大跨梁-拱组合刚构桥船撞力和抗撞性能研究

梁-拱组合刚构桥是一种新桥型,船撞研究较少。该文以礼嘉嘉陵江大桥为工程背景,研究大跨度上承式梁-拱组合刚构桥梁的船撞力标准值和抗撞性能。首先确立了代表船型和船撞计算工况,利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元瞬态动力软件模拟了单墩模型在各工况下船桥碰撞过程,并对比了船撞力有限元仿真结果与多种经验公式计算结果。最后利用全桥模型和验算截面的极限承载力反推得到桥墩的极限抗船撞力,对桥墩的抗撞性能进行了评估。结果表明:船撞力具有很强的非线性波动特征,船艏最大撞深发生时刻滞后于最大撞击力发生时刻,船桥碰撞过程中的系统能量主要是由船舶动能转化为船艏局部变形内能;不同的船撞力经验公式的计算结果相差较大,推荐采用动力仿真模拟值;极限抗船撞力验算结果表明礼嘉嘉陵江大桥主墩的抗撞性能满足要求。

连续刚构箱形-双薄壁组合式主墩及其刚度匹配设计方法

文章针对因受到建设条件制约而不得不采用主墩高度相差较大的连续刚构桥梁,应用箱形-双薄壁组合式桥墩作为主墩结构,提出了对应的主墩刚度匹配设计方法,并对刚度计算过程进行了推导,得到了组合式桥墩墩顶顺桥向抗推集成刚度的计算公式,用实桥计算示例对提出的主墩设计和传统设计的结果进行了对比。结果表明,文章提出的箱形-双薄壁组合式主墩刚度匹配设计方法能有效地避免主墩高度差引起的内力不均匀分配问题,从而改善高、低主墩连续刚构桥梁在温度、制动力等水平荷载下的力学表现,提高结构的抗震性能。

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。

金阳河特大桥超高桥墩设计关键技术

金阳河特大桥主桥为(106+2×200+115+40)m连续刚构桥,位于高山峡谷地带,桥址处50年超越概率10%地震烈度7.7度,5~7号主墩分别高113、196、182 m。针对横桥向抗震响应突出且墩高差异大的特点,主墩采用钢管混凝土组合墩,对墩高较大的6号、7号主墩横桥向双侧放坡,各主墩顺桥向尺寸保持恒定以方便施工,梁端设置粘滞阻尼器以实现顺桥向耗能减震;各主墩刚度经匹配设计,控制截面的地震响应达到合理比例。主墩为外包混凝土的四肢钢管混凝土柱及柱间腹板形成的箱形构造,竖向每间隔12 m设置1道钢筋混凝土横隔板;墩梁固结采用钢管混凝土柱置于主梁0号块腹板外侧的连接构造,钢管混凝土柱与承台连接采用承压板+PBL剪力键的构造。大桥整体结构计算结果表明:持久状况和E2地震作用下,钢管混凝土组合墩满足承载能力极限状态要求,主墩墩顶水平位移小于规范规定的变形容许值。主墩施工先安装钢管骨架,再采用液压爬模工艺施工钢管外包层和柱间腹板,研发了多点同步重型提升系统代替大型塔吊,以降低高空作业安全风险,节省施工费用。

多跨刚构-连续组合桥合龙方案及顶推性能分析

多跨刚构-连续组合桥的合龙和顶推方案决定了桥梁结构的内力和线形。为选择董家潭湘江特大桥(70+5×120+70) m的最佳合龙顶推方案,采用有限元软件建立不施加顶推力时4种不同合龙方案的有限元模型,通过对比分析成桥后主梁的位移和应力,初选2种较优合龙方案;在此基础上分析顶推方案并得到3种顶推工况,以消除墩顶水平位移为原则分别确定各工况下的顶推力,对施加顶推力的3种工况进行力学分析,选出最佳合龙顶推方案;最后,针对最佳合龙顶推方案进行顶推局部建模分析。研究结果表明:由边跨向中跨依次对称合龙,在中跨合龙前施加1 900 kN顶推力为该桥最佳合龙顶推方案,该方案的顶推局部应力和变形均满足要求。

V型墩刚构桥自平衡组合支护体系设计与施工

宁波舟山港六横公路大桥梅山水道跨堤桥为(60+100+60)m V型墩刚构桥,主梁采用预应力混凝土箱梁,主墩为V型墩。针对该桥施工重难点,提出一种自平衡组合支护体系进行V型墩和0号块施工。该体系由临时支架系统和拉杆系统组成,临时支架系统包括V型墩外侧支架和0号块中部支架两部分,在墩身竖直方向设置3层拉杆,每层布置5根拉杆。有限元计算结果表明:V型墩和0号块施工时支护体系受力满足要求,待主梁合龙后方可拆除V型墩外侧支架和墩身拉杆,4号梁段预应力施工完后方可拆除0号块中部支架。承台施工完成后,安装V型墩外侧支架及拉杆系统,墩身采用滑槽一次浇筑成型,拉杆分3个阶段张拉;V型墩施工完后安装0号块中部支架,0号块混凝土采用汽车泵分2次浇筑完成,拉杆分4个阶段张拉;0号块施工完成后进行主梁挂篮悬浇施工,支护体系按计算确定的拆除时机拆除。主梁施工完成后,墩身线形良好,墩底内、外侧及0号块箱梁内、外均无裂缝产生。

大跨长联V形墩连续刚构桥方案构思与总体设计

昌南大桥跨越赣江,主桥采用跨径组合(75+165+180+180+165+75)m的混合梁V形墩连续刚构桥,桥长840 m,双幅桥宽37.5 m。V形墩刚构桥因结构轻盈、外形美观、跨越能力较强、刚度较大、行车舒适、便于养护等特点,在城市景观桥梁建设中得以广泛应用,介绍国内主跨跨径及联长最大的混合梁V形墩刚构桥的构思、总体方案设计、桥梁结构设计和施工。

重载铁路单线32 m钢-混组合梁静动力性能研究

为促进“自重轻、施工快速便捷、经济性良好”的中小跨径钢-混组合梁在重载铁路领域的合理使用,针对单线32 m钢-混组合梁,采用通用有限元的方法开展静力性能研究,采用刚柔耦合的多体动力学方法进行车-轨-桥耦合动力性能研究。静动力性能分析显示,(1)单线重载铁路(30 t轴重)32 m钢-混组合梁可采用工字钢主梁高2.6 m、桥面板厚20 cm(横向支点40 cm)双工字钢组合截面型式;(2)双工字钢钢-混组合梁抗扭刚度较弱,在计算横向变形时应考虑截面畸变变形影响;(3)横隔梁布置间距宜根据施工阶段结构稳定性确定,不宜过小;(4)在列车速度<80 km/h、轴重<40 t时,车桥动力响应均在规范允许范围内。综合研究表明,在重载铁路领域使用中小跨径的钢-混组合梁具有可行性,研究结果可供类似工程参考。

临猗黄河大桥主桥方案构思与比选研究

为获得临猗黄河大桥主桥合理的桥型方案,以指导施工图设计,从桥梁建设条件出发,对桥梁基础形式、施工方法、桥梁跨径及桥型进行构思,重点对PC连续刚构桥、板桁组合梁桥、钢箱组合梁桥及工字钢组合梁斜拉桥4个主桥桥型方案进行同深度设计与比选研究。结果表明:PC连续刚构桥下部结构造价占总造价的69%,桩基础利用效率低;工字钢组合梁斜拉桥造价大幅度超工可批复估算,且索塔及拉索对保护区鸟类栖息和迁徙干扰大;钢箱组合梁桥钢材利用效率优于相同建设规模的板桁组合梁;临猗黄河大桥主桥推荐采用跨径128 m连续钢箱组合梁。

某高墩大跨连续刚构桥主墩优化设计研究

选择合理的桥墩型式是降低高墩大跨连续刚构桥造价的有效措施.以瓦厂特大桥的设计为背景,将原设计主墩采用的组合墩墩型,优化成单肢空心薄壁墩,通过建立各墩型的空间有限元模型,进行对比分析.结果表明:两种主墩墩型的梁部应力水平相当;单肢空心墩稳定性优于组合墩;在最大双悬臂施工状态下,采用单肢空心薄壁墩强度安全系数较组合墩小,但成桥后安全系数相当;采用单肢空心薄壁墩经济性优于组合墩,能大幅节省造价,在施工质量与工期方面具有明显的优势.研究结果可为今后山区同类的桥梁提供一定的借鉴和参考意义.

钢混组合梁连续刚构桥施工控制影响因素研究

以浙江省宁波市舟山港跨海大桥北通航孔桥工程为项目背景,采用Midas civil软件建立桥梁有限元模型,选取结构几何形态参数、截面特征参数、时间特性参数、荷载参数和材料特性参数作为施工控制参数,并考虑桥梁施工工艺进行施工控制参数敏感性分析。分析结果表明,采用支座顶升施工工艺的钢混组合梁连续刚构桥,在成桥阶段结构线形和结构应力易受预应力钢束初始控制预应力和混凝土重度这两类施工控制影响因素的影响;在施工过程中采用支座顶升施工工艺调整桥梁结构线形,会导致初始控制预应力参数和年平均相对湿度参数敏感性分析结果在支座顶升位置处发生突变。研究结果可为钢混组合梁连续刚构桥的施工控制提供参考依据。

Behavior of composite rigid frame bridge under bi-directional seismic excitations

Pushover analysis and time history analysis are conducted to explore the bi-directional seismic behavior of composite steel-concrete rigid frame bridge, which is composed of RC piers and steel-concrete composite girders. Both longitudinal and transverse directions excitations are investigated using OpenSees. Firstly, the applicability of pushover analysis based on the funda- mental mode is discussed. Secondly, an improved pushover analysis method considering the contribution of higher modes is proposed, and the applicability on composite rigid frame bridges under bi-directional earthquake is verified. Based on this method, an approach to predict the displacement responses of composite rigid frame bridge under random hi-directional seismic excitations by revising the elasto-plastic demand curve is also proposed. It is observed that the developed method yield a good estimate on the responses of composite rigid frame bridges under bi-directional seismic excitations.

贵州两渡水湘江大桥主桥设计关键技术

贵州两渡水湘江大桥主桥为(72+120+72)m波形腹板钢槽组合梁大跨变截面连续刚构桥。针对传统波形钢腹板组合箱梁桥底板混凝土结构自重仍然偏大、底板易开裂、下翼缘混凝土与波形钢腹板易脱离等问题,该桥主梁采用自重轻、底板抗裂能力强的波形腹板钢槽组合梁结构。主梁顶板宽20.25 m,单箱双室变截面。为解决组合梁根部钢底板受力复杂、抗压稳定性差的难题,在负弯矩区组合梁钢底板上设置混凝土层,形成顶、底板双重组合结构。为提高混凝土桥面板和钢主梁之间的抗剪承载力、有效防止桥面板横向角隅弯矩导致的竖向掀起问题,剪力连接件采用开孔钢板的双PBL键。主梁墩顶0号块采用全混凝土结构,钢-混结合段采用后承压式构造。主梁横隔板采用实腹式和桁架式两种结构形式,在提高结构抗畸变和抗扭转能力的同时,大幅降低了工程用钢量。主墩采用壁厚1.8 m的双肢实体薄壁墩。结构整体和局部计算分析表明,桥梁具有较好的安全性和适应性。

混合梁刚构桥钢-混结合段的构造优化与试验

为了研究钢-混结合段的破坏模式及承载力,为局部构造优化提供依据,采用有限元模型分析钢格室高度变化对结合段受力的影响,设计制作2个结合段缩尺模型,分别测试现有工程和优化后的结合段在压剪耦合作用下的受力性能,得到结合段的受压极限承载力和破坏模式。研究表明:钢格室高度的变化对结合段后承压板承担的轴力比例的影响不大;现有工程的结合段的极限破坏状态由钢梁过渡段控制,钢梁过渡段和结合段的安全储备系数分别为3.30和6.65;优化后的钢-混结合段,钢格室高度降低1/3,局部钢板厚度减小1/3,其极限承载力仍高于钢梁过渡段,且安全储备系数为5.58。在设计混合梁刚构桥的钢-混结合段时,建议合理降低钢格室的高度,且将U形开孔剪力板改为O形开孔剪力板,以提高对填充混凝土的面外约束效应。

沪苏通长江公铁大桥天生港专用航道桥施工控制关键技术

沪苏通长江公铁大桥天生港专用航道桥为(140+336+140)m刚性梁柔性拱桥,主梁为三主桁双层板桁组合结构,采用“先梁后拱,主梁双悬臂拼装,拱肋竖向转体”方案进行施工。为确保成桥线形和内力满足设计要求,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,进行施工全过程和成桥分析,基于无应力状态法开展施工控制。钢梁墩顶节间施工时,设置墩旁托架,利用浮吊拼装;对称悬拼期间,为保证纵向稳定性,采用水袋对边跨进行配重,利用扣塔分别张拉2对扣索以改善钢梁受力并调整钢梁线形;采用预降边支点、4号墩钢梁整体预偏,以及扣索索力调整等措施进行钢梁中跨合龙;拱肋竖转后,主要通过扣索完成拱肋合龙调位;拱肋合龙后,从中间向两边张拉吊杆。经实测,该桥钢梁合龙口相对高差在10 mm以内;拱肋合龙口轴向偏差最大2 mm,相对高差最大1 mm;吊杆索力与设计目标索力偏差均在5%内,满足施工控制要求。

高速铁路下承式连续刚构-拱组合桥的冲击系数研究

以某高速铁路下承式3跨连续刚构-拱组合桥为依托,基于有限元理论和多体动力学理论建立车-桥耦合动力分析模型,进行20组轨道不平顺、75个速度共1500种工况的下承式连续刚构-拱组合桥边跨梁、中跨梁、拱肋和吊杆主要构件冲击系数的变化规律及分布特征研究,并对得到的冲击系数进行曲线拟合。结果表明:连续刚构-拱组合桥主要构件在不同位置处冲击系数存在差异,边跨梁的冲击系数大于中跨梁;列车出桥侧边跨梁跨中冲击系数最大,其值为1.131,中跨梁跨中最小,其值为1.020;桥梁中跨1/4位置处的梁、拱肋和吊杆的冲击系数相对较大,且从大到小依次为吊杆、拱肋、梁。相比现行铁路桥梁设计规范中全桥取同一个冲击系数,本文得到的冲击系数拟合式能准确计算桥梁不同构件的冲击系数,可用于桥梁主要构件的设计。

波形钢腹板自承重组合刚构桥施工过程分析

为了提高波形钢腹板组合梁桥建设的安全性及经济性,腹板自承重的悬臂浇筑逐步发展为该桥型特有的施工方法之一。针对波形钢腹板自承重施工方法,以跨径55m+100m+55m的葛溪大桥左线1号桥为背景,基于有限元分析获得了施工过程中各施工段的构件受力特点及腹板稳定性,根据分析结果在实桥受力关键部位布置测点,进行施工过程现场测试,验证了施工方法的适用性,并提出了相应的优化措施。研究结果表明:波形钢腹板自承重悬臂施工过程中,施工主体结构安全,应力分布合理;钢混过渡截面为钢及混凝土构件的受力关键位置,施工时应分别采取措施给予加强;临时横撑的布置可有效避免波形钢腹板发生整体倾覆,且为了提高安全系数,横撑应尽量靠近上、下翼缘板布置。

考虑碰撞效应的近断层区桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系减震措施研究

为了研究和探索合理的减震措施控制桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的地震反应,以1座主跨径为120 m的刚构-连续组合梁桥为研究对象,采用CSIBridge建立考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座桥墩非线性行为的桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系弹塑性动力分析模型。在桥墩和桥台处共设置8种减震方案,分析普通地震波作用下不同方案的减震效果;然后,对比分析相同减震方案在近断层普通地震波和近断层长周期地震波作用下的地震反应。研究结果表明:各方案均能达到预期减震效果,其中采用双曲面球型减震支座(为单一减震装置)的方案减震效果最佳,而增加阻尼器的组合减震方案能进一步优化主桥墩受力。同时,只有在左右桥台处设置黏滞阻尼器的联合减震方案才能有效控制桥台处伸缩缝的碰撞效应。在近断层普通地震波作用下有效的减震方案在近断层脉冲型地震波作用下完全失效,但对减震装置进行参数优化后依然能达到预期减震效果。

高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部受力行为分析

为分析高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部位在施工与运营过程中的应力状态,采用建立施工全过程杆系有限元模型,计算施工及运营阶段内力与位移,同时考虑钢管与管内核心混凝土、管外拱脚混凝土接触面双重滑移效应,建立墩-梁-拱结合部位实体有限元模型并通过现场实测应力验证模型准确性的方法,探究结合部位的钢-混凝土界面滑移规律与空间应力分布状态。研究结果表明:拱肋钢管与拱脚混凝土、核心混凝土间最大相对位移值分别为1.1,1.2 mm,在设计时宜增加隔板或剪力钉以改善钢与混凝土协同受力;结合部位应力基本处于规范限值内,在过人洞处出现应力集中,倒角处最大拉应力达3.81 MPa,可设置必要的构造钢筋抑制斜向裂缝的发展;拱脚顶面混凝土出现应力集中,且远超规范限值,建议将拱脚混凝土替换为钢纤维混凝土。研究结果可为连续刚构-拱组合桥施工安全提供参考。

广州沥心沙大桥复合防撞装置抗撞性能分析

广州沥心沙大桥主桥为(55+85+55)m T形刚构桥,由于发展需要,将该桥跨越的航道等级由Ⅲ级提升至Ⅰ级(通行3000 DWT船舶)。为提高该桥的防撞能力,提出采用一种固定式波折钢板-钢覆复合防撞装置。该装置主要由钢面板、波折钢板、聚氨酯芯材、GFRP防护层和方形橡胶垫块构成。为分析船舶撞击下该装置的耗能能力和防护性能,以主桥18号墩的防撞设计为背景,将该装置设置在承台,采用有限元软件LS-DYNA建立船-复合防撞装置-桥的碰撞模型,进行船桥碰撞动力计算分析,研究船艏、复合防撞装置及承台损伤情况。结果表明:设置复合防撞装置后,桥梁结构响应明显减小;钢面板是主要的耗能构件,发挥出良好的缓冲吸能作用;在受到船艏碰撞时,仅复合防撞装置迎撞面产生较大变形,船艏发生轻微变形,而承台及桥墩未发生大的变形,混凝土保持完好。该复合防撞装置生产、安装工艺简单,运营维护方便,具有较好的经济性和适用性。