高烈度震区大跨径中承式钢箱系杆拱桥减隔震技术研究

为了研究高强度地震作用下大跨径中承式钢箱系杆拱桥地震响应及减隔震技术,以西双版纳黎明大桥为工程背景,选取类似场地的实际地震动记录作为输入地震波,采用非线性时程分析法,研究支座类型及参数变化对拱桥结构的减隔震效果。结果表明:相比于普通支座,减隔震支座能大幅降低结构内力,但纵向位移有所增加,且摩擦摆支座的减隔震效果要强于铅芯橡胶支座;摩擦摆支座+黏滞阻尼器联合抗震体系能够有效降低纵向和横向位移,进一步能提升桥梁的抗震性能;对联合抗震体系进行参数敏感性分析可知:最佳的参数范围是:摩擦因数为0.04,曲率半径在3 200~4 200 mm,阻尼系数为6 000,阻尼指数在0.2~0.4;在最优抗震体系下,结构位移和内力均显著降低,最大减震率分别达到了75.3%和82.3%,表明该体系大幅提高了拱桥抵抗地震的能力,为同类桥梁减隔震设计提供参考。

半穿式铁路应急钢梁抗震性能分析与评估

为评估铁路应急钢梁在多维地震作用下的抗震性能,以一座56m半穿式铁路应急钢梁为研究对象,借助ANSYS有限元软件,以材料应变和支座位移为损伤指标,确定各个损伤状态对应的指标限值.通过增量动力分析,采用10组地震动作为三向地震动输入样本,进行非线性时程分析,对应急钢梁各构件和结构整体进行易损性评估.研究结果表明,半穿式铁路应急钢梁横向刚度低于竖向刚度;结构在强震作用下,支座为最易损伤构件;结构整体出现严重损伤概率较低.

无应力状态法在半穿式连续钢桁架桥设计和施工中的应用

盐城市盐渎路大桥主桥是超大宽度的半穿式连续钢桁架结构,受力复杂,构件繁多,该桥在设计和施工中运用无应力状态法,成桥后获得了与设计目标相一致的内力和线形。文章首先介绍了桥梁概况,然后概述了无应力状态法,在此基础上进行了桥梁无应力构形的确定,最后提出了桥梁施工方法,以供参考。

复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点拉拔性能试验研究

对3种复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点试件(腹板半穿心节点试件AJ1、腹板-翼缘半穿心试件AJ2和腹板-横隔板半穿心节点试件AJ3)进行了拉拔试验,探讨了节点的破坏形态和拉拔性能。结果表明试件AJ2、AJ3的承载力比试件AJ1分别提高了14.2%和13%,表明内外钢管间设置横向水平半穿心构件有利于改善节点抗拉传力机制并可明显提高其抗拉承载力。为进一步研究半穿心构件对节点拉拔性能的影响,进行了纯钢梁翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R的拉拔试验。结果表明,3种半穿心节点试件AJ1、AJ2、AJ3的极限荷载较纯翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R分别提高了60.1%、22.7%、73.8%,初始刚度提高约2倍;半穿心腹板为主要传力构件,保证了节点具有较强的承载能力和抗拉刚度;半穿心翼缘能直接传递梁柱之间拉力,而半穿心横隔板有利于发挥斜向腋板传递拉力的作用,达到与半穿心翼缘相当的承载能力,且能较好地保证核心区混凝土的密实性和节点变形性能。

盐渎大桥主桥结构设计与受力分析

盐城市盐渎大桥主桥为(60.9+105+60.9)m半穿式连续钢桁架结构,桥宽50.5 m。文章介绍了该桥的总体设计、结构设计、静力分析及架设方案,分析得到两片桁的半穿式钢桁架桥型方案较好地解决了超宽桥梁的景观协调性问题;主桁的面内、面外弯矩效应较大是结构受力的一大特点;主桁竖向、横向刚度较大,整体稳定性较好;应用基于无应力状态法的架设方案使结构成桥内力和线形与设计目标一致。

上海青浦华为1号桥设计

上海青浦华为1号桥为中承式拱梁组合体系,两侧拱肋朝内倾斜74°,拱肋与梁体固结,跨径布置为(47.343+90+41.934)m,拱轴线矢高f=24.9 m,矢跨比为f/l=1/3.61。吊索两侧与斜拱肋对齐布置,共设9组拉索,拉索梁上间距6 m。桥梁不单独设置桥台,梁体两侧均搭在建筑结构上。桥梁拱肋为钢拱,梁体为钢箱梁,梁拱组合,下部结构采用承台桩基础。设计BIM技术进行辅助正向设计,确保结构设计的合理性;采用MIDAS Civil进行结构性能分析,结算表明该桥受力性能满足规范要求。该桥采用先梁后拱的总体施工方案。

中承式钢拱与刚构协作体系慢行系统景观桥设计研究

随着人民生活品质的不断提升,人们的需求也逐渐升华,对于桥梁不再仅满足于其通行功能,也开始追求桥梁之美。以灵山-横沥组团慢行过江桥梁为例,以景观设计作为出发点,对城市景观中承式钢拱桥的跨径设计、体系设计、结构设计和结构计算进行分析研究,追求力与美完美结合。钢拱桥采用刚性吊杆以及刚性吊杆与遮阳棚骨架结合的设计,提出施工过程张拉临时系杆解决拱桥推力的方法,以期为城市景观钢拱桥桥梁设计提供思路和参考。

宽幅无风撑中承式连续梁拱组合桥总体设计

重点介绍嘉峪关市金港路上跨清嘉高速公路桥梁的总体设计和技术特色。该桥采用宽幅无风撑中承式连续梁拱组合桥结构体系,桥位处地震烈度高,为有效减小地震作用对桥梁结构的影响,在拱脚处设置摩擦摆减隔震支座,与传统中承式无铰拱桥有较大区别,为国内首座无风撑中承式连续梁拱组合桥。主桥跨径布置为(22+65+22)m,桥宽36m,主梁采用钢-混凝土组合梁,拱肋采用矩形薄壁钢箱,桥墩采用锥形实体墩,基础采用钻孔灌注桩基础。

铁路大跨度中承式钢管混凝土拱桥抗震设计

研究目的:大跨度钢管混凝土拱桥具有良好的跨越能力,近年来在公路、铁路等交通领域得到了较好的发展和应用,但在8度及以上高烈度地震区尚未有成功建设的案例,其抗震性能及措施尚有待研究。本文以拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥(以下简称藏木大桥)为背景,制定合理的抗震设防标准及性能指标,根据大跨度桥梁抗震概念设计原则,确定抗震设计方案,建立数值模型,开展非线性时程分析,研究铁路大跨度中承式钢管混凝土拱桥抗震性能和合理减隔震措施。研究结论:(1)大跨度中承式钢管混凝土拱桥采用一联连续的窄幅主梁、减重、综合减隔震措施等减隔震方案,能有效降低结构地震内力,控制罕遇地震工况下位移;(2)研究成果表明大跨度中承式钢管混凝土拱桥当采用合理的结构和减隔震措施后具有较好的抗震性能,在8度高烈度地震区主体结构在罕遇地震作用下也能保持基本弹性,具有良好的技术、经济性能;(3)本研究成果可为高烈度地震区铁路大跨度钢管混凝凝土拱桥设计提供参考和借鉴。

风撑对半穿式应急钢桁梁面外稳定性的影响研究

为探析风撑对半穿式应急钢桁梁面外稳定性的影响,通过理论推导给出风撑轴力、半框架侧向位移计算公式,并以某56 m跨半穿式应急钢桁梁为研究对象,分别采用有限元法、本文方法和规范方法进行计算,对比验证理论推导的正确性和合理性,以及规范方法中忽略风撑影响的不合理性;开展面外稳定参数影响分析,探讨风撑的作用机理以及风撑面积、风撑夹角对半穿式应急钢桁梁稳定性的影响规律。研究表明,半穿式应急钢桁梁稳定分析中应充分考虑风撑的作用,忽略其影响不利于轻量化设计;参数影响分析表明,风撑轴力、半框架侧向位移、上弦杆侧向支撑刚度以及结构整体稳定性均随风撑面积和风撑夹角的不同而变化。对于本文算例,综合考虑各种因素,建议风撑面积取为腹杆面积的20%~50%,风撑竖向夹角取15°~35°,可显著提高上弦杆侧向支撑刚度,线弹性稳定系数提高18%~32%,风撑对半穿式应急钢桁梁面外稳定性的改善最优。

基于机器学习的单钢板混凝土组合板冲击响应预测及优化

单钢板混凝土组合(half steel-concrete composite,HSC)板的抗冲击性能十分出色,可有效抵挡落石冲击。在符合相关规范要求的前提下,可通过设计降低HSC板在落石冲击作用下的变形,以最大限度地保护山区基础设施和人民的安全。为快速、准确地处理HSC板的变形和设计参数之间的复杂非线性关系,基于三种机器学习算法分别建立冲击作用下HSC板最大变形的预测模型,并通过有限元结果对模型进行验证;在此基础上,以落石冲击下HSC板的最大变形、自质量和造价为优化目标,采用遗传算法对某山区建筑中某HSC屋面板进行优化设计,求解HSC屋面板的厚度、连接件尺寸等设计参数的最优解集。研究结果表明,高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)模型对HSC屋面板变形的预测精度最高,可代替复杂耗时的有限元计算,有效提高目标方程的计算效率,且最终的优化结果给出了多种优化方案,可有效降低HSC屋面板变形,为工程设计提供参考。

广州明珠湾大桥钢梁架设关键技术

广州明珠湾大桥主桥为中承式钢桁拱桥,双层桥面布置,主桥及水中引桥钢梁均采用N形三主桁钢桁梁。主桥边跨和次边跨钢梁采用临时墩辅助半悬臂法架设,中跨钢梁采用在临时扣索塔架上设置3对斜拉扣索辅助,边跨压重后进行不对称全悬臂架设;水中引桥钢梁采用临时墩辅助半悬臂架设。主桥钢梁采用6个架梁工作面同时架梁,起始节间钢梁在搭设的临时墩和墩旁托架上采用浮吊和塔吊安装,再采用爬坡架梁吊机和浮吊不对称双悬臂施工,次边跨合龙后中跨钢梁采用扣索塔架辅助大悬臂架设,中跨合龙后进行全桥体系转换。大桥成桥状态下,钢桁梁中跨桥面高程实测值和理论值最大偏差为54 mm,吊杆总索力实测值与理论值偏差为1.2%,钢桁梁线形和吊杆索力满足预期控制目标要求。

单钢板混凝土组合板冲击响应的数值模拟及计算方法

采用LS-DYNA软件建立了冲击作用下单钢板混凝土组合板(Half-SC板)的有限元模型,根据现有试验结果验证了模型的准确性,并进一步分析了冲击物质量、冲击速度和钢板厚度对Half-SC板位移响应的影响规律。在此基础上,推导了Half-SC板的抗力和刚度计算式,提出了Half-SC板的抗力函数,并建立了计算Half-SC板位移响应的等效单自由度模型。研究结果表明:Half-SC板在冲击作用下的破坏过程可分为弹性受力阶段,混凝土冲切开裂阶段,水平钢筋断裂阶段;冲击速度对Half-SC板位移响应的影响最大,冲击物质量次之,钢板厚度的影响最小;所提出的等效单自由度模型能够很好地预测Half-SC板的位移时程。

220kV半户内式变电站结构罕遇地震性能分析

半户内式变电站具有节约用地、外形美观等优点,但由于电气布置工艺要求,使结构规则性不易满足。并且这些建筑一般具备层高较大、横墙较少及跨度较大的特征,所以对于变电站建筑物结构抗震设计需要考虑到平面的合理布置、抗震薄弱部分的设计以及建筑物抗震构造措施。目前该类结构工程实例极少,缺乏实震检验,且相关研究尚不充分。本文采用杆端塑性铰模型、静力弹塑性分析和动力弹塑性分析对某拟建220kV半户内式变电站结构罕遇地震作用下的性能进行分析。得到了变电站结构在罕遇地震作用下的反应,总结了结构的地震反应特点,评估了其抗震性能,并明确了抗震薄弱部位及破坏机理。结果表明,罕遇地震下,结构最大位移角小于限值;主体结构未出现塑性铰;附属结构出现少量塑性铰,且所有塑性铰均未超过正常使用范围;结构的整体刚度没有下降,承载力未达到限值。结构整体设计过于保守,建议对结构设计进行性能化升级。

大跨度中承式钢管混凝土拱桥荷载试验研究及其结构性能评价

大跨度中承式钢管混凝土拱桥具有轻质高强、跨越能力大、施工方便、造价低等优势,近年来作为拱式体系桥梁被广泛应用于公路和城市道路建设中,由于该类桥型的构造形式和受力特点较常规桥梁复杂,因此对其静力和动力特性进行了研究,采用Midas civil软件建立了桥梁有限元模型,结合静载试验和动载试验研究,并应用加载和工况优化原则,给出了大跨度中承式钢管混凝土拱桥的结构性能评价结果,为同类桥梁的结构性能研究提供了参考。

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。

中承式钢管混凝土拱桥拱肋关键参数影响分析

为寻求钢管混凝土拱桥拱肋关键参数的合理取值,分析拱肋关键参数对钢管混凝土拱桥结构力学行为、桥梁景观和工程造价等方面的影响。以净跨径360 m中承式钢管混凝土拱桥为背景,结合既有经验,以矢跨比系数(矢跨比倒数)、拱轴系数和主管管径为单因子变量建立17个主桥有限元模型,研究恒载作用下各关键参数对主拱内力、变形和稳定性等的影响规律。结果表明:随着矢跨比系数增大(矢跨比减小),拱肋的竖向刚度减小,弦管轴力和拱脚水平推力增大,关键截面偏心距标准差呈波浪形变化,主拱稳定系数先增大后减小;上弦管拱顶处轴力对矢跨比系数的敏感性高于拱脚处,下弦管相反。随着拱轴系数的增大,关键截面偏心距标准差先减小后增大,拱肋成拱后马鞍形效应越突出;拱脚截面、L/4(L为主拱跨径)截面和拱顶截面弦管轴力对拱轴系数敏感性较高,L/8截面和3 L/8截面的较低。管径为1~1.2 m时关键截面偏心距标准差基本相同,随着主管管径增大,主拱稳定系数增大。背景桥梁矢跨比、拱轴系数和主管管径分别取1/4.0、1.55、1.2 m时可兼顾景观、受力和经济性。

中承式拱桥钢骨混凝土组合结构拱座分析

以京雄永定河大桥为背景,研究了中承式拱桥的钢骨混凝土组合结构拱座的分析方法,采用实体单元模型和二维平面有限元模型结合的方法计算该桥拱座的受力状态。经验算该桥拱座结构受力较均匀,实体模型应力结果基本符合平截面假定,大桥拱座的设计符合规范要求,验证了本桥拱座方案设计的可靠性。

激光强化改善半钢材料耐磨性的实验研究

激光强化技术是有效改变金属材料耐磨性的一种手段,对于半钢材质来说,只要选择的加工工艺参数合理,就可以获得理想的淬硬层组织。硬度测量结果表明:其耐磨性将大幅提高,这一点通过试样的磨损试验最终得以证实。

硬状态钢铁材料磨削影响层硬化的表征

显微硬度和X射线衍射线半高宽常被用来表征强化表面的静强度及其在强化表面层内的分布,然而实验结果表明,对于两种经过磨削加工的硬状态钢铁材料,磨削塑性形变虽使其表层的显微度明显提高,却使其半高宽值大幅度减小。因此, X射线衍射线的半高宽不能正确的反映硬状态钢铁材料磨削影响层的强化效果。