预弯钢-混组合跨座式单轨轨道梁力学性能分析及截面优化

[目的]传统跨座式单轨轨道梁大多采用宽为850 mm的截面形式,针对我国三四线城市的城市轨道交通建设要求,相关企业提出了宽为1250 mm的跨座式单轨列车截面形式。为解决新型跨座式单轨列车的特殊需求,有必要对其轨道梁的力学性能和截面形式进行研究。[方法]采用数值模拟方法,建立了预弯钢-混组合轨道梁模型;基于传统轨道梁截面形式,提出宽为1250 mm的预弯钢-混组合跨座式单轨轨道梁初步截面形式;分析不同荷载组合情况下的截面力学性能,并以用钢量最省为目标,对初步截面形式进行截面参数优化。[结果及结论]随着钢箱梁顶板厚度增加、钢箱梁上翼缘最大正应力呈减小的趋势;随着钢箱梁底板厚度的增加,钢箱梁下翼缘最大正应力值呈减小的趋势;随着腹板厚度的增加,钢箱梁腹板最大剪应力值呈减小的趋势。在最不利荷载工况组合下,所提轨道梁初步截面形式的刚度与强度均满足规范容许限值;优化后的顶板厚度、腹板厚度、底板厚度分别为16 mm、20 mm、16 mm,钢材表面积可节省约29.89%。

轨道运梁车在宽幅平面双钢箱组合梁运输中的应用

以甘肃省兰州市某公路工程建设项目桥梁工程上部钢-混组合箱梁结构的安装施工为例,通过对宽幅平面双钢箱组合梁安装运输工况进行理论分析,从桥头待架区向已架设桥跨上引出两组钢轨,由三维空间位置可调式运梁装置运输平曲线钢箱组合梁,总结了平曲线宽幅双钢箱组合梁的运输安装施工技术。论文主要从工艺技术原理、施工准备、测量放样、桥头路基段轨道基础施工、轨道铺设及加固、轨道连接、运梁平车运输钢箱梁、箱梁架设等内容对双钢箱组合梁运输技术进行了阐述。

双边箱钢-砼组合梁悬索桥气动抑振措施试验分析

钢-砼组合梁由于其良好的力学性能被广泛应用于大跨度桥梁建设中,但作为一种典型的钝体断面,其气动稳定性较差,对风的作用较敏感,易产生涡振现象。依托南镇大桥项目,以双边箱钢-砼组合梁悬索桥为分析背景,采用风洞试验与CFD数值模拟的方法,研究对比单一、组合气动措施,包括封闭栏杆、改变检修车轨道位置、增加导流板、稳定板等,对该主梁原始断面的气动抑振性能进行分析。风洞试验表明,原设计双边箱钢-砼组合梁断面易引发涡振且出现竖弯与扭转耦合双峰涡振。当采用“封闭中央护栏+内移检修车轨道位置”组合气动措施时,可显著降低主梁的涡振振幅,制振效果显著。CFD数值模拟结果表明,双边箱钢-砼组合梁断面的涡振产生与上游边主梁及下游边主梁的涡脱尺寸有关,气动措施打碎涡脱尺寸有利于抑振。

预弯波形钢腹板钢箱-混凝土组合轨道梁设计及截面参数分析

针对跨座式单轨交通系统中钢箱-混凝土(钢-混)组合轨道梁自重大、体外预应力施加困难等问题,提出梁宽为1250 mm的预弯波形钢腹板钢-混组合轨道梁。基于数值模拟方法,初步设计了轨道梁数值模型,对轨道梁进行承载力计算和自振特性分析,验证结构设计的合理性。在结构布置合理的基础上,通过对轨道梁内置钢箱截面参数进行分析,总结轨道梁承载力变化规律,并与初始截面对比获得轨道梁最优截面形式。结果表明:轨道梁结构设计合理,截面参数满足结构强度、刚度要求;轨道梁动力特性满足结构设计要求,在加入横撑与平联结构后可运用于实际工程。由于钢板厚度对轨道梁局部应力具有一定影响,因此提出适用于组合轨道梁的优化设计方案,与初始设计方案相比,用钢量减少了25.3%(约为3.26 t)。

跨座式单轨交通桥梁结构体系研究

为合理选择跨座式单轨交通桥梁结构体系,以适应城市复杂的建设条件及跨越需求,对PC轨道梁、双层复合结构、钢轨道梁3种类型轨道梁的适用性进行分析,并从设计、施工和成本等方面对铰支体系和刚构体系2种结构体系进行比选。结果显示,跨座式单轨交通桥梁轨道梁施工应采用工厂预制、现场拼装的施工工艺;对非小曲线的小跨径标准梁桥应根据工期需要选择铰支体系或刚构体系混凝土轨道梁;对于小曲线段及中、大跨径节点桥宜采用刚构体系钢轨道梁桥,当大跨径桥梁附加应力过大、结构受力不合理时,宜采用铰支体系钢轨道梁桥。

铺设无砟轨道的平面折线钢桁结合梁设计及施工关键技术研究

福州道庆洲大桥第5联钢桁梁采用2×84 m平面折线连续钢桁结合梁,主桁采用三角桁,桁宽15 m,桁高9.5 m,标准节间长度12 m,上层采用组合梁结构,通行6车道公路,下层采用整体钢桥面结构,通行双线地铁,轨道采用"钢桥面+减振垫浮置板无砟轨道"结构。本桥位于平曲线上,采用以折代曲的方案进行设计,平面折角为177.617°。设计过程中,对折线钢桁梁的悬臂施工、顶落梁等过程开展研究,阐明折线钢桁梁在悬臂拼装、顶落梁等工况上、下弦杆会发生横向错动和扭转;提出顶落梁过程中内、外侧弦杆不同步起顶,以减小错动变形和减小主桁面外弯矩的方法;折点处钢桁梁结构复杂,采用BIM正向设计方法。

跨座式单轨交通预应力钢混组合轨道梁设计

针对现有混凝土单轨交通轨道梁自重大易开裂的缺点提出了一种新型的预应力钢混组合轨道梁,利用内部钢箱和两侧、顶面外包混凝土协同工作,并在钢箱内配置体外预应力筋达到改善轨道梁受力和使用性能的目的。本文给出了这种新型轨道梁的详细设计过程,手算内容主要是正常使用极限状态的验算和承载力极限状态的验算,包括抗弯抗剪承载力、稳定性以及挠度验算,再利用ANSYS建模计算,并与手算结果对比,保证结果的可靠性。最后,按照有限元计算结果调整预应力筋方案,使两侧外包混凝土的应力满足规范要求,最终得到这种新型的预应力钢混组合轨道梁的截面布置和预应力筋的合理配置。

高速铁路无砟轨道大跨度混合梁斜拉桥方案研究

望虞河大桥是通苏嘉甬高速铁路的关键控制工程之一,主桥为(60+105+340+105+60)m斜拉桥,采用无砟轨道,半漂浮体系。现有300 m级无砟轨道高速铁路斜拉桥主要有钢箱结合梁、钢箱混合结合梁、钢箱桁梁三种方案,望虞河大桥主梁拟采用钢箱混合结合梁方案,首先论述其总体设计方案,研究得到其合理拉索间距及钢混结合段位置,并提出一种波形钢腹板混合梁方案,进行了刚度、应力、动力特性及主要工程量四个方面的对比分析。研究结果表明,本桥拉索间距采用中跨12 m,边跨10.5 m较为经济,钢混结合段设置在中跨距桥塔第1根拉索和第2根拉索之间较优;波形钢腹板方案具有经济性好及整体刚度大的优点,但由于尚未在铁路斜拉桥中得到应用,还需进一步深入研究。

预弯钢横梁对组合桥面板受力的影响分析

为了探明预弯钢横梁对组合桥面板受力的影响,并得到合理的钢横梁预弯的方法,采用数值模拟的方法建立了预制阶段组合桥面板单节段的有限元模型,详细模拟了组合桥面板节段的预制过程,计算得到了在不同钢横梁预弯的方法下组合桥面板的钢结构、混凝土的应力分布规律。结果表明,钢横梁预弯的方法可以使组合桥面板的混凝土产生较大的预压应力,但是在不同横梁预弯的方法下混凝土预压应力的大小有差异。综合考虑具体的施工方法和组合桥面板的受力情况,得到了合适的预弯钢横梁方法。

郑济高铁黄河特大桥总体设计

郑济高铁黄河特大桥全长34322 m,位于京港澳高速公路刘江黄河大桥下游约3.5 km,是郑州至济南高铁的控制性工程,为充分利用日益稀少的桥位资源、节约工程总投资,采取郑济高铁与郑新市域铁路、快速路共建方式。公铁共建段长度12180 m,四线铁路六车道公路规模,采用双层桥面布置,四线铁路布置在下层、六车道公路布置于上层。主桥长2016 m,由1联(112+6×168+112)m和7孔112 m钢桁梁桥组成,南北大堤分别采用1孔120 m和1联(73+139+73)m钢桁梁桥跨越,滩地主要由40 m跨度箱梁和主跨64 m连续梁组成。设计过程中,对困扰中国铁路多年的无砟轨道钢桥技术进行了探索,主桥连续铺设无砟轨道2016 m,是我国首次在跨越大江大河钢结构桥梁上铺设无砟轨道,同时工程首次应用了40 m预制架设简支箱梁技术,推动了我国大跨度预制架设简支箱梁的发展,这些技术创新为我国高铁的发展做出了有益的探索和尝试。

跨座式单轨连续钢-混结合轨道梁负弯矩区抗裂性能研究

跨座式单轨PC轨道梁一般常用跨度不超过30 m,当跨度在35~50 m之间可采用简支钢-混结合梁。随着城市地面道路的发展以及对地上高架轨道交通线路景观要求的提高,对单轨跨越能力的要求也在逐步提高,需要研究一种跨越能力大、噪声振动小、防滑能力强、梁轨合一的桥梁结构形式。为此对大跨度连续钢-混结合轨道梁受力情况进行深入分析。相较于简支梁,由于受力形式的改变,连续钢-混结合梁中支点附近负弯矩区混凝土的抗裂性能成为研究的关键。通过采用抗拔不抗剪的连接件、顶落梁与混凝土浇筑顺序结合、剪力连接件布置的优化等技术措施,可有效降低负弯矩区混凝土受拉力的峰值。

公路轨道合建过江通道设计与研究

以公路与城市轨道交通合建的福州市道庆洲过江通道为研究对象。分别进行了过江桥隧方案比选、公轨上下层与平层合建比选及桥型方案比选研究。项目采用了先总体后局部等有效合理的研究方法。综合景观、接线互通用地、造价、使用功能等因素后,表明采用公轨上下层布置的变截面钢桁结合梁桥梁方案是合理的。希望为类似公轨合建复杂通道项目研究提供一定的技术和研究方法的借鉴。

道庆洲大桥标准段钢桁结合梁关键技术研究

福州市道庆洲过江通道工程为“公路+轨道交通”合建通道,位于闽江和乌龙江交叉口,本桥在设计过程中存在诸多限制因素和设计难题。为最大程度降低大桥对湿地的不利影响,减少地铁伸缩轨道调节器数量,标准段采用“7×84m”的连续钢桁结合梁;地铁桥面采用无砟轨道结构,减轻了轨道荷载;公路面采用“密横梁+混凝土板”组合结构,解决钢桥面铺装的难题;本桥不设置横向联结系,降低桁高,节约工程造价;地铁桥面设置“纵横梁+正交异性板整体钢桥面”以提高结构刚度。通过对本桥进行计算分析,本桥主桁应力、混凝土板裂缝、结构刚度均满足规范要求。

跨座式单轨轨道梁支座设计研究

为研究跨座式单轨轨道梁支座的设计要点及优化方向,通过分析轨道梁支座的受力特点及功能性要求,结合芜湖单轨PC轨道梁和钢-混结合轨道梁支座的设计创新成果,分别对铸钢拉力支座和新型球型支座的设计方案、安装工艺、经济指标及关键技术进行了介绍。因球型支座不具备直接应用于跨座式单轨轨道梁的条件,通过对其进行创新设计,使其成功应用于简支钢-混结合轨道梁。研究表明:新型球型支座具有传力途径明确、结构尺寸小、构造简单、便于生产和质量控制、安装方便、定位精度高等优点,适用于带横向平联的钢-混结合轨道梁;传统铸钢拉力支座虽具有功能性强、传力途径明确、安全可靠等优点,但也具有构造复杂、接触应力集中等缺陷。研究结果表明,简化支座构造、改善传力方式和降低造价是未来轨道梁支座的发展方向。

简支钢-混结合梁在跨座式单轨交通中的设计应用与创新

跨座式单轨PC轨道梁一般以20 m或22 m作为标准跨径,但在一些路口、特殊障碍物等位置,经常需要布设更大跨径的桥跨结构。简支钢-混结合梁具有承载能力大、自重相对轻、材料受力合理等优点,能有效解决梁上托梁结构或混凝土T形纵向悬臂墩结构存在的对桥下交通影响大、景观效果差等问题,是中等跨度轨道梁结构的优选梁型。以芜湖市轨道交通为例,结合梁跨的具体使用情况,针对常规结构形式及3种特殊结构形式的简支钢-混结合轨道梁梁型,从其主要构造、特殊细节设计及应用情况等方面进行介绍,并针对气密防腐技术、球形钢支座应用、整体式下平联梁型、钢梁与钢-混组合梁梁型、倒T形截面单线梁梁型等技术创新进行总结。

有轨纵移式城市跨河钢-混凝土结合连续梁桥施工技术研究

以合肥市铜陵路钢-混凝土结合连续梁拓宽桥梁架设施工实例,对"有轨纵移式"钢梁架设工法在技术、安全、质量以及施工组织管理等方面进行了总结,施工中未发生安全及质量事故,现场组织规范合理,获得了业主及相关部门的一致好评。

96 m钢-混组合桁架梁设计

新建安九铁路跨越武九客专受桥下净空限制,需采用大跨度、低高度桥式结构;同时结合后期维修养护及无砟轨道技术需求,桥面板宜采用混凝土结构,综合考虑本桥采用1-96 m钢-混组合桁架梁跨越武九客专。而96 m钢-混组合桁架梁结构为目前国内同类型桥梁结构最大跨径,并且首次应用于时速350 km无砟轨道。本文结合工程背景详细阐述96 m钢-混组合桁架梁整体设计思路,并对其结构尺寸、受力分析和施工方法进行深入探讨。本工程在安九铁路的成功应用为同类型结构在高速铁路上的推广应用积累了宝贵的设计和施工经验。