公铁合建钢混板-桁斜拉桥悬挑式钢锚箱受力特性及结构优化

为研究大跨度公铁合建钢混板-桁斜拉桥主梁悬挑式索梁钢锚箱结构的受力特性及结构优化,以主跨808 m的洪奇沥特大桥钢锚箱为背景,采用仿真分析方法,研究钢锚箱3个设计方案主要板件应力、焊缝应力以及推荐方案锚箱节点的传力特性和锚箱参数对钢锚箱受力的影响。结果表明:锚箱尺寸较大、顶底板加肋方案的主要板件应力最大为300 MPa,小于其他2种方案,且6条焊缝的最大应力和应力不均匀系数较优,因此确定该方案为最终设计方案;索力首先由锚垫板直接向钢锚箱顶、底板和内外腹板较为均匀传递,最终边弦杆底板、内腹板和外腹板分别承担了22.2%,46.4%和31.4%的索力;节点处副桁斜杆、近桥塔侧和远桥塔侧边弦杆、混凝土桥面、节点横梁分别传递约66.71%,9.72%,9.32%,9.68%和4.56%的斜拉索竖向分力;板件应力随顶底板厚度增加而减小,顶底板深入边弦杆长度增加可以降低底板-内腹板焊缝峰值应力,顶底板间距减小可降低内外腹板和顶底板与锚垫板接触区域应力;顶底板厚44 mm、锚箱顶底板深入边弦杆长度1800 mm、顶底板间距660 mm时较为合理。

古金赤水河大桥主桥总体设计

古金赤水河大桥主桥为(83.5+173.5+575+173.5+83.5)m半飘浮体系双塔双索面斜拉桥。主梁采用双边主梁断面钢-混组合梁,由工字钢主梁和混凝土桥面板组成,全宽43.8 m,设置裙板抑制主梁涡振。桥塔为下塔柱内收的A形塔,南、北塔塔高分别为217 m和261 m。由于山区超高桥塔塔墩景观效果欠佳,采用超高塔柱无塔墩方案,桥塔采用嵌岩群桩基础;针对山区桥梁养护不便的情况,索塔锚固采用耐候钢钢锚梁;针对剪力钉在拉拔力作用下承载能力降低问题,采用以开孔板连接件为主的钢-混结合构造实现锚梁牛腿壁板与塔壁连接。斜拉索采用公称直径15.20 mm、标准抗拉强度1860 MPa的钢绞线拉索,全桥共4×23对(184根),空间双索面扇形布置。由于斜拉索锚拉板+外置减振阻尼器景观效果不佳,选用全内置减振阻尼器方案。

深江铁路洪奇沥公铁两用大桥主桥方案构思与总体设计

深江铁路洪奇沥公铁两用大桥主桥采用(3×100+808+3×100)m超短边跨钢-混组合混合梁斜拉桥,一跨跨越通航水域。该桥公铁分层布置,上层布置8车道城市快速路,下层布置4线铁路。主梁采用倒梯形双主桁截面,桥面布置紧凑、受力明确、经济性好。中跨主梁采用板桁-箱桁组合结构钢梁,桥面结构参与主桁受力,具有高效综合性能。边跨主梁采用矩形钢管混凝土叠合板-桁组合梁,融结构受力和锚固压重于一体,叠合板采用32 cm厚预制板+40 cm厚现浇层。钢-混结合段采用“钢格室+承压板”构造,钢-混结合面位于桥塔向中跨侧4.6 m。桥塔采用H形混凝土塔,基础采用35根直径4.0 m的大直径钻孔灌注桩。斜拉索采用标准抗拉强度2000 MPa的平行钢丝成品索,最大规格为PES(C)7-547。索梁锚固采用副桁弦杆节点兜底钢锚箱结构,传力可靠、抗疲劳性能好。索塔锚固创新地采用自平衡交叉混合锚固技术,以适应大规格斜拉索锚固。钢桁梁采用“纵向分段、横向分区”制造、运输、现场吊装的施工方案。

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。

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。

丹江口水库特大桥施工关键技术

十淅高速丹江口水库特大桥为主跨760 m的双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥。主墩采用群桩基础、八边形承台;桥塔采用H形混凝土结构;地锚式桥台采用箱形预应力混凝土结构;主梁采用混合梁,边跨为双边主肋预应力混凝土梁,主跨为钢-UHPC组合梁,主跨跨中设置中央无轴力连接装置+伸缩缝构造。针对该桥结构特点及水文条件,主墩桩基础和承台采用衡重式挡墙+单壁钢围堰方案,变水中施工为陆地施工,节约了工期和投资;塔柱采用液压爬模分节施工,中塔柱内倾塔肢间设2道水平横撑,保证了施工期塔柱受力和线形;地锚式桥台采用分块、分层并设后浇带的方案,有效改善了大体积混凝土的抗裂性能;边跨混凝土梁采用搭设钢管支架分段现浇施工;主跨钢主梁采取工厂化块件制造,库区陆地总拼并浇筑UHPC形成组合梁,再水运至桥位,采用桥面吊机悬臂吊装,现场施工湿接缝,解决了汉江上游航运能力不足的问题,同时创新提出并应用了钢-UHPC组合梁安装五步施工法,提高了主梁安装质量;中央无轴力连接装置采用逐缝合龙法高精度合龙方案,有效保证了结构功能的发挥。

大跨度自锚式悬索桥半封闭箱型加劲梁抗风性能试验研究

文章以一拟建大跨度自锚式悬索桥为工程背景,通过ANSYS有限元分析和节段模型风洞试验,研究了半封闭箱型钢-UHPC组合加劲梁的抗风性能。研究结果表明,半封闭箱型钢-UHPC组合加劲梁在-3°、0°及3°风攻角下,颤振临界风速均大幅高于颤振检验风速,颤振稳定性满足规范要求,且安全储备较大。加劲梁在5°、3°和-3°风攻角下发生了超过规范允许幅值的竖向涡激共振,在3°风攻角下发生了超过规范允许幅值的扭转涡激共振。对原加劲梁进行气动外形改良后,竖向涡激共振和扭转涡激共振均消失,同时颤振稳定性也明显改善。

西堠门公铁两用大桥索梁锚固区域受力分析及传力机理研究

甬舟铁路西堠门公铁两用大桥主桥为主跨1488 m斜拉-悬索协作体系桥,主梁由3个流线型扁平钢箱梁组成,斜拉索梁端采用内置于边箱风嘴部位的钢锚箱锚固,钢锚箱与箱梁纵腹板双侧连接。为研究该桥索梁锚固结构的受力特性和焊缝传力机理,确保锚固结构承载安全可靠,选择全桥索力荷载最大的S26号钢锚箱索梁锚固结构进行局部受力研究。采用Abaqus软件建立索梁锚固区域多尺度有限元模型,分析不同施工阶段对索梁锚固结构受力状态的影响,以及索梁锚固结构处于不同索力工况下,锚固区域应力分布和焊缝传力机理。结果表明:钢锚箱锚固结构设计合理、安全可靠;锚箱结构受力相对独立,基本不受梁段施工阶段边界条件变化影响,而与锚箱相连内腹板则存在约17%的应力变化;索梁锚固区域整体应力水平较低,但存在明显的应力集中现象,主要分布在锚箱与腹板相连的6条焊缝附近,且随着索力荷载增大,应力集中现象更为突出;锚箱与腹板相连的6条焊缝分配索力合理,但不同焊缝等效应力沿焊缝方向呈现不同分布形式,且随着索力荷载增大,焊缝等效应力分布特征更加显著。

佛山同济大桥主桥总体设计

佛山同济大桥主桥采用(200+68+46)m混合梁斜拉桥,塔梁墩固结体系。桥塔采用“佛手”形状的钻石形钢筋混凝土结构,塔高125 m,塔柱采用空心箱形断面,外侧四角倒椭圆弧,基础采用整体式承台+∅2.5 m钻孔灌注桩基础。主梁采用PK断面混合梁,全宽38.6 m(含风嘴),中心线处梁高3.5 m,中跨为正交异性板钢箱梁,钢箱梁顶板U肋采用双面焊工艺,边跨为混凝土箱梁。斜拉索采用标准抗拉强度1860 MPa的高强度低松弛环氧涂层预应力钢绞线。斜拉索塔端采用整体式钢锚梁和混凝土齿块锚固;钢箱梁端采用锚箱式锚固,混凝土箱梁端采用箱外混凝土凸块锚固于风嘴处。边跨混凝土箱梁采用支架现浇施工,主跨钢箱梁采用桥面吊机悬臂拼装。经验算,桥梁结构受力满足规范要求。

斜拉索断裂影响下钢锚箱式索梁锚固结构应力计算及参数分析

为研究大跨度斜拉桥斜拉索断裂对内置钢锚箱式索梁锚固结构局部受力特性的影响,对斜拉索断裂情况下索梁锚固结构应力进行计算并展开参数分析。以某大跨度双塔双索面钢-混组合梁斜拉桥为背景,采用MIDAS Civil及Abaqus软件分别建立全桥有限元模型及钢锚箱局部有限元模型,研究了运营及断索工况下钢锚箱局部构件的受力,并对运营工况下钢锚箱各板件厚度进行了参数优化分析。结果表明:钢锚箱应力较大位置集中在各板件焊接处;中索断裂工况对钢锚箱的应力影响较大,断索位置附近的锚固区应力增幅最大达21.36%;对于钢-混组合梁斜拉桥,箱梁顶板厚度的变化对内置式钢锚箱各板件受力的影响很小,改变承压板与预埋套筒厚度对钢锚箱整体结构受力的优化效果明显。

溧阳景詹沙河大桥空间异形钢拱桥设计

溧阳景詹沙河大桥为(80+123+45)m的大跨径空间异形钢拱桥,采用空间异形钢拱与三跨曲线钢箱梁组合的结构,标准桥宽13.5 m。该桥拱肋以古琴造型为设计元素,拱肋内外边线采用幂次修正的对勾函数,截面为六边形,高62 m。全桥共设10根斜吊杆,上端采用耳板集中锚固于拱顶,下端采用锚箱与主梁连接,沿弧形道路中心线自然形成扇形索面。曲线主梁采用等高度单箱多室钢箱梁,梁高2.5 m,主墩,边墩处设置观景平台。主墩由钢拱脚和钢斜杆组成V构,可以有效减小主跨跨径、抵抗曲线钢箱梁外倾、部分平衡拱脚的水平力和弯矩。边墩采用V形立柱,桥头两侧为重力式桥台。经计算,拱脚节点、拱梁固结节点和拱顶吊杆锚固节点等关键节点构造的受力均符合要求。水中曲线钢箱梁采用带浮托顶推滑移的方法施工,主拱近似直线段采用在桥面上先纵向滑移再横向滑移最后竖向转体的方法施工。

新型双拉索钢锚箱偏载试验研究

临港公铁两用长江大桥索梁锚固结构采用了新型双拉索钢锚箱,当两根拉索出现一根拉索断索或者换索时,钢锚箱受力出现极端工况,存在破坏的可能性。为探究新型双拉索钢锚箱结构在断索极端状况下的受力性能,根据缩尺理论设计缩尺模型试验进行研究分析。结果表明:在偏载荷载作用下,钢锚箱整体刚度约为450 kN/mm,在2.5倍设计荷载作用下,结构整体仍然处于弹性受力状态;在偏载作用下,偏载侧整体受力大于非偏载侧,锚固板与承压板外缘接触的位置受力较大,偏载侧最容易出现破坏。临港长江桥双拉索钢锚箱具有良好的受力性能,在断索偏载工况下整体仍然处于弹性状态,具有较大的安全储备。

先斜拉后悬索组合梁自锚式悬索桥桥面板浇筑方案研究

以一拟建钢-UHPC组合梁自锚式悬索桥为工程背景,建立全桥空间有限元杆系结构模型,研究了在“先斜拉后悬索”的施工过程中,UHPC桥面板浇筑阶段、UHPC桥面板的分段浇筑方案对加劲梁受力性能的影响。研究结果表明:UHPC桥面板在临时斜拉桥成桥后浇筑,在最终成桥状态下桥面板和钢梁的受力性能均优于在吊杆张拉完成后浇筑和在斜拉-悬索体系转换完成后浇筑;在临时斜拉桥成桥后浇筑UHPC桥面板,先浇筑斜拉索区梁段后浇筑中支点附近梁段,在最终成桥状态下中跨桥面板和钢梁的受力性能均优于先浇筑中支点附近梁段后浇筑斜拉索区梁段。

自锚式悬索桥超宽长联钢箱梁顶推方案研究

以某三塔自锚式悬索桥为背景,对超宽长联钢箱的顶推方案进行研究。针对超宽长联钢箱梁在顶推过程中面临着横向变形控制难度大、对温度的敏感性强、顶推精度和同步性控制难度大以及安全风险高的问题,对其顶推方式、临时墩的合理布置、临时墩的结构形式进行了系统的优化分析,确定了60 m的临时墩间距+45 m钢导梁的双向步履式顶推的方案。通过对顶推关键计算工况下临时墩、钢箱梁及导梁的应力和变形进行研究以及对最大支反力作用下钢箱梁的局部受力进行分析,表明临时墩、钢箱梁及导梁的结构强度和刚度均满足要求,结构均处于受力合理、安全可控的状态。采用该顶推方案以及利用顶推智能监控平台将钢箱梁顶推到位后,钢箱梁的实测线形与理论线形基本吻合,最大相差10 mm,实现了超宽长联钢箱梁的高精度顶推。

铁路混合梁斜拉桥索梁钢锚箱受力分析与试验研究

宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥为主跨468m的混合梁斜拉桥,基于双线铁路活载重、桥面窄、列车运营安全性和旅客乘坐舒适度要求高,研究采用了一种新型双挑式索梁钢锚箱,集结构功能与风嘴功能于一体,相比传统单挑式锚箱具有抗弯抗扭刚度大、疲劳性能优良的特点。为系统分析新锚箱结构受力特性,通过建立有限元模型,分析索梁钢锚箱的受力特点与传力特性,并制作1∶1足尺局部钢锚箱模型,进行200万次疲劳验证试验及100万次疲劳破坏试验。研究结果表明,双挑式索梁钢锚箱应力与荷载呈线性关系,试验模型未发现裂缝,验证了结构设计的合理性和安全性,是一种适用于双线铁路大跨度斜拉桥的合理索梁钢锚箱形式。

上海长江大桥斜拉桥索梁锚固区静力试验研究

上海长江大桥主桥为主跨730 m的公轨两用斜拉桥,钢箱梁采用锚箱式斜拉索锚固结构形式。采用1∶2缩尺静力模型试验和精细化有限元分析方法,研究该斜拉桥锚箱式索梁锚固区的应力分布、应力大小和索梁锚固结构的极限承载力。介绍模型设计和加载方法,讨论边界条件对局部试验模型的影响,采用非线性有限元法分析锚箱式索梁锚固区的极限承载力。

黄冈公铁两用长江大桥主跨567m钢桁梁斜拉桥设计

黄冈公铁两用长江大桥主桥采用(81+243+567+243+81)m连续钢桁梁双塔斜拉桥,半飘浮结构体系,上层布置4车道高速公路,下层布置双线铁路。主梁采用上宽下窄的倒梯形截面,腹杆倾斜设置(斜率达1∶2.7),主桁采用正N形桁式结构。公路桥面采用纵、横梁支撑正交异性整体钢桥面结构;铁路桥面采用多横梁支撑正交异性整体钢桥面结构;每个主桁上弦节点处均设有横向联结系。桥塔为H形钢筋混凝土结构。斜拉索为空间双索面,桥面锚固系统内置于主桁上弦杆内。该桥采用悬臂散拼法架设,为解决斜主桁悬臂架设的技术难题,腹杆在节点外拼接。

厦漳跨海大桥北汊主桥锚拉板锚下区域受力分析

厦漳跨海大桥北汊主桥为主跨780m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥,斜拉索在主梁上的锚固采用锚拉板式结构。由于锚拉板锚下区域是应力集中最为明显的地方,为改善该区域结构受力,寻求该区域结构过渡最优方案,采用有限元软件ANSYS建立完整锚拉板结构的节段模型,分别采用弹性材料模型及理想弹塑性材料模型,对锚拉板锚下区域的不同过渡形式进行应力分析,并比较其塑性应变。结果表明,随着过渡区曲率半径的增大,应力集中区的最大应力值逐渐减小,塑性区范围也随之发生变化。根据比较分析结果,结合锚拉板结构的紧凑性要求,厦漳跨海大桥北汊主桥锚拉板过渡区选用了半径为40mm的1/4圆弧过渡形式。

曹妃甸工业区1号桥斜拉桥设计

曹妃甸工业区1号桥位于北方寒冷强震区,由通航孔桥、非通航孔桥及引桥组成,综述该桥通航孔桥设计。根据建设条件及景观要求,通航孔桥为跨径2×138 m独塔单索面斜拉桥;桥塔为独柱形,造型为船帆式;索塔锚固区采用外露式钢锚箱方案;主梁采用单箱三室钢-混凝土箱形结合梁;斜拉索采用7 mm镀锌平行钢丝;桥塔墩采用群桩基础。抗震性能研究表明,强震区大型独塔斜拉桥应尽量避免采用塔、梁、墩固结体系,以减小桥梁结构的地震响应。

大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构型式的比较

介绍了大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构的 4 种常见连接型式:锚箱式连接、耳板式连接、锚管式连接与锚拉板连接。结合具体工程实例,对上述 4 种索梁锚固结构进行了静载试验和理论分析,详细比较了 4 种锚固结构的传力机理、应力分布、应力集中现象,以及改善应力分布、减小应力集中现象的一些措施,得到一些有益的结论,供桥梁设计者参考。