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。     

多塔斜拉桥的结构体系研究

多塔斜拉桥由于没有背索将其中间塔锚固到固定点,在活载作用下多塔斜拉桥的塔顶将产生过大的水平位移并导致主梁过大变位。如何确保结构的整体刚度是多塔斜拉桥设计中的关键环节。本文分析了多塔斜拉桥的结构体系,通过对不同结构体系的三塔及四塔斜拉桥模型的数值分析及比较,研究了结构体系对多塔斜拉桥力学行为的影响。结果显示,多塔斜拉桥理想的结构体系是能保证结构具有足够的整体刚度,并使混凝土收缩徐变及温度变化等因素在结构中不致产生过大次内力的体系。同时给出了有益于设计中选择多塔斜拉桥结构体系的结论和建议。     

5×260 m主跨高速铁路多塔斜拉桥设计

为研究高速铁路多塔斜拉桥力学行为,以某高铁黄河桥为背景,对主跨5×260m六塔斜拉桥进行结构参数及受力特性研究.结果表明:5主跨斜拉桥主梁竖向刚度约为单主跨斜拉桥的0.5倍;能显著控制塔顶水平位移的措施可有效改善主桥总体刚度,如采用刚性塔、加劲索;温度、收缩徐变引起长联主梁伸缩,对边塔形成"拖拽"效应,桥塔两侧索力变化...     

池黄高铁三塔矮塔斜拉桥设计关键技术研究

研究目的:矮塔斜拉桥具有结构刚度大、施工方便、经济性好、造型美观等优点,近年来在铁路桥梁中得到广泛使用。本文以池黄高铁大跨度三塔矮塔斜拉桥为背景,针对高速铁路桥梁特点,就结构体系、合理结构参数、斜拉索张拉方案等关键技术进行分析研究。研究结论:(1)高速铁路多塔矮塔斜拉桥结构体系选择的关键是既保证变形控制,同时减少温度力以及混凝土收缩徐变产生次内力的不利影响,采用刚构连续梁体系,辅以外伸跨,可以有效减小下部结构受力,同时满足刚度要求,结构经济合理;(2)边跨跨度和外伸跨跨度对主梁变形影响较小,塔高和无索区长度对主梁残余徐变变形影响较大;(3)斜拉索采用悬臂阶段和合龙后两次张拉,且二次张拉拉索在施工二恒之前,可有效控制主梁残余徐变变形;(4)本研究结论可为今后同类型桥梁设计提供参考。     

索梁结构应急桥抖振响应分析

针对新型索梁结构应急桥结构刚度小、质量轻的特点,开展脉动风荷载作用下应急桥的抖振响应研究。利用ANSYS软件建立桥梁结构模型,分析其动力特性。采用谐波合成法模拟脉动风场,基于准定常抖振分析模型计算了主梁节点的静风力、抖振力。运用APDL编制程序分析轻型索梁结构应急桥的抖振响应,分析气动导纳函数和自激气动力对桥梁结构抖振响应的影响,并对提出的斜拉索抗风缆方案进行抖振响应计算。计算结果表明:索梁结构应急桥抖振横向位移远大于竖向位移,说明结构侧向刚度较弱;跨中主缆应力对风速变化更为敏感,而吊杆应力波动较小;索梁结构应急桥跨中横向位移主要受主梁正对称侧弯振型的影响;竖向位移主要受主梁一阶正对称竖弯振型的影响;扭转角主要受主梁一阶正对称扭转振型的影响;不考虑气动导纳函数会使索梁结构应急桥抖振响应计算结果偏大,气动自激力对结构抖振响应影响较小。与原方案相比,斜拉索抗风缆方案能够极大地降低横向抖振位移,对竖向位移和扭转角影响较小。     

3×340m公铁合建多塔斜拉桥结构体系研究

珠机城际金海特大桥主桥采用(58.5+116+3×340+116+58.5) m四塔三主跨斜拉桥,为国内首座公铁平层合建的多塔斜拉桥。金海桥塔多联长,采用何种结构体系提高结构刚度、减小温度效应及改善结构受力是结构设计的关键。为此,在总结既有多塔斜拉桥经验的基础上,比选了半漂浮体系、刚构-半漂浮体系、梁式支承体系以及首次在多塔斜拉桥应用的刚构-连续体系。通过对4种结构体系的刚度,结构受力等分析,并考虑构造要求和经济性,推荐采用刚构-连续体系,即两中间塔墩梁固结,两边塔梁固结、塔墩分离。该体系有效提高了结构整体刚度,主梁、桥塔及斜拉索受力较优,同时降低了温度效应的不利影响,车桥动力仿真分析结果表明,桥梁的振动性能良好,行车舒适性优。     

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。     

基于变形协调原理的多塔斜拉桥边塔纵向抗推刚度

为深入探寻多塔斜拉桥刚度特征,将斜拉索对桥塔的约束比作弹簧刚度的理念引入多塔斜拉体系。选取多塔斜拉桥的最典型形式——三塔斜拉桥建立弹簧刚度等效模型,基于变形协调原理,求解多塔斜拉桥边塔纵向抗推刚度,对推导的公式进行算例验证,并分析结构主要参数对桥塔纵向抗推刚度的影响。研究结果表明:对边塔非边跨施加均布荷载时,本文推导的塔顶偏位公式与有限元解之间的误差在7.8%以内。文中解的结果比有限元解偏大的主要原因是:文中公式解没有考虑斜拉索的垂度效应,均布荷载满布边塔非边跨时所产生的水平力实际上没有完全作用在边塔,有一部分消耗在拉索的垂度效应中。本文推导的边塔纵向抗推刚度公式可以较真实地反映多塔斜拉桥边塔的刚度特征,符合多塔斜拉桥概念设计的要求。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型.基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值...     

风—车—人群联合作用下浔江特大桥振动性能与舒适性评价

大跨钢箱梁斜拉桥具有频率低、阻尼小的特征,在风、车辆、人群等动力荷载作用下极易发生大幅振动,具有人行交通功能主梁的振动性能与舒适性评价是桥梁运营期普遍关注的问题。以在建的平容高速浔江特大桥(主跨636 m的大跨钢箱混合梁斜拉桥)为工程背景,通过桥梁动力响应时域理论分析,研究桥梁在风、车流、人群荷载联合作用下的振动性能、评价桥梁的振动舒适度,提出基于调谐质量阻尼器的舒适度提升措施。研究结果表明：1)在人群密度为1.5人/m²的人流荷载、4级道路服务水平等级交通流车辆荷载和5 m/s风速范围内脉动风荷载联合作用下,桥梁竖向加速度峰值小于1.0 m/s²,横向加速度峰值小于0.2 m/s²,满足EN03设计指南的CL2(中等)舒适度标准。当风速超过5 m/s时,风、车流、人群联合作用下的桥梁振动加速度峰值不满足中等舒适度标准。2)人致振动响应以2 Hz附近的竖弯模态为主,车致振动响应以低阶和高阶竖弯模态为主,风致振动响应以低阶竖弯、扭转和侧弯模态为主,根据风、车流、人群联合作用下的桥梁振动特征,提出采用调谐质量阻尼器提升第1阶...     

考虑实际场地的矮塔斜拉桥非线性地震响应分析

为研究场地条件对矮塔斜拉桥非线性地震响应的影响,明确空间变异场地条件对矮塔斜拉桥抗震性能分析的重要性,采用不同场地条件下的抗震设计反应谱作为目标谱,从PEER数据库选择与不同场地反应谱兼容的实测地震记录。以一座主跨为176 m的矮塔斜拉桥为例,基于OpenSEES建立三维非线性有限元模型,对该桥梁进行一致激励和多点激励下的非线性地震响应分析,详细研究空间变异场地条件对矮塔斜拉桥抗震性能的影响。研究结果表明:在一致场地条件下,随着场地变软,矮塔斜拉桥的地震响应逐渐增大,与硬场条件相比,中硬场地和软场地震作用下,塔顶位移将分别增大1.80和3.93倍;不规则场地条件引起的地震动空间变异性使得矮塔斜拉桥的地震响应显著增大,即使与一致场地条件下的最不利的情况相比,实际场地条件下的桥梁结构的地震响应都比其增大84%;在矮塔斜拉桥抗震设计时应当充分考虑空间变异场地条件的影响,采用一致场地条件对矮塔斜拉桥进行抗震性能分析时将低估桥梁的地震需求。     

普速铁路单线独塔斜拉桥总体设计及创新

潜江铁路支线属于江汉平原货运系统的重要组成部分,岳口汉江特大桥是潜江铁路支线跨越汉江的控制性重点工程。为提高结构通航安全性,更好地满足防洪要求,主桥采用(32.7+50+93.7+260+38.2) m的独塔双索面混合梁斜拉形式,实现大跨独塔结构体系在国内铁路桥梁上的跨度突破。考虑到建造铁路大跨度独塔混合梁斜拉桥面临着疲劳活载大、动力指标及刚度要求高等诸多难题,且非对称铁路独塔斜拉桥具有设计技术复杂、建设标准高等特点,对主桥的桥型方案选取、桥梁设计难点、桥塔、主梁形式、钢混结合段、索塔索梁锚固形式等进行详细介绍,给出相关结构刚度、应力强度、疲劳应力幅、风车桥耦合等计算结果,并阐述主桥设计时所采用的创新性技术构思。     

非对称矮塔斜拉桥桥塔抗震性能分析

为研究高桥墩非对称矮塔斜拉桥桥塔和桥墩的抗震性能,基于桥梁抗震中反应谱分析理论,以一座高桥墩铁路矮塔斜拉桥为工程背景,建立其整桥模型和裸塔模型,进行模态分析和内力位移分析,并对桥塔在整桥状态下和裸塔状态下进行对比研究。研究表明,在相同地震力作用下,整桥振型周期较大,顺桥向裸塔与整桥的桥塔有明显的差别。     

怀邵衡铁路沅江特大桥主桥设计

怀邵衡铁路沅江特大桥主桥为矮塔斜拉加劲连续梁组合结构,跨径为(90+180+90)m,采用塔、梁固结体系,综述该桥上部结构设计与计算。主梁采用单箱单室变截面混凝土箱梁;桥塔采用双柱式桥塔,塔高28 m;斜拉索为空间双索面体系,扇形布置。采用MIDAS Civil2006及BDAP程序对该桥进行结构计算分析,结果表明:该桥静力、稳定及动力特性均满足要求。     

轨道不平顺导致的车桥耦合振动分析

研究目的：轨道不平顺常常是激起车桥系统耦合振动的主要因素之一，通过研究轨道不平顺导致的车桥耦合振动规律，为铁路桥梁精确设计提供理论依据。 研究方法：以H．Hamid等人提出的轨道不平顺功率谱密度为例，构造了时域内的轨道随机不平顺函数。以轨道不平顺样本函数为激振源，通过求解车桥系统耦合振动微分方程，分析铁路桥梁在列车荷载作用下的动力响应规律。 研究结果：计算了广西红水河铁路斜拉桥在列车通过时的动力响应，给出了不同车速及不同不平顺样本函数情况下桥梁主跨中点横向位移时程曲线。 研究结论：桥梁结构动力响应主要随车速及不平顺样本函数的不同而变化，且有较大的随机性。对于广西红水河铁路斜拉桥，桥梁主跨中点的最大横向位移一般在车速为75～95km／h时达到最大。     

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。     

大跨RC斜拉桥的非线性地震响应分析

预先确定斜拉桥的弹塑性区域,把包含多微段平面变刚度梁单元推广应用于大跨度斜拉桥的非线性地震响应分析,用微段的刚度变化模拟钢筋混凝土的弹塑性性能,对双塔单索面钢筋混凝土斜拉桥进行了考虑几何非线性和材料非线性的地震响应分析,编制了相应的弹塑性分析程序,并与Huges单元分析结果进行了比较。结果表明:该法能较好地模拟在强震作用下钢筋混凝土斜拉桥的非线性性能,可以在大跨斜拉桥的非线性地震响应分析中应用。     

基于地震引起动水作用的深海斜拉桥抗震性能研究

目前,深海大跨斜拉桥正在不断建设,其跨度的变化以及所处的深水环境使得在地震作用下桥梁受力更加复杂,地震作用下不但要考虑桩-土的相互作用,还要考虑地震引起的动水压力对结构的影响。为了分析地震引起的动水作用对斜拉桥动力特性和地震响应的影响程度,以及不同水深下动水力对深海斜拉桥地震响应的变化规律,基于一座现代大跨深水斜拉桥为工程背景,利用有限元软件建立三维模型,采用"m"法来考虑桩-土相互作用,用基于Morison方程的附加质量法来考虑地震引起的动水压力,结果表明动水对结构地震特性有较大影响,因此在斜拉桥抗震设计时动水作用不可忽略。     

巴拿马运河第二桥的设计及施工概况

横跨巴拿马运河第二桥为主跨420 m的斜拉桥,介绍了该桥主跨长且处于强烈地震带情况下确定设计标准时所选用的不同规范,并对该桥潜在的地震风险进行全面的分析,对该桥的主塔结构、斜拉索的造型、桥跨的布局、上部结构进行了研究和设计。     

大跨度混合梁斜拉桥上无砟轨道纵向力分析

以昌赣客运专线(35+40+60+300+60+40+35)m混合梁斜拉桥为例,建立了大跨度斜拉桥上无砟轨道精细化模型计算分析不同荷载作用下大跨度桥上无砟轨道纵向力。计算结果表明:在温度荷载作用下,钢轨纵向应力相对较大,最大拉应力为130.03 MPa,跨中轨道板纵向应力较小。在竖向荷载作用下,钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在桥塔附近,压应力最大值出现在跨中附近,其中钢轨压应力最大值为15.02 MPa,底座板拉应力最大值为3.05 MPa。在列车制动作用下,钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在跨中附近,压应力最大值出现在桥塔附近,轨道板和底座板纵向应力均较小。