洞庭湖大桥组合式沉井施工关键技术及仿真分析

洞庭湖大桥N003#墩组合式沉井直径31.6 m,高17.7 m,埋深16.1 m,下部为钢筋混凝土结构,上部为钢板桩。以该组合式沉井施工为研究对象,总结了大型组合式沉井施工的要点,并对施工安全进行验算。建立仿真分析模型对施工过程中沉井的应力状态、稳定性进行分析。计算结果表明沉井下沉系数、下沉稳定系数满足下沉要求。钢板桩最大有效应力116.5 MPa,最大剪应力66.6 MPa,最大变形7.9 mm,混凝土沉井最大有效应力7.3 MPa,均满足结构受力及变形要求。     

大型陆上沉井首次下沉砂袋变形特性模型试验研究

以五峰山大桥北锚碇基础、瓯江北口大桥南锚碇基础等大型陆上沉井首次下沉为工程背景，开展砂袋变形特性模型试验，得到沉井荷载、划破砂袋以及拉槽砂袋部分去除工况下沉井隔墙模型（加载梁）的竖向位移和下部砂袋水平位移，分析砂袋支撑承载力和上部砂袋部分去除后下部砂袋的破坏模式。结果表明：沉井荷载施加后加载梁竖向位移和砂袋水平位移较小，未发生砂袋挤压破坏情况；划破砂袋后，砂袋中粗砂未被挤出，加载梁竖向位移与砂袋水平位移均无明显增加；上部局部砂袋去除后，下方砂袋水平向位移明显增加，若采用逐层划出砂袋使沉井过渡到土层支撑的方法，会导致砂袋支撑突然破坏。为了确保沉井平稳地由砂袋支撑转换为土层支撑，预先在沉井节点位置用素混凝土垫块进行置换，避免了大型沉井由砂袋支撑转换为土层支撑过程中沉井结构开裂。     

自锚式悬索桥桥塔钢-混结合段受力的试验研究

以武汉市江汉六桥主桥的下塔柱为例对桥塔钢-混结合段进行数值模拟和模型试验,研究钢-混结合段各部位在施工阶段和运营阶段的受力性能、应力分布及安全储备。结果表明:施工过程中及荷载组合作用下,混凝土实测最大压应力为6.44 MPa,最大拉应力为4.27 MPa,钢塔柱最大压应力为112.8 MPa,拉应力较小;超载工况下,混凝土实测最大压应力为7.74 MPa,最大拉应力为5.47 MPa,钢塔柱最大压应力159.8 MPa;试验过程中,各测点应力随荷载基本呈线性变化,卸载时残余应力不大,模型基本处于弹性状态,加载时混凝土未发现裂缝;各工况下混凝土和钢结构各测点应力实测值和计算值相差不大;钢-混结合段受力安全可靠,在给定的荷载作用下有足够的安全储备。     

超大平面沉井基础下沉施工全过程受力特性

研究目的:大型沉井基础具有整体性好、承载力强等优点,在桥梁基础中应用广泛。随着桥梁跨度的不断增加,沉井基础的面积也不断增大,给下沉施工中的沉井结构安全与施工控制带来越来越大的困难。本文针对连镇铁路五峰山长江大桥北锚碇超大平面面积沉井基础,对其下沉期间不同阶段施工工艺下沉井结构受力特性进行详细的计算与分析,从而为相应施工控制提供对策。研究结论:(1)随着沉井平面面积的增加,沉井结构在初期施工过程中受弯效应明显,变形量非常小;(2)传统的"大锅底"施工方法不再适合,而需要均匀开挖下沉及中部土体支撑;(3)沉井终沉前摩阻力增大会导致滞沉,空气幕及射水等措施能够有效助沉;(4)提出增加预应力钢束以增强抗裂性及异常工况抵御能力;(5)本研究结论可为类似超大平面沉井基础设计提供参考。     

900t大型预制箱梁早期张拉抗裂性能研究

运用数值方法和现场测试,研究900 t大型预制预应力混凝土双线简支箱梁在预、初张拉过程中的应力、变形状态及抗裂性能。采用通用有限元分析软件MIDAS/Civil,按弹性支撑计算模型,对预、初张拉阶段箱梁的应力和变形状态进行模拟计算,分析基础刚度、箱梁翼板有效宽度及混凝土弹性模量关键参数对计算结果的影响。在箱梁跨中截面内埋设钢弦式应变计,在梁顶面布置观测标,监测预、初张拉阶段的混凝土应变和梁体变形。研究结果表明,900 t大型预应力混凝土双线简支箱梁跨中截面在预、初张拉阶段未出现拉应力,初张拉后箱梁明显上拱。采用只受压弹性连接模拟箱梁与台座之间的接触关系进行箱梁受力状态分析,能够模拟出梁体在预应力束逐批张拉下梁体逐渐起拱以及梁体自重逐渐参与作用的实际情况,梁体上拱变形的计算结果与实测结果符合较好。     

高速铁路隧道仰拱结构受力现场实测分析

针对高速铁路隧道仰拱受力状态复杂且对高速列车行车安全至关重要的特点,现场测试兰新第二双线福川隧道返工后仰拱混凝土和钢筋的应力,分析仰拱结构中混凝土和钢筋的受力特征及应力变化规律。结果表明:受隧道二衬自重及上部围岩荷载、隧道基底围岩膨胀、轨道道床及列车荷载的作用,返工后仰拱混凝土经历了受压、出现局部拉应力、拉压应力稳定的变化过程;仰拱中混凝土和钢筋的最大拉应力均出现在仰拱中心上部,从仰拱返工到隧道运营的整个过程中,混凝土的最大拉应力为1.9MPa,最大压应力约为8MPa;地下水大量补充后,隧底围岩膨胀释放大量荷载,使得混凝土应力、钢筋应力以及土压应力迅速增大。基于监测结果及地质条件,提出将福川隧道仰拱底鼓分为轻微、中度和严重3种程度,针对每种程度的底鼓给出相应的控制措施。     

桥墩及桩基形式对墩底平转施工转盘设计的影响

以新建福厦(福州—厦门)高速铁路17500 t转体刚构为背景,采用实体有限元方法分析了不同桥墩类型及桩基布置对墩底平转转体中转盘受力的影响,并对桥墩及桩基进行了优化。结果表明:实体墩对上转盘受力最有利,其次是空心墩,最不利的是双薄壁墩;增加墩底实体段能够有效降低空心墩、双薄壁墩上转盘的主拉应力;随着墩底实体段高度的增加,主拉应力降低的幅度逐渐变小;球铰正下方有桩基时对下转盘底部受力更加有利;距离球铰中心越远,桩基受力越小,适当增加中桩桩径,可使各桩基应力状态更加均衡。     

高速铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道复合轨道板受力特性研究

复合轨道板为高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道的核心部件。基于现场试验开展了复合轨道板自密实混凝土收缩应力、温度翘曲应力及复合轨道板动应力3方面的试验研究,以进一步了解复杂因素作用下复合轨道板的受力特性。研究表明:板下自密实混凝土龄期达到100 d时,其收缩变形趋势逐渐平缓,由约束引起的板下自密实混凝土收缩拉应力约0.7 MPa;研究提出了正温度梯度作用下复合轨道板温度翘曲应力的实用计算式,以及复合轨道板自密实混凝土纵向动拉应力实用计算式,可推算不同温度梯度及动车组作用下复合轨道板承受温度翘曲应力和动拉应力;综合分析表明,在自密实混凝土收缩、温度梯度、列车荷载等因素作用下,复合轨道板承受的静动态拉应力可达4 MPa,应力幅值较大,受力状态较为复杂。     

荷载作用下短路基处AC+CPC复合式路面结构应力响应分析

为研究短路基处斜向预应力混凝土上覆沥青层(AC+CPC)复合式路面结构在荷载作用下的应力响应,以短路基处AC+CPC复合式路面结构为研究对象,应用ANSYS有限元软件建立AC+CPC复合式路面结构三维有限元模型,分析短路基处AC+CPC复合式路面结构在荷载作用下的应力响应.研究结果表明:两桥(隧)之间路基长度少于200 m均可视为短路基;CPC层层底的弯拉应力最大,特别是板的纵缝边缘中部和横缝中部位置,分别为1.3855 MPa和1.3594 MPa,从而得知短路基处AC+CPC复合式路面结构的临界荷位为板的纵缝边缘中部;采用麦考特法和通用全局优化算法,得到斜向预应力混凝土层层底的拉应力计算公式.     

新成昆铁路跨隧道内溶洞桥梁结构设计

新成昆铁路老鼻山隧道掌子面施工揭示溶洞,存在洞顶掉块、溶洞水倒灌等风险,需采用合适的跨越方案。采用调查分析方法对溶洞类型进行判定,提出“拱桥+护桥”结构跨越溶洞方案,并进行了结构设计。为了支撑该拱桥与护桥结构的工程设计,采用有限元方法,建立桥梁结构的三维空间仿真分析模型,针对施工阶段和成桥阶段,从变形、受力等角度系统分析了拱桥主拱圈的静力性能,并讨论受力最不利截面的强度和裂缝情况。研究表明,溶洞内水源补给主要为基岩裂隙水,溶洞整体稳定;在施工阶段,主拱圈最大压应力和最大拉应力分别为5.94 MPa和2.74 MPa,出现在主拱圈拱脚的下缘和上缘位置;在成桥阶段,跨中拱顶和拱脚是不同荷载组合下的最不利截面,混凝土和钢筋的最大正应力分别为11.88 MPa和189.07 MPa,裂缝最大宽度为0.19 mm,应力和裂缝均满足相关规范要求。     

杭州湾大桥梁上运梁过程仿真分析

对杭州湾大桥非通航孔滩涂区的50 m箱梁上运梁过程进行空间仿真分析。按照实际工况荷载,考虑预应力空间效应,施加等效节点力,并合理考虑支座等细部建模,建立精密的三维实体有限元仿真模型。混凝土的材料特性按现行公路桥梁设计规范取值,考虑最不利计算荷载,支座底部按刚性单元模拟,而与梁相接触层的弹性模量满足梁端回转变形时不出现拉应力,在结构离散时尽可能细分单元网格,由于梁端的应力相对复杂,采用比跨中更密的单元网格。计算承重箱梁整体变形和空间应力分布特性,结果为,由于载荷位置在支座附近,变形相对较小,最大挠度在反拱位移之内。支座截面的最大主拉应力发生在底板上表面侧,超过混凝土的开裂强度,因此,对该区域的混凝土应采取加劲处理,以防止混凝土拉裂;最大主压应力发生在架桥机肢腿处附近,小于混凝土的抗压强度。     

混凝土空心高墩温度效应研究

以宜万铁路线上马水河桥为例,研究100 m以上混凝土空心高墩桥的温度场,采用全桥整体有限元分析和墩身局部子模型分析相结合的方法,以及日照、寒潮等多种温度工况下墩身中竖向应力、环向应力的分布情况。结果表明,梁体、墩身在日照温差或寒潮陡然降温的情况下,墩壁沿厚度方向竖向应力、环向应力及应力梯度都较大,最大压应力可达13 MPa左右,最大拉应力可达4 MPa左右,对混凝土空心高墩的温度效应应引起足够的重视。     

超大型椭圆沉箱预制技术

随着国内码头建设向深海的深入,重力式码头的沉箱也随之越来越大,超大型沉箱的预制也成为必要;通过中国首个40万t级矿石码头沉箱的预制,计算并设计全新网片吊架、圆弧段可整体吊装芯模、超大方量底层混凝土浇筑强度及人员布局,顺利安全地完成了该项目的沉箱预制任务;同时将该预制工艺进行总结,对提高港口建设速度和市场竞争力起到了一定的推动作用。     

Research on the Cause and Influential Factors of Tunnel Lining Cracking of Side Wall in Seasonally-frozen RegionsEI北大核心

Research purposes: In recent years, tunnel diseases like lining cracking and water leaking during spring thawing period, caused by frost heaving of surrounding rock, have occasionally occurred in high-latitude seasonally-frozen regions of northwest China and northeast China, which has seriously affected the tunnel structure and operation safety. Taking several railway tunnels in northwest China as an example, this paper investigates the cause and main influencing factors of longitudinal cracking of side wall in winter in seasonal frozen soil area by means of field test, laboratory experiment and numerical simulation. Research conclusions:(1) When the water content of surrounding rock of tunnel built in strongly-weathered sandstone is 12.3% and the frozen depth of surrounding rock is up to 60 cm, the maximum tensile stress of side walls is 2.28 MPa, which is larger than the ultimate tensile strength of C30 concrete, then the horizontal lining cracking will appear on side walls under the effect of continuous negative temperature in winter. If the lining bears part of the surrounding rock load, the longitudinal cracking degree of the side wall will increase. (2) Under the effect of frost heaving loads, the cracking of tunnel lining has its own characteristics of symmetry, seasonality and accumulation, etc. The cracks appear in winter and distribute in the middle of side walls. As the temperature is rising, the crack begins to shrink. (3) The frozen circle thickness and water content of surrounding rock should be used as main indicators during the process of calculation of frost heaving loads of surrounding rock in seasonally-frozen regions. (4) The research results can be used for reference in tunnel design, operation and maintenance in seasonal frozen soil area. © 2018, Editorial Department of Journal of Railway Engineering Society. All right reserved.     

黄河卵石土河道中大体积沉井施工技术

结合黄河特大桥主桥主墩沉井的施工,介绍了卵石土河道下钢筋混凝土沉井与其他类型围堰方案的比选,以及沉井制作及下沉施工工艺,可为今后同类地质情况下的水下施工积累经验。     

铁路箱梁静载试验开裂原因分析及控制措施

通过预制后张法预应力混凝土铁路桥箱形简支梁静载试验出现的1.0级荷载开裂问题,对开裂原因进行全面分析。重点剖析由于蒸养拆模、混凝土水化热高峰期拆模,造成混凝土芯部与表面、表面与环境温差超过15℃的标准要求,致使混凝土内部温差应力超过其抗拉极限强度而早期开裂的原因。论证静载试验在1.0级时,当混凝土抗拉极限强度fct=0,则抗裂安全系数Kf=λ,梁体在静载试验时出现1.0级开裂的必然性,进一步阐明混凝土温差应力超限是箱梁静载试验开裂的主要原因,提出预防出现早期裂缝的控制措施。     

Discussion on the assessment of initial stress field of railway rock massEI北大核心

Research purposes: In actual work, according to the ground stress data for assessment, most railway tunnels are under very high ground stress and high ground stress state, which causes adjustment of surrounding rock and engineering measures to strengthen, thus these will cause large increased investment, even cause large dispute and chaos in analysis causes of tunnel lining cracking and deformation, but the engineering case that rock burst and large deformation occurred in actual excavation of tunnel is very rare. In this paper, according to rock mass mechanical theory, the ground stress information and engineering case, combined the relevant provisions of similar industry, the assessment of initial stress fields of rock mass in railway specification is discussed. Research conclusions: (1) The assessment of railway specification to initial ground stress field is not realistic and should be revised, preliminary judgment when the measured in-situ stress >30 MPa, the possibility of rockburst is increased. (2) Assessment conclusion of initial ground stress field should be discreet, the increased investment should be incorporated into the dynamic design. (3) The stress tests of survey design stage should be reasonable and appropriate. (4) The research results can be applied to the modification of railway norms and tunnel exploration.     

常温养护下正交异性钢板-RPC组合桥面力学研究

为了解决正交异性桥面板铺装破坏和钢桥面板开裂的问题,提出一种常温养护下正交异性钢板-活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系。基于某大桥建立局部有限元模型,并计算对比常温RPC组合箱梁、纯钢箱梁、高温RPC组合箱梁和普通混凝土组合箱梁的桥面系应力状态;同时开展局部模型静载试验。研究结果表明:常温养护下RPC抗压强度、抗折强度和弹性模量与普通混凝土相比有明显的提高;常温养护的RPC组合箱梁的RPC层拉应力达到了6.45 MPa,未出现裂缝,此应力远高于普通混凝土的抗拉强度,从而为解决桥面铺装破坏提供了思路;常温RPC组合箱梁和高温RPC组合箱梁桥面板应力降幅都超过了80%,明显大于普通混凝土组合箱梁,从而改善桥面板疲劳性能。常温养护的RPC在施工现场便于制作,应用前景较好。     

高速铁路桥梁支座垫石开裂成因分析及改进措施

随着铁路建设发展,桥梁病害随之增多,其中高速铁路桥梁支座垫石开裂问题突出,严重影响桥梁服役功能及寿命。为研究支座垫石混凝土开裂成因,以某铁路桥梁桥墩加垫石结构为背景,利用ANSYS有限元软件,系统分析了在新老混凝土收缩作用、桥墩与垫石不同龄期差及支座垫石振捣是否密实条件下,新浇筑垫石的应力状况,并提出避免支座垫石开裂的改进措施。结果表明:新老混凝土收缩作用是架梁后支座垫石拉应力产生的主要原因;垫石收缩应力随新老混凝土龄期差增大而增大,最后趋于稳定;支座垫石混凝土振捣不密实会使垫石拉应力增大,导致垫石内部裂缝的产生;垫石浇筑前对桥墩混凝土润湿能有效减小垫石收缩应力,避免垫石开裂。     

25t轴重荷载作用下隧底脱空区域受力特性分析

为了研究在役铁路隧道在通车之后隧底脱空病害的问题,采用有限元理论,建立隧道脱空区域在围岩压力与25 t轴重列车动载作用下的数值计算模型,主要研究80 cm与40 cm脱空宽度分别距隧道中心线0,80 cm与160 cm时脱空区域的受力特性。结果表明:在围岩压力下,脱空区域中线上壁和外侧顶角混凝土中产生拉应力及内侧顶角中产生压应力,其中压应力对脱空的宽度更为敏感;同时施加列车动载作用时,脱空区域上壁出现了竖向动应力与横向拉应力,得到了脱空区域力学指标的最大响应值及其出现的具体位置,宽度的增加对脱空区上壁横向拉应力更为显著,上壁横向拉应力增幅超过200%,竖向动应力增幅达50%。因此,隧底脱空区周围应力分布复杂,拉应力与压应力在脱空区域同时存在,应力突变严重,对脱空现象应及时组织处理。