150m跨整孔全焊接钢桁梁试拼装工艺及荷载试验研究

孟加拉帕德玛大桥上部为全焊接连续钢桁梁结构,施工中开创性地采用了整孔拼装及架设方案。为验证钢桁梁拼装过程中线形计算及拼装方案的合理性、可行性,选取1跨钢桁梁进行试拼装和荷载试验。详细阐述了钢桁梁试拼装前线形计算、整孔试拼装施工技术、荷载试验等相关内容,通过对全过程检测数据及荷载试验分析,验证了该钢桁梁线形计算结果、拼装技术及试验结果均满足要求。

中山香山大桥主桥主梁结构设计

中山香山大桥主桥为双层钢桁梁公路斜拉桥,跨径布置为(136+312+880+312+136)m。桥塔采用人字形混凝土塔,下设整体式钻孔灌注桩;斜拉索采用∅7 mm高强度锌-铝合金镀层平行钢丝索;约束体系采用带纵向阻尼器的半飘浮体系。主梁采用2片N形主桁的钢桁梁结构,桁宽42.2 m,标准梁段桁高2.8 m。上、下弦杆和腹杆均采用带加劲肋的箱形截面,横梁均采用鱼腹式。边跨187.2 m范围内下层桥面采用混凝土桥面板起压重作用,其余上、下层桥面板均采用正交异性钢桥面板。下层纵向钢-混结合段位于辅助墩往跨中第4个节段,距辅助墩51.2 m,设置承压板、支撑加劲肋、预应力钢束、剪力钉和PBL板;横向钢-混结合段位于下层行车道两侧钢桥面板和混凝土桥面板之间(距下弦杆2.2 m处),设置剪力钉、PBL板和1.3 m宽UHPC后浇段。采用有限元软件进行全桥整体受力分析及桥面板局部分析,结果表明:结构满足规范要求。主梁采用大节段整体吊装施工,标准吊装节段长度为25.6 m,节段间除钢桥面板和弦杆顶板采用焊接外,其余均采用高强度螺栓连接。

钢桁梁悬索桥十字接头焊缝工艺研究

随着焊接技术水平的不断提高,焊接接头的质量越来越可靠;十字接头焊缝设计越来越多地应用于大跨径钢桁梁悬索桥钢结构的关键传力部位。文章以牂牁江特大桥主跨1080 m的双塔单跨简支钢桁梁悬索桥钢结构制造为背景,通过钢桁梁悬索桥十字接头焊缝的设计要求,从坡口型式及尺寸、焊接方法、焊接材料、焊接规范参数及无损检测要求等方面,研究制定了钢桁梁悬索桥十字接头焊缝的焊接工艺及生产过程中焊接质量的控制措施,成功指导了本桥钢桁梁悬索桥十字接头焊缝的焊接生产,也为今后其它桥梁钢结构十字接头焊缝的焊接生产积累了经验。

武汉汉江湾桥主桥设计关键技术

武汉汉江湾桥主桥为(132+408+132)m中承式连续钢桁拱桥,桥面车行道按双向6车道布置,并预留拓宽至8车道条件。主桥拱肋采用变高度N形桁式两主桁钢桁架结构。主桁标准间距34 m,汉口岸边跨受限于总体线形,主桁间距由34 m变化至39.5 m。主桁中支点附近下弦杆根据受力要求采用Q690qE高性能桥梁钢。车行道桥面采用正交异性钢桥面板,车行道桥面下U形纵肋与钢桥面采用全熔透焊接设计。通过主桁节点弯折、钢桥面横坡变化等构造措施简化了主桁、联结系、桥面系的空间关系,降低了杆件制造难度,实现了桥面结构的曲线变宽。

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。

全焊结构钢桁梁边拼装边顶推施工难点分析及解决方案

在桥梁建设中,钢桁梁结构桥梁凭借其跨度大、承载力强、节约材料等优点被广泛运用。边拼装边顶推的施工工艺,大大加快了施工工效,采用全焊结构的钢桁梁则具备更优秀的耐久性,有效降低桥梁全寿命周期中的维护成本。施工中顶推精度、焊接质量、误差控制、应力控制等方面难度较大,掌握科学的施工方法很有必要。

沪通长江大桥主航道桥主梁结构设计

沪通长江大桥主航道桥为(140+462+1 092+462+140)m的公铁两用双塔斜拉桥,采用公路在上、铁路在下的双层桥面布置,主梁为三片主桁钢桁梁结构。主梁上弦公路桥面采用正交异性整体钢桥面板(两侧边跨252m范围公路桥面采用纵横梁结合混凝土桥面的结构形式),下弦铁路桥面由与主梁断面同宽的钢箱组成,上、下弦桥面与主桁结合参与整体受力。主桁采用N形桁式,上、下弦杆件均采用板肋加劲箱形截面,腹杆采用箱形或H形截面,主桁节点为全焊接整体节点。在全桥主桁节点处均设有横联。采用桥梁空间分析软件3D-bridge开展结构整体计算并采用ANSYS进行节点应力分析,结果表明结构设计满足规范要求。

带过焊孔焊接细节疲劳性能优化及试验研究

为了提高带过焊孔焊接细节的疲劳寿命,以某钢桁梁桥为背景,针对其翼缘板和斜腹杆的焊接构造,通过在过焊孔处填半圆弧板和焊缝错开的形式对其疲劳性能进行优化,制作带过焊孔焊接细节和优化模型的试件,进行疲劳试验测试其疲劳寿命,并结合有限元分析对比各模型的疲劳性能,验证优化措施对疲劳性能的改善效果。结果表明:在过焊孔处填半圆弧板可有效改善带过焊孔焊接细节的局部应力集中现象,提高其疲劳寿命,在高应力幅作用时效果更加显著;对接焊缝错开可显著提高带过焊孔焊接细节的疲劳寿命,其改善效果优于在过焊孔处填半圆弧板,在实际工程结构中推荐优先采用。

平潭海峡公铁两用大桥主桥整节段全焊钢桁梁设计

平潭海峡公铁两用大桥元洪航道主桥采用(132+196+532+196+132)m钢桁梁斜拉桥。斜拉桥主梁为带副桁的板桁结合钢桁梁结构,双层桥面布置,上层为6车道高速公路,下层为双线铁路。3号桥塔与主梁间设纵向固定支座,4号桥塔与主梁间设纵向阻尼器。主桁采用N形桁式,桁高13.5m,桁宽15m,标准节间长度14m;副桁架上弦杆顶板中心线间距35.7m。有索区公路桥面及铁路桥面采用密横梁支撑正交异性整体钢桥面结构;无索区公路桥面采用密横梁支撑混凝土桥面结构。在铁路桥面系压重区设封闭钢箱,箱内采用素混凝土集中压重。桥墩处主桁架的竖杆上设置板式桥门架。梁端锚固采用锚拉板结构。该桥采用两节间大节段全焊制造及吊装,最大吊重1 250t,双悬臂架设。

公轨两用钢桁桥轨道横梁与整体节点连接头的疲劳荷载

为评定公轨两用钢桁桥下层轨道横梁与焊接整体节点连接头在交通荷载作用下的疲劳损伤累积,对该细节在桥梁设计寿命内车辆荷载所产生的疲劳荷载谱的计算方法进行了研究。在对桥梁的车辆荷载进行分析的基础上,参照各国相关规范,建立了代表桥梁设计寿命内真实运营状况的疲劳荷载模型,并通过全桥三维有限元分析模拟计算该连接细节所承受的荷载历程。依据疲劳损伤累积理论,确定了公轨两用钢桁桥轨道横梁与整体节点连接头验证性疲劳试验的试验荷载。结果表明:该连接细节的疲劳损伤荷载基本不受上层汽车的影响,主要取决于轻轨,可以通过直接将轻轨计算结果乘以一定的提高系数得出。

平潭海峡公铁两用大桥双层结合全焊钢桁梁设计

平潭海峡公铁两用大桥深水区非通航孔引桥采用跨度88m和80m的双层结合全焊钢桁梁。其中88m钢桁梁采用带副桁的华伦式桁架,桁高13.5m,桁宽14m,标准节间长10.8m。上层公路桥面宽35.5m,采用钢筋混凝土板与钢桁上层纵、横梁结合,标准桥面板厚0.25m;下层铁路桥面采用双幅预应力混凝土槽形梁,竖墙和底板厚0.36m,利用剪力钉与钢桁铁路横梁结合。该桥采用双层结合桥面避免桥面铺装难题,利用公路纵梁缩短弱化桥面系的共同作用,通过抬高桁架节点位置实现曲线超高,优化铁路槽形梁结合顺序充分发挥预应力,选用钢梁全焊整体架设技术降低海上施工风险,实现了跨海大桥建设的标准化、工厂化、预制化、大型化。

黄冈公铁两用长江大桥主桥钢梁设计

黄冈公铁两用长江大桥主桥为(81+243+567+243+81)m五跨连续钢桁梁斜拉桥。该桥采用塔墩固结、塔梁分离的结构体系;采用双层钢桁梁结构,上层为双向4车道高速公路,桁宽27.5m,下层为双线铁路,桁宽16m;钢桁梁采用倒梯形斜主桁断面,桁高15.5m,节间长13.5m;主桁为N形桁架,主桁上、下弦杆均采用平行四边形截面,斜杆采用平行四边形截面或斜工字形截面;节点为焊接整体节点,节点位置的杆件均采用等强对拼连接,斜拉索通过内置式钢锚箱锚固在上弦节点内部;公路及铁路桥面系采用板桁结合的正交异性板整体桥面系;在上弦节点位置设置三角形桁架式横向联结系。

沪通铁路长江大桥主梁新细节疲劳性能试验研究

为了研究沪通铁路长江大桥主梁桁架斜腹杆过焊孔焊接细节的疲劳性能,根据相似理论设计了疲劳试验模型,并完成了3组(9个)试件的疲劳试验研究。试验中测得了各个试件在不同应力幅值下的疲劳寿命与应变状态;并建立试件的有限元模型对比分析试验结果。试验结果表明:疲劳试验中每个试件的裂纹扩展与破坏模式具有一致性;有限元计算结果与试验测试结果吻合良好,且误差均在15%以内;通过试验数据拟合得到过焊孔构造细节的S-N曲线,其斜率为1/2.66,与Eurocode3的71焊接细节S-N曲线存在一定的差异;失效概率为2.3%的200万次对应的该焊接细节疲劳应力幅值为37.89MPa。

钢桁梁全焊桁片腹杆与节点焊接连接细节疲劳性能试验研究

为避免焊缝交叉,钢桁梁全焊桁片中,腹杆与节点连接采用带半圆过焊孔的焊接构造。为评估钢桁梁全焊桁片腹杆与整体节点焊接细节抗疲劳性能,对其进行有限元数值模拟及疲劳试验研究。根据实际焊接细节结构特点,基于应力场相似原则完成试验模型设计。利用ANSYS建立实桥结构及试验模型的有限元模型,对应力分布状态及应力集中系数进行比较分析。采用3组9个试件,完成不同应力幅下钢桁梁全焊桁片腹杆与节点连接构造典型焊接细节的疲劳试验,通过数据拟合得到该焊接细节的S-N曲线。结合其他既有疲劳试验数据及欧洲规范、日本规范对该焊接细节疲劳性能进行评估。结果表明:过焊孔与翼缘焊接部位存在较大的应力集中,对焊接节点的疲劳性能有较大削弱;反复荷载作用下,过焊孔与翼缘板交接焊趾处首先产生疲劳裂纹。

焊接残余应力对钢桁斜拉桥整体稳定性的影响

以郑州黄河公路铁路两用桥为背景,建立了桥塔与主桁连接部位的三维有限元模型,考虑材料热物理性能依赖于温度的变化,对桥塔焊趾处典型焊接细节的焊接温度场和焊接残余应力进行数值模拟,分析了焊接残余应力对结构整体稳定性的影响。通过热力学分析模拟焊接过程温度场变化,将冷却温度场作为荷载,通过结构分析计算桥塔与主桁连接处焊接残余应力;经过一定的简化,将焊接残余应力作为初应力施加到结构典型焊接细节上,分析其对钢桁结构稳定承载力的影响。计算结果表明:初应力同时施加于下横梁和中桁架上弦杆时,稳定系数下降13%;故在焊接结构中初应力对稳定性的影响应引起足够重视。

钢桁梁焊接构造细节的疲劳性能及基于XFEM的疲劳寿命评估

通过3组共9个试件的疲劳试验,研究沪通长江大桥主桁对接杆件中过焊孔构造细节的疲劳性能,通过扩展有限元方法(XFEM)结合断裂力学方法对过焊孔构造细节裂纹扩展阶段的疲劳寿命进行预测。研究结果表明:过焊孔与翼缘板-腹板焊缝交叉处的焊趾是过焊孔构造细节疲劳性能的薄弱环节;试验测得该细节对应200万次荷载循环的疲劳强度小于欧洲规范对类似构造细节的规定,过焊孔处腹板-翼缘板的角焊缝质量对构造细节的疲劳强度有重要影响;采用XFEM结合断裂力学方法预测疲劳裂纹扩展阶段的寿命与测试结果较吻合,可以作为疲劳寿命评估的手段。

钢桁梁桥主桁杆件厚板焊接残余应力空间分布试验研究

为研究某钢桁梁桥主桁杆件钢厚板焊接残余应力的空间分布规律,采用与实桥相同的材料和焊接工艺制作30 mm厚的对接焊试板,用局部逐层去除盲孔法对试板表层及内部残余应力进行测试,并对测量结果进行不确定度评定。试验结果表明:厚板表面焊接残余拉应力峰值位于焊缝附近区域,残余应力呈典型的拉-压分布趋势;内部横向残余应力在焊缝附近的分布状态为外拉内压,并且在上表层具有较大的应力梯度;内部纵向残余应力在焊缝附近为拉应力;随着距焊缝中心线距离的增加,纵横向残余应力皆开始逐渐减小,直至转变为压应力。

大跨双铰高低拱座钢桁架拱桥设计关键技术

湖北宜来高速溇水河大桥跨越宽300 m以上的U形沟谷,两岸地势陡峭,两岸山体高差近36 m,为减少施工开挖对环境的破坏、保证结构安全性和经济性,经方案比选,该桥最终采用附加内力小、适应基础变位能力强、因地制宜的主跨310 m双铰高低拱座中-下承式钢桁架拱桥。为满足高低拱座拱桥的结构受力、提高工业化制造效率,该桥拱轴线采用虚拟计算跨径340 m、矢高86.2 m、拱轴系数1.7的整体悬链线方案。主拱肋采用2片N形桁架结构,单片拱肋采用等截面扁平钢箱结构,主桁节点采用整体栓焊节点,2片拱肋桁架横向中心距27 m,通过米撑及K撑连接。桥面系采用传力明确、经济性好的纵梁结构体系钢-混组合梁,且在端横梁外侧增加小边跨解决边跨梁端出现负反力的问题,梁端设置速度锁定器约束装置。为解决拱脚在多重荷载作用下的受力及耐久性难题,提出拱脚铰轴采用摇摆式铰轴构造。整体及局部分析表明,该桥具有较好的静、动力性能。

钢桥整体节点焊接残余应力三维有限元分析

钢桥整体节点最常见的问题是焊缝处出现疲劳裂纹,焊接残余应力是重要影响因素之一。在大型有限元软件ANSYS的基础上,开发了相应的焊接程序,选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度和相变的影响,采用内部生热的加载方法模拟焊接热源的移动,运用单元生死技术模拟多道焊过程,获得了焊接温度场和应力场的动态变化过程,并对计算结果进行了分析。

总溪河大桥主桥结构设计

总溪河大桥主桥为上承式钢管混凝土桁架拱桥,计算跨径360m。主拱圈采用钢管混凝土与钢管组成的桁架式截面,弦管与腹杆、斜撑均采用新型的"栓焊结合"节点。拱上立柱采用排架式空心矩形截面钢箱结构,柱间采用横撑连接;立柱盖梁采用空心矩形变截面钢箱结构。桥面系采用多主梁形式钢-混结合梁,钢纵梁、钢横梁均为焊接工字形截面;桥面板为普通钢筋混凝土预制板。毕节岸拱座采用扩大基础结合桩基础的形式,都格岸拱座采用常规的扩大基础形式。对该桥进行全桥静力分析,并对毕节岸拱座、钢管混凝土新型栓焊节点、主弦管节点内栓钉进行局部受力和试验研究,结果表明桥梁结构受力均满足规范要求。该桥整体采用无支架斜拉扣挂缆索吊装系统施工。