大跨斜拉桥上无缝线路伸缩力影响因素分析

研究目的:大跨度斜拉桥结构复杂,为"塔-索-梁"空间组合结构,在荷载作用下,其无缝线路梁轨相互作用极为复杂。本文以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,基于梁轨相互作用原理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,分析主塔墩温差、斜拉索温差、主塔墩刚度、主梁刚度及结构支撑体系对钢轨伸缩力的影响,为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论依据。研究结论:(1)随着主塔墩温差增大,钢轨伸缩力减小,主塔墩温差越大,主梁主跨竖向位移就越大;(2)随着斜拉索温差增大,钢轨伸缩力增大较小,但主梁主跨竖向位移急剧减小;(3)主塔墩刚度变化对钢轨伸缩力影响较小;(4)采用漂浮体系时,钢轨伸缩力与半漂浮体系几乎一致,采用塔梁固定支撑和塔梁固结体系时,主梁左端梁缝处的伸缩力减小,但主梁右端梁缝处的钢轨伸缩力反而增大,因此在铁路大跨斜拉桥设计中建议不采用这两种支撑体系;(5)该研究成果可指导大跨度斜拉桥无缝线路设计。     

跨海湾大跨度双线高速铁路斜拉桥方案研究与关键技术分析

沿海海湾主航道一般通行海轮,当高速铁路跨越海湾主航道时,为满足较高的通航净空标准需要采用大跨度铁路桥梁结构。由于高速铁路行车对桥梁性能要求高,主通航孔大跨度桥梁结构方案在技术及经济上是否合理可行成为值得重点研究的问题。结合沿海某海湾西航道通行10万t海轮的通航要求,重点研究双孔通航主跨2×460 m三塔斜拉桥和单孔通航主跨812 m两塔斜拉桥两种桥式方案。建立结构计算模型,对结构静力计算结果及技术经济指标进行综合对比分析,最后推荐西航道桥采用2×460 m三塔斜拉桥方案。进一步分析三塔斜拉桥结构主要静力动力结构行为,研究三塔斜拉桥结构设计中的主梁结构形式、体系刚度控制、主梁长联温度问题、拉索恒载应力与疲劳、结构抗风性能等关键技术的工程解决措施。研究表明:通过中跨采用钢混结合梁﹑边跨采用混凝土箱梁以及增大中塔及其两侧主跨斜拉索重力刚度和中塔采取塔梁固结体系等措施,能较大地提高三塔斜拉桥体系刚度,将三塔斜拉桥应用于高速铁路在技术经济上是合理可行的。对跨海湾大跨度双线高速铁路斜拉桥结构的设计研究具有一定的参考价值。     

重载铁路部分斜拉桥结构参数分析

以蒙华重载铁路主跨248 m部分斜拉桥为例,采用有限元分析理论,分析在该跨度范围内部分斜拉桥应用于重载铁路的适应性及特殊性。对该桥结构体系、主梁梁高、预应力次内力、桥塔刚度、桥塔高度及索塔梁刚度匹配等结构参数进行比选研究,确定合理布置形式。结果表明:(1)该重载铁路部分斜拉桥采用塔梁固结、墩梁分离体系,主墩支座采用双1 90 000 kN超大吨位球形钢支座;(2)主梁中支点—跨中梁高采用13 m-6 m组合为优;(3)短预应力钢束时弯矩近似矩形分布于预应力钢束布置区域,次内力较小;长预应力钢束次内力弯矩近似呈三角形分布,次内力影响明显;(4)桥塔尺寸主要由索鞍等构造及桥塔本身受力控制,其刚度对结构整体受力及刚度影响均较小;(5)为提高跨中截面等控制性区域结构受力性能,桥塔采用高塔型体系,高跨比1/4.35;(6)结构整体刚度主要由主梁提供约占67%,主塔及拉索对整体刚度贡献值为33%,主塔及拉索对刚度影响因素主要为桥塔高度。     

多塔矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析

基于结构参数敏感性分析的摄动原理,通过选择合适的摄动值计算各参数对结构力学性能的敏感系数,研究多塔矮塔斜拉桥参数变化对结构内力、变形和自振特性的影响大小,为结构设计和施工监控提供参考。研究结果表明:边跨长、主梁刚度、桥墩刚度的变化对结构刚度和内力影响较大,拉索刚度、跨中无索区长度对结构内力的影响相对较小;塔跨比、拉索刚度、主梁刚度是影响索力的主要因素;主梁和桥墩刚度、边跨长度对主梁振型的影响较大;塔跨比、主塔刚度则对主塔的振型有较大影响。     

波纹钢腹板矮塔斜拉桥结构静动力分析

通过建立有限元模型对波纹钢腹板矮塔斜拉桥以及钢筋混凝土梁矮塔斜拉桥进行了静动力性能分析,对比了两者在移动荷载作用下主梁内力、主梁挠度、主塔内力、拉索内力以及结构自振特性的区别。研究结果表明:矮塔斜拉桥结构整体受力性能接近于连续梁;将钢筋混凝土梁替换成波纹钢腹板后,矮塔斜拉桥主梁刚度降低,主梁承担的荷载效应减少,此部分荷载效应通过拉索传递到主塔结构上,因此整体结构受力特点由主梁依赖型向主梁拉索协同型转变。     

高速铁路主跨332m高低塔混合梁斜拉桥设计优化

结合高速铁路主跨332 m高低塔混合梁斜拉桥的设计方案,建立空间有限元模型,针对高低塔混合梁斜拉桥的结构特点和适用条件,对结构体系、主梁形式、主梁高度、主塔高度、斜拉索索距、合理边中跨比、辅助墩的设置等进行了研究,并分析不同的设计方案对高低塔混合梁斜拉桥力学行为的影响,从而确定最优方案。研究结果表明:主桥孔跨布置采用(51+135+332+62+51)m合理可行,采用纵向固定约束体系时固定支座宜设置左低塔处,主梁高度为45 m;高低塔宜采用尾索角度29°,30°对应的塔高。     

城际铁路三塔斜拉桥刚度参数分析及应用

研究目的:三塔双主跨斜拉桥相较常规大跨斜拉桥而言,具有一定的经济优势,但也存在竖向刚度低、拉索疲劳应力幅高等缺点,目前在铁路上尚未得到广泛应用。本文以广佛江珠城际(72+96+336+336+96+72) m三塔斜拉桥为背景,对影响刚度的结构参数进行分析,进而拟出合理结构尺寸,并对结构进行力学计算,得出在城际铁路中推广三塔斜拉桥的可行性。研究结论:(1)竖向刚度随主梁高度增加而增大,但增幅低于梁高增幅,主梁采用钢箱梁时,通过增加主梁梁高来提高竖向刚度会较不经济,综合考虑后梁高取4.5 m;(2)索塔高度取96 m,塔柱截面取7 m×4 m;(3)斜拉索采用双索面扇形空间布置,索塔锚固间距2 m,斜拉索在主梁上锚固间距为8 m,斜拉索与主梁夹角为30.3°～78.3°;(4)辅助墩位置选择距离主塔96 m;(5)三塔斜拉桥在城际铁路荷载作用下受力良好,具备推广的价值。     

大跨度三塔钢箱-桁结合梁斜拉桥受力性能研究

蒙华铁路洞庭湖特大桥主桥为大跨度三塔双索面钢箱-桁结合梁斜拉桥,主梁首次采用适合重载铁路大跨度三塔斜拉桥受力特点的钢箱-桁组合新结构,钢梁制造安装精度要求高,施工技术难度大。通过研究钢箱-桁组合结构下主桁、主塔、斜拉索和桥面系的刚度,提出增设中塔稳定索来提高三塔双主跨竖向刚度。中塔稳定索面积为241 cm2能使挠度降低20%,中塔塔顶水平位移降低41%,塔底弯矩降低64%。     

高铁槽形梁斜拉桥塔梁固接结构试验研究及数值分析

以沪昆高铁某独塔斜拉桥为研究对象,模型试验与数值模拟相结合,研究槽形截面斜拉桥的塔梁固接结构模型的试验方法、受力状态、极限承载能力以及传力机理等。研究表明:运营阶段荷载作用下,斜拉桥塔梁固接区的应力水平较低,纵向和竖向正应力在6.5 MPa以内,塔梁结合部具有较强的安全储备;在梁体抗弯强度极限荷载下,靠近固接区主跨侧槽形梁断面最先破坏,固接区截面抗弯强度大于主梁断面;槽形截面边箱梁和桥面板传力特征在主梁和塔梁固接区基本一致,边箱梁为主要受力构件;较之于塔梁固接区,主梁内的桥面板剪力滞效应更为明显。     

鄂尔多斯市乌兰木伦河4~#大桥成桥静动载试验研究

鄂尔多斯市乌兰木伦河4#大桥主桥为主跨450 m的双斜塔双索面混合梁斜拉桥。为了检测桥梁结构的静力和动力性能,评定桥梁的承载能力,为工程验收提供科学依据,对该桥进行了成桥静动载试验,同时结合理论计算,就主梁和主塔截面应力、主梁挠度、主塔塔顶纵向位移、斜拉索索力和结构振动特性等进行了对比分析。试验结果表明桥跨结构设计合理,桥梁刚度和承载能力满足设计要求。     

塔梁间纵向弹性约束对铁路斜拉桥动力特性及地震反应的影响

以某铁路斜拉桥为工程背景,研究了塔、梁间纵向弹性约束刚度取值对斜拉桥动力特性及主塔地震反应的影响.研究结果表明:纵向弹性约束对斜拉桥体系纵漂及主梁反对称竖弯振型影响较大.与漂浮体系相比,在弹性约束刚度的合理取值条件下,弹性约束使塔顶位移及塔身控制截面的弯矩有较大幅度的降低,但使部分塔身控制截面的剪力增大.     

大跨度铁路独塔混合梁斜拉桥的动力特性

为研究大跨度铁路独塔混合梁斜拉桥结构参数对动力特性的影响,以岳口汉江特大桥为背景,利用MIDAS/Civil建立有限元模型,分析了边中跨比、结构自重和刚度、钢混比等参数及有无辅助墩和横向抗风支座对桥梁动力特性的影响。结果表明:该桥振型排列合理,耦合程度低;钢混比和边中跨比对主梁基频影响极大,辅助墩可以有效提高桥梁的整体刚度;无横向抗风支座对主梁振型影响较大,但对桥塔振型影响不大;主梁刚度和自重对本桥前3阶振型的振动频率影响显著;桥塔自重主要影响主塔侧弯和纵弯频率;斜拉索刚度主要影响主梁竖弯和主塔纵弯频率。     

弧长比例对曲线斜拉桥力学性能影响分析

曲线斜拉桥是主梁呈曲线的斜拉桥。其兼具弯梁桥和斜拉桥的受力特点,主梁在承受弯矩、剪力作用的同时承受了较大的扭矩作用,受力复杂,具有高度空间性。以某座主跨285 m混凝土Π形主梁双塔双索面曲线斜拉桥为工程背景,基于有限元分析方法,通过改变曲线斜拉桥弧长比例(曲线斜拉桥曲线部分长度占全桥长度的比例,取值为[0,1])以探究弧长比例变化对结构受力性能的影响规律,主要研究对象包括主梁应力、内力、挠度以及支座反力等。研究结果表明:弧长比例对主梁轴力、剪力影响较小,相对于直线斜拉桥,变化不大于5%,可按直线桥进行计算;弧长比例在不同区间变化对主梁弯矩和扭矩的影响呈现不同趋势。研究成果针对弧长比例这一参数对曲线斜拉桥提供设计建议,为道路选线及桥梁设计提供参考依据。     

高速铁路高低塔混合梁斜拉桥设计研究

为了研究不对称混合梁斜拉桥在高速铁路上的适应性,以阜淮高铁颍河特大桥为例,结合控制因素开展方案设计和结构设计。受通航、防洪及线路纵断面条件限制,主桥采用(31+73+230+114+40) m高低塔混合梁斜拉桥方案,主跨、大里程边跨分别跨越主、副通航孔,孔跨布置与航道要求相适应,梁高满足线路高程和净空要求。主桥采用半漂浮体系,在高塔侧设置纵向固定支座,双塔纵向设置黏滞阻尼器。通航孔上方主梁采用钢混结合梁,其余跨主梁采用混凝土梁,桥塔采用H形花瓶塔,斜拉索采用扇形布置。建立静动力模型,对该桥进行静力、稳定性、抗震、抗风、风车桥耦合计算分析,研究结果表明：主桥结构受力合理,静动力各项指标均满足规范要求,结构安全可靠,主梁刚度较大,满足无砟轨道铺设要求。     

城际轨道交通大跨度矮塔斜拉桥设计关键参数研究

随着轨道交通建设区域的不断延伸,大跨度桥梁越来越多地应用于轨道交通领域。由于矮塔斜拉桥属于高次超静定复杂结构,刚度、温度耦合效应明显,控制设计参数多,同时轨道交通桥梁的荷载、刚度、变形等指标与公路桥梁有所不同。针对南京市宁句城际轨道交通大跨度矮塔斜拉桥,通过对各关键参数的比选分析,得出该桥的主要结构参数对结构力学性能的影响规律。研究结果表明:矮塔斜拉桥的受力性能受主梁刚度影响较大,而受桥塔的刚度影响较小,增大桥塔高度、拉索间距和塔根无索区长度将改善结构的受力性能。     

高速行车时多塔斜拉桥动力性能研究

以某三塔斜拉桥设计方案为背景,通过数值计算分析,研究高速磁浮列车通过多塔斜拉桥时的结构动力性能。研究表明,三塔斜拉桥由于一阶竖弯振型的反对称性,在列车荷载作用下其行车方向的第二主跨易发生二次激振现象,使该跨的动力响应大于第一主跨,且桥梁竖弯基频越低,二次激振效应愈明显。为了降低桥梁过大的动力响应,提出几种加劲措施,分析表明,采用钢桁架加劲方案能大幅度提高桥梁的整体刚度,极大地改善其力学性能;采用中塔塔梁固结、边塔漂浮的结构体系对桥梁整体刚度的提高较为明显,适于多跨长联多塔斜拉桥。     

荷麻溪230m跨度单索面预应力混凝土部分斜拉桥综合施工技术研究

江珠高速公路珠海段荷麻溪特大桥,主桥为（125＋230＋125）m预应力砼部分斜拉桥,在同类型桥梁中,主跨跨径居国内第一,世界第四。该桥系双塔单索面混凝土箱梁部分斜拉桥,主梁高3．0～6．5m,宽28．3m,采用单箱三室箱梁断面,塔、梁、墩固结。主梁的施工采用悬臂灌注技术,斜拉索采用高强钢丝索。主梁的悬臂标准节段长度为4m,最大施工节段重量为290t,最大悬臂施工长度114m。     

金海公铁两用斜拉桥方案设计

研究目的:本文以金海特大桥跨磨刀门水道主跨480 m公铁两用斜拉桥方案设计为背景,针对大跨度公铁两用混合梁斜拉桥设计所应考虑的各项因素,建立不同形式的主桥空间有限元模型,目的是对比不同跨度辅助墩、不同塔高以及主梁类型对该结构力学性能的影响,从而确定合理的结构布置形式。研究结论:(1)主跨480 m斜拉桥采用公铁同层建造,具有结构合理,分建过渡时灵活方便,结构刚度大,车桥动力性能好,抗风、抗震性能好等优势,能够按照规范满足各种设计荷载组合下的结构强度、刚度等要求;(2)边跨必须设置辅助墩,以提高结构刚度,减少索、梁疲劳,而边跨布墩的多少、辅助墩之间的间距大小将取决于边跨的施工方案及整体结构的造价;(3)分离式扁平钢箱梁截面的扭转刚度较大,抗风稳定性好,经风车桥耦合振动分析,主梁结构能够提供较高的舒适性和安全性;(4)本研究成果对今后公铁合建斜拉桥结构选型工作具有一定的指导意义。     

结构设计参数对大跨度叠合梁斜拉桥稳定性的影响

以主跨360 m的西固黄河大桥主桥为工程背景,通过有限元数值模拟计算结构在成桥工况的非线性稳定性能。改变斜拉桥结构设计参数如斜拉索初始缺陷、主梁钢结构强度、混凝土桥塔强度,研究其对斜拉桥非线性稳定性能的影响。研究结果表明:在成桥工况,斜拉索初始缺陷从1%增加至10%,稳定性安全系数下降了9.1%;桥塔混凝土强度从C40提高至C60时,稳定性安全系数提高了22.2%;主梁钢结构从Q345提高至Q420时,稳定性安全系数提高了8.9%。随着荷载倍数的增加,主塔混凝土强度越大,主梁钢结构强度越大,塔顶横向位移越小。     

大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥结构体系研究

甬舟铁路富翅门公铁两用跨海大桥采用主跨388 m高低塔公铁平层挑臂式钢箱梁斜拉桥，为世界上最大跨度的高低塔公铁平层合建斜拉桥。为研究适用于大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥最优结构体系，结合富翅门公铁大桥结构不对称的特点，对5种不同类型半飘浮体系、塔梁约束体系进行比选研究。通过对5种约束体系在静、动力荷载作用下的桥塔弯矩、桥塔位移、主梁位移对比分析，推荐采用高塔侧设置固定支座、矮塔侧采用活动支座的约束体系，该体系抵抗纵向荷载能力强、释放体系温度变形差，与常用的半漂浮体系相比，在静、动力荷载作用下桥梁总荷载效应小，具有良好的静动力性能，其中静力作用下两桥塔塔底总弯矩降低15%,两侧梁端总位移降低51%,两塔顶位移减少29%;动力作用下两桥塔塔底总弯矩相当，两侧梁端总位移降低76%。