大跨度公铁双层斜拉桥主梁涡激共振机理与控制

以拟建的某主跨808 m公铁双层斜拉桥为工程依托,采用节段模型风洞试验研究不同攻角下双层桁架梁断面的涡振性能及5种气动控制措施的抑振效果,结合计算流体动力学(CFD)静态绕流模拟,对比分析双层桁架梁断面的涡振机理及控制方法.研究表明:主梁断面原设计方案在+3°和0°风攻角下存在明显的竖向和扭转涡振现象,且振幅超过规范允许值;间隔封闭上层桥面栏杆或增设抑流板可有效抑制主梁扭转涡振,但竖向涡振振幅仍不满足规范要求;上弦杆外侧增设风嘴可有效抑制主梁竖向和扭转涡振,而下弦杆外侧增设风嘴对主梁涡振抑振效果有限.气流经主梁原设计断面上层桥面分离后,在其上下表面形成周期性脱落的大尺度旋涡,并在上层桥面后部再附,这是主梁发生竖向涡振的主要诱因;上弦杆外侧增设风嘴可引导气流平稳通过上层桥面,消除了周期性的旋涡脱落,并在其上表面形成一段狭长“回流区”,从而有效抑制了涡振的发生.

天津空客A330宽体机厂房焊接加固过程结构性能监测与分析

大跨度钢桁架加固方法多采用焊接加固增大截面法.针对大跨度钢桁架屋盖整体结构的负载焊接加固,以天津空客A321(A330宽体机厂房)屋盖为例,采用4片角钢,分肢与原H型钢的翼缘、腹板分别焊接的加固方式,设计了合理的焊接加固方案与监测方案,对结构关键构件在焊接加固过程中的应力、应变进行监测.以监测数据为依据,研究分析焊接加固过程中型钢与加固角钢的应力响应规律,验证钢桁架梁采用角钢焊接加固的传力有效性,判断焊接热输入的影响范围.结果表明:在负载焊接加固的过程中,局部高温热影响区引起应力重分布,加固角钢的存在对原有型钢构件起到了相应的承担作用,焊接加固过程中结构的安全性可以得到保证.此外,焊接加固时,通过监测相邻杆件的应力和应变,分析表明焊接热影响的范围在两个节间范围内,且带来的应力响应较小.

钢桁梁断面形式对公铁两用桥上列车气动特性影响

钢桁梁断面形式的不同可能会改变桥上列车的气动力,进而影响桥上列车运行安全性和舒适性。为此,以某千米级公铁两用悬索桥为工程为背景,通过风洞试验对三种常用钢桁梁断面形式的桥上列车进行测力、测压试验。研究结果表明,当单列车位于三种钢桁梁断面形式上的上游时,列车的阻力、升力系数无明显差异,而单列车位于下游时,列车的阻力、升力系数有较大的区别;在双车状态下,由于迎风侧列车的遮挡作用,改变了不同钢桁梁断面形式下列车的流场,使得钢桁梁断面形式对背风侧列车影响较小。无论列车位于上游、下游,其三种钢桁梁断面形式下列车的阻力系数、升力系数随风攻角的变化趋势一致。当列车位于上游时,其三种钢桁梁断面形式上列车顶部和底部圆弧过渡段都出现不同程度的流动分离,使得其列车平均风压系数不同;当列车位于下游时,三种钢桁梁断面形式上列车平均风压系数变化趋势一致,说明钢桁梁断面形式对下游列车的平均风压影响较小。列车位于上、下游时,其脉动风压系数会有显著的差异,其脉动风压系数的大小受腹杆布置形式的影响要比梁高的不同更为显著。本文研究结果可为大跨钢桁梁桥的断面形式选取提供参考和依据。

大跨斜拉桥双层桁架主梁施工状态的阻力系数

针对规范中对大跨径桁架桥的双层主梁阻力系数在取值上的局限,提出一种主梁阻力系数计算方法,以施工阶段节段模型的风洞试验结果为基础,对双层桁架主梁进行模型简化后,使用CFD计算得出其三分力系数.采用不同迎风面特征尺寸,桁架片数以及桁架间距,分析了迎风面特征尺寸对主梁的阻力系数的影响.讨论了桁架间距以及片数不同对主梁的阻力系数的影响趋势.结果表明:迎风面特征高度与特征宽度对主梁阻力系数影响的变化规律并不相同,对此提出以桁架纵高比为变量的双层桁架桥梁主梁的阻力系数拟合公式;当桁架间距较小时,桁架片数对主梁阻力系数无影响,但当桁架间距与桁架高度比值达到3时,桁架片数的变化会对主梁的阻力系数产生较大的影响.

大跨径刚性悬链桁架桥不带加劲弦顶推施工技术

针对悬链形上加劲连续钢桁梁桥建造,提出不带加劲弦多点同步顶推施工技术,在边跨设置拼装平台,在中跨设置临时墩,分段拼装,顶推钢桁梁,最后吊装合龙加劲弦。在施工中,设置大临结构,以减小钢桁梁的悬臂长度,适应了钢桁梁拼装及顶推装置布置的要求;采用同步控制系统与纠偏装置,解决了多点同步顶推与钢桁梁线性控制的难题;通过有限元仿真分析,验证了顶推过程的可行性;采用落梁法,解决了钢桁主梁合龙及加劲弦合龙的难题。

基于测压风洞试验的钢桁梁上列车二维气动导纳研究

基于节段模型测压方法,建立了列车二维气动导纳的识别方法。在紊流场风洞试验中,获取了0°攻角时钢桁梁上列车抖振力的展向相关性;识别了钢桁梁上列车中车的三维气动导纳,探究了钢桁梁上列车中车三维气动导纳与二维气动导纳的关系。可知,随无量纲折减频率及展向间距的增大,抖振力的展向相关性逐渐减小,列车抖振力展向相干函数可用Jakobsen模型较好地拟合。当k_(1)B/2小于0.3时,二维气动导纳值为1,三维气动导纳会明显低估列车的气动导纳值。当k_(1)B/2大于0.3时,三维气动导纳会明显地高估二维气动导纳函数值,且随着折减频率的增大,气动导纳值减小。最后,给出了列车二维气动导纳函数及相干函数的数学表达式。研究成果可为风-列车-桥梁耦合振动计算分析提供参数。

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。

应急抢修钢桁梁动力响应销孔间隙影响分析

以某128 m跨新型应急抢修钢桁梁为对象,利用ANSYS与UM联合开展车桥耦合分析,选取销孔间隙和钢销直径为关键参数,探究支点存在高差时销孔间隙对钢桁梁结构及车辆响应的影响规律。研究表明:钢桁梁存在支点主桁高差或对角高差,在钢销直径恒定时,钢桁梁和车辆响应均随间隙增大而增大;在销孔间隙恒定时,钢桁梁和车辆响应均随直径增大而降低。相较于主桁高差,当存在对角高差时,销孔间隙对钢桁梁动力响应显著,而对车辆响应影响较小。此外,相较于钢桁梁竖向动力响应,销孔间隙对于横向水平动力响应的影响更为显著,设计与工程应用中应重点关注。

西十高铁汉江特大桥主桥设计

西十高铁汉江特大桥主桥为主跨420 m的梁桁组合结构双塔斜拉桥,采用半飘浮体系。主梁采用钢桁加劲PC箱梁,梁高3.0 m,桥面全宽17 m。PC箱梁采用C55混凝土,单箱四室等高截面,加劲桁采用渐变三角桁式,材质为Q370qE钢,桁高9.4 m。斜拉索采用标准抗拉强度1770 MPa的镀锌平行钢丝,双索面扇形布置。桥塔采用花瓶式钢筋混凝土框架结构,塔高186.5 m,基础采用∅3 m的钻孔灌注桩,按长短桩设计。结构受力分析结果表明:该桥力学性能指标均满足相关规范要求,整体刚度性能优越,具有良好的颤振稳定性,设置的风嘴能有效抑制涡激振动,采取加劲钢桁上弦杆灌注混凝土、延迟铺轨时间等措施能有效控制主梁的收缩徐变,桥面线形满足铺设无砟轨道的要求。

变截面钢桁腹混凝土组合梁-钢腹杆剪应力计算

基于弹性梁微元法,考虑混凝土顶底板对组合梁的抗剪贡献,在轴力、剪力及弯矩共同作用下,推导变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算公式,并结合算例和有限元进行验证,对比分析在集中荷载作用下理论值与有限元值的相对误差,验证计算公式的适用性。研究结果表明:解析法和有限元法计算结果吻合良好,在变截面钢桁腹-混凝土组合梁剪应力计算中变截面效应的影响不可忽略。在集中荷载作用下,等截面梁与变截面梁等效钢腹板的承剪比最大差值约79.75%;从悬臂梁端部到根部,钢腹杆的剪应力在减小,钢腹杆的承剪比从81.48%降低至10.90%。

上跨运营铁路双层简支钢桁梁桥节点构造对比分析

为研究钢桁梁桥节点处支管之间构造差异对结构静力性能的影响,以蒸汽管网双层简支钢桁梁跨越铁路工程为例,节点处支管构造原则存在一定的差异,通过建立Midas整体模型,对支管分离与支管搭接两种不同节点构造情况进行对比,分析杆件受力性能的差异。结果表明,支管分离与支管搭接对支点附近节点斜腹杆影响较大,支管分离时,下弦杆节点斜腹杆应力最大达262 MPa,比支管搭接时斜腹杆应力大85 MPa;上弦杆节点斜腹杆应力最大达279 MPa,比支管搭接时斜腹杆应力大66 MPa,不满足主+附荷载组合作用下拉杆容许应力260 MPa的要求,需进一步提高支点处斜腹杆的杆件尺寸,以满足规范要求。通过对比节点构造差异对结构静力性能的影响,有助于合理优化结构杆件设计,为类似工程提供参考。

双层板桁结合钢桁梁桥面结构体系受力性能研究

为研究双层板桁结合钢桁梁桥面结构体系的受力特性,以清水塘大桥主梁——双层板桁结合钢桁梁为背景,研究了恒载、车辆荷载作用下,其上、下层桥面结构系(纵横梁体系)各构件的受力情况,并分析了车辆荷载的纵向传力范围,以及大、小横梁和桥面板在传递桥面荷载时的分配关系。通过分析,验证了纵横梁桥面结构系受力的合理性,得出了恒载及车辆荷载下的主桁以节点受力为主的结论,符合桁架梁受力特点。此外,得出了桥面系各构件在传递桥面荷载时的分配关系,为相关工程的设计提供了参考和依据。

上海虹桥动车所动车检修库接触网绝缘间隙击穿原因分析及整改措施

在简述近年来上海虹桥动车所动车检修库中发生的接触网绝缘间隙击穿故障的基础上,介绍接触网电分段和分段绝缘器布置、分段绝缘器安装形式。通过分解动车组入库检修过程,模拟动车组升降弓、合断主断路器操作,检测接触网电压,分析确定动车组操作过电压是分段绝缘器绝缘间隙击穿和分段绝缘子绝缘端头带电部件与钢桁梁绝缘间隙击穿的原因,提出分段绝缘器选型和安装形式优化措施。优化后,上海虹桥动车所动车检修库中接触网未再发生绝缘间隙击穿故障。

昌九高铁扬子洲赣江公铁大桥西支主桥方案比选

昌九高铁扬子洲赣江公铁大桥西支主桥为承载时速350 km高速铁路的大跨度公铁合建桥,主跨320 m,公铁混层对称布置,下层桥面中间布置双线无砟轨道高速铁路、两侧布置双向4车道城市主干路,上层桥面布置双向8车道城市快速路。结合桥址区建设条件,对跨径布置为(64+128+320+128+64)m箱桁组合梁斜拉桥和钢桁架拱桥2种桥型方案进行对比,结果表明箱桁组合梁斜拉桥受力明确,具有较好的施工稳定性和良好的经济性,为选定方案。针对扇形双索面密索体系、扇形双索面稀索体系和竖琴形双索面密索体系3种体系斜拉桥方案,从结构受力性能、施工难度、经济性、景观性等方面进行综合分析,最终选择受力合理、施工简便、经济性优、景观效果好的竖琴形双索面斜拉桥方案。桥塔采用花瓶形构造,主梁采用中间双桁、带挑臂的箱桁组合截面,结构受力合理,具有优良的整体性和结构刚度。

大跨度钢桁梁跨既有线桥梁工程箱梁顶推施工技术研究

以重庆市新九中路主线桥为研究对象,提出大跨度钢桁梁跨既有线桥梁工程箱梁顶推施工技术。考虑到箱梁顶推过程中临时墩受力情况,得出最优的临时墩布置方案,并采用钢管立柱形式连接临时墩。按照最大顶推跨径的0.6~0.8倍,加工具有变高度工字形断面的导梁结构,并通过预埋段浇筑、导梁横连、高强螺栓拧紧等方式实现导梁整体安装。在临时墩上方放置滑道和滑块,完成顶推滑动装置的整体搭建。借助多台智能步履式千斤顶和电子计算机自动控制平台,进行多点同步箱梁顶推施工,并通过带有纠偏导向轮的限位装置实现顶推施工纠偏处理。根据施工结果,运用该顶推技术建设完成的箱梁梁体中线偏差总是低于2 mm,很好地满足了大跨度桥梁工程箱梁施工要求。

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。

挑臂长度对钢桁梁颤振稳定性的影响

基于数值模拟方法研究挑臂长度对钢桁梁悬索桥的颤振稳定性影响.通过风洞试验测试不同攻角下某悬索桥钢桁梁原设计断面(挑臂长度L为0.947 m)的颤振稳定性,并与CFD结果对比,验证了数值方法的可靠性.然后对同一折减风速下单个周期气动力输入的能量值大小以及流场的演变规律进行研究,得到不同的挑臂长度(0.0L,0.5L,1.0L,1.5L)对钢桁梁颤振稳定性的影响.结果表明:正攻角下,挑臂长度对钢桁梁的颤振稳定性影响不明显,而0°攻角及负攻角下,挑臂长度为1.5L的钢桁梁断面颤振稳定性显著优于其他工况.0°攻角钢桁梁上表面旋涡的运动导致的压强变化以及下表面迎风侧压力值的变化成为气动力的主导因素,气动力方向与钢桁梁运动方向相同,促进扭转振动发散,而增大挑臂的长度削弱了上表面旋涡的尺度,并在挑臂处形成了强度大小相对稳定的压强区.负攻角钢桁梁上表面无明显旋涡,下表面旋涡的演变及压力变化成为颤振发散的主导因素,增加挑臂能削弱下表面旋涡的尺度和强度,并在迎风侧挑臂的下表面处持续形成稳定的负压区,气动力输入的能量值为负.

燕矶长江大桥约束体系设计

燕矶长江大桥为主跨1860 m双层桥面钢桁梁悬索桥,主缆采用不同垂度四主缆布置,针对该桥结构特点,采用MIDAS Civil软件进行有限元静力计算,采用SAP2000软件进行有限元地震响应计算,对该桥纵、横、竖向约束体系进行设计。通过对比研究中央扣、纵向弹性约束、纵向限位挡块方案的可行性及减少伸缩装置规格的程度,确定采用纵向限位挡块进行纵向限位,伸缩装置规格可由D3000 mm减小为D2000 mm;采用电涡流-摩擦组合型纵向阻尼装置减小地震作用下梁端纵向位移,有效抑制梁端高频往复运动,改善支座和伸缩装置工作环境。横向约束采用球型钢支座限制加劲梁梁端横桥向摆动。通过分析梁端支座负反力消除措施适用性,竖向约束采用塔连杆方案,改变传统竖向约束方案的工作模式,更好适应反复的拉压力和纵向高频往复位移。

金沙江特大桥钢桁加劲梁设计关键技术

四川沿江高速金沙江特大桥设计采用单跨1060 m简支钢桁加劲梁悬索桥,主缆中心距27.5 m,垂跨比1/9,吊索标准间距15 m。针对钢桁梁的立面布置、主横桁平联形式、桁架各杆件截面形式等,从结构受力、施工便利性及经济性等方面进行对比分析,最终确定大桥采用7.5 m桁高带竖杆华伦式K形平联钢桁架结构,栓焊结合连接方式,主弦杆及平联采用箱形截面,其他杆件采用H形截面;桥面系采用带小纵梁的密横梁体系正交异性钢桥面板,密横梁间距2.5 m。静、动力计算结果表明,钢桁梁强度、刚度均满足规范要求。设计采用的钢桁梁解决了桥址区运输、安装困难的问题,用钢量小,经济性突出。

大跨长联钢-混组合梁桥面板预制胶拼施工技术

孟加拉国帕德玛大桥主桥上部结构为6×(6×150) m+1×(5×150) m七联大跨度连续钢-混组合梁。公路桥面设有平曲线,桥面板底部设横肋、板内设纵向预应力钢绞线,桥面板剪力钉(环)槽口边缘与钢梁剪力钉(环)间距小,槽口内纵、横钢筋多且与剪力钉(环)间距小,混凝土桥面板的预制、安装精度和质量控制要求高。桥面板分块整幅在预制场匹配预制,桥上通过胶拼连接,然后分区段进行永久预应力筋张拉、孔道压浆、剪力钉(环)槽口混凝土灌注,将混凝土桥面板与连续钢桁梁组合。混凝土桥面板采用长短线结合匹配预制技术,节省了模板和场地投入,保证了预制精度和预制速度;采用架板机拼装、胶拼连接、分区段张拉永久预应力筋、钢梁上铺设滑动层减少预应力张拉损失、灌注剪力钉(环)槽口混凝土进行组合等安装技术,完成了大跨长联钢桁梁桥公路桥面板的安装施工。