天津空客A330宽体机厂房焊接加固过程结构性能监测与分析

大跨度钢桁架加固方法多采用焊接加固增大截面法.针对大跨度钢桁架屋盖整体结构的负载焊接加固,以天津空客A321(A330宽体机厂房)屋盖为例,采用4片角钢,分肢与原H型钢的翼缘、腹板分别焊接的加固方式,设计了合理的焊接加固方案与监测方案,对结构关键构件在焊接加固过程中的应力、应变进行监测.以监测数据为依据,研究分析焊接加固过程中型钢与加固角钢的应力响应规律,验证钢桁架梁采用角钢焊接加固的传力有效性,判断焊接热输入的影响范围.结果表明:在负载焊接加固的过程中,局部高温热影响区引起应力重分布,加固角钢的存在对原有型钢构件起到了相应的承担作用,焊接加固过程中结构的安全性可以得到保证.此外,焊接加固时,通过监测相邻杆件的应力和应变,分析表明焊接热影响的范围在两个节间范围内,且带来的应力响应较小.

公铁合建斜拉桥钢桁-混凝土板组合梁受力特性

以某主跨808 m的公铁合建新型钢桁-混凝土板组合梁斜拉桥为背景,采用ANSYS软件建立局部组合梁细化的全桥多尺度有限元模型,分析其在不同工况下双层组合梁的受力传力特性和混凝土桥面板荷载分配比,并讨论混凝土桥面板厚度t_(b)、横梁刚度变化系数λ_(K)和钢与混凝土弹性模量比λ_(E)对组合梁受力传力的影响规律。结果表明:最不利组合工况下,钢桁架最不利Von Mises应力为183.6 MPa,混凝土桥面板最大拉应力为5.3 MPa,均满足结构受力要求;沿纵向路径,钢桁架和混凝土桥面应力在节间横梁间均呈“波形”分布;上下层混凝土桥面板顶、底面应力沿横向近似呈“W”和“M”状分布,表明桥面板承受一定沿横向不均匀分布弯矩;公路及铁路混凝土桥面最大剪力滞系数分别为1.45、1.36,更宽的公路混凝土桥面剪力滞效应更显著;公路及铁路混凝土桥面分别承担上、下层结构57.46%~79.99%和33.21%~62.81%的轴向荷载,为组合梁的主要传力构件;混凝土桥面板的应力随t_(b)及λ_(K)的增大而增大,随λ_(E)的增大而逐渐减小;混凝土桥面每层平均荷载分配比ξ与t_(b)成正比,与λ_(K)及λ_(E)成反比;当t_(b)、λ_(K)和λ_(E)参数的取值范围分别为0.8~1.4、0.4~1.6以及4~10时,组合梁混凝土桥面应力及荷载分配比ξ较为合理。

钢桁梁断面形式对公铁两用桥上列车气动特性影响

钢桁梁断面形式的不同可能会改变桥上列车的气动力,进而影响桥上列车运行安全性和舒适性。为此,以某千米级公铁两用悬索桥为工程为背景,通过风洞试验对三种常用钢桁梁断面形式的桥上列车进行测力、测压试验。研究结果表明,当单列车位于三种钢桁梁断面形式上的上游时,列车的阻力、升力系数无明显差异,而单列车位于下游时,列车的阻力、升力系数有较大的区别;在双车状态下,由于迎风侧列车的遮挡作用,改变了不同钢桁梁断面形式下列车的流场,使得钢桁梁断面形式对背风侧列车影响较小。无论列车位于上游、下游,其三种钢桁梁断面形式下列车的阻力系数、升力系数随风攻角的变化趋势一致。当列车位于上游时,其三种钢桁梁断面形式上列车顶部和底部圆弧过渡段都出现不同程度的流动分离,使得其列车平均风压系数不同;当列车位于下游时,三种钢桁梁断面形式上列车平均风压系数变化趋势一致,说明钢桁梁断面形式对下游列车的平均风压影响较小。列车位于上、下游时,其脉动风压系数会有显著的差异,其脉动风压系数的大小受腹杆布置形式的影响要比梁高的不同更为显著。本文研究结果可为大跨钢桁梁桥的断面形式选取提供参考和依据。

大跨径刚性悬链桁架桥不带加劲弦顶推施工技术

针对悬链形上加劲连续钢桁梁桥建造,提出不带加劲弦多点同步顶推施工技术,在边跨设置拼装平台,在中跨设置临时墩,分段拼装,顶推钢桁梁,最后吊装合龙加劲弦。在施工中,设置大临结构,以减小钢桁梁的悬臂长度,适应了钢桁梁拼装及顶推装置布置的要求;采用同步控制系统与纠偏装置,解决了多点同步顶推与钢桁梁线性控制的难题;通过有限元仿真分析,验证了顶推过程的可行性;采用落梁法,解决了钢桁主梁合龙及加劲弦合龙的难题。

公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式研究--以赣江公铁大桥西支主桥设计为例

以赣江公铁两用大桥西支主桥设计为例,研究一种适应上层8车道公路、下层对称双线铁路+4车道公路混合布置的主梁断面形式。提出带挑臂双索面箱桁组合断面、带挑臂单索面箱桁组合断面、矩形箱桁组合断面、矩形钢桁梁断面4种主梁断面方案,采用有限元软件分析各方案静动力性能及受力特点,综合考虑方案构造特点、技术指标、工程数量、公铁运营安全、景观效果等,确定该桥选用带挑臂双索面箱桁组合断面。该桥斜拉索最大索力16000 kN,锚固在下层钢箱梁两侧,通过有限元实体分析对锚拉板和钢锚箱式两种索梁锚固形式进行比选研究,钢锚箱形式受力合理、应力水平低、经济性好,设计采用钢锚箱形式。带挑臂双索面箱桁组合断面桥面空间布置合理、下层公铁行车干扰小、梁端竖向变形最小、经济性好,是一种适应公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式。

重庆白居寺长江大桥施工控制关键技术

重庆白居寺长江大桥主桥为主跨660 m的公轨两用双塔双索面钢桁梁斜拉桥。桥塔为空间曲线水滴形混凝土结构,采用爬模施工;钢桁梁为带边纵梁的倒梯形截面,利用桥面吊机进行对称悬臂施工。为确保成桥后的各项力学和线形指标满足设计要求,采用MIDAS Civil软件建立主桥施工阶段有限元模型,对塔顶偏位和应力、钢桁梁线形及斜拉索张拉进行施工监控。通过控制塔顶偏位以及关键断面应力,确保了钢桁梁施工中桥塔的安全;通过控制主桁和边纵梁的制造和安装线形,保证了钢桁梁成桥线形的控制精度;通过边、中跨1~5号索同步对称初张、6~20号索分级不对称初张及局部二次调索,提高了斜拉索的施工效率以及索力控制精度。施工监控结果表明:塔顶偏位最大偏差27 mm,钢桁梁线形最大偏差52 mm,斜拉索索力偏差在±5.6%内,均满足设计要求。

西十高铁汉江特大桥主桥设计

西十高铁汉江特大桥主桥为主跨420 m的梁桁组合结构双塔斜拉桥,采用半飘浮体系。主梁采用钢桁加劲PC箱梁,梁高3.0 m,桥面全宽17 m。PC箱梁采用C55混凝土,单箱四室等高截面,加劲桁采用渐变三角桁式,材质为Q370qE钢,桁高9.4 m。斜拉索采用标准抗拉强度1770 MPa的镀锌平行钢丝,双索面扇形布置。桥塔采用花瓶式钢筋混凝土框架结构,塔高186.5 m,基础采用∅3 m的钻孔灌注桩,按长短桩设计。结构受力分析结果表明:该桥力学性能指标均满足相关规范要求,整体刚度性能优越,具有良好的颤振稳定性,设置的风嘴能有效抑制涡激振动,采取加劲钢桁上弦杆灌注混凝土、延迟铺轨时间等措施能有效控制主梁的收缩徐变,桥面线形满足铺设无砟轨道的要求。

深中通道泄洪区非通航孔桥主梁设计

深中通道泄洪区非通航孔桥总长6.05 km,分布于伶仃洋大桥及中山大桥2座通航孔桥两侧。泄洪区非通航孔桥采用等跨连续梁布置,4~6跨一联。主梁设计过程中,首先进行110、120、130 m三种跨径方案比选,确定采用最经济的110 m跨径方案。然后针对结构形式,提出预应力混凝土梁、钢-混组合梁和钢箱梁3种方案,从力学性能、经济性和施工风险等方面综合考虑,最终推荐采用钢箱梁方案。钢箱梁采用外形简洁流畅的封闭式断面,有利于后期维养;考虑全线景观效果,主梁高度取4 m,高跨比为1/27.5;横隔板间距取2.5 m,采用实腹式横隔板和框架式横肋的组合式设计,使箱室内部通透性更好;钢箱梁采用Q420qD钢和Q345qD钢2种材料。钢箱梁施工采用适合海上长大桥梁的大节段预制+现场拼装的施工方案。

考虑双重非线性的大跨度钢桁梁拱桥稳定性能评估

为评估钢桁梁拱桥稳定性能,优化结构构造,以岐江河大桥为背景,建立考虑几何与材料非线性的钢桁梁拱桥弹塑性计算模型,考察矢跨比f/L、宽跨比W/L、初始线形偏差、钢材屈服强度对钢桁梁拱桥稳定性影响,探究横撑构造与数目、横梁与横撑抗弯刚度对结构稳定性的优化效果。分析结果表明:f/L介于0.20~0.25时,钢桁梁拱桥稳定性相对优越;保持桥梁跨度不变而增加宽度能提高结构稳定性,当W/L由1/8增加至1/4时,稳定系数提高1倍;初始线形偏差明显影响结构稳定性,当初始横向变形量控制在l/3 000~l/1 000时稳定系数下降5%,而当变形量>l/1 000时稳定系数下降18%;钢材屈服强度对结构稳定性影响较小,250~350MPa 5种强度下的稳定系数相差<7%;现有横撑中,双米撑稳定性最好,其次为米撑、X撑、双K撑、K撑;相同用钢量下,采用米撑构造比K撑构造性能更好;增加横撑数目或增加横梁、横撑抗弯刚度可提高钢桁梁拱桥稳定性。

基于测压风洞试验的钢桁梁上列车二维气动导纳研究

基于节段模型测压方法,建立了列车二维气动导纳的识别方法。在紊流场风洞试验中,获取了0°攻角时钢桁梁上列车抖振力的展向相关性;识别了钢桁梁上列车中车的三维气动导纳,探究了钢桁梁上列车中车三维气动导纳与二维气动导纳的关系。可知,随无量纲折减频率及展向间距的增大,抖振力的展向相关性逐渐减小,列车抖振力展向相干函数可用Jakobsen模型较好地拟合。当k_(1)B/2小于0.3时,二维气动导纳值为1,三维气动导纳会明显低估列车的气动导纳值。当k_(1)B/2大于0.3时,三维气动导纳会明显地高估二维气动导纳函数值,且随着折减频率的增大,气动导纳值减小。最后,给出了列车二维气动导纳函数及相干函数的数学表达式。研究成果可为风-列车-桥梁耦合振动计算分析提供参数。

150m跨整孔全焊接钢桁梁试拼装工艺及荷载试验研究

孟加拉帕德玛大桥上部为全焊接连续钢桁梁结构,施工中开创性地采用了整孔拼装及架设方案。为验证钢桁梁拼装过程中线形计算及拼装方案的合理性、可行性,选取1跨钢桁梁进行试拼装和荷载试验。详细阐述了钢桁梁试拼装前线形计算、整孔试拼装施工技术、荷载试验等相关内容,通过对全过程检测数据及荷载试验分析,验证了该钢桁梁线形计算结果、拼装技术及试验结果均满足要求。

大跨山区铁路悬索桥钢桁梁智能吊装系统研究

研究目的:艰险山区峡谷地区一般场地狭小且施工条件较为恶劣,为解决山区峡谷地区重型钢桁梁架设装配对接难度大、主缆线形控制困难、架设施工时间长、安全隐患多等难题,本文以丽香铁路金沙江特大桥钢桁梁架设工程为依托,针对重型钢桁梁架设中的共性难题,研发了大跨山区铁路悬索桥钢桁梁智能吊装系统,该系统通过物联网和云计算相关技术,将钢桁梁架设中关键要素和工艺信息数字化,通过科学的传感采集、数据分析、反馈控制等流程环节,以期将钢桁梁架设过程转换为精准受控的自动化作业,节约项目成本,保障项目安全,提高施工效率。研究结论:(1)本文研发的钢桁梁智能吊装系统针对山区重型钢桁梁的架设提供了一套较为可行的系统解决方案,经过工程实施后验证是可行的,能够满足施工的需求,解决了山区峡谷复杂环境下悬索桥重型钢桁梁架设拼接的难题,相比于传统模式实现了使用上和操作上的便捷性,能够大幅度提高施工效率;(2)经过工程验证和实施,研发的钢桁梁智能吊装系统可以实现测控精度厘米级,反馈控制时间响应速度秒级,实现了平均4.5 h完成双节段重型钢桁梁的架设工作,整个架设过程控制双节段钢桁梁横桥向摇摆倾角在1.23°以下,顺桥向摇摆倾角在1.51°以下,缆塔偏位在5 cm以下,吊具中心转角均满足在±1.5°以内的要求;(3)采用基于物联网和云计算技术的钢桁梁智能吊装系统,可以实现数字化钢桁梁架设施工作业,形成了一整套可推广的原创技术成果,可为今后类似大吨位钢桁梁等结构施工提供宝贵经验,在山区和大吨位钢梁架设施工中具有广泛的推广前景。

钢箱梁横隔板优化布置对顶推施工力学性能的影响分析

针对斜交连续钢箱梁的横隔板布置方式,提出在钢箱梁斜交支撑位置处加密设置正交横隔板,通过建立钢箱梁的有限元全桥模型,对不同横隔板布置方案进行了对比分析。在顶推最不利工况下,分析了不同横隔板布置方案下的结构内力、挠度、支座反力、局部应力及扭转变形,验证了新型横隔板布置方案的可行性。结果表明,新型横隔板布置方案与常规布置方案在支座反力及弯矩分布上基本一致,优势主要体现在易于加工制造、整体自重较小且能显著减小支撑区域应力水平。新型斜交连续钢箱梁横隔板优化布置方式在顶推施工中满足强度设计要求。

铁路下承式连续钢桁梁桥静动力性能评估

成昆铁路复线完工后,部分老线区段将并入复线,并开行时速为160 km的动车组。为评估老线中典型桥梁在开行动车组后的服役性能,通过数值仿真及现场静动力荷载试验的方式,对某3×64 m连续钢桁梁桥的静力及动力性能进行检测与评估。研究表明,静力荷载作用下,主桁杆件最大轴向拉、压应力分别为143.1,175.4 MPa,均小于容许应力240 MPa,结构具有足够的强度安全储备。第34、35、36孔挠跨比分别为1/1 756、1/1 940、1/1 732,均小于规范规定的1/1 250,表明该桥具备通行动车组的刚度条件。各工况下活动支座纵向位移最大值为3.195 mm,小于支座纵向位移允许限值,表明各活动支座工作状态良好。动荷载作用下,主梁振型、自振频率与既有检定结果差异不大,且均小于理论计算值。主梁跨中竖向加速度、主梁跨中横向加速度、桥墩横向振幅及活动支座横向变形均满足规范要求,表明该钢桁梁桥主梁、桥墩及支座等主要组成部分的技术指标均满足行车要求。

钢箱梁桁架式纵隔板疲劳开裂弹性阻尼支撑处治技术

针对钢箱梁桁架式纵隔板中出现的早发性、多发性、再发性疲劳开裂病害,分析桁架式纵隔板病害原因,基于能量法,提出将端部刚接斜腹杆变为端部铰接的弹性阻尼支撑处治技术。研制弹性阻尼支撑装置(Elastic-Damping Support Device,EDSD),将斜腹杆局部切除并安装EDSD,通过EDSD中设置的弹性阻尼单元耗散外部荷载输入结构的大部分能量,保障结构在长期车辆荷载等作用下的安全性和正常使用性能。结合某斜拉桥钢箱梁桁架式纵隔板疲劳开裂处治需求,开展了该处治技术实桥应用,并对其进行有限元分析及实桥监测。结果表明:钢箱梁内斜腹杆局部改造安装EDSD后可大幅降低斜腹杆应力水平,有效降低斜腹杆疲劳易损部位开裂风险,增加疲劳寿命;安装EDSD的斜腹杆上的既有裂缝均无扩展。

钢板结合连续梁桥结构噪声分析

为了探究钢板结合梁桥的振动噪声,建立车-轨-桥耦合动力分析模型,获得了列车与桥梁的动力反应,后将此动力反应作为声学边界条件求解得到了钢板结合梁桥的结构噪声辐射,并对噪声辐射影响参数进行了探究.研究表明,列车过桥时,桥梁的结构位移呈现出周期性变化,各测点的竖向加速度均大于横向加速度;全桥结构噪声表现为全频段内均有衰减,高频区段衰减速率较低频段快;当车速提高时,各场点的总体声压级逐渐变大,车速从200 km/h升至260 km/h时,各场点声压级的上升幅度更大;双向行车时总体声压级显著增加,但各板件在峰值声压级时的贡献量比例无显著变化;有板肋时,顶板声压级贡献量较上翼缘板的更大,无板肋时则相反.添加板肋能够对局部结构进行优化,但对于整体的降噪效果影响不大.本桥板肋布置间距宜在5.2m左右.

横州飞龙大桥主桥设计

横州飞龙大桥主桥为(100+2×185+100)m波形钢腹板连续刚构桥,主梁为单箱单室波形钢腹板组合箱梁,桥面宽13 m,中支点梁高10.9 m,跨中及边跨梁端梁高4 m。腹板采用1800型波形钢腹板,相比传统1600型腹板具有更高的整体屈曲应力;波形钢腹板防屈曲构造采用内衬混凝土和纵、横向加劲肋混合布置的方式,减少了内衬混凝土长度,减轻了结构自重;波形钢腹板与顶板采用长孔型开孔板连接件,与底板采用外包型连接,提高了结合部施工便捷性和耐久性。主梁采用波形钢腹板悬臂自承重施工工法,先边跨后中跨合龙,采用研发的钢架吊篮与智能吊机组合的挂篮形式,提高了施工效率。

先简支后连续小箱梁桥补强方案研究

针对先简支后连续小箱梁桥实际施工中预应力张拉顺序偏差导致负弯矩区部分混凝土压应力储备不足的情况,提出了采用高延性混凝土铺装和施工体外预应力两种补强方案。通过有限元模型计算当前施工状态及预测成桥后结构的应力水平,并对比分析了两种方案的补强效果;有限元分析结果表明,采用高延性混凝土铺装的补强方案运营阶段主梁上下缘均不会出现开裂,采用该方案补强后桥梁荷载试验表明桥梁结构的承载力及抗裂性能够满足设计荷载要求。

墩顶转体法施工的大跨度曲线钢桁梁桥总体设计及创新——以国道109新线高速公路安家庄特大桥主桥设计为例

国道109新线高速公路安家庄特大桥为全线的控制性工程,左右幅主桥分别位于半径1600 m和1500 m的圆曲线上,依次跨越丰沙铁路、永定河和现状109国道,桥梁施工安全、河道防洪和环保要求均较高。为解决上跨铁路需采用转体法施工以及桥墩阻水比偏高的问题,创新提出了大跨度曲线钢桁梁桥墩顶转体法施工以及大直径厚壁钢管混凝土桥墩的设计方案,左右幅主桥分别采用(248.95+248.95)m钢桁斜拉桥和(171.95+171+75.25)m连续钢桁梁,转体长度分别为(248+248)m和(171+171)m,水中墩采用钢管混凝土桥墩。结合桥位处相关工程建设条件,对桥梁孔跨布置、桥式方案、水中墩结构的选择依据进行分析,简要介绍主桥上部结构、下部结构及基础、转体系统等主要设计内容。该桥突破钢桁梁不宜采用墩顶转体施工的技术瓶颈,扩大了连续钢桁梁桥和墩顶转体技术的使用范围;采用大直径厚壁钢管混凝土桥墩,有效降低了墩柱截面尺寸,拓宽了钢管混凝土结构的应用范围;大跨度曲线钢桁梁构造及受力特性较为复杂,采用BIM正向设计技术,实现了复杂结构信息和设计意图的精准表达,提高了设计效率。

双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验控制指标研究

针对现行规范未就双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验控制指标做出明确要求,基于实验力学及有限元基本原理建立了双层桥面钢桁架连续梁桥的荷载试验计算模型,利用等效荷载原理分别拟定了以弯矩、轴力作为控制指标下控制截面的静载试验加载方案,比较了关键构件在试验荷载作用下的弯矩、轴力加载效率,明确了双层桥面钢桁架连续梁桥的静载试验的控制指标。研究结果表明:在边、中跨最大正弯矩工况的加载效率满足规范要求的布载方式下,杆件轴力的加载效率最小为1.024,最大为1.259;在边、中跨最大轴力工况的加载效率满足规范要求的布载方式下,杆件弯矩的加载效率最小为0.603,最大为0.992;为确保结构安全,建议双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验应以弯矩作为控制指标。该研究成果对于双层桥面钢桁架梁桥的静载试验提供了一定参考。