双幅钢箱梁竖弯涡振气动力演变特性

双幅钢箱梁桥是工程实践中一种常用的大跨度连续梁桥型式,但并列双箱复杂的旋涡脱落和交互作用可能引发显著的涡激振动现象,影响结构的疲劳性能和行车舒适性。本文以某六边形双幅钢箱连续梁桥为工程背景,对大比例节段模型开展了测振、测压风洞试验,对比了双幅钢箱梁在不同间距下竖弯涡振全过程(涡振前、上升区、振幅极值点、下降区及涡振结束)的分布气动力演变特点,提出了有效控制双幅钢箱梁桥涡振的气动措施。研究表明,双幅钢箱梁桥涡振锁定区间长、振幅大,+3°为最不利攻角,涡激力的倍频效应与间距和双幅箱梁涡振的振幅均有关。在小间距及低风速时,上、下游梁背风侧的分布气动力对涡激振动起到增强作用;在大间距或较小间距且高风速时,开槽附近上表面和下游梁斜腹板位置的分布气动力对涡激力起主要增强作用,也是双幅钢箱梁产生大幅涡激振动的诱因。提出了槽间裙板与两端风嘴组合的综合气动控制措施,通过切断槽间涡的传播途径从而降低桥面处分布气动力对涡激力的贡献,该措施可有效减弱双幅钢箱梁桥的竖弯涡振。

分体式钢箱梁竖向涡振检修轨道气动措施风洞试验研究

双分体式钢箱梁具有良好的颤振性能,但在常遇风速内易发生涡激振动。为研究双分体式钢箱梁的涡激振动性能及其抑振措施,以某跨径为658m的双分体式钢箱梁斜拉桥为背景,通过节段模型风洞试验,开展检修轨道与中央格栅等一系列独立气动措施以及多种联合气动措施对主梁涡振性能的优化研究。试验结果表明:1)在常遇风速下,原始断面在5个来流攻角(α=0°,±3°,±5°)中均观测到大幅竖向涡激振动,需采取抑振措施来抑制主梁涡激振动,结构阻尼提升至1.48%时涡振振幅仍未满足限值要求,完全消除主梁涡激振动需将阻尼比提升至2.3%;2)优化检修轨道位置能有限减小主梁竖向涡激振动,减少幅度在12.8%~29.6%之间;3)在分体式双箱梁中央开槽处添加中央格栅能大幅减小主梁竖向涡振振幅,相较原始断面减少了60%以上;4)检修轨道与中央格栅联合减振效果不如独立添加中央格栅气动措施,但这2种气动措施联合稳定板能有效控制主梁涡激振动,且相较原始断面,主梁涡振振幅下降了78%以上,在此基础上对中央开槽的封堵率以及检修轨道与外侧斜腹板之间的间距进行优化,最终得到一种双分体式钢箱梁断面涡激振动抑振措施,使主梁竖向涡振振幅减少了96.9%。研究成果可为双分体式钢箱梁涡激振动抑制气动措施方案提供参考。

四线铁路钢-混组合梁斜拉桥设计关键技术

上海斜塘特大桥主桥采用主跨260 m双塔斜拉桥,跨越斜塘航道,承载四线铁路。对2种边中跨比斜拉桥方案进行对比,根据中跨静活载挠跨比、静活载梁端转角和活载负反力等分析结果,确定边中跨比采用0.38,主桥跨径布置为(40+60+260+60+40)m;对比3种钢-混组合梁截面形式的主梁刚度、经济性及无砟轨道适应性,主跨梁体选取高3.5 m的分离式双箱钢-混组合梁,边跨及衔接处主跨8 m段采用混凝土梁;对比H形和花瓶形桥塔的结构性能、施工方案,选取高97 m的H形桥塔;综合考虑结构刚度、轨道板变形和施工控制,中、边跨斜拉索梁上间距分别取12 m和8 m,桥塔最外侧斜拉索倾角取30°;索塔、索梁均采用钢锚箱式锚固结构。大桥整体结构计算结果安全可靠;温度、列车等荷载组合作用下,桥梁竖向刚度、换算曲率半径均满足规范要求。

分体式钝体双箱钢箱梁斜拉桥节段模型风洞试验研究

针对某主跨为458m的分体式钝体双箱钢箱梁斜拉桥,通过缩尺比为1∶50的主梁节段模型风洞试验,研究桥梁的颤振和涡激共振性能。节段模型风洞试验结果表明,在0°和+3°两种风攻角下,该桥原始方案的颤振临界风速低于颤振检验风速,而且扭转涡激共振的振幅也超过了设计允许值。为了提高桥梁的颤振稳定性并抑制涡激共振,研究在分体式钝体双箱钢箱梁上游和下游两侧上方安装固定水平气动翼板的气动控制措施。气动翼板的宽度为0.043B(B:分体式钝体双箱钢箱梁的宽度),上游和下游两侧气动翼板质心之间的水平距离为1.02B,气动翼板质心至分体式钝体双箱钢箱梁顶面的竖向距离为0.45H(H:分体式钝体双箱钢箱梁的高度),两侧气动翼板单位长度的总质量为0.008meq(meq:单位长度分体式钝体双箱钢箱梁的等效质量)。节段模型风洞试验结果表明:安装固定水平气动翼板后,在0°和+3°两种风攻角下,该桥改进方案与原始方案相比颤振临界风速分别提高了24%和33%,均高于颤振检验风速,并且改进桥梁方案没有发生涡激共振现象。最后,通过分析不同风速下桥梁结构阻尼随风速的变化,结果发现:安装固定水平气动翼板后桥梁扭转运动的阻尼显著增加,从而提高了桥梁的颤振稳定性,同时有效抑制了桥梁的扭转涡激共振。

大跨度桥梁钢箱梁顶推施工的控制与监测

大跨度桥梁多采用钢箱梁结构,其具有轻质、高强、施工周期短等特点。钢箱梁施工一般采用吊装、顶推或两者相结合的施工方法,介绍了顶推施工时对钢箱梁实施的施工控制及监测的主要内容及原理。

西堠门大桥初步设计钢箱梁断面气动选型

用基于计算流体力学(CFD)的数值方法对开槽宽度为5.5,6.0和6.5m的双箱断面进行了气动性能分析,结果槽宽6.0m的双箱断面气动性能最优.通过1∶80节段模型试验,对槽宽6.0m的双箱断面、传统单箱断面和双箱格构断面的颤振临界风速进行测定,评价了3种断面气动性能的优劣.结果表明,3种断面———双箱断面、传统单箱断面和双箱格构断面的实测颤振临界风速都大于颤振检验风速,但传统单箱断面需采取气动控制措施.

黄茅海跨海通道总体方案及创新技术

黄茅海跨海通道全长31.26 km,跨海段长约14.5 km,设置2座主桥跨越3条航道。2座主桥分别采用主跨2×720 m三塔斜拉桥方案和主跨700 m双塔斜拉桥方案。综合通航、建设风险和线形指标等因素,比选确定了中线“大C湾”线位方案。采用极简美学设计思想,结合台风登陆区灾害防控要求,提出了变截面独柱式桥塔+分体式钢箱梁+中央辅助索的超大跨三塔斜拉桥结构体系和关键结构,显著提升了三塔斜拉桥主梁竖向刚度,颤振临界风速达90 m/s。研发了风嘴+隔涡板组合气动控制措施,可有效抑制分体式钢箱梁的涡激振动。

高速铁路双箱混合梁斜拉桥钢-混结合段力学行为研究

以我国首座高速铁路双箱混合梁斜拉桥钢-混结合段为背景,采用数值分析手段探究其在最不利工况下的应力分布特性、传力性能及变形性能,并通过模型试验考察其在1.0倍最不利工况、2.0倍最不利工况和破坏工况下的力学性能。数值分析结果表明:在最不利工况下,除应力集中区域外,结合段钢梁与混凝土纵向正应力分别小于-80.0、-13.2 MPa,传力较为顺畅;结合段钢梁和混凝土梁顶面应力横向分布不均匀系数分别在0.80~1.11、0.83~1.21之间;前承压板、后承压板、剪力钉和PBL连接件分别传递约5.8%、33.1%、36.3%、29.8%的轴力。试验结果表明,结合段具有足够的承载力,安全系数大于2.0;结合段变形平顺,最不利工况下,纵向竖曲线最小半径为12 013 m,刚度性能满足高速铁路行车要求。在破坏工况下,混凝土梁过渡段先于钢-混结合段破坏,且属于延性破坏。

双箱单室波形钢腹板组合箱梁设计研究

深圳南山大桥上部结构为双箱单室波形钢腹板PC组合箱梁,对这种新型结构进行了缩尺试验,并建立了空间实体有限元模型,探讨其受力全过程,分析了横梁对这种组合箱梁的影响。研究结果表明,双箱单室组合箱梁的受力性能与单箱单室组合箱梁相似,其弹性阶段内的截面应变满足"拟平截面假定";小横梁的设置在一定程度上改善了顶板的受力状况,但对增强两箱整体性的作用不大;大横梁加设小横梁形式在小幅度增加自重的情况下,可增强两箱的整体性,并有效地改善箱梁顶底板的受力状态。

沪通长江大桥横港沙浅水区112m简支钢桁梁箱形杆件焊接工艺试验研究

沪通长江大桥横港沙浅水区7孔112m简支钢桁梁箱形杆件采用的Q370qE和Q420qE钢焊接性较好,主要焊缝类型为棱角焊缝和T形接头坡口角焊缝。采用双丝埋弧焊焊接工艺焊接棱角焊缝,双丝电源类型为直流电源+交流电源组合,双丝间距30cm。为研究该焊接工艺的可行性,进行焊接工艺评定试验,制作Q370qE和Q420qE两种不同材质的棱角坡口形式焊接试件,在焊接过程中发现问题并及时调整预定的焊接工艺参数,焊后对试件进行焊缝缺陷、拉伸、冲击、硬度和宏观金相等检测并进行分析。结果表明:焊缝无损检测、力学性能检测、硬度检测及宏观金相检查等试验的检验结果均符合标准要求,验证了所制定的双丝埋弧焊焊接工艺的可行性。实践证明,双丝埋弧焊焊接工艺的运用缩短了箱形杆件的制作工期,提高了箱形杆件的焊缝质量。

波形钢腹板PC组合箱梁抗剪连接件受力分析与设计

在波形钢腹板PC组合箱梁中,波纹钢腹板PC组合箱梁的受力性能取决于剪力连接件的工作性能.在介绍波形钢腹板PC组合箱梁常用剪力连接件的构造以及设计计算的基础上,结合某大跨径波形钢腹板PC组合箱梁的设计实例,采用国内相关地方规范,进行了Twin-PBL及S-PBL剪力连接件的设计计算.结果表明:PC箱梁采用的Twin-PBL连接件及S-PBL连接件符合相关规范的要求,能够满足波形钢腹板及混凝土顶底板之间的抗剪和抗滑移需求.

风屏障对分体式钢箱梁桥涡振性能影响的风洞试验研究

分体式钢箱梁颤振性能好,但涡振性能差,有效抑制分体式钢箱梁涡激振动是这类桥梁建设与运维必须要解决的关键问题。以某在建大跨分体式钢箱梁斜拉桥为工程背景,本文通过节段模型风洞试验,研究了护栏、中央透气格栅和风屏障等常见气动措施对分体式钢箱梁断面涡振性能的影响,提出了一种风屏障和中央透气格栅联合抑振的气动措施方案。研究结果表明:(1)分体式双箱梁断面在5个风攻角(α为0°,±3°,±5°)中均观测到大幅涡激振动,需进行主梁抑振措施研究。(2)封堵护栏不能有效改善主梁涡振性能,采用风屏障可明显降低主梁涡振振幅。(3)中央透气格栅可大幅抑制主梁涡激振动,但会出现2个涡振风速区间。(4)联合风屏障和中央透气格栅可基本抑制主梁涡激振动。

双塔悬索桥钢箱梁疲劳损伤典型部位研究

对国内外大跨度双塔悬索桥疲劳开裂分布位置进行调研,总结了钢箱梁疲劳损伤典型部位,依托某大桥检测结果进行验证。通过建立大桥有限元模型,进行了全桥动力响应分析、节段横向受力分布分析以及构造细节应力分析,研究了双塔悬索桥钢箱梁纵向截面位置、横向车道位置、构造细节位置等3个层次的典型部位产生疲劳损伤的受力机理。实桥调查及检查数据和受力分析表明,双塔悬索桥钢箱梁疲劳损伤典型部位,纵桥向为主梁1/4跨截面部位、横桥向主要在重车道车轮位置,U肋穿过横隔板过焊孔位置是最易产生疲劳损伤的构造细节。