚桥台上,在桥塔处设竖直0号斜拉索作为竖向支承。

复式钢管混凝土柱装配式连接锚固性能试验研究

预制混凝土构件通常采用先拼接后灌浆的连接方式,一旦灌浆不密实,将存在严重安全隐患。为了解决装配式复式钢管混凝土结构的连接问题,探索更方便可靠的连接方式,将先灌浆后插筋的连接方式运用到装配式复式钢管混凝土柱的连接中,系统研究了该连接方式下装配式复式钢管混凝土柱中的钢筋锚固性能和锚固长度。并通过设计制作36个复式钢管混凝土柱的灌浆插筋锚固试件,采用拉拔试验方法研究了钢筋直径、位置、锚固长度、预制孔形式及直径、灌浆料强度、混凝土强度7个影响因素对浆锚钢筋在复式钢管混凝土柱中的锚固性能影响。研究结果表明:(1)试件的典型破坏形式包括钢筋未屈服拔出、钢筋受拉屈服拔出、钢筋拉断三种形式,主要发生钢筋屈服后试件破坏,锚固性能良好;(2)浆锚钢筋在灌浆料中的受力过程主要分为四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段;(3)预制孔直径、混凝土强度、灌浆料强度越大,锚固钢筋锚固性能越好;(4)角部浆锚钢筋的极限承载力和极限黏结应力均比中部浆锚钢筋大;(5)复合钢管混凝土柱装配式连接的锚固长度建议根据《混凝土结构设计规范》进行计算确定,且预制孔直径不小于2 d,且不宜小于32 mm。

土岩复合地层不同锚固长度预应力锚索锚固机制及现场测试

为获取土岩复合地层最优锚固长度,采用室内试验、数值模拟、工程测试等方法,围绕是否穿过黏性土砾砂岩层,针对2类锚固长度(12 m、8 m)工况进行研究。结果表明:1)在张拉载荷作用下,剪应力峰值由锚固段起始点向尾部转移,而锚固在含黏性土砾砂岩层中的剪应力峰值低,轴力衰减速率高。2)随张拉载荷的增大,锚固在黏性土砾砂岩层中的锚固段由拉应力区逐渐转化为压应力区,应力向深处的传递速率低,锚固体具有抵抗外载荷能力差、变形量大的特点。3)锚索轴力可分为预应力损失、上升、波动3个演化阶段,而锚固段穿过黏性土砾砂岩层时,预应力在波动阶段出现损失,且在不同方向上的预应力呈现非均匀分布特征。4)在锚索穿过土岩复合地层时,应避免锚固在含土砾砂地层中。

装配式建筑用轻型保温装饰板锚固方式及断裂性能研究

探究以改性复合聚苯板为保温层的轻型保温装饰板锚固方式,分析研究了锚固插件的厚度、长度及插件的安装位置对锚固力的影响。结果表明,锚固插件选择材质为不锈钢,长度70 mm,且安装位置距离保温板背面12 mm以上,即可满足锚固件锚固力要求。通过对改性复合聚苯板的破坏过程及破坏模型进行分析发现,其破坏过程主要为包覆在聚苯颗粒表面的无机材料断裂,破坏模型符合石材的最大拉应力理论,可在施工应用中通过此模型预测改性复合聚苯板的断裂强度,对轻型保温装饰板的安装应用提出了新的锚固方案,并对改性复合聚苯板开展相关研究提出建议。

自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能研究

以青岛海湾大桥大沽河航道桥为工程背景,对自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能进行研究。主缆力通过锚固区向分体箱的传递可分为两个独立过程,针对这两个过程分别从局部性能和整体性能两个层次进行研究。第一个层次采用模型试验和有限元分析对纯钢和组合两种锚固构造局部受力性能进行研究。纯钢锚固构造应力分布规律复杂,应力集中现象明显,实测结果和有限元分析结果吻合良好。组合锚固构造钢与混凝土有效发挥组合作用,大幅降低钢板应力,减小钢板厚度和钢材用量,使钢板受力更为均匀。组合锚固构造相比纯钢锚固构造实测应力降幅明显,但略小于计算结果,表明钢与混凝土之间发挥部分组合作用,建议采取三方面构造措施以进一步发挥钢与混凝土的组合作用。第二个层次采用有限元分析方法对主缆锚固区整体受力性能进行研究。结果表明,整个过程传力可靠顺畅,安全储备高,符合按杆系模型计算整体结构的假定。

锚固类结构抗爆性能研究进展

在分析国内外大量文献资料基础上,综合评述锚固类结构抗爆性能的研究进展,指出国内外具有共性的问题:(1)对复合锚固类结构抗爆性能的研究还很欠缺;(2)特殊型式的复合锚固类结构具有良好的开发应用前景,应深入研究;(3)对新型锚固类结构抗爆性能的研究还需进一步加强;(4)对试验研究及应用成果,还未能提升到系统、严密、公认的理论阐释程度。

混凝土墙体与钢梁连接的穿筋预埋件性能试验研究

为了研究用于混凝土墙体与钢梁之间铰接连接的穿筋预埋件性能,根据实际受力情况,采用4个大尺寸试件,分别对预埋件在无轴拉力和有轴拉力的情况下进行了受单向弯剪作用和反复循环弯剪作用的试验,讨论了预埋件的受力变形过程与特点、破坏机理、极限承载力等,并对该类预埋件的设计提出了建议.

预应力全长复合锚固及锚注一体化综合支护技术及工程应用

在淮南矿区深部巷道现状分析的基础上,提出了预应力全长复合锚固及锚注一体化综合支护技术,并指出了其拉力分散型的力学本质,在控制围岩切向、径向变形方面,全长锚固显著优于端部锚固。顾北矿支护型式对比试验结果表明,采用本技术能够同步实现预紧及时支护、全长锚固和注浆三位一体多重功能,在围岩控制效果、掘进速度及支护成本方面具有显著优势,是解决淮南矿区深部及复杂应力环境巷道支护的有效途径。

多界面复合锚杆荷载传递机制的数值模拟

采用Abaqus对复合锚杆拉拔试验进行模拟,针对复合锚杆的破坏形式多为界面破坏,应用改进的Cohesive单元对复合锚杆4种界面材料进行模拟,并建立轴对称弹塑性有限元模型对复合锚杆的拉拔试验进行分析.研究成果主要包括:①钢绞线轴向应力及界面剪应力均服从指数分布,且随着荷载的增大,锚杆近端的握裹力被克服,剪应力峰值向后转移.②南竹-复合材料、南竹-水泥砂浆界面剪应力峰值随着主控面剪应力峰值的转移而转移.③南竹管材受周围刚度较大的复合材料及水泥砂浆的约束,其轴向应力峰值分布在南竹的中部.④水泥砂浆-土体界面因边界条件不同于其他界面,其剪应力沿锚杆轴向从近端至远端不断增大.数值模拟结果与现场试验测量结果符合较好,验证了该数值方法的有效性.

南竹加筋复合锚杆加固土遗址研究

南竹加筋复合锚杆是专门针对大体量土遗址加固设计的一种新型锚杆。通过试验证明,采用PS系列灌浆、南竹加筋复合锚杆加固土遗址符合文物保护的原则。当采用水泥砂浆作为灌浆材料时南竹加筋复合锚杆单位锚固力可采用30kN/m,当采用PS-(F+C)浆液灌浆时单位锚固力可采用20kN/m。南竹加筋复合锚杆加固土遗址时的薄弱界面是锚杆杆体与锚固体之间,水泥砂浆和PS-F灌浆材料的强度都可以满足南竹加筋复合锚杆锚固时的要求,水泥砂浆锚固体与锚杆杆体的黏结强度标准值为187kPa,特征值为85kPa;12%PS-F与粉煤灰锚固体与锚杆杆体的黏结强度标准值为114kPa,特征值平均为52kPa。

外露型钢锚箱索塔锚固结构受力机理试验

通过缩尺比例为1∶2的节段模型试验,揭示了外露型钢锚箱索塔锚固结构的受力机理,重点分析了塔壁预应力在结构中的作用效应.研究结果表明:外露型钢锚箱索塔锚固结构在中小跨径桥梁中具有较好的适用性;在塔壁不开裂的情况下,预应力不会改变水平索力在钢锚箱和混凝土塔壁之间的分配关系;预应力能够明显减少塔壁混凝土的拉应力,提高塔壁的抗裂性能,但也会降低钢板的利用率和增大焊钉剪力顺桥向作用的剪力.