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。

方钢管混凝土桁架结构优化的拟满内力遗传算法

为解决离散变量方钢管混凝土桁架的结构优化问题,以桁架杆件最低总造价为目标函数,采用拟满内力遗传算法对杆件截面进行结构尺寸优化.拟满内力遗传算法引入拟满内力算法作为遗传算子,并将部分初始种群由拟满内力算法产生以增加种群多样性.对传统遗传算法罚函数进行改进,以增强算法的寻优效率.通过两个算例的对比分析,结果表明运用拟满内力遗传算法进行方钢管混凝土桁架结构优化,相对于拟满内力算法和传统遗传算法其造价分别降低了15%、15%、45%、53%.拟满内力遗传算法进行方钢管混凝土桁架结构优化的是有效、可行的.

德清门户型人行景观桥梁设计

德清门户型人行景观桥梁为三跨等高变宽刚构钢箱梁桥,平面呈多段圆曲线布置,桥南侧设置一倾角为10°的钢管桁架拱门,拱门辅以吊索与梁体相接。介绍了该桥的设计要点,包括桥跨布置、结构形式、附属设施、景观设计、施工步骤示意及结构分析要点,可为类似景观桥梁的设计提供借鉴。

重庆渝湘复线双堡特大桥主桥设计

重庆渝湘复线双堡特大桥主桥为2×405 m连续上承式钢管混凝土变截面桁架拱桥,矢跨比1/4.75,悬链线拱轴线,拱轴系数1.55。主拱圈由两幅拱肋和风撑组成。拱肋采用四肢格构式结构,单幅拱肋宽7.5 m,两幅拱肋横向中心距17.5 m。拱肋弦管采用Q390D钢,直径1400 mm,内灌C70自密实混凝土。风撑采用米字撑。拱上立柱采用双肢排架式空心矩形截面钢箱结构,桥面系采用连续钢-混组合梁,单跨27 m。中央拱座基础采用“浅挖拱座+桩基础”的构造形式,以适应岩溶发育区地质条件及降低连拱效应。拱肋采用900 m超长缆索吊装配合自平衡斜拉扣挂系统大节段吊装,桥面系采用地面组拼并张拉预应力、整体吊装的装配式施工方案。

钢管拱切线拼装坐标修正在ANSYS中的实现方法

钢管混凝土拱桥钢管拱肋多采用分段安装,可采用ANSYS的生死单元进行过程分析,受到未激活单元虚位移影响,节段单元在ANSYS程序中并非在切线位置上激活。针对桁式断面的钢管混凝土拱桥,提出用悬臂端节点位移平均值作为拱肋整个截面的位移来修正激活前的单元坐标,使其处在前一节段的切线位置上;给出了坐标修正的计算公式,编制了钢管拱安装计算命令流,用于一座320m跨钢管混凝土拱桥施工中。结果表明:在实现扣索一次张拉的前提下,实测扣索力与理论索力的误差在3%以内,上、下游拱肋高程差控制在5mm内,成拱后的拱肋线形与裸拱自重线形吻合良好。

部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数

为研究部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥车激动力放大效应,以某3跨连续部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥为研究对象,通过桥梁冲击系数定义求得桁梁桥挠度冲击系数与轴力冲击系数。对比分析了不同车速、桥面不平度、车重、填充系数等因素对桁梁桥冲击系数的影响,并采用MATLAB软件对共867个冲击系数进行拟合优度检验,得到95%保证率下桁梁桥冲击系数统计值。结果表明:部分填充混凝土后能有效降低矩形钢管组合桁梁桥下弦杆动力响应,但并没有降低桁梁桥在车辆荷载作用下的动力放大效应;车速对桁梁桥冲击系数的影响规律不可预测;桥面不平度是影响冲击系数的重要因素,桁梁桥关键截面冲击系数随桥面恶化显著增大,最大增幅约为400%;随着车重降低,桁梁桥关键截面冲击系数增大,最大增幅约为200%;随着混凝土填充系数的增大(下弦杆混凝土填充长度增加),由于桁梁桥下弦杆相对刚度提高,其冲击系数值略有增大;桁梁桥关键截面轴力冲击系数大于挠度冲击系数。在95%保证率下,该部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数统计值为0.223,小于美国规范、澳大利亚规范、英国规范和加拿大规范中的冲击系数取值,但大于中国规范中的冲击系数取值,应引起桥梁设计者的高度重视。

基于拟满内力遗传算法的方钢管混凝土桁架结构拓扑优化

为了解决方钢管混凝土桁架结构离散变量拓扑优化问题,通过遗传算法随机生成初始拓扑构形,采用启发式算法检查并修正拓扑构形;以方钢钢管截面型号、拓扑变量、混凝土强度等级为优化变量,以结构造价最低为优化目标,建立基于独立拓扑变量的拓扑优化数学模型,提出一种基于拟满内力遗传算法的方钢管混凝土桁架结构拓扑优化方法;拟满内力遗传算法初始总群中部分个体由拟满内力算法的优化解产生,并且将拟满内力算法作为算子加到遗传操作后运行;同时对传统遗传算法的罚函数进行改进,提高遗传算法运行效率;通过算例对12杆桁架结构优化前、后模型及拓扑优化结果进行对比。结果表明:相对于拟满内力算法与遗传算法,所提出的方法应用于方钢管混凝土桁架结构拓扑优化总造价更低;拓扑优化后的结构杆件较少,并且各杆件均已充分发挥承载能力,拓扑优化效果明显改善。

考虑钢筋桁架楼承板的钢管混凝土框架抗连续倒塌性能

利用ABAQUS/Explicit对边柱移除工况下钢管混凝土柱-钢梁-钢筋桁架楼承板体系的抗连续倒塌性能进行研究。在确定材性选择、损伤定义以及建模方法的准确性的基础上,分析模型的竖向承载力与破坏模式、楼承板混凝土损伤云图、关键钢构件轴向应力,探究体系内梁柱的传力规律,并量化地分析主梁抗弯机制、主梁悬链线机制、楼承板机制所提供的竖向抗力。结果表明:在边柱移除工况下,钢管混凝土柱-钢梁-钢筋桁架楼承板体系表现了较好的抗连续倒塌能力;楼承板混凝土受拉损伤和钢筋桁架拉应力主要集中在上表面的负弯矩区和下表面的正弯矩区;镀锌钢底板拉应力和梁柱约束反力占比的变化过程侧面反映了抗力由破坏位置向非破坏位置传递的机制;加载前期G6主梁的压拱效应强于G1、G2主梁,但由于边柱失效工况的边界条件对G6梁的拉结较差,在加载中后期G6梁无法充分发挥悬链线作用;加载初始主梁抗弯机制和楼承板机制提供主要抗力,而当竖向承载力达到最大值时,主梁抗弯机制、主梁悬链线机制、楼承板机制抗力占比分别为42.7%、23.8%、33.5%。钢筋桁架楼承板对框架抗连续倒塌能力的贡献是不可忽略的,始终占总承载力的30%左右。

钢管混凝土桁式桥墩风速参数敏感性分析

为研究钢管混凝土桁式桥墩表面风压和风速分布随入流风速参数变化的敏感性,文中采用FLUENT 19.2建立结构风场模型,并通过改变入流风速和风向角的大小进行数值模拟计算和分析。结果表明,钢管混凝土桁式桥墩表面风压随入流风速大小的均匀增加呈非线性关系递增,且各根钢管构件均符合此变化规律,表面风速则随入流风速大小的均匀增加呈线性关系增加;而结构表面风压和风速随入流风向角的改变只在较小范围内发生波动,各根钢管构件符合迎风面积越大、压力越大的一般规律。

孝感市文化中心复杂超限结构设计

孝感市文化中心平面为椭圆形,且平面尺寸从下至上逐层扩大,是倒悬外挑结构。为解决结构外围设置钢筋混凝土斜柱、各层楼板开大洞、A、B座顶部结构相连等结构设计难题,提出以下加强措施:在与斜柱相交的内侧框架梁内设置预应力钢绞线从而简化力学模型确定楼板配筋;加强混凝土斜柱节点构造;A、B座相连的门厅通高区域柱顶设置混凝土拉梁形成水平桁架;A、B座屋盖采用曲面四角锥网架结构;A、B座之间钢雨棚采用双向交叉布置的管形翼缘钢梁。结果表明,普通钢筋混凝土斜柱方案采取上述措施后用于倒悬外挑结构可达到经济高效、安全可靠的目的;管形翼缘钢梁应用于曲面结构可实现经济美观、受力合理、与建筑造型高度统一的结构,取得良好的综合效益。

德余高速乌江特大桥主桥设计

德余高速乌江特大桥桥位处江面宽、岸坡陡,对(203+450+203)m组合梁斜拉桥和计算跨径475 m上承式钢管混凝土拱桥2个桥型方案进行比选,最终采用景观好、造价低、易养护的上承式钢管混凝土拱桥。主桥拱轴线采用悬链线,拱轴系数2.2,矢高90 m,矢跨比1/5.278。主拱圈由两幅拱肋组成,单幅拱肋为四肢等宽变高桁架结构,腹杆为钢箱和H形截面,竖腹杆与拱轴线中心径向布置。拱上立柱为钢箱截面,与拱肋、桥面系钢梁刚接。桥面系为槽形钢箱梁+粗骨料活性粉末混凝土桥面板的连续组合结构。拱座为梯形结构,采用扩大基础,交界墩采用变截面薄壁墩。采用斜拉扣挂、缆索吊装安装主拱节段、立柱单元及主梁构件。结构静力、稳定性计算及拱座受力验算均满足设计要求。

钢管混凝土桁架K型管节点的热点应力集中系数探究

为研究钢管混凝土桁架焊缝附近的应力场分布特征及焊趾处热点应力集中系数,以主钢管内填充混凝土的K型管节点为研究对象,建立了考虑主钢管与混凝土表面非线性接触行为的三维实体有限元计算模型,探究了焊趾处热点应力集中系数的分布规律。研究结果表明:1)主钢管与支钢管焊缝附近区域节点的第一主应力在冠趾处达到最大值;2)热点应力集中系数在鞍点附近节点达到最小值,而在冠趾与鞍点之间的中点或附近节点处达到最大值;3)采用两点外推法和三点外推法计算钢管混凝土桁架K型管节点的热点应力集中系数均是可行的,并且二者差异较小。

深业泰富银盈大厦结构选型与性能化设计

深业泰富银盈大厦位于深圳市罗湖笋岗片区,超高层塔楼为集办公和底部商业为一体的综合体。介绍了主塔楼的结构体系选型与性能化设计。塔楼结构高度为244.1m,地上53层,地下5层。结构体系采用带腰桁架的钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系,外框架由钢管柱与型钢梁组成。结构立面呈下部、上部矩形,中部收缩为类椭圆形,外框柱中部呈曲线布置而产生一系列的斜柱。重点分析了加强层的布置对抗侧刚度的提高效应,分析了不同加强层方案对结构性能的影响,介绍了斜柱引起的水平构件内力变化,针对结构特点采用了相应的抗震加强措施。最终通过合理的结构设计,保证塔楼整体结构与构件满足抗风与抗震的性能要求。

南京某国家级重点实验室结构方案设计

文章以南京无线谷紫金山实验室为背景介绍其结构方案设计。紫金山实验室是国家级重点实验室,由于其特殊的建筑功能需求,存在着各种大空间暗室,在结构上表现为多层通高、高位转换等。经过各种结构方案设计研究比较,最终采用受力合理的屋顶吊挂桁架的方案,通过矩形钢管混凝土柱和屋面钢梁刚接的方案来减少计算长细比,从而解决柱子长细比超限问题,同时通过合理布置斜撑来调整整体方案的平面不规则情况。最后采用了钢结构框架-部分支撑-屋顶吊挂桁架的结构体系。

装配式方钢管柱桁架梁节点单调加载试验研究

提出一种新型的装配式方钢管柱桁架梁节点,对4个足尺方钢管柱桁架梁节点试件进行单调加载试验研究。主要研究连接板厚度以及桁架梁的腹杆形式对节点的承载能力和破坏形态的影响,详细观察节点试件在单调荷载作用下的受力过程,分析节点的刚度、强度以及延性性能等指标,同时结合现有规范对节点的延性进行评价。研究结果表明,节点连接板的厚度对节点的承载力和刚度影响较大,桁架梁的腹杆形式对节点的承载力影响较大,此节点形式具有较好的延性性能,可满足规范中的抗震设计要求,可以在实际工程中应用和推广。

钢管结构K型搭接节点滞回性能参数分析

为揭示K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊对节点抗震性能的影响,优化了该类节点的施工工艺.按照影响钢管结构搭接节点的关键参数β、γ、τ,设计了基本试件及参数试件,采用ANSYS非线性有限元法,对钢管结构K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊进行了数值模拟,得到了各参数试件的滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震性能指标.研究结果表明,β、γ、τ参数变化对节点承载力的影响不是十分显著,隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能及延性优越于隐藏焊缝焊接的节点.支主管直径比β越大,节点延性越好;主管径厚比γ越大,节点延性越差.支主管厚度比τ对节点延性影响不大,尤其是τ对隐藏焊缝不焊接节点的延性基本没有影响.

铸钢节点的工程应用与研究

随着空间结构的发展,铸造工艺的提高,铸钢节点在我国得到了日益广泛的应用。本文介绍了铸钢节点的应用概况,研 究了该类型节点的特性、分类以及铸造工艺、并对铸钢节点的设计提出几点注意事项,同时还介绍了铸铜节点的试验概 况。

钢管混凝土柱交错桁架结构杆件内力试验分析

为了研究钢管混凝土柱交错桁架结构在水平荷载作用下的受力性能,对1个3层1/3缩尺的钢管混凝土柱交错桁架结构进行了水平加载试验.分析了钢管混凝土柱交错桁架结构杆件的内力,试验结果分析表明:在水平荷载作用下,钢管混凝土柱、桁架的弦杆和腹杆主要承受轴向力.相邻两层柱的轴力大小基本相等,有桁架层柱的弯矩要比无桁架层柱小.桁架弦杆的轴力和剪力在跨中较小,两端较大.交错桁架的斜腹杆承受的轴力比竖腹杆承受的轴力大,承受的弯矩比竖腹杆承受的弯矩小.靠近空腹节间斜腹杆的轴力比与柱相连斜腹杆的轴力大,桁架中间节间竖腹杆的轴力比边节间竖腹杆的轴力小.桁架斜腹杆的屈曲和拉断导致结构破坏.

大跨度方钢管空间桁架结构的稳定性分析

某体育馆的一榀方钢管空间桁架同时承受竖向及水平荷载作用,通过线性屈曲、几何非线性稳定及弹塑性非线性稳定分析,得到了临界荷载与位移的关系曲线.分析结果表明,同时考虑几何非线性及材料非线性能较好地反映结构的实际承载能力,该桁架结构具有一定的安全储备.

钢管混凝土桁梁受弯试验研究

针对钢管混凝土桁式受弯构件的整体受力性能,设计并制作了钢管混凝土桁梁试件,进行了四分点对称加载,分析了钢管混凝土桁梁的变形与应变分布模式、破坏模式和承载力等。试验结果表明:钢管混凝土桁梁变形比实腹梁小很多且主要集中于边段;桁梁节点受力复杂,节点承载力是结构承载力的控制因素;弦杆填充混凝土可增大弦杆的径向刚度并约束节点变形,避免发生弦杆钢管塑性失效,从而提高节点承载力。四分点对称荷载作用下,全焊桁梁腹杆实际分担的轴力值小于铰接桁架的计算值,弦杆承受了较大的弯矩;节点破坏前桁梁试件边段腹杆有较明显的剪切变形。