主跨330 m高速铁路无砟轨道混合梁斜拉桥设计

研究目的:为满足防洪及通航要求,南玉高铁百合郁江特大桥采用(36+40+64+330+64+40+36)m钢箱-混凝土混合梁斜拉桥跨越郁江。该桥为目前国内在建最大跨度的高速铁路无砟轨道钢箱-混凝土混合梁斜拉桥。本文主要基于百合郁江特大桥的设计与受力特点,通过多种评价方法,探讨在大跨度钢混斜拉桥上铺设无砟轨道适应性,为后续建造同类型无砟轨道桥梁提供理论参考。研究结论:(1)主桥采用钢箱梁与混凝土箱梁,并在钢箱梁顶板上现浇混凝土桥面板,为无砟轨道铺设创造了良好条件,并且能很好地控制后期主梁的收缩徐变变形,提高大跨桥梁对无砟轨道适应性;(2)百合郁江特大桥具有良好的静力性能和刚度条件;(3)主桥将轨道结构高度由725 mm调整为775 mm,分别为底座板和道床板预留了20 mm和30 mm的纠偏量,为后续无砟轨道分级施工和纠偏提供了基础,能更好地将施工与测量误差逐级消除,提高无砟轨道铺设精度;(4)采用多种无砟轨道适应性评价方法对主桥无砟轨道线形进行分析,结论均满足设计要求;(5)该桥的成功实施,为国内外高速铁路无砟轨道桥梁建设提供了宝贵的经验,将进一步推动高速铁路无砟轨道大跨度桥梁的技术发展。

大跨度铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响

在已建成的大跨度鳊鱼洲长江大桥原设计宽高比为6.7∶1的四线铁路桥矩形箱型主梁断面的基础上,通过调整断面宽高比,设计宽高比为4∶1的二线铁路和宽高比为9∶1的六线铁路桥矩形箱梁断面。通过节段模型风洞试验,在0°,±3°和±5°风攻角的均匀来流下,对以上3种常用二线、四线和六线铁路桥矩形箱梁断面与对应相同宽高比纯矩形断面之间的涡振特性关系,以及铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响进行研究。结果表明:在宽高比分别为4∶1和6.7∶1的矩形断面上布置铁路桥附属构件能增大断面在负风攻角下的涡振振幅,在-5°风攻角下竖向涡振振幅增大率高达277.5%,但对正风攻角下的涡振响应起到一定的抑制作用,而在宽高比为9∶1的矩形断面布置六线铁路桥附属构件则能明显增大该断面在各风攻角下的涡振振幅,其扭转涡振振幅增大率均在48.3%以上;铁路桥附属构件对矩形断面涡振性能的降低作用随着断面宽高比的增大而提升,针对气动外形较钝的二线和四线铁路桥箱梁,可参考相似宽高比矩形断面涡振特性,并重点考察箱梁在负风攻角下的涡振响应,而针对宽高比较大的六线铁路桥箱梁,由于附属构件影响较大,参考相似宽高比矩形断面涡振特性的意义较小,均应详细研究其在各风攻角下的涡振性能。

挪威贝特斯塔德大桥钢箱梁吊装施工技术

贝特斯塔德大桥为挪威新建地方公路Fv.17/720(迪雷斯塔德至马尔姆项目)的一部分,位于挪威中部斯泰恩谢尔市,跨越贝斯塔德峡湾。该桥上部结构为钢混凝土叠合梁桥,全长580m,桥宽11m,共6跨,主跨为112m×2,建成时,为中国施工企业建造的最大跨度钢箱混凝土叠合梁桥,基础采用钢管外壳钢筋混凝土斜桩,水中承台采用薄壁圆角承台,墩柱采用实心钢筋混凝土。

钢箱梁大节段整孔吊装线形控制技术

某跨海大桥部分连续钢箱梁采用大节段整孔吊装。钢箱梁大节段由小节段接长而成,在制造阶段考虑钢箱梁预拱度设置;为确保接长后钢箱梁制造误差满足要求,钢箱梁小节段出胎前进行预拼装,检查几何尺寸,并设置线形控制点;大节段组拼时通过线形控制点定位,并对焊接完成后的几何尺寸及线形进行复核。在架设阶段,建立大节段线形调整流程,将大节段调整到指定位置确定环切量;针对大节段架设存在梁端夹角的问题,利用墩顶千斤顶顶落大节段做刚体旋转调整其夹角,使得钢梁顺接。钢箱梁大节段安装成联后,高程和平面线形偏差总体均在10 mm以内,线形控制效果总体良好。

弹性阻尼支撑装置设计及性能试验

为克服两端刚接的大跨度钢箱梁桁架式纵隔板斜腹杆疲劳性能不足,提出一种弹性阻尼支撑装置(Elastic-damping Support Device, EDSD)。其主要原理是将已开裂斜腹杆局部切除后安装EDSD,通过端部铰接消除斜腹杆次内力,通过阻尼元件耗散斜腹杆在荷载作用下的伸缩变形能量,通过弹性元件控制桥面板竖向变形量,实现外载输入能量的合理分配。在大跨度斜拉桥正交异性钢箱梁运营期,经合理设计的EDSD可以有效消除其桁架式纵隔板斜腹杆端部疲劳裂损病害的发生。为探明EDSD的静力特征和滞回性能,制作了3个试件进行静动载试验研究。结果表明:(1)EDSD的刚度在静载加载时呈线性,约为206 kN/mm;而卸载时呈非线性,且刚度先大后小。卸载刚度值变化拐点出现在位移量±1.3 mm处,变化前后的刚度值分别约为508 kN/mm和90 kN/mm。(2)EDSD是一种与加载速率无关的非线性位移型阻尼支撑装置。(3)动载试验中随着位移幅值的增加,EDSD单位循环耗能以二次多项式规律不断增大,等效刚度以乘幂规律不断减小,等效阻尼比线形增大。(4)50 000个加载循环后的EDSD单位循环耗能比初始值下降了8%,等效刚度比初始值下降了8%,等效阻尼比基本保持不变。工程实践表明,研制的EDSD装置可有效增加纵隔板疲劳寿命,施工及维护便捷,桥梁全生命周期内的运维综合成本约为现有技术的70%。

大跨度公路桥梁中的钢箱梁施工技术解析

现代道路交通流量的不断增加,使公路桥梁跨度呈现出明显加大的趋势。在此环境中,如何做好大跨度桥梁施工建设,成为社会关注重点。钢箱梁具有施工占地面积小、跨越能力强等方面优势,在大跨度公路桥梁中的施工相对较为常用,能够为公路桥梁高质量建设奠定良好基础。为确保钢箱梁施工效果能够达到最佳状态,其优势能够得到全面发挥,需要对钢箱梁施工具体内容、相关技术要点等进行深度研究,进而达到最优化钢箱梁施工模式。通过对某公路桥梁实际案例的分析,对大跨度公路桥梁中钢箱梁施工具体技术展开深度探究,旨在提高钢箱梁施工技术整体水平,保证大跨度桥梁建设质量。

大跨度中承式拱桥钢箱格构梁缆索吊装施工技术研究

巫山大宁河大桥工程地势险要,施工风险高,钢箱格构梁吊装施工存在一定的技术难度。研究依托实际桥梁建设项目,对钢箱格构梁吊装关键技术进行了分析。研究结合具体施工环境,制订了本桥钢箱梁总体施工方案,即从两岸边跨向跨中吊装。针对不同位置处的节段,分别采用了边跨拱内吊装、拱内换钩吊装、扁担梁拱外吊装、合龙段单钩吊装的吊装方式。解决了吊装过程中遇到的施工场地狭窄,吊装施工难度大等工程难点,保证了工程质量和施工安全,以期为今后类似工程施工提供借鉴。

深中通道锚碇上方大节段钢箱梁吊装卸船方案比选及吊具设计

深中通道伶仃洋大桥东、西泄洪区非通航孔桥为跨径110 m的连续钢箱梁桥,有2孔钢箱梁上跨伶仃洋大桥海中锚碇。因中山大桥提前合龙,受通航限制,该区域共20片大节段钢箱梁(4片长86.1 m,重1097 t;16片长110 m,重1408 t)需由武船中山基地码头船运至中铁南方基地码头吊装卸船,转运后再由“天一号”运架一体船取梁。根据中铁南方基地码头2台2000 t龙门吊情况,进行大节段钢箱梁吊装卸船方案比选及配套吊具设计。对单钩单梁、双钩单梁、双钩双梁3种吊装卸船方案进行分析,考虑经济性和操作便利性,选择双钩双梁方案。根据吊装需要,设计4套相同的吊具(主要由扁担梁、销轴、绳轮、绳圈和卸扣等组成),110 m和86.1 m大节段钢箱梁分别设置16套和12套吊点,每根扁担梁下设4个吊耳。采用MIDAS软件建立钢箱梁及扁担梁整体模型,分析钢箱梁、吊具及连接构件的力学性能。结果表明:钢箱梁、钢箱梁吊耳及连接螺栓、扁担梁、扁担梁吊耳及销轴的受力均满足规范要求。设计的吊具已成功应用于20片大节段钢箱梁的吊装卸船施工。

大跨径变截面钢箱梁施工技术

钢箱梁桥由于其自身特性,具备自重轻、抗震性好、桥梁跨度大、运输安装方便快捷和可靠度高等特点,在桥梁现代工程中得到广泛应用。该研究以石津渠大桥为例,主要围绕钢箱梁吊装安装技术进行研究,分析吊装工艺流程及质量控制;同时也对大跨径变截面钢箱梁从厂内运输至现场的安全管理进行优化分析,从而形成在复杂交通组织环境和受限施工场地情况下,协调作业实用性强、组织效率高的施工交通组织技术方法。该文通过探究大跨度钢箱梁施工技术,有效地保证结构的安全与高质量施工,为类似结构的施工管控提供依据。

大跨径变截面钢箱梁加工技术研究

钢箱梁因其跨径大、工厂化机械制造效率高、可靠性高等优点在城市立交桥和跨线桥中被广泛采用,然而受现场施工条件、大节段运输困难和易变形等因素影响,分节段制造及精确定位拼装控制变形和减小焊接误差成为这类钢箱梁厂内加工的重点。该文结合石家庄市北片区南水北调大桥项目,对大跨径变截面钢箱梁加工技术展开研究,并研制出钢箱梁厂内加工仿真预拼装装置,有效控制梁段制作的尺寸误差,提高现场施工效率,可为类似的大跨径边界钢箱梁厂内加工拼装项目提供借鉴和参考。

快速化改建工程中大跨径钢箱梁吊装施工对既有桥梁变形的影响分析

在城市道路快速化改建工程施工过程中,经常需上跨既有桥梁、搭接既有桥梁,由于现场环境条件的限制,通常需要在既有桥梁上进行吊装作业,在此类工程施工中桥梁分段重量、吊装设备自量及起吊能力、老桥承载力经过计算及相关经验基本可以确认,但在吊装施工期间对于既有桥梁的结构变形影响,仅仅依靠简单的计算或经验来判断变形量大小、安全与否是远远不够的,吊装施工的复杂性、不确定性以及在不中断交通情况下的动荷载的不可控性,决定了每次施工对结构的影响程度是不一样的。论文以济阳路快速化改建工程1标川杨河桥段为例,在高架桥钢箱梁吊装施工中对川杨河桥原结构变形监测数据进行分析总结,为后续相关环境下的同类工程施工提供一定的参考。

吊杆索力变化对超大跨径悬索桥加劲梁弯矩影响分析

大跨度悬索桥经过长期服役后,部分吊杆索力与成桥索力易存在偏差,然而局部吊杆索力变化对整个主梁弯矩的影响不明确。以武汉阳逻大桥为研究对象,对大跨度悬索桥开展了数值分析,通过数值计算结果与实桥测试数据的对比验证了有限元模型的有效性。基于验证后的数值模型开展了参数化分析,研究了局部单根和三根吊杆索力10%、15%和20%的负偏差(小于成桥索力)对钢箱梁各梁段最大弯矩值的影响。结果表明:单根或三根吊杆索力负偏差与钢箱梁弯矩变化量线性相关;当单根吊杆索力较成桥状态存在20%的负偏差时,钢箱梁弯矩增大40%到97%;当三根吊杆索力较成桥状态同时存在20%的负偏差时,钢箱梁弯矩增大195%到445%。

大跨闭口钢箱组合梁组合桥面板有效宽度研究

为研究大跨度闭口组合钢箱梁组合桥面板的有效宽度系数变化规律,依托G1503高速公路跨吴淞江大桥建立了组合连续钢箱梁桥有限元模型,分析了不同桥梁跨度、不同箱室宽度下的跨中截面和中支点截面有效宽度系数变化规律,对比了钢桥面板和混凝土桥面板有效宽度的差异,给出了混凝土桥面板有效宽度系数建议取值。结果表明,组合桥面板的钢桥面板和混凝土桥面板横断面应力分布规律相似。钢桥面板的有效宽度与规范规定基本相等,跨中断面小约0.41%,支点断面小约4.13%;混凝土桥面板的有效宽度与规范规定差异较大,跨中断面小约3.25%,支点断面小约27.9%。组合桥面板的钢桥面板有效宽度比混凝土桥面板有效宽度大,跨中断面相差0.51%,支点断面相差5.9%,混凝土桥面板有效宽度系数可参考钢桥面板有效宽度系数折减0.9倍取值。

钢箱梁典型病害分析及其检测与维护技术研究

基于对我国钢箱梁桥的钢箱梁病害调查,总结出我国钢箱梁典型病害的类型,分析各种钢箱梁典型病害产生的机理及导致其破坏的原因,提出了钢箱梁病害的日常检测与维护技术。针对钢箱梁的涂装劣化、钢材腐蚀、结构性损伤等病害,给出了日常检测与维护的主要项目,介绍了人工目视检测、超声波检测、磁粉检测及涡流检测等主要的检测方法的工作原理、优缺点和适用范围。

钢箱梁焊接细节基于长期监测数据的疲劳可靠性评估:疲劳可靠度指标

提出基于长期监测数据的钢箱梁焊接细节疲劳可靠度的评估方法,并以润扬大桥悬索桥和斜拉桥钢箱梁顶板-U型肋焊接细节为对象开展应用研究。首先,建立疲劳损伤极限状态方程并讨论方程中各个参数的概率分布特性,在此基础上,采用最优化方法进行疲劳可靠度的求解,得到疲劳可靠度指标随服役时间增长的变化规律和日循环次数Nd的随机性对可靠度的影响。最后重点研究疲劳荷载效应增长对可靠度的影响,并据此提出对大桥日常运营管理的建议。结果表明:①将Nd作为随机变量处理是偏安全的,且Nd的随机性对斜拉桥焊接细节可靠度影响要较悬索桥更为显著;②悬索桥焊接细节的疲劳可靠度明显低于斜拉桥;③考虑疲劳荷载效应的增长会显著减小两桥焊接细节的疲劳可靠度;④为了得到钢箱梁焊接细节在服役期内的疲劳可靠度的准确评估,对其进行长期的应变监测是必要的。

车载作用下大跨度悬索桥钢箱梁受力状态的实验研究

钢箱梁结构在现代大跨度悬索桥体系中较多采用。作为最主要的组成部分之一,其在车辆荷载作用下的受力状态倍受关注。然而目前通过有限元计算还难以获得钢箱梁各细部构造的精确应力值。本文以润扬长江公路大桥南汊悬索桥为背景,介绍了该桥静动载试验中的车辆加载工况和钢箱梁测试截面应力测点的布置等。利用该桥钢箱梁实测应力结果,分析了多种车辆荷载工况下大跨度悬索桥钢箱梁的应力水平及其分布,同时进行了钢箱梁各测试截面受力状态的对比研究,在此基础上总结了大跨度悬索桥钢箱梁结构在车载作用下的受力特点。研究结论为同类钢箱梁的受力状态分析提供了参考依据。

子模型法在超大跨悬索桥钢箱梁应力分析中的应用

以国内第一大跨桥梁——润扬长江公路大桥南汊悬索桥为背景,在对大桥整体结构进行非线性有限元分析的基础上,运用子模型法计算了该桥扁平钢箱梁各关键部位的应力。与实测数据的对比表明:子模型法计算结果准确可靠,能够较真实的反映大桥钢箱梁在各种工况下的受力状态,是分析超大跨悬索桥钢箱梁应力水平及其分布的有效方法。最后分析了该桥钢箱梁的受力特点,为同类流线形扁平钢箱梁的应力分析和设计提供参考依据。

变截面连续钢箱梁桥典型施工阶段涡激振动

为探讨大跨度连续钢箱梁桥在吊装施工阶段可能遇到的风致涡激振动问题,提出有效的抑振措施,以崇启6跨变截面连续钢箱梁主桥施工过程为背景,通过1∶45全桥气弹模型风洞试验,研究了大跨度变截面连续梁桥典型施工阶段主梁的涡激振动性能,试验模拟了外加阻尼的抑振措施,并基于试验现象探讨了连续钢箱梁桥的涡激振动机理.研究结果表明:当第2跨主梁架设完成后,主梁易产生涡激振动,且不满足桥梁抗风设计规范的要求.当结构阻尼比达到1.2%时,涡激振动振幅满足规范要求;当结构阻尼比达到2.1%时,施工阶段不会产生明显的涡激振动.

大跨度中央开槽钢箱梁悬索桥颤振关键参数研究

中央开槽钢箱梁作为第三代钢箱梁,可改善结构的气动性能,提高颤振临界风速,但开槽箱梁的优化选型受多种因素影响。为全面阐述开槽箱梁的气动优化选型规律,通过风洞试验和数值方法综合研究了多个关键参数对颤振性能的影响:通过节段模型风洞试验,研究了开槽比对颤振临界风速的影响规律,并获得了多组颤振导数;采用二维颤振直接分析数值算法,研究了钢箱梁的几何参数、质量参数、频率参数和纵向遮盖率等对悬索桥颤振临界风速的影响规律。研究发现:颤振临界风速随开槽宽度增加先增大后减小,存在最优开槽比;开槽宽度增加使质量和质量惯矩增大,质量和质量惯矩的增加有利于颤振稳定性能的提高;随着扭转频率的增大颤振性能增强,竖弯频率则相反;纵向遮盖各工况也存在最优遮盖率,影响颤振的规律与中央开槽类似;颤振临界风速对各个参数的敏感度不同,敏感度从小到大依次为:质量、竖弯基频、质量惯矩、扭转频率。该研究成果可为开槽箱梁的气动选型提供参考。

铁路钢箱梁正交异性桥面加劲肋疲劳性能研究

甬江特大桥是国内首座铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥。目前国内外大部分疲劳模型试验研究都仅针对单一纵肋形式下正交异性钢桥面板的疲劳特性,不同纵肋形式下的对比研究较少。因此,结合弗拉索夫薄壁杆件理论,提出了加劲肋疲劳敏感部位面内疲劳应力的解析公式,分析了解析公式各疲劳影响因素的影响程度及作用机理,并同有限元模拟及2U+2V模型测试结果进行对比分析。研究表明:解析公式结果同有限元模拟以及试验测试结果一致,其中V型加劲肋疲劳敏感部位疲劳应力小于U型加劲肋,模型试验中U型加劲肋疲劳敏感部位出现裂纹,因此,在铁路列车荷载作用下,V型加劲肋疲劳敏感部位比U型加劲肋具有更好的抗疲劳性能。