超宽箱梁多桁片组合挂篮施工技术研究

该施工技术采用前上横梁、后上横梁将4片三角式主桁架主纵梁连接成整体形成多桁片组合挂篮。组合式挂篮的多片纵梁能有效地分配悬浇混凝土荷载,能避免由于梁段过重导致的主纵梁局部失稳现象,降低已浇节段混凝土的拉压应力(锚点抗拉反力和中支点承压力)。且梁段浇筑时,底模平台的底纵梁共同受力,协调变形,能有效防止挂篮前面发生扭转失稳,提高整体横向稳定性。多桁片组合挂篮总重约177 t,占最大节段重量的39.3%,具有自重轻,刚度大、变形小,结构简单,受力明确等特点,能有效解决超宽截面梁段在挂篮悬臂施工时的应力分布和挠度变形问题。由于使用通用设备,具有较好的参考意义。

钢桁梁斜拉桥横向结构体系设计

中山某特大桥主桥桥跨布置为(136+312+880+312+136)m,桥梁全长1776 m,为双塔钢桁梁斜拉桥。主梁采用双主桁+板桁结合结构。主桁桁宽42.2 m,是目前国内跨径最大、桥面最宽的双层公路钢桁梁斜拉桥。横向结构体系占比大,本桥的横向结构体系设计显得尤为重要。设计对横梁体系和纵横梁体系进行了研究,采用有限元软件ANSYS建立钢桁梁局部模型,对两种结构体系的竖向刚度、桥面板应力、U肋应力进行了对比分析,分析结果表明两种结构体系均满足要求。同时,借鉴同类钢桁梁斜拉桥的成熟经验,对两种横向结构体系的经济性进行比选分析,在节间距为12.8 m的情况下,经济性相当,节间距增大至14 m时,纵横梁体系经济性更具优势。由于边跨采用混凝土桥面板进行压重时,纵横梁体系中的主横梁受力较大,需要增大梁高,考虑到全桥景观效果的一致性,本桥横向结构体系采用横梁体系更优。

高速铁路大跨度钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥稳定性研究

为研究高速铁路大跨度钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定性,依托主跨300 m深茂铁路虎跳门水道特大桥,采用有限元软件ANSYS建立以梁单元为主的空间杆系有限元模型,对铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥开展线弹性稳定分析,并进行考虑几何初始变形及材料弹塑性的非线性稳定性分析。结果表明:在弹性稳定分析下,该桥梁的一阶失稳形式为主梁整体纵飘及塔纵弯失稳,二~四阶均为桥塔处的主梁下弦杆首先出现横向偏位而局部失稳;在运营阶段弹性稳定系数最小为7.639,第二、三阶和第四、五阶稳定系数分别相同且失稳形式为对称失稳;考虑最大几何初始变形(k=L/1 000)后,一阶稳定系数减小6.39%;考虑非线性因素影响后稳定系数降低明显,仅考虑几何非线性因素的影响后一阶、二阶和四阶稳定系数分别降低11.23%、9.01%和10.13%,而考虑几何及材料双重非线性因素影响后,一阶、二阶和四阶稳定系数分别降低67.78%、60.63%和52.56%,表明材料非线性对铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定系数影响更为显著;考虑最大几何初始变形(k=L/1 000)以及双重非线性因素影响后,铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定系数为1.985,大于规范1.7的要求。

考虑弦杆约束的新型板桁加劲梁扭转变形计算方法

针对某拟建千米级跨度高速铁路悬索桥所采用的新型板桁加劲梁,依据剪切刚度等效原则,构建闭口薄壁箱形梁连续化等效模型;基于截面刚性周边假定,考虑弦杆纵向约束作用,建立连续化等效模型的扭转平衡微分方程,推导得到扭转角解析公式。构建悬索桥连续化等效单梁有限元模型,推导悬索桥加劲梁扭转角解析式。通过算例验证该解析公式计算所得加劲梁扭转角与空间精细化有限元计算结果吻合良好,弦杆纵向约束作用对新型板桁加劲梁扭转变形影响不可忽略。研究结果表明:相比于空间精细化有限元模型,连续化等效单梁模型计算所得悬索桥加劲梁挠度和扭转角最大相对误差分别为1.8%和14.7%,依据解析式计算所得相对误差分别为7.1%和6.3%;对于悬索桥加劲梁扭转刚度初步设计,上述2种方法的精度误差均在可接受范围内,且计算效率大幅提高,具有较好的适用性。

板桁结合悬索加劲钢桁梁桥特殊节点受力行为

为了研究板桁结合悬索加劲连续钢桁梁桥加劲弦与上弦杆连接部位特殊节点的静力受力行为,依托重庆曾家岩嘉陵江大桥建立了全桥三维多尺度有限元模型,并通过缩尺模型试验对有限元分析结果进行验证,对特殊节点在最不利荷载组合作用下的受力状况进行了研究。研究结果表明:特殊节点中加劲弦与上弦杆交界处附近应力较大,且应力分布较复杂,为重点关注部位;特殊节点总体Von Mises应力在198.0 MPa以内,特殊节点各杆件Von Mises应力均小于钢材的强度设计值,结构具有足够的安全储备;正交异性桥面系参与主梁竖向弯曲受力,上层桥面系传递的内力约占纵桥向、横桥向上合力的34%和33%;荷载由跨中向支点经过特殊节点的传递,钢桥面板、上弦杆、竖腹杆以及斜腹杆承担的力逐渐传递给了加劲弦,引入加劲弦来提高梁高,抵抗主梁截面的竖向弯矩。有限元分析结果验证了重庆曾家岩嘉陵江大桥特殊节点的可靠性,也为类似节点的研究与设计提供参考。

杭州市彭埠大桥主桥钢梁设计

杭州市彭埠大桥主桥为(73.4+122+4×240+122+73.4)m公轨两用多跨悬链形上加劲钢桁梁桥,采用双层桥面布置,上层通行双向8车道公路,下层通行双线地铁与两侧各5.5 m宽的慢行系统。主桥钢梁横向采用2片主桁,桁宽36.8 m,桁高12 m,节间长10、12 m,主桁钢梁节点为全焊接整体节点,采用两节间半桁片结构设计及拼装方案;上、下层桥面均采用正交异性钢桥面板,竖撑杆位置与上层公路桥面纵梁及下层轨道桥面边纵梁位置对应;为改善上、下层横梁受力,钢梁所有节点处均设置横向联结系;钢梁设置悬链形上加劲弦杆,杆件全高从1.2 m渐变为2.8 m。钢梁采用先架设平弦部分钢桁梁,再施工上加劲系统的总体顺序,平弦部分钢桁梁架设采取双向顶推施工。施工过程中钢梁最大顶推重量为22000 t,最大顶推长度为565 m,最大悬臂长度为80 m。采用MIDAS Civil软件对该桥运营阶段及施工阶段进行受力验算,结果表明该桥结构刚度较大,运营阶段及施工阶段钢梁受力满足规范要求。

板桁梁抗扭惯性矩的计算方法

抗扭惯性矩是考察大跨度板桁梁受力性能的重要参数,但板桁梁精细化的有限元建模分析较复杂,结构模型试验成本较高,简洁可靠的计算分析方法是更好的选择。首先,针对桁架结构,基于剪切刚度相等原则,提出了考虑弦杆框架效应的桁架等效板厚度的解析表达式。其次,考虑桥面板与U肋在水平方向剪切变形的一致性,改进了正交异性板的等效板厚度的计算公式,给出了板桁梁扭转惯性矩的解析公式。最后,以实际板桁梁为例,采用精细化的有限元模型验证了该文计算方法的正确性。结果表明,提出的板桁梁抗扭惯性矩的计算方法具有较高的精度。

板桁结合梁剪滞效应分析的有限段法

提出一种板桁结合梁剪滞效应分析的有限段单元模型 ,避免了常规计算方法中的某些不足。利用势能驻值原理和“对号入座”法则建立了单元刚度矩阵 ,对芜湖长江大桥斜拉桥部分进行了实桥分析 。

重庆东水门长江大桥设计关键技术

重庆东水门长江大桥主桥为双塔单索面公轨两用半飘浮体系部分斜拉桥,跨径布置为(222.5+445+190.5)m。桥塔采用天梭造型。主梁采用2片桁双层桥面钢桁梁型式,桥面采用板桁组合体系。斜拉索采用单索面稀索体系,每根斜拉索由139束平行钢绞线组成,最大索力15 000kN。索梁锚固采用在钢横梁中点位置设置大型钢锚箱的型式;索塔锚固采用外置式钢锚箱型式,钢锚箱通过剪力钉与分离式塔肢进行连接,索力由剪力钉、锚箱侧拉板和摩擦力共同承担。开发了用于超大吨位钢绞线斜拉索整体张拉的调索设备。开展板桁组合式桥面板的传力机理理论及试验、超大吨位钢绞线斜拉索的疲劳试验、索塔锚固区足尺模型试验等相关研究,验证了结构的安全性和合理性。

四渡河大桥钢桁梁节点板局部应力分析

四渡河大桥主桥为单跨900 m双铰钢桁梁悬索桥。主桥加劲钢桁梁的节点板处构造及受力均较复杂,采用通用有限元软件对代表性的节点板处局部应力进行空间分析,为设计提供了参考。

板桁组合钢梁的非线性有限元分析

对板桁组合钢梁进行非线性有限元分析。用有限个横向条带法构造了板桁组合结构极段考虑局部屈曲的空间位移模式。基于三维连续体的虚功增量方程，导出了横向条带板段单元U．L列式，用空间欧拉坐标变换考虑其位形变化，用截面塑性系数来考虑其材料非线性。应用所编程序，对广东西江桥原板行组合结构模型梁进行了非线性分析，并对其计算结果进行了一些试验验证。

毕都北盘江大桥钢桁梁设计关键技术

毕都北盘江大桥为主跨720m的双塔七跨钢桁梁斜拉桥,主梁采用钢桁梁与正交异性板组合的结构体系。结合山区特殊建设条件,钢桁梁选用正交异性钢桥面板参与受力的板桁组合结构体系;计算分析采用了空间板壳-杆系有限元分析方法,自动考虑正交异性钢桥面板的有效分布宽度;钢桁梁及桥面板的制造、运输和架设采用"化整为零、集零为整"的方式,并首次提出正交异性钢桥面板横梁支撑体系;上横梁和次横梁的腹板及下翼缘板与主桁之间采用高强度螺栓连接、桥面板全熔透对接焊的栓焊混连;钢桁梁施工因地制宜采用边跨顶推、中跨桥面吊机悬臂拼装的架设方案,解决了山区特大跨径钢桁梁斜拉桥施工难题。

芜湖长江公铁大桥主桥钢梁架设方案

新建商合杭铁路芜湖长江公铁大桥主桥为(99.3+238+588+224+85.3)m的钢箱板桁结合梁斜拉桥,主梁上层为板桁结合,下层为钢箱结合钢桁梁。该桥钢梁划分为89个铁路面梁段单元和94个公路面梁段单元,采用分段吊装施工,钢梁架设采用"浮吊辅助架设墩顶节段+桥面架梁吊机悬臂架设"的总体方案,设中跨合龙口。首先利用浮吊起吊,采用支架法架设2号和3号桥塔墩墩顶的3个钢梁节段,然后在公路桥面上各安装2台桥面架梁吊机进行双悬臂架设,悬臂架设至辅助墩前方时,利用浮吊起吊安装辅助墩墩顶钢梁节段;当悬臂架设至边墩前方时,采用"浮吊+支架"辅助桥面架梁吊机悬臂架设边墩墩顶钢梁节段;最后利用2号墩侧架梁吊机提升中跨合龙段进行中跨合龙。

三主桁斜拉桥桥面板剪力滞效应研究

三主桁斜拉桥公路桥面板支撑在钢桁梁上直接承受汽车荷载,桥面板中存在剪力滞后现象.采用了空间有限元模型对三主桁斜拉桥板桁组合结构的混凝土和钢正交异性桥面板的剪力滞后情况进行了分析,计算结果表明,板桁结合梁桥面板中存在较明显剪力滞后效应,尤其在最内索锚固截面和中间支座截面附近纵向应力的横向分布更不均匀,其纵向应力不均匀系数ξ为2.54-3.07之间,因此设计时对这些部位必须予以充分考虑.

斜风下板桁结合加劲梁静气动力系数试验研究

以岳阳洞庭湖二桥为工程依托,采用风洞试验方法分别对板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态横桥向三分力系数及顺桥向阻力系数随风攻角、风偏角的变化进行了试验研究,比较了不同长度补偿段模型对试验结果的影响,基于试验结果拟合了板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态顺桥向阻力系数随风偏角变化表达式.结果表明:进行斜风作用下板桁结合加劲梁顺桥向气动力测试时,当补偿段模型长度约为测力模型长度的30%左右时基本可以满足精度要求;板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态顺桥向阻力系数均随风偏角的增加而先增大后减小,当风偏角约为50°~55°时达到最大;板桁结合加劲梁横桥向阻力系数随风偏角的增大而先增大后减小,当风偏角为5°~10°时达到最大,约为风偏角为0°时阻力系数的1.05倍.

悬索桥板桁结合型加劲梁剪力滞计算的简化方法

针对采用板壳有限元方法计算悬索桥板桁结合型加劲梁桥面系剪力滞的建模工作量巨大、效率低下的情况,根据该类结构剪力滞的特性,研究其简化计算方法。该方法采用换算梁法将板桁结合桥面系桁梁换算为连续薄壁梁;建立能够考虑剪切变形影响的单主梁悬索桥有限元模型;以变分法为基础,将考虑了结构几何非线性影响的加载影响区间作为等效简支梁的跨度,将作用于该区间的活载、吊索力和支座反力作为荷载;根据叠加原理进行组合荷载作用下的剪力滞求解。以拟修建的某铁路悬索桥为例,采用ANSYS建立全桥板壳有限元模型与简化方法进行对比分析,结果表明简化方法具有较高的计算精度。

铜陵公铁两用长江大桥主桥钢梁设计

铜陵公铁两用长江大桥主桥为(90+240+630+240+90)m五跨连续钢桁梁斜拉桥,上层布置6车道高速公路,下层布置4线铁路。该桥采用飘浮体系,在主梁和桥塔间设置阻尼装置;主梁采用板桁结合钢桁梁,3片主桁,N形桁架,单片主桁杆件的最大杆力为62 500kN;主桁采用全焊接桁片结构,单片主桁每2个节间为1个单元,桁高15.5m,节间长15m;公路、铁路桥面均采用密布横梁的正交异性钢箱桥面板;索梁锚固采用锚箱式,将斜拉索直接锚固在节点板下部;在铁路桥面系的钢箱梁内采用素混凝土集中压重;主桁采用桁片式架设方案,最大吊重约330t。

沪通长江大桥天生港专用航道桥设计

沪通长江大桥天生港专用航道桥为刚性梁柔性拱桥,跨径布置为(140+336+140)m。主梁采用三主桁双层板桁组合结构,主桁采用华伦式桁架,焊接整体节点,桁高16.0m。铁路及公路桥面均采用正交异性板整体钢桥面,上层为公路桥面,标准宽度为33.0m,设双向2%横坡;下层为铁路桥面。主拱采用抛物线形,拱肋采用钢箱截面,截面高1.8m、宽1.2m。拱肋与主桁的上弦杆采用柔性吊杆连接,吊杆采用平行钢丝成品索,全桥共57组。主墩基础采用钻孔桩基础,墩身采用墩顶设置墩帽的单箱三室空心墩结构。设计采用了先梁后拱的指导性施工方案。

洞庭湖主跨406m三塔铁路斜拉桥设计关键技术

蒙华铁路洞庭湖特大桥为(99+140+406+406+140+99)m三塔斜拉桥。为提高该桥的竖向刚度、改善结构受力,采用了设置中塔稳定索的措施。中塔稳定索布置于中塔塔顶与边塔桥面横梁上方的塔柱上,设置双索面,每个索面2根索并行排列。主梁采用竖向刚度较大的新型钢箱-钢桁组合结构。增大尺度的钢桁梁下弦杆与铁路正交异性钢桥面板系统形成分离边箱的边主梁结构,华伦式桁架置于其上。主梁施工分为2个主要阶段,钢箱部分先行成桥承担桥梁主要荷载(恒载),钢桁梁仅承受二期恒载与活载。应用板桁组合结构新型主梁与中塔稳定索的结构措施后,该桥取得了较好的静、动力性能。

采用正交异性钢桥面板的铁路钢桁梁设计

介绍了采用正交异性钢桥面板的铁路钢桁梁的结构设计,分析了钢桁梁采用这种整体桥面结构对高速行车的作用与意义,研究了采用整体桥面结构后钢桁梁的受力特性。