分体式三箱主梁气动特性数值模拟

为研究分体式三箱主梁气动特性,基于某公铁两用斜拉悬索协作体系桥梁分体式三箱主梁,采用FLUENT软件开展了不同槽高比(G/D)、不同风攻角下分体式三箱主梁气动特性二维数值模拟。所述主梁气动特性主要包括气动力系数、涡量场、平均压力系数以及压力系数标准差分布。数值模拟结果表明:在研究参数范围内,不同风攻角下,阻力系数总体随槽高比增大而增大,升力系数和力矩系数未随槽高比单调变化,且力矩系数对槽高比变化更敏感。各槽高比下升力系数随风攻角变化斜率均为正值,这表明该分体式三箱主梁颤振性能良好;0°风攻角下,G/D=0时,仅在箱梁尾流区存在周期性漩涡脱落。G/D=1.61时,0°风攻角下箱梁开槽处及中间箱体和下游箱体表面漩涡脱落显著,相较于0°风攻角,±10°风攻角下中间箱体与下游箱体开槽处及下游箱体表面漩涡脱落减弱;主梁开槽使得中间箱体上表面负的平均压力系数幅值增大,并导致箱梁表面压力系数标准差增大。G/D=1.61时,相较于0°风攻角,±10°风攻角下箱梁表面压力脉动减弱,尤其下游箱体表面压力系数标准差显著减小;该分体式三箱主梁临界槽高比为G/D=2.08。

东津黄河大桥主桥总体设计

东津黄河大桥主桥为(50+180+420+180+50) m双塔钢-混组合梁斜拉桥,采用半飘浮结构体系;主梁采用宽34 m的双边钢箱-混凝土桥面板组合梁;桥塔采用无下横梁的A形桥塔+分离式承台,承台间设横向系梁,塔梁交接处设置牛腿支承主梁,塔柱底部设置破冰体;基础采用?2.0 m钻孔灌注桩,最大桩长117 m;斜拉索采用标准抗拉强度1 860 MPa平行钢丝拉索,按空间双索面扇形布置,塔端采用钢锚梁+混凝土齿块锚固,梁端采用钢锚箱锚固于主梁边钢箱外腹板。计算结果表明,该桥结构静、动力性能良好,各项指标满足规范要求。

开槽两侧格栅对分体双箱梁涡激振动控制研究

分体双箱梁断面涡激振动性能及优化是大跨桥梁抗风设计面临的关键问题之一。以某大跨度悬索桥为背景,针对分体双箱梁制作节段模型进行风洞试验,分析不同攻角时主梁涡激振动性能,提出在开槽两侧沿主梁纵向对称布置气动格栅的优化方案,研究主梁开槽两侧格栅的透风率对涡激振动性能影响规律。结果表明:当阻尼比为0.25%,攻角为-3°、0°和+3°时,主梁竖向涡激振动的无量纲最大振幅分别为0.032、0.033、0.023;当攻角为0°和-3°时,主梁扭转涡激振动最大振幅分别为0.18°、0.13°。开槽处布置透风率50%的两侧格栅后,主梁竖向涡激振动消失。这是由于气流在上游断面迎风侧前缘及栏杆处发生分离,产生较大尺寸的上部旋涡,随着旋涡不断运动,与下游断面发生碰撞,同时主梁尾流产生交替脱落的旋涡,诱导分体双箱梁断面发生涡激振动。开槽两侧布置两侧格栅后,气流的分离作用被弱化,在开槽位置处旋涡尺寸明显减小,减弱对下游断面的作用,优化主梁的涡激振动性能。研究可为分体双箱梁抗风设计提供参考。

黄茅海跨海通道高栏港大桥钢箱梁施工关键技术

黄茅海跨海通道高栏港大桥为(110+248+700+248+110)m全飘浮体系双塔双索面斜拉桥,主梁为分体式钢箱梁,标准梁段重约370 t、最大悬臂拼装梁段重约468 t,采用桥面吊机进行悬臂拼装,施工阶段抗风问题突出。通过设置塔梁三向临时锚固抵抗施工过程中的不平衡力及力矩,有限元计算结果表明塔梁三向临时锚固均满足受力需求;在边跨侧设置抗风临时墩,并依据受力分析结果确定抗风临时墩的钢管桩选用∅1200 mm×12 mm,平联、斜撑选用∅426 mm×6 mm,施工阶段安全渡台;通过设置横断面预拱度保证了钢箱梁成桥横坡;采用反力牛腿法在被吊装梁段和已安装梁段匹配侧施加成对反力有效减小匹配高差,保证了钢箱梁的顺利匹配安装;边、辅墩墩顶前一梁段的斜拉索二次张拉后再进行合龙,避免了施工期间边、辅墩支座出现负反力;中跨采用单边起吊加配重和自然温差配切的合龙方式。

狮子洋通道钢-混组合梁桥结构选型研究

狮子洋通道全长约35 km,为高速公路+城市道路双层复合过江通道,过江段采用双层桥梁方案(上层为高速公路,下层为市政道路),多处主线桥设计采用50~80 m跨径桥梁,主梁采用钢-混组合梁结构。通过对简支和连续体系进行比选,该项目采用结构简支、桥面连续的结构体系,并配合暗帽梁的设计方案;通过对工字形钢板组合梁、整体式钢箱组合梁、波形钢腹板组合梁、钢桁腹组合梁、分体式小钢箱组合梁进行比选,选择分体式小钢箱作为该项目钢-混组合梁的钢主梁形式;通过对结构受力性能、经济性、施工便利性、运输便利性和对变宽路段的适应性等综合分析比选,钢主梁采用4片主梁方案,该方案有利于设计、制造及施工标准化,结构受力更合理、造价更经济。从施工场地、设备、工期和安全性等方面分析,该项目施工采用标准化加工钢结构、工厂化预制混凝土桥面板,在桥位上通过湿接缝和集束式剪力钉形成组合结构的方案。

桃夭门公铁两用大桥主桥设计

桃夭门公铁两用大桥主桥为主跨666 m混合梁斜拉桥,采用公铁平层布置,中间通行双线客运专线,两侧通行6车道高速公路。主桥采用塔梁分离、塔墩固结,塔梁之间设置竖向支座和纵向阻尼器的约束体系。主梁采用三箱分离式混合梁,主跨及近塔侧53 m边跨为钢箱梁,全宽65.6 m;其余边跨为混凝土箱梁,全宽65.66 m。桥塔为倒Y形钢筋混凝土结构,不设置下横梁,在中、下塔柱交界位置横桥向内、外侧设置牛腿,分别支承铁路和公路钢箱梁。斜拉索采用标准抗拉强度2000 MPa的高强平行钢丝索,双索面扇形布置。册子岛侧桥塔采用20根ϕ3.5 m钻孔桩基础,富翅岛侧桥塔采用台阶型扩大基础+5根ϕ3.5 m钻孔桩组合基础。理论和试验研究结果表明:该桥具有良好的静、动力性能,能够满足高速列车行车要求。

四线铁路钢-混组合梁斜拉桥设计关键技术

上海斜塘特大桥主桥采用主跨260 m双塔斜拉桥,跨越斜塘航道,承载四线铁路。对2种边中跨比斜拉桥方案进行对比,根据中跨静活载挠跨比、静活载梁端转角和活载负反力等分析结果,确定边中跨比采用0.38,主桥跨径布置为(40+60+260+60+40)m;对比3种钢-混组合梁截面形式的主梁刚度、经济性及无砟轨道适应性,主跨梁体选取高3.5 m的分离式双箱钢-混组合梁,边跨及衔接处主跨8 m段采用混凝土梁;对比H形和花瓶形桥塔的结构性能、施工方案,选取高97 m的H形桥塔;综合考虑结构刚度、轨道板变形和施工控制,中、边跨斜拉索梁上间距分别取12 m和8 m,桥塔最外侧斜拉索倾角取30°;索塔、索梁均采用钢锚箱式锚固结构。大桥整体结构计算结果安全可靠;温度、列车等荷载组合作用下,桥梁竖向刚度、换算曲率半径均满足规范要求。

偏载作用下超宽幅分体钢箱梁扭转效应分析

为研究不同成桥偏载作用下宽幅分体钢箱梁的扭转效应及结构参数对扭转效应的影响规律,以西堠门公铁两用大桥主桥斜拉-悬索协作区段宽幅分体钢箱梁为背景进行有限元分析。该桥为主跨1488 m的斜拉-悬索协作体系桥,主梁为由3个流线型扁平钢箱通过箱形横梁连接组成的超宽幅分体钢箱梁。采用Abaqus软件建立该桥斜拉-悬索协作区段宽幅分体钢箱梁精细化有限元模型,计算3种偏载工况作用下钢箱梁3个典型截面(吊索作用截面、无横梁连接截面、斜拉索作用截面)顶、底板扭转翘曲正应力;分析腹板厚度、横梁宽度以及吊索横向间距对宽幅分体钢箱梁扭转效应的影响。结果表明:3种偏载工况作用下宽幅分体钢箱梁扭转效应明显,其中无横梁连接截面扭转效应最为突出,设计时应予以关注;增大腹板厚度可以降低钢箱梁顶、底板扭转效应,增大横梁宽度会增大顶板、腹板中间位置附近的扭转翘曲正应力,但会降低底板的扭转翘曲正应力最大值;吊索横向间距对扭转效应影响较小。

东莞滨海湾大桥主桥总体设计

东莞滨海湾大桥主桥采用对称空间扭索独柱塔斜拉桥,跨径布置为(60+200+200+60)m,塔梁固结体系。桥塔采用钢-钢壳混凝土混合塔,高149.8 m,中、下塔柱采用钢壳混凝土组合结构,利用钢材的可塑性满足桥塔建筑造型及外观质量的需求,利用内、外壁钢壳与混凝土的相互约束作用提高钢结构稳定性并形成核心混凝土,充分发挥两种材料优势;上塔柱采用纯钢塔,局部构件传力清晰且有效减轻结构自重;钢塔柱与钢壳混凝土组合塔柱交界面通过承压隔板、塔壁板、竖向加劲肋等保证传力连续。主梁采用分离式钢箱梁,全宽60 m。塔梁固结处桥塔结构连续,主梁通过局部加厚的顶、底板及多道纵、横隔板与桥塔连接。斜拉索为锌铝合金镀层平行钢丝索,标准抗拉强度1770 MPa。结构分析表明,该桥静力、抗震、抗风性能均满足规范要求。该桥利用BIM平台融合建筑、设计、计算、钢结构智能化制造及装配化架设等应用场景,可为类似桥梁建设提供参考。

独塔空间扭索面斜拉桥分体式钢箱梁设计

滹沱河特大桥采用独塔独柱空间扭索面漂浮体系斜拉桥结构,跨径布置为(40+150+150+40)m。除下塔柱采用混凝土结构外,主梁与上塔柱均采用钢结构。主桥上部结构为分体式钢箱梁,主梁标准宽度67 m,为国内桥梁之最,最大宽度73 m。针对主桥的结构体系特点,钢箱梁总体构造设计包括断面构造、拉索锚固构造、主梁总体分段等设计细节及施工方案介绍。该桥的设计具有其独特之处,为今后类似斜拉桥钢箱梁设计提供一定的经验和借鉴。

千吨级运架分体机施工技术

广湛高速铁路DK303+265—DK361+784段29座桥采取双线简支箱梁架设,需面对架设数量多(1 201孔)、运距长(29.5km)、架桥机整机穿越5座隧道及隧道口架梁等问题。针对此特殊工况及施工难点,选用陆吾号千吨级运架分体机(架桥机1台、运梁车2台)和1 000t轮胎式搬梁机1台作为预制箱梁搬运架施工装备。陆吾号千吨级运架分体机具有轮胎驱动过孔走行一次纵移到位、搭载智能安全管理6大子系统、低位过隧、隧道口架梁、180°整机掉头转场、运梁车可遥控行走等多项核心技术,满足全线各种复杂工况的运架梁要求。陆吾号千吨级运架分体机首次在国内高速铁路桥梁工程中应用,提高了运架速度并降低了预制梁运架过程中安全风险,实现了智能化驾驶、信息化管理和少人化作业。

受限场地空间复杂曲面钢箱梁桥加工制造技术

平曲线曲率半径小、竖曲线坡度变化大、箱体截面宽大的匝道桥钢箱梁,采用整体胎架方法进行加工制作时,对加工场地等要求较高。以济南东客站匝道桥钢箱梁加工制作为工程背景,对受限场地中空间复杂曲面钢箱梁的加工制造技术进行了研究,采用纵向分段分胎倒装制作工艺进行匝道桥钢箱梁的加工制作并借助BIM技术对钢箱梁进行拼装模拟,解决了空间复杂曲面钢箱梁在受限场地内的拼装加工、厂外运输、工期紧张及质量保证等问题,为类似工程钢箱梁的制作及质量控制提供了参考。

小半径变截面匝道钢箱梁分离式顶推工艺研究

潮汕环线高速公路京灶大桥三期一标段金灶枢纽互通桥F匝道钢箱梁,起止方向为揭阳到惠州,跨越潮惠高速段为(33m+55m+32m)连续钢箱梁。本项目为小半径变截面钢箱梁顶推跨高速施工,难度极大且国内少有先例。因此,前期对特殊工况顶推施工工艺进行了深入模拟计算,后期研究了现场安装、顶推、测量等关键技术,最后完成了本项目钢箱梁分离式顶推施工。通过对F匝道小半径变截面钢箱梁分离式顶推施工安装工艺的论述,为其他类似结构施工提供相关借鉴经验。

成昆铁路矮塔斜拉桥设计关键技术

成昆铁路攀枝花金沙江大桥采用跨径布置为(120+208+120)m的预应力混凝土矮塔斜拉桥。主梁采用变高度单箱双室预应力混凝土箱梁;桥塔采用H形钢筋混凝土结构,桥面以上塔高28m,塔高与跨径之比为1/7.5;斜拉索采用1 860MPa环氧涂层钢绞线,斜拉索穿过塔上分丝管索鞍后锚固于主梁上。该桥采用塔梁固结、墩梁分离的三摩擦副双曲面摩擦摆减隔震支座+剪力榫组合支承体系,不仅解决了桥梁的抗震,还有利于列车的平稳运行和梁端伸缩装置的设置;针对矮塔斜拉桥的特点,基于索梁活载比确定斜拉索索力和梁体预应力钢束的配置。对该桥进行车-桥耦合动力分析,分析结果表明桥梁的动力性能和列车过桥时的安全性与舒适性均满足规范要求。

箱梁合龙段底板崩裂机理及设计

基于非线性有限元数值模拟方法,考虑混凝土非线性力学特性,建立了包含竖向双层波纹管孔道的精细化数值有限元模型,分析了箱梁合龙段底板从开始加载至最终破坏的损伤发展过程.基于精细化数值模型分析结果,讨论了崩裂成因.研究表明,箱梁合龙段底板崩裂成因共有5种:孔肋间混凝土竖向受拉、波纹孔道下方混凝土冲切、孔肋顶部和底部混凝土横向开裂、波纹管与混凝土的剥离以及底板弯曲开裂和梗腋位置剪切开裂.根据5种崩裂成因出现的先后顺序,认为控制底板崩裂破坏形式为波纹管下方混凝土冲切破坏及孔肋间竖向受拉破坏.最后,提出了孔肋间受拉破坏承载能力设计公式和底板抗冲切承载能力设计公式.

基于试验设计与代理模型的中央开槽箱梁气动外形优化方法

为克服大跨度桥梁主梁断面气动选型过程中几何参数多、潜在组合多、试验工作量大的难题,提出基于“均匀试验设计+Kriging代理模型”优化策略的桥梁断面气动外形优化方法。以某大跨桥梁中央开槽箱梁颤振性能优化为例,采用该方法进行气动外形优化。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟,首先通过“均匀试验设计”合理选取CFD分析工况,再利用“Kriging代理模型”以尽可能少的工况建立主梁几何参数-颤振临界风速关系模型,基于该模型分析不同几何参数对桥梁颤振性能影响规律,获取最优主梁断面。结果表明:“均匀试验设计+Kriging代理模型”优化策略能够在保证模型精度的前提下显著减少计算工况,工作量仅为遍历性试验的0.68%;CFD数值模拟、试验设计与代理模型策略的结合可以快速评估不同几何参数对抗风性能的影响规律,在背景桥梁主梁高度和行车道宽度下,中央开槽箱梁的颤振最优参数为槽宽比D/B=0.12、风嘴角度α=44°、下斜腹板倾角β=11°。

预应力混凝土现浇箱梁分联结构分析

通过20 m,25 m,30 m跨径分别从3孔一联到6孔一联采用满堂支架施工方案的结构分析计算,根据各跨径组合中钢束联长中点截面处其有效应力数据的对比分析结果,得出以上3种跨径中跨径相对越大、跨数越多,联长中点截面处钢绞线的预应力损失越大的结论。计算结果表明:25 m,30 m跨径超过4孔一联采用满堂支架的施工方案已达不到经济、合理的设计理念要求,若设计需采用此种跨径组合的分联设计时就需要采用逐孔浇筑等其他施工方案,以达到预应力充分发挥其材料性能的目的。

无锡金匮桥主桥钢箱梁设计

介绍了无锡金匮桥主桁结构设计、桥面系设计、非机动车道及人行道设计、静力分析及主要施工方法;为解决非机动车道与机动车道纵坡不一致的问题创造性地提出了采用调整托架的高度方法,事实证明在该桥上的应用是成功的;对该桥进行了详细的静力分析和稳定计算,计算表明,大桥各构件受力性能满足要求,大桥具有较好的稳定性。

京珠高速刘江互通立交桥施工技术

介绍了京珠高速刘江立交桥的概况,详细阐述了该桥施工时,使用的高速公路交通分流技术,军用制式器材与立杆可调式双向托撑支架体系,小半径钢筋混凝土箱梁施工及线形控制技术。实践表明,采用这些技术有效地保证了施工的安全性、质量和工期,且取得了良好的经济效益。

温州瓯江北口大桥缆梁相交区加劲梁吊装关键技术

温州瓯江北口大桥为主跨2×800 m的三塔双层桥面钢桁梁悬索桥,受航空限高及通航净空影响,两主跨跨中约300 m范围存在缆梁相交区,主缆高度低于上层桥面。由于缆梁相交区梁段的梁面高于主缆,需将其提升到超过主缆所在高度后进行吊索连接,而常规的缆载吊机、浮吊及缆索吊机均难以满足施工需要,因此研发了分体式吊机。该吊机主要由4套临时索夹、4套液压提升油缸组件、2根托梁组成,采用免横梁结构设计,适应性强。针对分体式吊机直接提升钢桁梁时存在托梁安装难度大的问题,提出了“缆载吊机+分体式吊机”接力提升技术,即利用缆载吊机第1次提升钢桁梁后,通过接长吊索将钢桁梁临时悬挂于主缆;安装分体式吊机,由分体式吊机第2次将钢桁梁提升到位。该技术保证了缆梁相交区钢桁梁的顺利吊装,缆梁相交区梁段吊装平均工效可达1片/d。