南玉高铁六景郁江特大桥主桥方案研究

为满足通航要求,南玉高铁六景郁江特大桥采用主跨320 m桥梁结构,需深入研究主桥方案。通过对比分析方法,研究桥位和桥式方案;针对推荐方案,研究钢-混部分斜拉桥结构体系、桥梁约束体系、辅助墩的设置、边中跨跨度比、主梁梁高、钢-混结合段设置位置、桥塔对主梁刚度的影响等设计关键问题;按确定的相关参数进行结构设计,开展列车、轨道及桥梁动力仿真分析。研究表明:主桥采用(40.75+109+320+109+40.75) m钢-混部分斜拉桥结构,结构体系采用左塔设固定支座的半漂浮体系;边跨设置1个辅助墩,边中跨比采用0.47,支点梁高按14.5 m,跨中梁高按6.0 m,上塔桥面以上有效塔高按55 m设计;该结构具有优良的动力性能。

深汕铁路特殊结构桥梁设计

深汕铁路建设标准高,地形、地质条件复杂,沿线分布较多道路、河流,桥梁建设条件复杂。文章以深圳水库特大桥高低塔部分斜拉桥和跨厦深铁路特大桥钢-混组合梁2座特殊结构桥梁为例,结合工点实际情况,介绍特殊结构桥梁桥式方案、结构设计、受力分析、指导性施工组织设计,可为复杂建设条件下高速铁路桥梁建设提供借鉴和参考。结论可知:(1)部分斜拉桥结构刚度大、动力特性优、跨越能力强,斜拉索加劲可有效控制混凝土结构的徐变变形,边跨受地形条件限制较小时,可因地制宜选用高低塔方案,高低塔部分斜拉桥可根据具体情况,选择塔-墩-梁固结,既可以增大结构刚度,也可以避免设置超大吨位支座;(2)跨越既有高速铁路,可考虑采用钢盖梁门式墩配合钢-混组合梁,钢盖梁吊装就位,组合梁拼装后横向顶推就位,有效减少对既有高速铁路的影响;(3)门式墩结构主梁采用钢-混组合梁代替预应力混凝土梁,可以显著减少梁部重量,改善门式墩受力,加大门式墩跨度。

竖向偏心部分填充混凝土圆形钢桥墩的抗震性能

目的探析竖向偏心受压部分填充混凝土圆形钢桥墩柱在横桥方向往复荷载作用下的抗震性能.方法以城市高架桥倒L型桥墩为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS建立了该类钢桥墩的有限元分析简化模型,根据计算得出的力与位移(H-δ)滞回曲线结果,对其在竖向偏心荷载及横桥方向往复荷载作用下的柱两侧水平承载力及无偏心和偏心桥墩柱之间的承载力关系进行了研究.钢桥墩柱的长细比参数取0.2、0.3和0.4,钢管部分截面径厚比参数取0.07、0.08和0.09,竖向荷载的偏心率e则取0、0.1、0.15和0.2.结果部分填充混凝土钢桥墩在偏心一侧的水平承载力降低,相反在另一侧的水平承载力则得到增强,呈明显的不对称性,且随着偏心率的增加,抗震性能降低.拟合得出一个关于无偏心受压钢桥墩柱与偏心受压钢桥墩柱之间H-δ滞回曲线关系的经验公式.结论经验公式计算得出的骨架曲线和滞回曲线与有限元分析直接得到的骨架曲线和滞回曲线结果无论在弹性阶段还是在塑性阶段吻合性均较好,经验公式的有效性得到验证,该公式将为偏心受压部分填充混凝土圆形钢桥墩横桥方向的抗震性能设计提供理论依据.

内填部分混凝土箱形截面钢桥墩的延性影响参数

为了研究内填部分混凝土箱形截面钢桥墩在恒定竖向荷载与柱顶水平往复荷载作用下的延性性能,建立三维弹塑性有限元模型,通过比较模拟结果与试验结果的水平荷载-水平位移滞回曲线和破坏模态,确定了所采用有限元分析方法的准确性与有效性.以翼缘宽厚比、柱长细比、混凝土填充率和柱轴压比为变化参数,建立56个三维弹塑性有限元分析模型,归纳总结了钢桥墩可能出现的各破坏模态:对于纯钢桥墩,局部屈曲发生在试件底部;对于内填部分混凝土钢桥墩,当混凝土填充率较小时,局部屈曲通常发生在内填混凝土上部钢板处;随着混凝土填充率的增大,局部屈曲出现在试件底部附近.最后分析上述4个参数对钢桥墩极限承载力和延性性能的影响规律.

部分填充混凝土薄壁带肋箱型钢桥墩拟动力试验

为研究部分填充混凝土的薄壁带肋箱型截面钢桥墩在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力性能,制作3根试件,分别不填充混凝土、底部填充20%及40%桥墩高度混凝土,通过MTS伺服加载系统进行此类试件的拟动力试验。试验采用日本阪神地震的JRT-NS波,得到不同工况下试件的位移时程曲线、荷载-位移滞回曲线和累积滞回耗能时程曲线。结果表明:多遇地震作用下,试件均处于弹性工作状态;罕遇地震作用下,底部填充混凝土的钢桥墩处于弹塑性状态,没有明显的破坏现象,表现出良好的抗震性能;对于试验采用的钢桥墩试件,随着底部塑性铰区域混凝土填充率的增加,管内混凝土对外围薄壁钢管发生局部屈曲的约束作用逐渐增大,桥墩的结构刚度、水平承载能力、最大响应位移、残留位移、耗能能力等抗震性能指标都随之得到显著改善。

内填部分混凝土箱形截面钢桥墩的滞回性能研究

首先,利用试验方法对内填部分混凝土箱形截面钢桥墩在承受水平反复荷载作用下的滞回性能进行研究,探讨翼缘宽厚比参数和混凝土填充率对钢桥墩滞回性能的影响。然后,采用弹塑性有限元分析方法,对试验结果进行数值模拟。研究结果表明,钢桥墩的延性随着翼缘宽厚比的减小和混凝土填充率的提高而得到显著提高。由数值模拟得到的试件的滞回曲线、钢板局部屈曲模态等,与试验结果吻合较好。

偏心受压部分填充混凝土圆形钢桥墩横桥方向作用下拟静力试验

目的研究偏心受压及横桥方向往复荷载作用下部分填充混凝土圆形钢桥墩的力学性能.方法在径厚比、长细比等参数相同的条件下,竖向偏心荷载的偏心率为0.1和0.2时,对4个圆形截面部分填充混凝土钢桥墩试件进行试验.分析偏心受压及横桥向荷载作用下部分填充混凝土钢桥墩柱试件试验结果.结果竖向偏心荷载的存在改变了试件的受力性能.当试件的径厚比、长细比参数相同时,偏心率对钢管柱的承载能力影响比较明显.偏心率越大,桥墩的初始水平位移也随着增加.而偏心荷载的存在使得试件在偏心侧的承载力降低了7%~15%,另一侧加强了10%~18%,且偏心率越大,该现象越明显.结论内填混凝土对钢桥墩柱试件的承载力和延性性能有很好地补强效果;而竖向偏心荷载的存在使得试件在偏心侧的承载力降低,另一侧加强.

往复荷载作用下部分填充混凝土箱形截面钢桥墩的破坏模式

为研究部分填充混凝土箱形截面钢桥墩在水平往复荷载作用下的破坏模式,通过建立弹塑性有限元分析模型并采用Ge模型非局部损伤法预测试件的超低周疲劳裂纹萌生寿命和局部屈曲寿命。在三种不同水平往复加载形式下,研究翼缘正则化宽厚比、试件正则化长细比和轴压比等参数对试件超低周疲劳裂纹萌生寿命和局部屈曲寿命的影响,并基于参数化分析结果,拟合了该类桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命和局部屈曲寿命预测公式,提出了确定该类钢桥墩破坏模式的方法。研究结果表明,当翼缘正则化宽厚比较小时,破坏模式以超低周疲劳破坏为主;当翼缘正则化宽厚比较大时,破坏模式以局部屈曲为主。只有同时考虑钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命和局部屈曲寿命,才能准确确定钢桥墩的实际破坏模式。研究成果可为该类钢桥墩的延性设计提供理论依据。

部分填充混凝土箱形截面钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

为研究部分填充混凝土箱形截面钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命,通过与既有试验结果对比,确定所采用的钢材混合强化模型和混凝土损伤塑性模型的准确性,并且验证了Ge模型(基于塑性应变幅的累积损伤模型)非局部法在预测部分填充混凝土钢桥墩超低周疲劳寿命时的有效性。针对50%填充率的部分填充混凝土钢桥墩试件,利用Ge模型的非局部法,在3种不同加载形式的往复荷载作用下,研究翼缘宽厚比、正则化长细比等参数对超低周疲劳裂纹萌生寿命的影响,并基于参数化分析结果,拟合了预测该类钢桥墩超低周疲劳寿命的计算式。结果表明:钢材的混合强化模型和混凝土的损伤塑性模型能准确预测部分填充混凝土钢桥墩的滞回性能;Ge模型中的非局部法同样适用于部分填充混凝土钢桥墩的裂纹萌生寿命预测,基于参数化分析结果,提出了预测部分填充混凝土钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命的经验式。

均匀锈蚀下部分填充混凝土箱形截面钢桥墩的延性性能

研究了部分填充混凝土箱形截面钢桥墩均匀锈蚀后的延性性能退化规律。首先提出引入锈蚀率参数后的空心方钢管短柱的极限压应变公式,然后采用ABAQUS软件建立钢桥墩的三维弹塑性有限元分析模型,通过与已有试验结果的比较,验证有限元分析模型的正确性,考察水平荷载-水平位移骨架曲线、极限承载力以及延性比等与锈蚀率的变化关系。最后建立了二维梁单元模型,通过与三维模型计算结果的比较,验证二维模型修正系数在均匀锈蚀情况下的适用性。研究结果表明:随着锈蚀率的增加,钢桥墩的极限承载力和延性比均出现下降,其中翼缘宽厚比较小的钢桥墩延性比随锈蚀率的增加而显著下降。通过对钢管短柱的极限压应变计算式进行修正后得到的二维梁单元模型计算结果与三维模型计算结果吻合较好,有望为钢桥墩的工程设计提供快速高效的计算手段。

水平往复荷载作用下部分填充混凝土圆形钢桥墩柱的力学性能

为了探明部分填充混凝土圆形钢桥墩破坏机理和抗震性能,对部分填充混凝土圆形钢桥墩柱在轴力和水平往复荷载作用下的弹塑性力学性能进行了试验和数值分析。在长细比、径厚比参数相同的条件下,制作了2组共8根桥墩柱试件,考察混凝土填充高度对该类桥墩柱最大承载力、延性等抗震性能的影响。同时,为了进一步讨论试件应力分布及变形破坏情况,对8根试验试件采用非线性有限元软件ABAQUS进行了数值分析。结果表明:与空钢管桥墩柱相比,部分填充混凝土圆形钢桥墩柱具有良好的抗震性能;随着混凝土填充率ξ的增加,该类桥墩柱的最大承载力和延性均有显著提高;对于SC34-66系列4个试件,ξ达到0.28后,持续增加混凝土的填充率,虽然能提高试件的承载力,但延性下降;结构破坏时钢管根部出现了应力集中现象,混凝土等效塑性应变分布范围较大,表明钢管与混凝土共同有效地抵御了外荷载作用。

带有横隔板补强的部分填充圆形钢管混凝土桥墩柱抗震性能研究

对8根带有横隔板补强的部分填充圆形钢管混凝土桥墩柱在轴力恒定,水平往复荷载作用下的力学性能进行了试验研究。分析了混凝土填充高度、桥墩长细比和径厚比等参数对该类桥墩承载力、延性、累积耗能等抗震性能的影响。试验结果表明:横隔板的添加改善了钢管与混凝土共同工作状态,混凝土填充率是影响该类桥墩破坏形态及抗震性能的主要因素。混凝土填充率过低,钢管会在填充混凝土的上方发生局部失稳破坏;当混凝土填充率达到0.33时,试件将在根部破坏,表现出良好的抗震性能。另外,桥墩的长细比和径厚比也是影响该类桥墩破坏及抗震性能的重要因素。

部分充填钢管混凝土桥墩振动台试验

为了完善部分充填圆形钢管混凝土桥墩的抗震设计理论及其工程应用,对2座采用此类桥墩的两跨高架桥缩尺模型(相似比为1∶6.7)进行了强地震动输入下的破坏性振动台试验,研究无偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩和有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩的破坏机理和地震响应。研究发现无偏心桥墩在墩底附近产生了均匀的钢管局部屈曲变形和明显的水平裂缝,而有偏心桥墩并没有产生水平裂缝,所以无偏心桥墩的纵桥向墩顶位移远大于有偏心桥墩。同时,受横桥向恒载偏心的影响,有偏心桥墩的墩顶横桥向位移和墩底局部屈曲变形主要集中在靠近中轴线的一侧,塑性发展区域也大于无偏心桥墩,这使得其墩顶横桥向最大位移大于无偏心桥墩。不过,由于有偏心桥墩并未发生开裂,所以其横桥向残余位移与无偏心桥墩相差不大,均在3 cm左右,验证了有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩若经过合理的截面设计,其抗震性能也能满足既定的要求。此外,恒载偏心使得有偏心桥墩在横桥向两侧所耗散的能量不相等,可能会导致其横桥向两侧的累积塑性变形存在差异,不利于其优越的抗震性能和耗能能力的充分发挥。因此在设计有偏心部分充填圆形钢管混凝土桥墩时,需要合理选取混凝土充填高度和径厚比等结构参数,减少恒载偏心对其抗震性能的不利影响。

竖向偏心部分填充混凝土圆形钢桥墩顺桥方向抗震性能

为了在城市复杂的交通工程中广泛应用部分填充混凝土钢桥墩,探明竖向偏心荷载作用下该类桥墩的抗震性能,以城市高架桥倒L形部分填充混凝土圆形钢桥墩为对象,采用试验与有限元分析方法,探究设计参数长细比、径厚比和竖向荷载偏心率对该类桥墩在顺桥方向力学性能的影响。首先,对以往4个竖向偏心荷载部分填充混凝土圆形钢桥墩柱试验试件进行有限元建模,通过有限元与试验结果对比分析,验证有限元模型单元选取、划分、接触和边界条件的合理性。然后,改变桥墩径厚比Rt、长细比λ及竖向荷载偏心率e/L,设计30个部分填充混凝土圆形钢桥墩进行非线性有限元分析。结果表明:在其他参数不变的情况下,随着λ从0.25增加到0.35,桥墩的最大承载力和延性均降低;随着Rt从0.06增加到0.12,桥墩的最大承载力缓慢增加,延性逐渐减小;随着e/L的增大,桥墩的最大承载力、延性均降低,抗震性能差;当e/L从0增加到0.2时,桥墩最大承载力、延性分别下降了约24%和50%;研究结果为部分填充混凝土钢桥墩在复杂荷载情况下的工程应用奠定了理论基础。