基于参数化BIM技术的福厦高铁泉州湾跨海大桥斜拉索体系高精度建模研究

福厦高铁全线将采用数字化管理,需要建立全线桥梁的BIM模型作为数字资产,上传到管理平台。其中,泉州湾跨海大桥结构形式为双塔双索面钢-混结合梁斜拉桥,结构形式较为复杂,BIM模型的建立难度较大,尤其以斜拉索结构体系的建模难度最大。本文通过分析该桥斜拉索结构体系的形体构造,研究形体内在逻辑关系,编写可视化程序,提炼可变参数,利用参数化建模技术批量建立斜拉索、主梁锚拉板及主塔钢锚梁的BIM模型。研究结论:(1)在设计中,通过研究桥梁结构的几何逻辑关系,可以达到优化设计的目的;(2)参数化建模可以加快建模速度,提高建模精度,降低模型维护难度,易于创建模型库,方便自动挂接构建编码;(3)对于数字化、信息化技术在土木行业的推广意义重大。

福厦高铁安海湾特大桥无砟轨道钢-混结合梁斜拉桥设计研究

安海湾特大桥是新建铁路福州至厦门高速铁路控制性工程,跨越安海湾,主桥为(40+135+300+135+40)m斜拉桥,半漂浮体系,采用混凝土桥面板与槽形钢箱梁相结合的主梁结构;索塔采用H形混凝土桥塔;主桥铺设含橡胶弹性隔离缓冲垫层的双块式无砟轨道。桥址基岩为弱风化辉绿岩,基础均采用柱桩。安海湾特大桥受力合理,辅助墩区段混凝土桥面板出现的拉应力通过综合采用支座升降法、配置预应力索等综合性措施,经济且有效地避免了混凝土桥面板受拉,显著减小了钢梁底板压应力和钢板厚度。通过与已实施无砟轨道铺设的两座300 m级无砟轨道桥梁对比,可以看出,安海湾特大桥具有良好的铺设无砟轨道条件。安海湾特大桥主桥无砟轨道钢-混结合梁斜拉桥的成功实施,为无砟轨道在大跨度桥梁的铺设提供了又一成功的典范,有利于大跨度无砟轨道桥梁的进一步发展。

基于刚度变形要求的高速铁路桥梁设计研究

为建造"安全、舒适"高速铁路,需严格控制桥梁的刚度和变形,以满足线路平顺性要求。结合高速铁路桥梁工程技术要求,按常规跨度桥梁、车站道岔区桥梁、大跨度桥梁3类总结高速铁路桥梁主要设计原则。根据大跨度桥梁刚度、变形控制技术难点,依托工程实例研究梁端转角、结构徐变和桩基沉降控制措施。对梁端转角、墩台刚度、挠跨比等指标进行优化,提出采用曲率半径作为统一刚度指标的建议,给出连续梁固定墩纵向刚度、大跨度桥梁挠跨比的经验限值,建议进一步深入研究梁端转角限值、墩台横向刚度指标。以福厦高铁3×70m无支座整体式连续刚构桥、昌赣客专赣州赣江特大桥和商合杭高铁裕溪河特大桥为例,介绍高速铁路桥梁刚度变形控制技术创新实践,可供类似桥梁工程参考。

福厦高铁桥梁技术创新与应用

新建福州至厦门高速铁路设计速度350km/h,双线、无砟轨道。线路全长277.5km,其中桥梁总长181.1km,桥梁占比65%。沿线地形、水文、气象、地质等自然环境复杂,针对大跨度桥梁徐变、结构刚度、结构耐久性、大跨度无砟轨道桥梁、施工安全、桥梁景观等设计重点进行研究。在满足铁路使用功能的前提下,充分体现安全适用、经济美观的设计特点,合理选择桥式方案,采用了主跨432m高低塔四线混合梁斜拉桥、主跨400m结合梁斜拉桥、3×70m整体式连续刚构桥等多种创新桥梁结构;开展了海上40m大跨度简支梁预制架设建造技术、独塔混凝土斜拉桥裸塔转体施工技术、大吨位高速铁路转体施工技术等研究应用。

既有时速350 km高速铁路运营时速400 km常规跨度桥梁列车走行性研究

针对既有时速350 km高速铁路运营时速400 km常规跨度桥梁建立了车桥系统空间耦合振动分析模型,根据弹性系统动力学总势能不变值原理和"对号入座"法则形成车桥系统的空间振动矩阵方程,对CRH3型高速列车以速度250~440 km/h通过桥梁时的车桥系统空间动力响应进行了仿真计算。结果表明:在考虑德国低干扰轨道不平顺、桥面设计工后徐变变形的工况条件下,当CRH3型高速列车以运营时速350 km通过桥梁时车桥系统动力响应均满足要求;以运营时速400 km通过桥梁时,桥梁的动力响应均在容许值以内,列车的横、竖向振动加速度及行车安全性均满足限值要求;列车通过跨度24 m和40 m梁桥乘坐舒适性基本达到规定的"良好"标准;列车通过跨度32 m梁桥的竖向乘坐舒适性为"合格"标准,不满足规定的"良好"标准,通过降低桥面工后徐变变形或提高轨道不平顺标准可显著改善列车竖向乘坐舒适性。

400km/h高速铁路桥梁动力系数研究

为研究通行400km/h高速列车时桥梁的动力性能,采用车-桥耦合振动方法,分析车速、车辆编组、车辆载重3种车辆因素和跨度、桥梁竖向基频、桥型3种桥梁结构因素对400km/h高速铁路桥梁动力系数的影响。结果表明:车速增加到一定程度将出现车桥竖向共振的风险;跨度一定时,桥梁竖向振动基频越大动力系数越小;多数工况下16车编组时桥梁的动力系数较8车编组时大,车辆空载时桥梁的动力系数较车辆满载时大。

时速400 km高速铁路桥梁列车横向摇摆力研究

为研究时速400 km高速铁路桥梁的列车横向摇摆力,通过车桥耦合振动方法,采用时速400 km高速动车组列车参数,分析了列车通过不同跨度桥梁的横向摇摆力,讨论车速、载重等因素的影响,基于CFD模拟计算了列车和桥梁的气动特性,考查侧向风对横向摇摆力的影响。结果表明:满载时的横向摇摆力较空载大,车速大于400 km/h后横向摇摆力变化较小;列车相邻四轴横向摇摆力的相关性较弱,车速400 km/h时,按相邻四轴时程曲线叠加的最大值和4倍标准差法得到的横向摇摆力接近;考虑25 m/s侧向风的影响后,相邻四轴横向摇摆力为114 kN。建议进行桥梁结构验算时横向摇摆力取为80 kN,但有横向风时需进行风-车-桥分析。

福厦高铁桥梁BIM技术应用

新建福州至厦门高速铁路正线全长277.5km,桥梁总长181.1km,桥长占比65%,该线路上桥梁体量巨大、特殊桥跨多、建设环境复杂。基于参数化、模块化设计思路,运用Revit软件建立包括梁部、墩台及基础、桥面附属工程等结构的一整套高速铁路桥梁构件库;进行桥梁BIM精细化建模,对拱桥、钢-混组合梁斜拉桥以及预应力混凝土部分斜拉桥等特殊复杂桥梁进行特殊工点BIM设计;采用系统性的方法完成了全线桥梁的BIM建模和基于BIM模型的方案设计优化、结构分析、景观设计、辅助出图及算量、可视化交底等多项BIM成果应用。积累的大量模型资源可为其它高速铁路桥梁BIM应用提供参考。

基于BIM技术的新建工程对福厦高速铁路安全影响评估分析

高速铁路对基础变形的控制要求极高,所以在对高速铁路有影响的范围内修建工程必须进行安全评估,以确保高速铁路的运行安全。在本文中,福建泉州二重湾快速路为新建工程,其线路走向在平面位置上与福厦高速铁路具有交叉关系,需要分析新建快速路高架桥在一定范围内对福厦高铁的基础变形影响并进行安全评估。本文详细研究了下穿铁路高架桥的设计方案,建立了福厦高铁及下穿高架桥的BIM模型,通过BIM模型研究了两者之间的空间位置关系,确定了数值计算分析的范围及桥梁结构。通过研究BIM模型与有限元模型之间的关系,使BIM模型可以直接应用于数值分析,提高了数值分析的效率、精度和可信度,为相似工程的安全评估分析提供了参考依据。

福厦高铁无支座整体式刚构桥地震响应研究

为了解高速铁路无支座整体式刚构桥的抗震性能,以福厦高铁泉州湾跨海大桥海上深水区(3×70)m无支座整体式刚构桥为背景,通过有限元模型分析该桥在多遇地震、设计地震和罕遇地震下的地震响应;采用增量动力分析方法,对梁端的碰撞概率进行研究。结果表明:大桥满足铁路三水准抗震设防要求;在顺桥向地震作用下,边墩比中墩更控制设计,边墩墩顶最容易进入弹塑性状态;在横桥向地震作用下,中墩比边墩更控制设计,中墩墩底较墩顶受力更不利;地震下伸缩缝的需求值较大,相邻梁端发生碰撞的概率较大,需增加阻尼器防止梁端碰撞。

铁路混凝土桥面用聚氨酯防水涂层附着力研究

针对现有铁路混凝土桥面防水涂料的界面粘接性能开展研究,选取薄涂型和厚涂型聚氨酯防水涂层,在有环氧封闭层条件下,研究基面状况、材料配方对这2种涂层附着力的影响规律。结果表明,薄涂型聚氨酯防水涂层在桥面干燥混凝土基面的附着力较高,采用配套水性环氧封闭漆时,该防水涂层在混凝土潮湿基面上也有较好的附着力,适宜于高速铁路原聚脲防水层伤损维修和新建无砟桥面防水保护;厚涂型聚氨酯防水层对粗糙基面和潮湿基面适应性均良好,平整且干燥基面的附着力最大,潮湿烘干基面的附着力大于潮湿擦干基面的附着力;厚涂型聚氨酯防水漆配比优化后,在干燥和潮湿混凝土基面的附着力均超过2.0 MPa,大幅提升了其对桥梁混凝土基面状况的适应性,经刮涂和喷涂施工后测试,验证了厚涂型聚氨酯防水涂层的高附着力。

基于遗传算法优化神经网络的岩质陡坡桥梁桩基承载力预测方法

岩质陡坡桥梁对承载力有着较高的要求,关系到桥梁整体的稳定性和安全性。为此,提出基于遗传优化神经网络算法的岩质陡坡桥梁桩基承载力预测方法。该算法首先通过计算桥梁桩基承载力影响因素的分值,将大于90分的影响因素作为预测模型的输入神经元,然后通过遗传算法优化一般BP神经网络,通过遗传算法计算最优初始权值,以此构建遗传进化预测模型,最后进行模型应用效果测试,并与试验结果进行对比,结果表明:极限承载力的模型预测值与试验测试值误差均<0.1N,说明所构建的模型预测准确性较高,能够为桥梁工程设计计算提供可靠的数据参考。

福厦高铁大跨度混凝土独塔斜拉桥设计

新建福州至厦门高速铁路跨越沈海高速公路主桥采用(30+145+145+30)m独塔双索面混凝土斜拉桥,采用塔梁墩固结体系。主梁采用预应力混凝土连续结构,单箱三室等高度鱼腹式箱形截面;桥塔采用花瓶式混凝土结构,高85.5m,塔端斜拉索锚固区采用混凝土锚固齿块结构,配置环向预应力钢绞线;斜拉索采用单丝涂覆环氧涂层钢绞线拉索,呈空间双索面、扇形布置。利用空间有限元程序MIDAS Civil建立主桥模型,选取合理的主梁边跨长度,对主梁应力与变形、桥塔应力、斜拉索强度安全系数与活载应力幅、抗震性能进行分析。结果表明:主桥主梁、桥塔、斜拉索的应力与强度、结构抗震性能均满足规范要求。该桥主梁采用前牵引式挂篮施工,桥塔采用侧位现浇+裸塔平转方案施工。

任意截面双向偏心受压构件极限承载力计算方法

Q/CR 9300-2018《铁路桥涵设计规范(极限状态法)》已正式颁布实施,桥梁构件计算方法从"容许应力法"向"极限状态法"转变。为找到一种适用于任意截面形式的双向偏心受压构件极限承载力计算方法,基于平截面和理想弹塑性模型假定,通过对截面应力-应变关系及受力平衡方程进行深入分析,推导出钢筋混凝土截面弹塑性受力数值积分算法。基于该方法,保持初始荷载偏心距不变,采用二分法对轴力进行迭代计算,以混凝土或钢筋达到极限应变为收敛条件,编制计算机程序,求解出构件极限承载力。通过实例对比分析表明,该计算方法正确,程序计算结果可靠,满足工程设计要求。

福厦高铁湄洲湾跨海大桥引桥40m预制简支箱梁设计

新建福州至厦门高速铁路湄洲湾跨海大桥引桥采用40m预应力混凝土简支箱梁结构,箱梁为单箱单室截面,长40.6m、宽12.6m,梁体中心线处高3.235m,预制简支箱梁采用千吨级"昆仑号"运架一体机进行运架梁施工。采用有限元分析软件桥梁博士、BSAS、MIDAS FEA分别建立40m梁横向环框计算模型、杆系单元模型、实体模型,分别进行梁体裂缝控制、运架梁施工阶段箱梁结构受力及梁体局部应力分析。结果表明:在增强顶板上、下缘钢筋布置后,箱梁裂缝宽度满足主力作用下0.15mm和主力+附加力作用下0.18mm的要求;在运架梁施工阶段箱梁整体受力满足要求;在吊梁、架梁工况下,梁端横桥向拉应力主要出现在顶板上缘和箱室内侧的上梗胁处,梁端局部应力满足受力要求。

宜昌至郑万高铁联络线黄柏河特大桥节段拼装整体式刚构桥设计

宜昌至郑万高铁联络线黄柏河特大桥采用节段拼装整体式刚构桥,桥跨布置以2×64m、3×64m为主,不设支座,桥墩与主梁固结。主梁采用C50预应力混凝土单箱单室直腹板等高箱梁,梁高4.6m,顶板宽12.6m,底板宽6.7m。主梁采用节段拼装法施工,节段长3.5m,通过架桥机吊装节段拼装施工较好地解决了高墩整体式桥梁施工困难问题。下部结构墩高30~70m,中墩采用空心墩,边墩采用薄壁墩,整体刚构相邻边墩共用基础。节段拼装整体式刚构桥静动力分析结果表明:结构各项指标均满足规范要求,具有良好的静动力性能。

昌赣客专赣州赣江特大桥健康监测系统设计

昌赣客专赣州赣江特大桥为铺设无砟轨道的大跨度斜拉桥,受收缩、徐变、温度等影响,横、竖向变形复杂。高速列车通行对桥梁结构刚度、徐变变形、动力性能等要求高,根据赣州赣江特大桥的结构特点,构建了该桥的健康监测系统,对主梁、桥塔、钢轨伸缩调节器、轨道板以及斜拉索等重点部位进行了监测;系统包含自动化监测子系统、巡检养护子系统、数据存储与管理子系统、分析与预警评估子系统和用户界面子系统;制定了桥址环境监测、外部荷载监测、结构安全性能监测、特殊部位监测、视频监测5大类22个子项的监测项目,全面反映大桥的结构状况及轨道状态;并采用了三级预警模式和基于变权综合的结构评估方法。