河道斜交桥梁壅水及流场特性分析

圆端桥墩是平原河道内一种常见的桥墩型式,为探究斜交圆端桥墩不同布置方式引起的壅水特性和水流流态变化,建立三维数值模型,采用SIMPLE算法耦合k-ε紊流模型求解N-S方程组,应用VOF法追踪自由液面,分析了单个桥墩壅水特性、绕流流场和升阻力系数随斜交角度变化的规律。研究结果表明:下游墩前壅水高度最大,壅水长度最长,上游墩前冲高值最大;水流绕流经过上游桥墩后偏向下游桥墩侧,桥墩垂直桥轴线布置方式绕流形成的壅水叠加效应更明显;斜交桥梁布置采取圆端桥墩时,桥墩顺水流布置,可有效减小阻水宽度与壅水高度,弱化流场结构变化。

预制节段拼装UHPC门式墩设计及施工研究

铁路混凝土门式墩由于其盖梁自重较大且需要支架原位现浇等因素限制了其适用范围。文中提出将UHPC和节段拼装技术运用在空心箱形混凝土门式墩上,进一步减轻自重,采用工厂预制,现场节段拼装后整体吊装的方案实现混凝土盖梁门式墩可跨越既有线,计算分析验证该技术方案的可行性,提出配套施工工法,并与钢门式墩进行技术、经济指标对比分析。

基于SPMT模块车“墩梁协同”整跨预制PC结构快速拆除及重建技术

以“省道S361里水大道广佛跨线改造桥中、东幅桥的快速拆除及重建工程项目”为对象,开展基于SPMT模块车“墩梁协同”整跨移运非标预制小箱梁与预制墩柱盖梁一体化的设计和施工、预制大尺寸的斜交桥墩及盖梁整体与承台连接的关键技术等方面的研究。对目前国内尚未采用的对预制PC结构采用模块车整体移运的关键技术进行分析,对此类型的上部结构的新施工工法进行尝试和创新,与钢-砼组合梁、钢箱梁上部结构的整跨移运施工相比,具有较好的经济效益。工程实践丰富了现有桥梁更换技术,较大缩短桥梁更换施工交通封闭的时间,提高工程质量,保证更换安全,具有良好的社会效益。

酉水大桥大跨度连续箱梁桥斜交高墩日照温度效应分析

以湖南省张花高速公路酉水大桥(80+145+80)m大跨度悬臂浇筑预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,介绍斜交高墩日照温度效应的影响因素及有限元分析方法。运用ANSYS有限元分析软件,建立酉水大桥斜交高墩热效应分析模型,以现场实验数据为依据,分析桥墩在日照温度场作用下结构的温度场、温度应力分布特征;在得出桥墩温度应力分析方法的基础上,对桥墩施加结构荷载及边界条件,计算桥墩综合因素作用下的受力特征,并研究温度效应对桥墩受力的影响程度。最后计算温度效应对桥墩支座反力的影响,给出因支座反力变化对上部结构产生的扭矩。

桥墩布置形式对桥墩绕流及局部流场的影响

应用MIKE21软件模拟分析了不同桥墩布置形式斜交桥对河道局部流场的影响。模拟结果表明:单线斜交桥对水流有明显阻水影响,双线斜交桥对水流的阻水影响,并不是简单叠加;下游桥桥墩与上游桥桥墩对孔布置且桥墩相距较近,下游桥桥墩受上游桥桥墩的遮蔽作用,其阻水影响被削弱,对水流的消能和流速再分配有一定作用;下游桥桥墩与水流方向夹角的改变,除使桥墩附近局部区域水流流态变化明显,并随着角度增加影响增大、其他区域变化值相差不大,不存在单调关系;圆端形桥墩应尽量采用顺水流布置,非顺水流布置时,如果对桥墩附近局部区域水流流态的影响较大,可通过开挖拓宽桥址处河道,降低河道单宽流量,增加河道过流面积的方法改善。

斜交高墩大跨度连续箱梁桥动力特性及其颤振分析

以湖南省张花高速公路酉水大桥(80+145+80)m斜交高墩大跨度悬臂浇筑预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,运用有限元方法分析斜交高墩大跨度连续箱梁桥在最高墩施工阶段、最大悬臂施工阶段以及成桥阶段的动力特性,对比HBM动力测试仪现场测试的自振特性,对桥梁结构的刚度进行评价;计算桥梁结构的颤振临界风速,分析桥梁在自然风作用下的颤振稳定性。研究结果表明:桥梁在3个施工阶段纵向刚度最小,最大悬臂施工阶段扭转刚度最小,为自然风颤振最不利阶段,其颤振临界风速大于颤振检验风速,桥梁结构颤振稳定。

酉水大桥日照温度对斜交高墩施工线形影响及其控制方法研究

以湖南省张花高速公路酉水大桥(80 m+145 m+80 m)斜交高墩大跨度连续箱梁桥为工程背景,介绍了斜交高墩日照温度作用的基本理论及有限元分析方法。应用ANSYS有限元软件,建立了酉水大桥斜交高墩日照温度效应计算模型,分析了主桥墩在日照温度效应下的温度场特征,对比理论分析与实测温度,并分析了日照温度作用下高墩施工线形影响,根据日照温度墩顶位移近似解析解提出了施工中控制墩身变形和轴线偏位的方法,为高墩施工的线形控制提供一定的参考。

复杂边界条件下桥墩冲刷的试验研究

本文阐述了弯道中的流速分布,进而求得了弯道中的一般冲刷,通过对弯道中的斜交桥水流偏转角以及过水断面宽度的求解,初步求得了河湾中斜交桥的一般冲刷的计算结果,并且通过折减系数将一般冲刷与局部冲刷联系起来,推得了在只有表面流速与水位情况下的弯道中斜交桥的冲刷深度计算公式,结合延河水工模型实验资料,验证了冲刷的折减系数,计算结果与实际吻合较好。

平胜大桥斜交顶推中临时墩的受力分析

结合平胜大桥-自锚式悬索桥加劲梁架设中临时墩的受力分析,阐述了斜交顶推中临时墩的受力特点及变化规律,对斜交顶推施工的其他桥梁具有一定的借鉴意义。

铁路正交连续梁桥斜交墩的设计与应用

研究目的:解决铁路连续梁桥在斜交跨越道路、航道时如何有效减少桥梁跨度,同时避免设置斜交梁对行车的不利影响。旨在为以后同类工程提供借鉴。研究结论:茨淮新河双线特大桥跨越茨淮新河处正交连续梁配合斜交墩方案的设计应用表明:斜交墩的支承垫石正交布置会导致垫石外侧角点下方托盘区域应力水平高于桥墩其他位置;当垫石超出墩身尺寸控制在一定范围内时,托盘的各项应力水平是可以控制在规范允许值内的。在受限于线路走向需斜交跨越道路、河流等时,斜交墩是个很好的解决方案。

酉水大桥大跨度预应力混凝土连续梁桥斜交高墩盖梁受力特征分析

以湖南省张花高速公路酉水大桥(80 m+145 m+80 m)斜交高墩大跨度悬臂浇筑预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,运用MIDAS软件建立箱梁整体梁格模型,得出桥墩的最不利荷载组合,在此基础上运用AN-SYS软件建立主桥斜交高墩实体模型,对盖梁在最不利上部荷载作用下的受力特征进行分析。分析计算结果表明,斜交高墩盖梁应力分布特征有别于正交桥墩盖梁,该正八边形盖梁最小压应力产生于支座垫石与盖梁接触面中心处,以垫石为中心向四周逐渐变大;盖梁在两个支座垫石之间的局部区域存在超出混凝土抗拉极限设计值的拉应力,该拉应力产生于盖梁中心上表面处。分析结果对不同于正交桥墩盖梁支点角隅区钢筋的配置有指导意义。

城市轨道交通斜交隐盖梁门式墩曲线连续梁设计关键点研究

城市轨道交通高架桥在受地面道路净空和车站等控制点标高影响时,隐盖梁门式墩连续梁是一种较经济的结构形式。结合设计实例,阐述了曲线段隐盖梁门式墩连续梁的设计关键点。分别采用了桥博单梁模型和Midas有限元分析软件的梁格模型进行结构分析,对两种模型计算结果进行了比较。研究了隐盖梁斜交角度对连续梁受力的影响,明确了斜交隐盖梁门式墩的连续梁需采用空间梁格模型进行分析,并得出结论:在小半径曲线的连续梁弯扭耦合引起的隐盖梁下支座的横向位移可能超限,应引起重视。

斜交桥墩阻水特性数值模拟研究

在桥梁设计中受地形地质、接线等原因影响,桥轴线有时不得不与河道斜交布置,通常情况下桥墩墩轴线与桥轴线垂直布置,受此影响,桥墩墩轴线则与水流流向形成一定夹角α。二维数值模拟研究成果表明,对同尺寸桥墩,α越大则桥墩阻水比随之增大,由此引起的桥墩墩前壅水高度及范围,桥区流速变化幅度及范围、紊流宽度等均相应增大,严重时将直接威胁桥区河道的通航与行洪安全。在桥梁设计时可采取桥墩墩轴线与桥轴线斜交,与水流流向保持一致,以尽量降低桥墩对河道的扰动。

地震对斜交桥墩稳定性影响的有限元分析

以常见跨径简支斜交桥为例建立有限元模型,以新型摩擦摆系统支座、板式橡胶支座、抗震型橡胶支座和铰接支承连接为支座形式,通过有限元的方法,以斜度为常变参数,对以上4种支座的刚度和形式进行计算分析,进行常遇地震与罕遇地震下的反应谱和线性时程分析,算出桥墩内力并进行参数分析,对比研究地震对不同支座形式和刚度的斜交桥墩的影响。为正确进行斜交桥的抗震设计提供了有益参考。

酉水大桥大跨度连续箱梁桥斜交高墩几何非线性效应与稳定性分析

以湖南省张花高速公路酉水大桥(80 m+145 m+80 m)大跨度悬臂浇筑预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,运用ANSYS软件建立主桥斜交高墩的三维实体模型,分析了斜交高墩几何非线性效应下的变形、应力及多重非线性作用下的屈曲问题,并且对比分析了不同斜交角度情况下,桥墩非线性屈曲临界荷载的变化情况。分析结果表明:桥墩在考虑几何非线性条件下的整体变形、应力的绝对值都呈增大趋势,墩顶位移增大3.36%,最大拉应力增大3.62%,压应力减小4.27%,可供斜交高墩受力计算分析参考;桥墩特征值屈曲荷载临界值在几何非线性下比线性解小,在考虑材料、几何双重非线性效应下远小于仅考虑几何非线性效应及线性解,此结论对高桥墩几何非线性条件下承载力分析有重要参考意义;斜交角度从0°到90°变化,桥墩的非线性屈曲临界荷载由大变小再变大,在45°时出现极小值,对斜交高墩桥梁的斜交角度设计有重要指导意义。

斜交连续刚构桥桥墩地震易损性分析

以美国西部地区某斜交公路连续刚构桥为研究对象,研究其不等高墩易损性差异以及斜交角的改变对桥墩地震易损性的影响。考虑桥梁结构参数和地震动的不确定性,选取100条地震动,沿纵桥向输入,生成“结构-地震动”样本库,以地震动峰值加速度(PGA)为强度指标(IM),利用OpenSees软件对结构进行非线性时程分析得到桥墩动力响应,而后以桥墩曲率延性比衡量桥梁破坏状态,在确定桥墩损伤指标的基础上,采用可靠度理论得到各桥墩的地震易损性曲线,判断桥墩的损伤模式、损伤特点。在此基础上,改变桥梁斜交角度进行易损性分析,得到斜交角变化对桥墩地震易损性的影响。研究表明:该桥最矮墩发生损伤的概率大于其他桥墩,桥墩最先进入塑性的是墩顶和墩底区域;不同斜交角对桥墩的地震响应影响显著,各墩损伤破坏排序与斜交桥结构构造特点有关,同一排架墩的两侧墩柱易损性呈现与角度变化趋势相反的排列,损伤越严重,趋势越明显;对于此不等高的斜交刚构桥,最矮墩为其抗震薄弱环节,斜交角越大,越应该关注钝角处矮墩的损伤情况,并提高其设计标准,在进行斜交刚构桥抗震设计中应予以重视。

V形墩斜交刚构桥受力性能分析

V形墩连续刚构桥为了适应地形地物而采用桥梁结构斜交布置时,其力学性能较正交桥更为复杂,特别是斜交引起的上部结构弯扭耦合效应、支座负反力、上部箱梁的整体移动及开裂等,严重危害桥梁的运营安全。通过采用梁格法建立三跨V形墩斜交刚构桥的有限元数值计算模型,根据其内力、反力及位移等方面的作用效应进行比较分析,得到了V形墩斜交刚构桥的空间受力规律,对V形墩斜交刚构桥的设计与施工具有很好的理论指导意义及实际应用价值。

铁路桥梁钢门式墩设计研究

伴随着铁路建设进入新时期,新建铁路与既有铁路、公路、油气管道交汇的频率急剧增加,小角度斜交时一般采用门式墩方案较为经济,避免出现过多大跨度以及超大跨度桥梁。跨越既有铁路或公路时为减小对既有线的干扰,避免中断运营,一般采用钢盖梁门式墩方案。在具体实践过程中,出现了多种结构形式、施工工法以及耐候钢材料的应用等。本文结合福厦高铁、南沿江高铁、杭衢铁路等多条铁路长大干线设计实例,对钢盖梁门式墩的结构形式、设计要点、设计时需考虑的因素进行探讨和分析,并对典型门式墩方案的经济技术指标作出分析,供同类工程设计者参考。

中小跨径斜弯桥梁的设计

根据多年从事公路桥梁设计工作的经验,总结了中小跨径斜交桥的布设方法,并且指出应根据桥梁所处位置的路线线形、斜交角度、河流情况等因素,通过方案比较,选择合适的桥型布置,从而使斜交桥设计合理、施工方便、经济美观。

斜交连续梁桥地震位移响应及典型参数规律研究

为了揭示斜交连续梁桥的地震破坏规律,提高这类桥梁抗震设计的针对性,选取汶川震害中某典型斜交连续梁桥为原型,以支座摩擦系数、斜交角、主梁跨数、墩高为参数构建了15个分析桥例。考虑支座滑移、挡块退化、桥台伸缩缝碰撞等非线性因素,基于OpenSEES开源程序建立模型,采用非线性时程分析方法研究了斜交连续梁桥地震位移响应特点及其参数影响规律。研究表明:由于支座滑移且缺乏自复位能力,斜交连续梁桥的典型地震响应为主梁的双向耦合位移和平面旋转;梁端纵、横向残余位移均随着斜交角的增大而先增后减,主梁平面转角则先增后减,最大平面转角出现在斜交角为45°时;连续跨数增多会导致梁端纵、横向位移先减后增,单跨的平面转角是4跨的11.1倍;随着墩高的增加,梁端纵、横向位移不断增大,主梁平面转角呈先减后增的变化规律,墩高为16m时出现最小值。