超高性能钢管混凝土桥梁结构研究

为推动超高性能矩形钢管混凝土组合结构应用并促进桥梁结构轻型化、装配化技术发展,依托沪武高速某跨线桥工程,对中等跨径下承式超高性能钢管混凝土桥梁进行设计研究。提出采用超高性能钢管混凝土组合结构作为桥梁主要承重构件,其高承载力、高耐久性、施工便捷、装配化程度高等优良性能,满足目前对桥梁建设轻型化、薄壁化的发展需求。结合工程建设条件,提出3种主要构件以承受轴向力为主的桥型方案,分别为组合桁梁桥、系杆拱桥以及斜拉板桥,创新性地采用CFRP吊杆、CFRP预应力筋及冷弯卷边U型横梁与UHPC组合桥面板结构,并通过有限元模型对各设计结构进行强度、刚度、稳定性及动力特性分析,得到各验算结果均满足规范要求,并针对各桥型进行技术经济性分析,为中等跨径跨线桥梁的设计及UHPC、CFRP等新材料的应用提供参考。分析结果表明:简支组合桁梁动力特性较好,刚度、稳定性适中;连续组合桁梁构件强度较均衡,材料利用率相对高,但竖向刚度相对较小;系杆拱桥竖向刚度相对较大,但横向稳定性相对差;斜拉板桥竖向刚度相对大,横向稳定性相对好。在相同条件下,简支桁梁、系杆拱桥、连续桁梁、斜拉板桥的材料造价比值为1∶1.02∶0.97∶1.83,连续组合桁梁的经济性最优,而斜拉板桥相对差。组合桁梁桥施工性能更优,而系杆拱桥与斜拉板桥景观效果更为突出。

大跨度拱撑与吊挂桁架逆作施工技术

为降低结构施工难度并增大使用层空间,某市公共学习中心钢结构工程项目采用上挂下撑且从上到下附加临时支撑的施工方法。结果表明:拱形结构采用无支撑安装可有效缩短安装时间,结构整体稳定,施工简单;上挂下撑结构从下部施工时,底部采用临时支撑柱可满足受力与安全要求,卸载临时支撑柱后整体结构仍保持稳定,施工方法可行。

重庆朝天门长江特大桥钢桁拱变形监测及变形分析

特大桥承受多种外部荷载和变形因素作用。主要的荷载包括桥梁自重、汽车自重、列车自重、与桥轴线平行的双向汽车及轨道交通车辆的动荷载、特殊情况下的汽车紧急制动荷载、不同时期和不同方向的风荷载、不同时期的气象变化及温度变化导致的结构温度内应力、大气中化学成分的腐蚀作用、桥梁墩台及基础不均匀沉降、地基承载力差异造成桥梁墩桥台的变形、江水对桥墩桥台的冲刷力等。复杂的受力因素必然导致复杂的变形和位移,化繁为简,将结构体的力的作用分解为桥轴坐标系X、Y、Z3个方向的分力,其必然导致结构体3个方向的位移变形。本文结合朝天门长江特大桥的结构特点,以支撑桥面的钢桁拱的上弦线的变形监测点布置、变形监测方法、变形曲线的绘制及变形分析为例,以期对类似特殊大型监测体的变形监测起到参考作用。

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。

大跨度预应力张弦拱桁架结构干煤棚钢结构深化设计

随着近几年国家环保力度的加大,亟需建造更大跨度的干煤棚来满足电厂原煤的存储和作业空间,为大跨度预应力钢结构干煤棚的发展带来机遇。预应力的引入,虽然增大了结构的跨越能力、整体刚度和承载能力,但同时也使得干煤棚的设计和建造相对复杂。本文以某预应力张弦拱桁架干煤棚项目为背景,分析了该项目钢结构深化设计重难点,对其深化设计流程和典型节点的深化设计做了重点介绍,并阐述了深化设计过程中的注意事项;通过对主次桁架连接节点进行优化设计,降低现场施工难度,保证现场施工进度和安装质量;采用ABAQUS软件对主桁架支座和索端锚固节点进行有限元分析,结果表明,节点设计满足结构受力要求。

小矢跨比上承式钢管混凝土空间桁架拱桥设计

为解决小矢跨比钢管混凝土景观拱桥结构受力复杂、拱脚推力大的问题,文章对一座净跨径为80 m、净矢跨比为1/8的上承式钢管混凝土拱桥进行了设计分析,提出了采用空间四管桁式截面拱肋及轻型化拱上建筑的结构措施。最后采用通用有限元程序,对全桥结构施工及运营阶段进行了静力分析。研究结果表明,应用这些结构措施,有效提高了拱圈的承载力和稳定性,桥面系减轻了63.4%,小矢跨比钢管混凝土景观拱桥设计满足相关规范要求。

中国黄海湿地博物馆结构设计

中国黄海湿地博物馆在原盐城火车站基础上进行改建,下部结构采用框架+BRB结构,上部屋盖采用大跨度桁架加强网壳结构。对大跨度屋盖选型优化进行了简化模型对比分析,对格构柱底铰接、刚接方案进行了讨论,对超限判断和应对措施、钢屋盖整体稳定和抗连续倒塌能力、下部主体结构加固方案进行了介绍。结果表明:桁架加强网壳结构结合了桁架和网壳结构的优势,钢屋盖整体稳定性能和抗连续倒塌性能均较好。马鞍形屋面相比平屋面,竖向和水平刚度均大很多,结构设计时充分利用桁架加强网壳结构和马鞍形造型的优势,实现了用较小的结构高度实现大跨空间。

大跨钢桁架吊杆拱桥地震响应分析

为研究强震作用下大跨钢桁架吊杆拱桥各结构地震响应,以实际桥梁工程为背景,建立三维精细化土-桥梁有限元模型,采用土体非线性本构并考虑土-桥梁结构相互作用,分析了桥墩、承台及桩基础的整体刚度损伤、桥身应力分布以及桥主梁纵向位移,通过不同试验工况进行对比。结果表明:强震作用下,桥梁下部混凝土损伤集中在桥墩与承台连接处、承台与桩基础接触处,且混凝土等级对损伤影响较大;桥身应力集中位置主要分布于两侧桥墩附近,水平地震动方向的改变影响桥身的应力分布,桥身整体应力并未发生明显变化,但竖向地震动对桥身地震响应影响显著,且横向与竖向地震动作用下桥身整体地震响应最大;桥主梁纵向位移最值出现在桥梁两端及主拱中间位置附近,双向地震动对整体桥主梁位移影响更大。研究结论可为大跨钢桁架吊杆拱桥的抗震分析与设计提供科学的参考依据。

桁式钢管混凝土系杆拱桥拱轴线及吊杆索力优化

目前,针对桁式拱系杆拱桥拱轴线形和吊杆索力优化研究相对单一,为得到下承桁式钢管混凝土系杆拱桥的最佳成桥状态,对拱轴线形和吊杆索力进行一体优化。通过基于影响矩阵的最小结构体系应变能原理对吊杆索力进行优化,并利用MATLAB中无约束优化算法进行求解;采用桁式拱肋主管偏心距最小法对拱轴线进行优化。经过迭代计算,得到一组满足偏心距阈值的无约束优化吊杆索力和拱轴线形。结果表明:优化后的吊杆索力较优化前更加均匀且均有不同程度的减小,短吊杆索力减小近30%,其抗疲劳性能得到大幅提高;成桥状态下主拱受力良好,上、下弦杆的跨中弯矩小且均匀,轴力值有所降低;优化后主梁端部截面弯矩值有所增大,轴力值基本不变,优化效果不明显;主拱上、下弦杆钢管和混凝土截面分配应力均小于材料承载力,符合规范要求。

沪苏通长江公铁大桥天生港专用航道桥施工控制关键技术

沪苏通长江公铁大桥天生港专用航道桥为(140+336+140)m刚性梁柔性拱桥,主梁为三主桁双层板桁组合结构,采用“先梁后拱,主梁双悬臂拼装,拱肋竖向转体”方案进行施工。为确保成桥线形和内力满足设计要求,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,进行施工全过程和成桥分析,基于无应力状态法开展施工控制。钢梁墩顶节间施工时,设置墩旁托架,利用浮吊拼装;对称悬拼期间,为保证纵向稳定性,采用水袋对边跨进行配重,利用扣塔分别张拉2对扣索以改善钢梁受力并调整钢梁线形;采用预降边支点、4号墩钢梁整体预偏,以及扣索索力调整等措施进行钢梁中跨合龙;拱肋竖转后,主要通过扣索完成拱肋合龙调位;拱肋合龙后,从中间向两边张拉吊杆。经实测,该桥钢梁合龙口相对高差在10 mm以内;拱肋合龙口轴向偏差最大2 mm,相对高差最大1 mm;吊杆索力与设计目标索力偏差均在5%内,满足施工控制要求。

高速铁路等跨连续钢桁柔性拱设计关键技术研究

钢桁梁柔性拱能充分发挥梁、拱结构各自的受力特点,具有跨越能力强、造型美观、用钢量省、施工技术成熟等优点,逐渐在铁路中得到应用。但目前关于钢桁梁柔性拱关键技术研究的成果不多,等跨连续钢桁柔性拱为首次在国内高铁桥梁中应用。在总结钢桁柔性拱设计经验的基础上,以银西高铁黄河桥3×168 m连续钢桁柔性拱为工程依托,对等跨连续钢桁柔性拱的孔跨布置、主桁、拱肋、横断面、桥面系结构形式等关键技术进行研究。结果表明,主桁采用华伦式或N形桁式均可,由于边跨加拱后桁高对结构刚度影响较小,在结构刚度满足要求的前提下,桁高满足铁路限界要求即可,斜杆与水平线夹角宜在45°~55°,节间长度宜为桁高的0.8~1.2倍;支点处设置加劲弦可减小支点及跨中弯矩,减小墩高,降低基础工程量,建议支点处设置加劲弦;钢桁柔性拱的拱轴线可采用二次抛物线或圆曲线,拱肋矢跨比宜在1/4~1/5之间;高铁连续钢桁柔性拱桥面系宜采用密布横梁正交异性板桥面系,选择人行道置于主桁内侧的方案,可提高结构横向刚度,并有利于与引桥简支梁人行道顺畅衔接。

大跨度铁路连续钢桁拱桥设计研究

尖扎黄河特大桥建设条件复杂,综合考虑桥址环境、通航、行洪和环境保护要求,采用(141+366+141) m连续钢桁拱桥一跨跨越黄河。从主桁桁式、节间长度、拱顶桁高、加劲弦高度、矢跨比、边跨长度、桥面结构形式、施工压重等方面对连续钢桁拱桥的受力、变形、用钢量进行了对比分析。结果表明:连续钢桁拱桥主桁桁式采用P式,拱顶桁高10 m,采用12 m和15 m相结合的节间长度,主梁系杆从拱肋下弦第三个节点通过,加劲弦高度28.59 m,矢跨比1/3.85,采用正交异性钢桥面时,结构受力合理、整体刚度大且美观经济;在满足梁端转角限值的情况下,边跨长度取141 m能够节省施工压重。依据比选出的结构参数和构造形式,对主桥进行了设计。

基于长寿命理念的连续钢桁拱桥设计研究

以西成铁路(西宁—成都)尖扎黄河特大桥为例,根据钢结构桥梁在运营期维修养护困难的现状,考虑环境保护和可持续发展的要求,对基于长寿命理念的连续钢桁拱桥进行设计研究。结果表明:桥梁采用刚性吊杆可避免运营期频繁更换吊杆,减少了维修养护工作量;桥面采用不锈钢复合正交异形板可延长钢桥面使用寿命,减轻了自重,降低了桥梁工程造价;自主研发了可自动泄压的速度锁定器,大幅降低了构件的制作、建造和维修养护成本,提高了可靠性。

带接缝面钢筋混凝土梁抗剪性能研究

装配式混凝土结构具有施工速度快,产品质量高、节能环保等多方面优势,因此近年来在我国得到了大力推广,特别是采用湿式连接的装配整体式框架结构更是应用广泛。进行预制梁的拼接连接时,会在混凝土梁内产生垂直于轴线方向的接缝面。当梁发生剪切破坏时,接缝面的存在有可能会改变斜裂缝的发展,影响梁的抗剪承载能力。为此,对3根整浇混凝土梁和9根带接缝面混凝土梁进行了加载试验,分析了试件的破坏模式,荷载-挠度曲线以及抗剪承载力。试验显示,带接缝面混凝土梁的剪切破坏形态与整浇梁的剪切破坏形态有较大差异,斜裂缝从接缝面上1/3截面高处向加载点发展,且梁的延性明显降低,抗剪承载能力低于整浇梁,剪跨比越小抗剪承载力下降越多,表明预制拼接梁接缝面的影响不能忽略。基于桁架-拱理论,提出了带接缝面钢筋混凝土梁抗剪承载力的计算式。通过与试验结果对比可以发现,该计算式计算精度高,且离散性较小。并且,该计算式还能在一定程度上预测带接缝面梁斜裂缝的形成位置。

某会展中心展厅异形复杂大跨结构选型与设计

黄河三角洲农产品交易服务中心含5个展厅和一个会议中心,均为大跨复杂结构,介绍了展厅屋盖结构选型、主体结构与贝壳造型幕墙刚架一体化分析设计,以及针对超长、大跨、大悬挑等特点采取的计算及构造措施。探讨了1#展厅屋盖张弦钢拱架结构的形态确定、索张力控制、单榀拱架和整体结构计算比较、包络设计、整体稳定分析等问题。针对5#展厅斜柱支撑的屋盖结构及下部支撑屋面的分叉柱分别进行了整体分析和细部有限元分析。结果表明整体结构满足设计要求,具有良好的工作性能。

长沙国际会议中心结构设计

长沙国际会议中心为中国中部地区大型的国际会议中心场馆,采用方钢管混凝土柱+钢梁形式的钢框架结构,大跨无柱空间采用钢桁架,主要特点是局部有夹层和大跨楼盖,属于具有扭转不规则、楼板不连续(局部穿层柱)、层抗剪承载力突变、局部夹层等一般不规则项的高层建筑。针对工程特点进行重难点分析并提出设计对策,结果表明:夹层的不同模拟方式对结构整体计算影响不大;大跨度楼盖设计应重点关注钢桁架节点构造的受力可靠性及施工便利性;主入口拱形结构可以很好地实现建筑方案效果,具有较高的承载力富余和良好的延性;穿层柱设计时取计算长度系数μ=1.0是安全可靠的,穿层柱具有较高的极限承载能力;通过加密圈梁和构造柱,并验证其形成子结构的整体稳定性,可以保证超高砌体隔墙的安全可靠。

某电厂煤场封闭大跨度张弦拱桁架结构分析与设计

某电厂煤场封闭采用大跨度张弦拱桁架结构体系,跨度192m,长度218m,断面采用三心圆形式。满足设备堆取煤作业要求,结合网格规范中拱桁架参数建议,进行了主桁架、联系桁架、交叉撑和拉索布置;根据相关规范考虑荷载效应和荷载组合,进行了结构静力性能和动力性能分析和设计;按照第一阶屈曲模态考虑初始缺陷分布模式,进行了非线性稳定分析;针对拉索锚固关键节点,建立有限元模型进行极限承载力分析,承载力高于拉索破断力;最后给出该种结构设计建议。

某体育场大跨拱形雨蓬加固改造设计与分析

合肥一中体育场雨蓬为改造项目,在不破坏原有看台结构的基础上,新建跨度为160m的拱形雨蓬来实现建筑的功能。此工程采用大跨钢管拱桁架结构形式,主拱跨度为128m,属于跨度超限结构。通过数值模拟风洞试验,得到了此结构的体型系数和风振系数,并和相关规范及文献进行对比,获取合适的风荷载参数对结构进行分析。采用3D3S、MIDAS Gen等软件对结构进行了静力和变形计算、抗震性能分析、稳定性分析、抗连续倒塌性能分析、支座位移分析等。采用ANSYS软件对结构的关键节点进行了有限元分析,并在重要部位及薄弱区域进行了构造加强措施。结果表明,该结构的承载力和变形均满足相关规范要求,节点可以满足承载力要求。

钢木组合桁架拱结构体系在公共建筑中的应用

为了创建更高更大的空间体系,同时也为了适应各种场景的映衬,渲染某种效果,建筑师构想出新颖独特的木结构外形,但也给结构设计提高了难度,仅凭单一的木结构不能满足结构受力要求。而钢结构与木结构的巧妙结合形成了全新的钢木组合装配式新型结构体系,在提高木结构截面尺寸的同时,也需要与钢材进行共同组合受力,通过钢木连接节点技术发挥钢与木各自的优点,才能解决结构受力问题。

基督教圣三一堂木拱屋架安全性评估研究

通过宏观普查和定点详勘相结合的方法对基督教圣三一堂屋面木拱结构屋架表面与内部的损伤进行检测。木构件病害宏观普查主要采用目测、敲击和三维激光扫描线型比对等方法,初步确定木构件损伤位置;定点详勘则通过钻入阻抗法等精准确定木构件损伤程度及范围。采用有限元软件ABAQUS建立屋架的精细化有限元分析模型。根据检测结果和有限元分析结果对屋面木拱结构的受力性能进行评估,确保木拱结构正常安全使用。检测结果表明,三维激光扫描技术能精确测绘复杂木拱屋架结构几何尺寸及弯曲线型,钻入阻抗法能确定木构件内部的蚁蛀位置和几何尺寸。有限元分析结果表明,上部构件在最上方的交界处和下部拱劵的支座上部的应力相对较大。