超长大跨度公铁合建桥梁结构体系研究

新建甬舟铁路西堠门公铁两用大桥连接金塘岛和册子岛,桥位处海域宽2.7 km,最大水深93 m,地形复杂,桥梁设计难度大。为研究超长大跨度公铁合建桥梁合理结构体系,结合地形地质条件,选取主跨1500 m悬索桥、斜拉桥及斜拉悬索协作体系3种桥型方案,对上部结构设计进行详细介绍,并从静力性能、动力性能、经济性能等方面对不同结构体系进行对比分析。研究表明:(1)与斜拉体系相比,协作体系桥可减小30%~50%的主梁内力和60%的桥塔内力,一定程度上解决了加劲梁承受巨大轴压力造成屈曲问题,并有效减小了桥塔规模;(2)与悬索桥相比,协作体系可减小50%的主缆内力,主缆钢丝和锚碇的工程量相应减小,施工难度得以降低,同时协作体系扭转频率更高,降低了结构在较低风速下发生涡激振动的可能性;(3)斜拉悬索协作体系能够充分发挥斜拉结构和悬索结构的组合优势,实现超大跨度的同时具有较大的纵向刚度和竖向刚度,满足铁路行车对结构刚度的要求;(4)对于主跨1500 m级超长大跨度公铁合建桥梁,斜拉悬索协作体系经济性更好。

基于车体加速度的超大跨度桥上线路纵断面优化方法

合理的线路纵断面是高速列车安全平稳通行的必要条件。超大跨度铁路桥梁成桥线形较设计线形易出现较大偏差,由于线路调整能力有限,桥上线路纵断面难以达到设计高程,故需在成桥线形基础上变更线路纵断面设计。在满足道床厚度要求的前提下,变更后的纵断面线形难以满足线路设计规范要求,严重影响了工程验收及列车达速运营。为此,以实测桥梁线形为基准,充分考虑道床厚度及线路衔接,依据傅里叶级数原理建立线路线形频域特征与车体加速度的关联关系,进而构建纵断面目标优化模型,提出一种适用于超大跨度铁路桥上线路纵断面的优化方法。以某超大跨度悬索桥为例,研究结果表明:该方法可使线路纵断面的最小波长远离车体加速度敏感波长,降低车体振动加速度;优化后的线路纵断面车体加速度响应最大值为0.15 m/s2,优于工程实际中所采用的多坡段纵断面;优化后的线路纵断面具有良好的平顺性及适应性。本方法可直观反映优化后线路纵断面的频域特性,并从波长的角度实现了纵断面优化与高速列车行车性能的关联,可用于指导桥上线路纵断面设计及优化。

浅埋超大跨隧道出口偏压段双层初期支护承载特征研究

为研究双层初期支护在开挖跨度达26.3 m、拱顶覆土约10.6 m的下北山2号浅埋超大跨4线隧道出口偏压段的工程应用效果,采用数值模拟方法比较单层初期支护和双层初期支护方案的承载特征差异,采用现场实测方法研究出口偏压段双层初期支护的受力特征。研究结果表明:1)浅埋超大跨隧道在偏压侧的右拱脚~右拱肩范围内支护结构受力偏大,存在局部应力集中,采用双层初期支护技术时的结构承载安全性和对围岩拱顶沉降的控制效果均优于单层初期支护技术;2)出口偏压段的实测水平收敛最大值为18.5 mm,荷载偏压侧的围岩沉降值达49.5 mm,二次支护施作后在拆撑施工阶段能有效稳定围岩变形;3)由双层初期支护受力的实测结果可知,传递到二次支护上的接触压力与对应位置围岩/一次支护接触压力之比为16%~33%,荷载偏压侧的右拱脚及右拱肩位置的二次支护轴力约为一次支护轴力的15%,通过二次支护的施作补强了一次支护对偏压侧的承载作用,采用双层初期支护技术提高了浅埋超大跨隧道出口偏压段支护结构的安全储备。

单洞四车道超大跨度公路隧道Ⅳ级围岩合理施工方法研究

为研究超大跨度公路隧道的合理施工方法,该文以连霍高速公路新疆境内小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程杏花村1号隧道为依托,通过数值模拟方法对超大跨度公路隧道Ⅳ级围岩采用CD法、上台阶CD法和三台阶七步开挖法施工的隧道变形和支护结构受力情况进行分析,在变形与支护结构受力满足设计要求的前提下,考虑各施工方法的优缺点等因素,确定最合理的施工方法,通过开展现场试验分析施工方法的可行性。结果表明:①CD法、上台阶CD法和三台阶七步开挖法数值计算的隧道变形均不大于21 mm,初期支护安全系数分别为2.48、2.41、2.28,大于隧道设计细则要求的最小安全系数,变形与支护结构受力均满足设计要求;②对比3种工法的优缺点,结合隧道地质条件等因素,确定杏花村1号隧道Ⅳ级围岩最优施工方法为上台阶CD法;③根据现场测试结果,Ⅳ级围岩采用上台阶CD法施工,拱部下沉最大值为14.6 mm,周边位移最大值为15.0 mm,隧道变形控制效果较好;初期支护的最小安全系数为6.94,满足设计要求。

井筒对特大跨越输电塔风致响应的影响

采用数值模拟方法研究井筒对特大跨越输电塔风致响应的影响,提出钢管混凝土杆采用钢管杆等代的等效建模方法,采用时域法和频域法研究有无井筒输电塔在顺线路和横线路方向的风致响应,最后将风振系数结果与规范规定值进行比较。研究表明:利用截面刚度等效原则进行钢管混凝土杆等效为钢管杆的方法是可行的;考虑井筒后输电塔的前两阶自振频率降低明显,输电塔的位移和加速度均增大;时域法和频域法的计算结果接近;有井筒输电塔的整体风振系数比无井筒输电塔大11%~15%;风振系数计算结果与《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551—2018)的规定值比较接近。

浅埋超大跨四线隧道Ⅴ级围岩开挖关键参数研究

为适应城市地形及高铁选线需求,部分线路需以四线超大跨度隧道的形式面临浅埋、Ⅴ级围岩等客观条件,目前缺乏对此类隧道的规范指导,应重点关注其开挖安全。以杭台高铁下北山隧道为工程依托,采用现场测试方法研究其围岩变形、初期支护受力特征,通过三维数值模拟方法对多组工法进行开挖模拟,总结得出浅埋四线高铁隧道Ⅴ级围岩的开挖关键参数。结果表明,采用双侧壁导坑法的拱顶沉降主要发生在各导洞上台阶开挖阶段,中部岩柱开挖对拱顶沉降的贡献为62.2%;依托工程喷射混凝土结构和型钢拱架的安全性均满足施工要求,当前初期支护的安全富余较多;双侧壁导坑法对围岩变形控制效果较好,但三台阶法的围岩应力分布均匀,初期支护的安全系数也满足要求;考虑到原设计双侧壁导坑法存在较多临时支护,为提升施工效率,宜在保障围岩稳定的前提下减少开挖分部数量,探索将双侧壁导坑法优化为少临时支护的三台阶法。

襄阳东站钢屋盖超多杆连接节点设计与足尺模型试验研究

襄阳东站屋盖南北向长358m,东西向最大跨度86m,采用焊接球钢网架,整体不设变形缝,南端开设瀑布造型大洞口,由于屋盖结构超长、不连续、大悬挑及瀑布造型使得钢屋盖空间受力十分复杂,特在分叉柱柱顶沿南北向设置加强杆以加强屋盖瀑布区洞口两侧边缘约束刚度及改善结构整体受力性能。钢屋盖瀑布区悬挑端分叉柱柱顶节点相连杆件达12根之多,该节点作为屋盖结构的关键节点,其受力状态尤为复杂,创新地采用了半铸造半相贯焊连接形式并采取了构造加强措施,针对该超多杆连接节点进行了足尺模型加载试验验证,详细介绍了试验加载装置、加载方案、试验现象及试验结果,并进行了有限元对比分析。结果表明有限元对比分析结果与加载试验吻合较好;该超多杆半铸造半相贯焊连接节点构造合理、承载力高,薄弱部位出现在与铸造本体相连的接长钢管上,满足强节点弱构件、强连接弱构件的设计要求。

超大跨多塔跨海斜拉桥施工期抖振响应分析与控制技术研究

超大跨多塔跨海斜拉桥悬臂施工阶段,相对于成桥状态具有刚度小、自振频率小和阻尼比低的特点,在沿海高设计风速作用下容易产生较大的抖振响应。准确地计算桥梁施工期抖振响应有利于提高桥梁建设的安全性。为了实现桥梁抖振响应的精细化计算,以黄茅海大桥为工程背景,将分离式双箱梁的三维导纳考虑进抖振频域计算方法,通过最大双臂状态气弹模型风洞试验验证该计算方法相对于传统的定常假设和Sears函数具有更高的准确性。然后基于该计算方法探寻了超大跨度多塔跨海斜拉桥施工期抖振响应的发展规律:在0~200 m悬臂范围内悬臂端的抖振竖向和横向位移极值对施工悬臂端长度不敏感,而悬臂长度一旦超过200 m后抖振竖向和横向位移极值则对悬臂端长度非常敏感,呈现指数增长,最大抖振竖向位移极值可以达到4.9 m;悬臂端抖振扭转位移极值与悬臂端长度基本呈线性关系。分析抖振响应频响函数,提出了利用模态分析进行临时墩布置位置初步设计的理念,通过抖振精细化计算方法计算9种临时墩布置位置下的桥梁抖振响应,并进行了其中推荐方案的风洞试验验证了该理念的可行性。结果显示:临时墩的布置最多可以降低75%的悬臂端抖振竖向位移极值;需要综合考虑在悬臂施工过程中悬臂端的抖振位移极值随着跨度的增长而增长,临时墩布置在离桥塔2/3最大悬臂长度处最为合理。

双洞八车道特大跨度隧道Ⅴ级石质围岩开挖工法

为减小双洞八车道特大跨度隧道洞口Ⅴ级石质围岩后行导坑爆破对已完成支护结构的不利影响,该文以平潭牛寨山隧道工程为例,针对原设计双侧壁导坑法在后行的临近导坑爆破时,易将原先已施工完成的临时钢支撑震塌,提出取消临时横向支撑的变更方案1,以及带竖向支撑的上下台阶法(变更方案2),再利用有限元法计算,模拟3种不同开挖工法对隧道变形及受力的影响。计算结果表明:3种方案引起的拱顶沉降相差较小,最大相差约11.8%;变更方案2引起的围岩应力最大,但变更方案2同时取消了左右侧壁导坑的横向支撑以及左右侧壁导坑下台阶的竖向支撑,大大简化了施工工序。最后,结合监测数据进行分析,隧道结构安全稳定,变更方案2不仅合理可靠,而且加快了施工进度,节约了造价。

超大跨度无砟轨道混凝土连续刚构铁路桥梁部施工及变形控制技术研究

结合106 m+198 m+106 m连续刚构桥,介绍了0#节段的主要施工流程和施工方法,以及悬臂挂篮施工技术,在施工中采取数字化的线性监控和严格的施工控制措施,保证连续梁施工尽量符合梁部高性能混凝土的徐变值,使后期梁部及混凝土变形尽量接近设计值。

大跨超长联跨海连续梁桥纵向抗震体系研究

为研究大跨超长联跨海连续梁桥的纵向抗震体系,以某长联连续梁桥[(60+22×80+60)m]为研究对象,采用传统隔震体系和减隔震体系进行抗震设计,采用Midas/Civil建立全桥有限元模型,比较采用不同抗震体系及其边界参数时桥墩在罕遇地震作用下的地震响应。计算结果表明:对于传统体系,设置多个固定墩,可以在一定程度上降低结构的内力响应和限制桥梁的纵向位移,但结构内力和位移仍处于较高的水平,因此设置多个固定墩并不是行之有效的抗震结构体系;对于延性设计,塑性铰的耗能特性可以有效降低结构内力响应,其塑性变形特性会增大位移响应,但对于位于水中的桥墩,鉴于震后构件修复的难易程度,当考虑采用延性设计体系时应当予以更多的关注;对于减隔震体系,摩擦摆支座可以有效降低结构内力和限制桥梁的纵向位移,具有良好的减隔震效果,结构的安全性得到了显著提高,结构内力和位移与减隔震支座的个数之间并非简单的线性关系,应通过对结构内力的详细计算后确定。

超大跨径缆索承重桥梁新型结构体系研究与实践

文章以正在建设的常泰长江大桥和张靖皋长江大桥为例,对超大跨径斜拉桥和悬索桥的结构体系进行分析,讨论了超大跨径斜拉桥的塔梁约束、索塔锚固及沉井基础,超大跨径悬索桥的缆塔约束、索塔形式、锚碇基础及正交异性桥面板等结构体系设计的关键技术问题,给出了相应的解决方案,以期为我国其它超大跨径缆索承重桥梁的建设提供借鉴。

深汕西改扩建工程超大跨公路隧道设计与实践

为解决超大跨公路隧道在设计施工过程中普遍存在的工法选择、支护参数确定等技术难题,基于广东省深汕西高速改扩建项目双洞8车道超大跨公路隧道建设实例,通过调研、工程类比、模拟计算等方法,进行超大跨公路隧道在施工工法、支护参数、“一洞九线”大型机械化工装配置以及相关优化设计等方面的研究,并通过监控量测对设计方案进行验证。结果表明:1)现行规范中2、3车道隧道的设计方法仍基本适用于4车道隧道。2)CD法适用于深埋强风化层,且拱顶强风化层厚度不小于1倍洞身开挖宽度;三台阶法适用于深埋中风化层,且拱顶中风化层厚度不小于1倍洞身开挖宽度。3)采用?51超前中管棚、掌子面玻璃纤维锚、涨壳式预应力锚杆以及C30早高强喷射混凝土后,在Ⅳ级围岩中进行机械化施工具有较高的可行性。4)在前述超前预加固以及支护优化的前提下,当仰拱与掌子面的距离优化至106 m(CD法)、118 m(三台阶法),二次衬砌与掌子面的距离优化至160 m(CD法)、190 m(三台阶法),机械化施工可达到安全、高效的预期。

并置双缆超大跨悬索桥缆索系统振动异步性研究

大跨度悬索桥在风荷载和大交通流的作用下,极易发生振动.为规避采用并置双缆结构的超大跨度悬索桥在运营期间产生的双缆碰撞风险,研究并置双缆间的振动异步性问题.建立包括车辆子系统、桥梁子系统、风场子系统的风-汽车-桥梁耦合系统动力分析模型,并以某超大跨悬索桥并置双缆方案为例,对比研究横风和随机车流作用下,分离式吊索、共用吊索-缆间铰接和共用吊索-缆间刚接3种吊索方案的主缆振动异步性.研究结果表明:横风是并置双缆振动异步性的主要诱因,并主要呈现为横向振动异步性;共用吊索方案可有效降低横向振动异步性,但会略微增加竖向振动异步性;分离式吊索方案的风致横向振动异步性最大,并置双缆横向靠近量约为净距的1/4,初步判别不存在碰撞风险.

超高层大跨悬挑结构双层钢连桥整体提升分体技术研究

横琴铁建广场项目的大跨度悬挑双层钢连桥设置在近百米高空,存在较多的异形构件,还具有单构件重量大、焊接质量要求高等特点。考虑到该钢结构工程工期紧张、施工难度大、精度控制高等因素,常规吊装法较难满足实际需求。为解决上述问题,本工程研发出一种多周转可移动式钢结构拼装胎架,利用工字钢作为临时连接固定杆件,将两层钢连桥桁架在胎架上进行整体拼装,并采用液压整体提升法对整体桁架进行同步提升,在下层钢连桥桁架到位后对其进行固定并拆除临时连接杆件,继续提升上层钢连桥桁架,实现了双层钢连桥的整体提升分体施工和同步提升异步卸载。经工程实践证明,该施工技术确保了施工质量,提高了施工安全性和节约了工期,可为类似工程的施工提供参考依据。

超大跨度变断面隧道围岩力学动态响应与开挖步序优化数值模拟研究——以苏州七子山隧道为例

保证超大跨度变断面隧道的施工安全,同时兼顾施工便利性及施工效率,具有重要意义。依托苏州长江路南延工程-七子山隧道工程,针对连拱转大跨段开挖过程中拆除或保留临时支撑,以及超大跨度段的是否调整优化开挖步序这两种工况,采用FLAC3D开展数值模拟研究,从围岩位移和围岩应力两方面进行对比分析。研究结果表明:以上两种工况下,围岩位移和围岩应力均存在明显差异;在连拱转大跨段,开挖过程中保留临时支撑围岩所受扰动更小,围岩应力变化较小;在超大跨度段,开挖步序优化方法的拱顶最终沉降值减小了8.60%,仰拱最终隆起值减小了4.01%,左边墙和右边墙最终水平收敛值分别减小了9.42%和16.70%,且优化方法的各测点围岩应力变化相对较小。根据得到的对比分析结果对现场施工提出优化建议:对连拱转大跨段,随开挖过程保留临时支撑,同时为保证施工便利性,采用门式拱架作为临时支护手段;对超大跨度段,采用优化的开挖步序进行施工,可进一步降低围岩扰动,提高施工安全。

受限条件下超大跨明挖隧道横向分幅实施方案设计研究

城市核心区明挖隧道的建设受地下管线迁改等因素的制约日趋严重,合理的分幅、分区设计对工程的可行性及进度等具有重要意义。以上海某明挖隧道工程为例,采用沿长条形基坑横向分幅施工的方法,避让了现状110kV电力排管。通过在超大跨度段反弯点附近设置纵向施工缝,实现隧道主体结构两阶段浇筑,并采用临时隔墙、临时肋板、临时牛腿及传力带等一系列措施,实现两阶段施工结构体系的转换,确保了深基坑的安全。通过结构受力分析,验证了纵向施工缝位置选取的合理性,可为今后类似工程的实施提供参考。

桥梁超高墩数字造墩机应用研究

超高墩大跨度桥梁作为地形起伏不定、高低落差较大地区的一种重要解决方案,其施工技术的发展起到了举足轻重的作用。文章依托在建渝湘复线高速公路项目龙川江特大桥工程超高墩施工,对桥梁超高墩在施工过程中普遍采用的传统液压爬模结构功能性单一、竖直度控制精度不足、智能化程度低等一系列问题进行了深入的剖析,成功研制了一种新型桥梁超高墩数字造墩机,实现了内外模同步爬升、状态实时监测、形位尺寸自动调节等功能,保证了桥墩的成型精度和质量,提高了施工效率,保障了施工安全。

超大跨度改扩建隧道深塌方冒顶处理技术

通过分析超大跨度改扩建隧道深塌方冒顶的原因,提出了一系列的处理方案,包括加强地质勘察、优化施工方法、加强支护措施等方面。为了验证这些处理技术方案的可行性和有效性,进行了模拟实验和工程实践。结果表明,这些处理技术方案能够有效地控制隧道深塌方冒顶的发生,提高工程的安全性和可靠性。

超高层大跨超重带状桁架双机抬吊施工

带状桁架具有跨度长、钢板厚、杆件多、体量大的特点,属于巨型结构,施工困难且周期长。带状桁架安装采用单个杆件按步骤吊装时,由于杆件数量多,会产生大量吊次和高空对接接头数量,导致高空焊接临时支撑措施和安装工期的增加,且施工安全和施工质量保障难度加大。当采用带状桁架整体吊装方法时,更有利于保障施工质量和安全,但前提条件是,既要有足够的场地满足桁架拼装,又要有足够的起重设备满足吊装需求。然而,由于桁架整体外形尺寸和重量超大,通常单台起重设备提供的吊重有限,不能满足吊装需求。根据带状桁架的结构特点和连接方式,并结合市中心超高层建筑施工现场狭小的拼装场地条件限制,总结出超高层大跨超重带状桁架双机抬吊施工工艺。