高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥减隔震设计研究

多跨长联连续梁结构存在固定墩地震力大、延性部位震后不易恢复等问题,在高烈度震区抗震设计存在困难。为了解决高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥的抗震设计问题,以某(65.65+8×110+65.65) m单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,采用非线性时程积分方法,对单固定墩、刚构连续梁和摩擦摆支座隔震3种不同的抗震体系方案进行分析比选。研究结果表明,采用摩擦摆支座隔震体系方案优势明显,在地震作用下,与单固墩体系相比,桥墩横桥向墩底弯矩普遍减小70%以上,固定墩纵桥向墩底弯矩减小约80%;进一步通过摩擦摆隔震支座参数分析,确定了合适的支座参数,获得较好的支座变形量、墩顶剪力,减隔震效果明显。因此,在桥墩剪跨比小、下部结构刚度大的情况下,设置摩擦摆隔震支座后,可显著减小地震时下部结构的地震响应,使各个桥墩受力均匀,同时通过合理的支座设计可满足大震位移需求,并具有足够的自复位能力。

高墩大跨连续刚构桥施工全过程稳定性分析

本文以三门峡国道209上跨陇海铁路立交桥为研究对象,采用MIDAS/Civil建立裸墩、最大双悬臂和成桥合龙3种状态下的有限元模型,对主墩进行线性屈曲分析和几何非线性屈曲分析,计算出稳定性系数,探讨不同荷载工况下稳定性的影响因素。通过调整桥墩主要设计参数,对主墩进行稳定性影响参数的敏感性分析。结果表明:全桥施工及成桥状态下,墩顶施工荷载、挂篮荷载、温度效应和车道荷载对主墩的稳定性影响较大;在稳定性影响参数敏感性分析中,随壁厚和混凝土强度等级的提高,稳定性系数逐渐增大;墩高的增加会使稳定性系数逐渐降低,但降低速率会逐渐减缓;系梁数量和位置均会对稳定性产生显著影响;随主墩高差的减小,稳定性系数逐渐降低,桥梁结构荷载重分配,墩顶主梁弯矩逐渐降低。

基于荷载试验的预应力混凝土刚构桥承载能力评估

为了检测高墩大跨宽体箱梁刚构桥的桥梁承载能力及其动力特性,了解桥梁的健康状况,分析是否能满足设计及使用的要求。以凤凰特大桥为工程背景,建立有限元分析模型,通过静载试验和动载试验的结果与计算模型理论值进行对比和分析。在静载试验下,该桥的挠度校验系数为0.710~0.884,应变测点校验系数为0.603~0.800,相对残余应变和相对残余变位均小于20%。动载试验下桥梁左右两幅自振振动频率最小值为4.103 Hz,实测桥跨最大冲击系数为0.039。凤凰特大桥主桥左幅、右幅静载试验结论表明桥跨在正常使用状态下的承载能力能够满足公路-Ⅰ级汽车荷载的使用要求,动载试验结果表明,受检桥跨的实测自振特性及动力响应满足设计要求。

大跨高墩连续刚构桥0、1号块同步施工安全技术措施研究

针对当前高墩大跨连续刚构桥0号块与1号块分段悬臂施工效率低,存在安全风险大,有诸多安全隐患的问题,论文提出一种利用“三角托架+预埋钢牛腿”形式的托架进行施工,介绍该施工方式的施工流程,并针对施工过程中存在的安全隐患提出相应的安全技术措施,包括建立安全组织机构和安全制度、重视施工用电及施工设备使用安全、重视高空作业安全等,最终实现两个号块的同步施工。

强震区高墩大跨连续刚构桥轻量化设计与减震研究

为保证强震区高墩大跨连续刚构桥抗震充分安全,提出了使用轻质材料及波纹钢腹板减重的轻量化设计和在双肢薄壁墩间设置阻尼耗能装置的两种方案。采用Midas Civil建立某双肢薄壁墩大跨连续刚构桥有限元模型,选取3条人工地震波及3条常用地震波对其进行动力时程分析。同时综合对比了双肢薄壁墩顺桥向设置RC系梁、防屈曲支撑(BRB)和转动铅耗能阻尼器对其减震性能的影响。结果表明:采用波纹钢腹板箱梁和轻骨料混凝土进行轻量化设计能明显提升桥梁的抗震性能,墩顶及墩底弯矩最大降低约20%,减重设计可作为提高桥梁抗震性能的有效途径。相比于传统RC系梁,设置BRB(斜撑)和转动铅耗能阻尼器能显著降低地震作用下桥墩的受力,墩顶位移和墩底弯矩最大分别降低约15%和30%,且BRB和转动铅耗能阻尼器耗能良好。轻量化设计和减震控制可作为高墩大跨连续刚构抗震性能提升的有效措施。

洛河特大桥主桥关键施工技术研究

以洛河特大桥建设项目为依托,对高墩大跨连续刚构桥的关键施工技术开展系统研究。在项目建设中,运用了大体积混凝土温控、空心墩快速封顶、高墩边跨现浇段不配重等施工技术,相关技术成果可为同类高墩大跨连续刚构桥的施工提供借鉴。

高墩大跨度连续刚构桥结构设计——以桑龙高速公路为例

预应力混凝土连续刚构桥采用墩梁固结、梁体连续的结构形式,具有很强的顺桥向抗弯刚度以及横向抗扭刚度,能够满足大跨度桥梁的受力需求,在山区高墩情况下有很大的应用优势。文章以桑龙高速公路李家沟大桥为例,以有限元软件建立结构模型,分析高墩大跨度连续刚构桥结构特点及受力特征,系统介绍了高墩大跨连续刚构桥的总体设计及结构计算要点,可为同类型桥梁设计提供参考。

高墩大跨度连续刚构桥的动力力学特性分析思考

连续刚构桥是预应力混凝土连续梁桥中一种特殊结构型式,即是一种桥墩主墩与上部结构主梁固结的预应力混凝土连续梁桥。连续刚构桥多用于山区环境中,充分利用其跨径大、桥墩高的优点,完成对河谷、峡沟的跨越。其中,连续刚构桥的桥墩高度较大、桥墩柔性较强,且河谷、峡沟处风力往往较大,对连续刚构桥梁的动力影响较为突出。因此,连续刚构桥的动力研究分析,是连续刚构桥研究中的一个重难点。本论文为了研究高墩大跨连续刚构桥动力特性的影响,以国内某大桥为工程背景,利用有限元软件Midas Civil 2023建立主桥三维模型,从桥梁自震频率、地震反应谱、车桥耦合动力、桥墩高度、动力特性优化等方面分析该桥梁的动力特性。结果表明:○1主桥的自振频率与墩梁刚度比的变化呈正相关关系,变化速率呈先大后小的趋势;○2主桥的1阶纵向频率受主墩高度变化影响也很大,变化幅度大于50%。本论文研究结论可为高墩大跨连续刚构桥的动力分析设计提供参考和指导。

减隔震支座对高墩大跨连续刚构桥减震效果分析

为更好地降低高墩大跨连续刚构桥在强震作用下的地震响应,提高其抗震性能,以某(120+220+120)m高墩大跨连续刚构桥为工程背景,首先简述了两种常用桥梁减隔震支座(铅芯橡胶支座(LRB)和环向钢丝绳组合阻尼支座(GSQZ))构造及力学性能,然后采用非线性时程分析法研究不同减隔震支座对高墩大跨连续刚构桥抗震性能的影响。研究结果表明:两种减隔震支座对梁端及主墩处减震效果较明显,对跨中部位减震效果较弱,安装减震支座会对主墩横桥向内力减震更佳,对主墩纵向内力减震效果有限;LRB方案的减震效果相对优于GSQZ方案,但是两者在刚构桥中的减震率均不高,实际设计中应结合阻尼器使用。

强震下大跨度连续梁桥损伤分析

连续梁桥结构常因地震发生损伤甚至倒塌而失去交通作用,研究强震下大跨度连续梁桥的损伤破坏机制对提高桥梁抗倒塌性能具有重要意义.基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,考虑桥墩材料非线性、损伤过程大变形非线性以及梁端非线性碰撞,建立大跨度连续梁桥在强震作用下的损伤三维数值模型,进行非线性分析,直观模拟大跨度连续梁桥在强震作用下的损伤破坏过程,从连续梁桥的应变与位移响应、桥墩损伤和梁-台间碰撞作用等方面分析了大跨度连续梁桥的地震损伤情况.研究结果表明:单向地震动输入与双向地震动输入作用下破坏模式基本一致,破坏模式由桥梁结构本身决定,地震动输入方式影响较小;大跨度连续梁桥的地震损伤是逐渐发展的过程,桥墩混凝土损伤因子不断累积达到0.99,固定墩底部发生受弯塑性破坏,桥梁发生损伤破坏.

长周期地震下大跨RC轻柔拱桥BRB横向减震研究

为了提升长周期地震下轻柔拱桥的横向抗震性能,可在排架墩间设置屈曲约束支撑(BRB)。以某新型高墩大跨RC拱桥为研究对象,说明其结构体系的特殊之处,分析不同脉冲周期的近场地震动、远场长周期、近场无脉冲及远场普通地震动下,BRB对全桥墩柱的减震效果与损伤状态变化趋势。研究结果表明:轻柔拱桥在长周期地震动下的地震需求更高;BRB能够有效降低排架墩的变形与弯矩需求,但会在一定程度上增加设置BRB墩柱的底部剪力;在近场脉冲地震动的永久位移效应与远场长周期地震动的丰富低频分量下,应用于轻柔体系拱桥的位移相关型BRB减震效果较佳,耗能突出;而由于近场无脉冲与远场普通地震动的位移谱值始终较低,在该2类地震下会普遍出现响应放大的情况;BRB改变了排架墩的传力路径,将部分弯矩转化为连接处的剪力与轴力,同时高墩高阶振型的影响加大,导致其弯矩包络沿墩身存在突变;能有效避免未设BRB墩柱的破坏,而由于高阶振型的影响,大部分高墩截面损伤降低程度不显著;设置BRB的墩柱顶部截面损伤会降低,因立柱与拱肋的振动耦合作用,其底部截面在小震下损伤也会缓解,而过渡墩底部截面的损伤反而会增大。位移耗能型BRB在长周期地震下能有效提升轻柔体系拱桥的横向抗震性能。

杭州湾跨海铁路大桥大跨长联预应力混凝土连续梁桥设计

通苏嘉甬铁路杭州湾跨海铁路大桥海中非通航区引桥采用(60+n×80+60)m的长联预应力混凝土等高连续梁桥,长联中间设置7个柱面摩擦摆支座,且中间3个摩擦摆支座设置剪力销,剪力销的水平极限承载力为2000 kN。主梁梁高5.4 m,桥面宽13.5 m,预应力钢束采用抗拉强度标准值为1960 MPa的预应力钢绞线,公称直径15.2 mm,墩顶湿接缝位置部分钢束交叉张拉。桥墩采用现浇等截面圆端形空心墩,承台为圆形截面,基础采用ϕ1.8~ϕ2.2 m的大直径钢管打入桩。采用非线性弹簧单元模拟支座滑移,分析了支座摩阻力对梁端位移和主梁附加轴力的影响,建议支座静摩擦系数取0.03,以减小主梁附加轴力及下部结构水平力;混凝土收缩徐变引起梁端位移占比较大,应严格控制预制梁存梁时间以减小梁端位移。该桥施工采用整孔预制架设、先简支后连续的方式。

杭州湾跨海铁路大桥总体设计

新建通甬高速铁路杭州湾跨海铁路大桥为设计速度350 km/h双线高速铁路桥,全长29.2 km,全桥采用无砟轨道,包括北、中、南航道桥及海中引桥和浅滩区引桥。北航道桥为(71.85+169.5+450+169.5+71.85)m双塔双索面钢箱-钢桁组合梁斜拉桥;中航道桥为(85.4+182+2×448+182+85.4)m三塔双索面钢桁梁斜拉桥,采用中塔纵向固定、边塔纵向弹性约束的约束体系提高了结构刚度及经济性,更有利于无砟轨道平顺性;南航道桥为(71.25+154+364+154+71.25)m双塔双索面钢桁结合梁斜拉桥;海中引桥采用80 m跨长联预应力混凝土连续梁,采用多墩固定、设置减隔震结构体系以减小基础规模及梁端位移,第1联与第2联间设置1孔60 m简支梁以减小温度跨,进而减小轨道伸缩调节器规格;浅滩区引桥采用48、40 m跨预应力混凝土简支梁。针对海洋环境混凝土结构及钢结构开展耐久性设计并采用附加措施提高了结构耐久性。航道桥主梁采用大节段吊装施工,引桥主梁采用预制、架设施工,海中引桥采用钢管打入桩基础,充分体现了装配化设计、施工的理念。

近场旋转地震波对多跨高墩连续刚构桥地震易损性的影响

为研究近场旋转地震波对多跨高墩连续刚构桥易损性的影响,以某五跨高墩连续刚构桥工程实例为研究对象,首先基于改进云图法,从太平洋地震工程研究中心强震数据库中选取100条近场平动地震波,并采用频域法合成旋转地震波;然后,选取桥梁设计参数随机变量,采用拉丁超立方法抽取100个样本点并随机组合后,采用OpenSees建立100个全桥有限元模型,开展近场平动地震波和近场平动+旋转地震波作用下的动力非线性分析,获得高墩关键截面曲率响应最大值;最后以截面曲率临界值为损伤指标,研究适用于近场平动+旋转地震波作用下易损性分析的地震强度指标,并开展地震易损性分析。研究结果表明:地震动强度指标PGD和Sd max最适用于近场平动+旋转地震波作用下多跨高墩连续刚构桥易损性分析;近场旋转地震波显著增大了多跨高墩连续刚构桥的损伤概率,忽略旋转地震波的影响将严重低估多跨高墩连续刚构桥的损伤概率,并且采用截面曲率作为损伤指标无法较好地反映扭转分量地震波引起的损伤。该项目研究成果对更为全面了解多跨高墩连续刚构桥桥梁的抗震性能、完善桥梁抗震设计及加固理论具有重要意义。

高墩大跨连续梁桥内力位移双控减隔震体系的有效性初探

为解决高墩大跨连续梁桥减隔震设计中存在墩底内力与梁端位移矛盾的问题,基于撑架连续梁结构特点和耗能减震思想提出了一种摩擦摆支座和撑架相结合的墩底内力、梁端位移双控的减隔震体系。推导了撑架结构等效阻尼比的计算公式,对比研究了4种减隔震方案的地震响应,验证了摩擦摆和撑架组合使用的优越性,并对撑架结构进行了参数分析,还分析了附加撑架结构在静力方面的优势。结果表明:在撑架等效阻尼比为9%时,静力方面连续梁支点负弯矩减小27%;动力方面墩底弯矩最大减震率为79%,墩底剪力最大减震率为83%,梁端位移最大减震率为50%。说明摩擦摆支座和撑架的组合使用,可实现墩底截面内力和梁端位移的有效控制,降低大跨连续梁的静力和动力响应。

考虑活动支座摩阻的大跨连续梁桥上梁轨相互作用研究

为探究活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路梁-轨相互作用的影响,基于梁-轨相互作用及有限元理论,将活动支座摩阻等效为非线性弹簧,建立可考虑活动支座摩阻的连续梁桥上无缝线路空间耦合模型,对考虑活动支座摩阻前、后的钢轨及桥墩结构受力变形展开对比分析。结果表明,活动支座摩阻增强了连续梁与无缝线路的纵向约束,当活动支座摩阻率从0增大至0.06时,温度作用下,连续梁桥上钢轨纵向力及梁轨相对位移峰值分别减小了24.32%和29.89%,连续梁桥固定墩纵向力增加了2.44倍;制动荷载作用下,钢轨制动力、梁轨相对位移及连续梁桥固定墩纵向力分别减小了53.51%、56.94%和41.63%;断轨工况下,部分断轨力通过活动支座摩阻传递给非固定墩,连续梁桥固定墩纵向力减小了60.64%,钢轨断缝值减小了3.3%;活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩纵向力影响较大,建议在大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩设计中考虑活动支座摩阻的影响。

山岭重丘区波形钢腹板PC桥高墩超长边跨直线段施工技术

基于湖北省保康至神农架高速公路箱梁施工工程,对波形钢腹板PC桥超长边跨直线段施工工艺进行创新。该方法主要包括四个步骤,分别为:托架安装、首段边跨现浇施工、波形钢腹板预合龙和剩余边跨直线段浇筑。托架安装包括将边跨直线段划分为两个施工段,两侧对称预埋安装托架并加载预压以作为第一个施工段的支撑平台;首段边跨现浇施工包括安装波形钢腹板并浇筑设定长度的边跨现浇段;波形钢腹板预合龙包括安装边跨合龙段波形钢腹板,使其与两侧的波形钢腹板相连接而形成边跨通道;该通道能够支撑挂篮移动,待其移动锚固到位后进行钢筋及预应力施工,浇筑剩余边跨直线段。该施工工艺可有效解决传统大托架等制成方式中耗工、耗材、安全性较低的问题。

大跨Y型墩连续刚构桥设计

安庆市勇进路大桥的主桥是采用跨径组合81 m+148 m+81 m=310 m的三跨变高度连续刚构桥,大桥整体线形呈平面“S弯”,达到“直曲有度,相得益彰”效果,主墩采用Y型墩造型,通过对大桥的总体设计、对主桥的主梁、主墩等结构设计与计算,可以达到在满足通航净空的前提下,有效减小主跨跨径、降低主墩处梁高、改善墩底截面受力,又能使整体造型典雅优美,使之能融入宽广湖面而具有自然意境,可为类似桥梁的设计提供相关经验和参考。

超长联高墩大跨矮塔斜拉桥主梁抗震性能研究

为深入了解高墩大跨矮塔斜拉桥主梁的地震响应规律,探讨高墩P-Δ效应与行波效应对主梁地震响应的影响,以某高墩5跨矮塔斜拉桥为例,建立有限元静、动力分析模型,对比分析在地震激励下和活载作用下主梁的动力响应情况,并在此基础上,通过改变墩高,对比分析不同P-Δ效应对主梁地震响应的规律,最后引入行波效应,分析其对主梁地震动响应的影响。结果表明:1)地震作用对大跨高墩桥梁的影响明显大于活载效应;2)当P-Δ效应使结构基本周期变化超过2%,且变化位于地震波位移谱剧烈增长阶段或卓越周期内时,设计中须考虑P-Δ效应的影响;3)行波效应会显著增大主梁的竖向位移和弯矩,且视波速越小影响越大。

高墩大跨度连续梁0号块支撑技术研究

本文对高墩大跨度连续梁0号块支撑技术进行了研究。分析了现有的支撑技术采取焊接将托架与桥墩连接技术存在的缺陷,并提出了一种新型的螺栓连接技术。该技术利用了高强螺栓强大的抗拉能力和安装简易、快速的优势,通过合理的构造设计和精密的计算分析,达到了可靠的支撑效果和安全稳定性。本项目的实际使用验证了该技术的有效性,并对其进行了经济性分析。结果表明,该技术具有良好的支撑效果和经济性,可以为高墩大跨度连续梁0号块的施工提供有效的支撑技术。