大跨径组合梁斜拉桥经济性能研究

为推动组合梁斜拉桥向更大跨径发展,以常规两塔斜拉桥为例,开展大跨径组合梁斜拉桥经济性能研究。将斜拉桥分为斜拉索、桥塔、主梁、基础等部分,利用"平均索法"计算各部件轴力,根据轴力大小分别推导得到其材料用量的计算公式,引入材料单价系数,得到单位桥面面积造价,进而计算组合梁斜拉桥各部件的造价与跨径的关系,并与同等跨径的钢箱梁斜拉桥的经济性能进行对比分析。结果表明:与钢箱梁相比,组合梁斜拉桥充分利用混凝土材料抗压性能性价比高的特点,减小了斜拉桥体系中造价占比较大的主梁费用;组合梁斜拉桥主梁自重较大,斜拉索、桥塔、基础等造价相对较高;在一般地质(桩长约50m)、较小场地风速条件下,组合梁斜拉桥的经济跨径界限可达900m。     

大跨径斜拉桥主梁选型及分析

首先基于积分法推导得到了斜拉桥各部件的造价和主梁应力计算公式，其次对比分析了5种不同主梁类型的斜拉桥技术及经济性，最后以传统组合梁斜拉桥为例进行参数分析。结果表明：采用UHPC材料代替传统的混凝土能极大地提高组合梁斜拉桥的极限跨径；主跨在300~750 m的斜拉桥主梁选用传统组合梁经济性最优，主跨在750~1 200 m时主梁选用钢箱梁经济性最优；斜拉桥的平方米造价指标随着桥宽的增加而相应减少；但对桥面以上塔高与跨径比的变化不敏感，经济合理的边中跨比和桥面以上塔高与跨径比分别在0.5和0.3左右。     

大跨径双工字钢组合梁斜拉桥试设计研究

为研究大跨径双工字钢组合梁斜拉桥的适用跨径范围,通过对主塔主梁各尺寸参数的设计,进行大跨径双工字钢组合梁斜拉桥的试设计分析,结合采用Midas/Civil软件建立有限元模型,对单一荷载作用下以及组合荷载作用下的主梁的应力状态和抗风性能进行了计算验证;对主跨跨径600m、700m、800m的混凝土板和钢梁部分受力进行了分析。分析结果表明,大跨径双工字钢斜拉桥满足设计要求,且具有较大的竖向刚度和风致颤振稳定性能,为以后的大跨径斜拉桥设计提供参考。     

变截面钢板组合梁施工方案结构性能对比分析

为分析大跨径变截面钢板组合梁在施工阶段的结构受力性能,文中提出桥面板与钢主梁安装施工的3种不同方案并建立midas模型,实现对钢主梁、桥面板在施工阶段的应力变化分析和该结构在不同施工方案下的应力变形对比。结果表明:钢主梁合龙后间断安装桥面板的施工方案利于该结构的受力状态;同时,针对大跨径钢-混组合梁负弯矩区容易出现的桥面板拉应力超限问题,建议采用支点顶升的方法并分析理想顶升量,最终提出间断安装法结合支点顶升的施工优化思路。     

官新高速公路马路口资水大桥主梁方案比选

湖南官新高速公路马路口资水大桥主桥为主跨500 m的双塔双索面半飘浮体系斜拉桥,在该桥主梁设计时,提出了钢-UHPC组合梁(方案1)和钢-混组合梁(方案2)2种方案。为选择合理的主梁方案,对2种主梁对应的大桥结构方案进行设计,采用MIDAS Civil和ANSYS软件分别建立全桥和UHPC局部受力模型,分析2种方案的结构静力、动力性能,最后对2种方案的经济性进行比较分析。结果表明:2种方案的结构受力均能满足规范要求;与方案2相比,方案1的自重较小,可以明显降低其他结构部件工程量,其桥面板的抗裂性能好,建造成本可降低约3.3%。因此,该桥主梁推荐采用钢-UHPC组合梁方案进行设计。     

跨径1 400 m钢斜拉桥的可行性

从结构及经济的角度,阐述跨径1400m钢斜拉桥的可行性。由于钢主梁的重量很大程度地影响斜拉桥的总造价,提出一种保证静、动力失稳安全的钢主梁最小重量的计算步骤。对于静力失稳,进行了面内荷载条件下的弹塑、有限一位移分析及随位移而变的风荷载条件下的弹性、有限一位移分析;对于动力失稳,则进行了多模态颤振分析。分析结果表明,横向扭转屈曲的静力临界风速控制主梁的尺寸。最后,将大跨径斜拉桥方案与悬索桥方案作了简单比较。     

组合梁斜拉桥主梁安装施工关键技术

钢混组合梁斜拉桥梁段间混凝土湿接缝施工是制约组合梁安装周期的关键节点,为了进一步研究组合梁湿接缝滞后连接施工的合理性,缩短组合梁施工周期。以广西平南相思洲大桥为依托对大跨径组合梁斜拉桥主梁安装关键技术进行了研究。通过理论分析与工程实践相结合的方式,分析滞后连接的合理施工方案,并对大跨径组合梁合龙施工的关键技术进行总结。研究表明:通过合理的索力优化,可以实现三节段一循环的湿接缝滞后施工工艺,该方法能够缩短一循环主梁安装时间约24%;形成的相思洲大桥组合梁安装施工关键技术,可为类似桥梁的施工提供借鉴。     

波形钢腹板部分斜拉桥受力性能分析

为探讨200m跨径范围内波形钢腹板部分斜拉桥的适用性,采用有限元分析,对比研究了跨径布置相同、承受荷载能力相当的波形钢腹板部分斜拉桥、混凝土部分斜拉桥、波形钢腹板斜拉桥和波形钢腹板连续刚构桥4种结构形式桥梁各主要构件的受力性能。结果表明:波形钢腹板部分斜拉桥主梁的结构形式及受力特性介于波形钢腹板连续刚构桥和波形钢腹板斜拉桥之间,更接近于连续刚构桥;与同跨径混凝土部分斜拉桥相比,波形钢腹板部分斜拉桥自重减轻,主梁结构更轻型化;混凝土部分斜拉桥与斜拉桥的界定方法和斜拉索容许应力的取值方法同样适用于波形钢腹板部分斜拉桥。     

泉州湾跨海大桥主梁施工技术风险及防控措施

泉州湾跨海大桥主桥为双塔分幅式组合梁斜拉桥,跨径布置为(70+130+400+130+70)m=800m。单幅主梁为PK式流线形扁平组合梁。该桥主梁采用组合梁段悬臂拼装施工,梁段间采取"干拼法"连接,钢箱梁采用全焊接连接,在混凝土顶板之间涂抹环氧胶并施加预应力连接。该桥主梁施工主要包括预制拼装和架设两个阶段,在预制拼装阶段,采用钢桁架方案实现了主梁梁段反拱;在架设阶段,采用大型起重船和桥面吊机吊装。因此对主梁施工期间施工安全风险事态进行识别和评估,并提出了相应的防范措施。     

湖北观音寺长江大桥主桥方案构思与总体设计

湖北观音寺长江大桥主桥为(350+1 160+350) m混合式组合梁斜拉桥。该桥设计过程中对跨径布置、桥型方案、主梁方案、结构体系等进行系统研究。为最大限度地减少桥梁对长江航道、河道行洪等的影响,确定采用1 160 m主跨一孔跨过可通航水域。综合考虑建设条件、结构性能、施工难度、安全风险、经济性等因素,最终选取斜拉桥方案。为降低结构自重、充分发挥材料性能、提高桥面耐久性,主梁采用边跨377 m混凝土箱梁+中跨两侧401 m钢-UHPC组合梁+中跨跨中304 m钢-UHPC轻型组合桥面钢箱组合梁的混合式组合梁。结构体系采用带纵向约束的弹性半飘浮体系。桥塔采用中、下塔柱混凝土结构+上塔柱钢壳组合结构A形塔,塔高262 m,基础采用直径3.2 m的钻孔灌注群桩基础。斜拉索采用标准抗拉强度2 100 MPa的高强度锌铝合金镀层平行钢丝拉索,斜拉索与塔、梁端均采用钢锚箱锚固。辅助墩、过渡墩均采用空心截面双柱墩,下设分离式承台+群桩基础。     

中小跨径不同截面简支钢-混组合梁桥受力及用钢量分析

为研究中小跨度钢混组合梁不同截面形式的受力性能以及经济性,以香海大桥组合梁为背景,建立工字钢-混凝土组合梁桥、钢箱-混凝土组合梁桥、钢桁架-混凝土组合梁桥等模型,分析不同跨径下三种不同截面形式的钢混组合梁桥受力性能及用钢量。结果表明,活载作用下,工字钢组合梁跨中竖向位移均大于钢箱梁及钢桁架组合梁,且随着跨径的增大,工字钢组合梁跨中竖向位移增长幅度越来越明显;偏载作用下,钢箱组合梁跨中最大位移均小于工字钢及钢桁架组合梁,且随着跨径的增大,钢箱组合梁跨中最大位移与其他两种方案的位移差逐渐增大;跨径35～55m范围内,工字钢组合梁的截面用钢量最低;跨径55～70m范围内,钢箱组合梁截面用钢量最低;70～100m跨径范围内,钢桁架组合梁的截面用钢量最低。     

波形钢腹板组合结构矮塔斜拉桥的发展与应用

波形钢腹板组合梁矮塔斜拉桥作为一种新型桥梁结构,有利于降低结构自重、减小梁高、增大跨径、减小地震反应,能够充分发挥波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥和矮塔斜拉桥的两者技术优势,拓展了各自的应用范围和适用跨径。该文阐述了波形钢腹板组合梁矮塔斜拉桥的结构特点、国内外的发展和应用状况,并以日本栗东桥和南昌朝阳大桥为工程实例,介绍了波形钢腹板组合梁矮塔斜拉桥的构造特点和施工工艺。     

全预制钢-UHPC轻型组合梁在中小跨径桥梁中的设计与应用研究

汕(头)湛(江)高速公路三标的麻埔停车区跨线桥拟采用钢-UHPC轻型组合梁方案,介绍了钢-UHPC轻型组合梁方案的设计要点,并与常规的预应力混凝土小箱梁方案和常规的钢板组合梁方案对比分析了钢-UHPC组合梁方案的应用前景,结果表明钢-UHPC轻型组合梁方案具有构造简洁和良好的受力性能,在经济性、施工性和耐久性方面具有显著的优势,具有良好的应用前景。     

钢板组合梁桥国内外设计探讨

为推广钢板组合梁桥在国内的广泛应用,对钢板组合梁桥国内外的设计情况及发展趋势进行分析,对国内典型钢板组合梁桥的结构特点、设计要点、构造尺寸及用钢量进行对比,对钢板组合梁桥的经济跨径进行总结。分析表明:钢板组合梁在35～100 m跨径中应用广泛,并且钢板组合梁桥正逐步从多主梁向双主梁的趋势过渡,双主梁桥型被认为是一种极具经济性的桥梁形式。     

大跨径组合梁斜拉桥试设计及力学性能研究

为探索千米级组合梁斜拉桥的技术可行性,以主跨700,800,900,1 000m为目标,开展大跨度双塔组合梁斜拉桥方案试设计。从结构静力强度、静力稳定、颤振稳定等多方面论证方案的可行性,并指出设计主要控制因素。针对主跨1 000m的组合梁斜拉桥,对钢-混界面滑移影响、几何非线性效应两方面的力学性能进行研究。结果表明:设计方案是成立的,组合梁斜拉桥动、静力性能均满足要求,运营组合下近塔区混凝土桥面板应力、主梁面内失稳为设计主要控制因素。对千米级组合梁斜拉桥而言,在组合梁连接件按常规设计的情况下,钢-混界面滑移对斜拉桥受力性能的影响基本可忽略;几何非线性效应对活载工况影响较大,对收缩徐变工况影响较小。     

大跨度组合梁斜拉桥限界跨径的探讨

目前国内外对组合梁斜拉桥的跨径的限界值研究较少,基本处于相对空白状态。本文通过对500m、638m、800m三种不同跨径进行研究分析,得出主跨800m左右的组合梁斜拉桥在理论计算分析上具备可实施性;而且随着钢材和混凝土材料性能的提高,组合梁斜拉桥具备向更大跨度冲击的可能性。     

狮子洋通道钢-混组合梁桥结构选型研究

狮子洋通道全长约35 km,为高速公路+城市道路双层复合过江通道,过江段采用双层桥梁方案(上层为高速公路,下层为市政道路),多处主线桥设计采用50～80 m跨径桥梁,主梁采用钢-混组合梁结构。通过对简支和连续体系进行比选,该项目采用结构简支、桥面连续的结构体系,并配合暗帽梁的设计方案;通过对工字形钢板组合梁、整体式钢箱组合梁、波形钢腹板组合梁、钢桁腹组合梁、分体式小钢箱组合梁进行比选,选择分体式小钢箱作为该项目钢-混组合梁的钢主梁形式;通过对结构受力性能、经济性、施工便利性、运输便利性和对变宽路段的适应性等综合分析比选,钢主梁采用4片主梁方案,该方案有利于设计、制造及施工标准化,结构受力更合理、造价更经济。从施工场地、设备、工期和安全性等方面分析,该项目施工采用标准化加工钢结构、工厂化预制混凝土桥面板,在桥位上通过湿接缝和集束式剪力钉形成组合结构的方案。     

大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁力学特性研究

为明确在多种不利荷载组合作用下大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁的受力规律,以某桥跨布置为(40+175+410+175+40)m的双塔钢-混组合梁斜拉桥为背景进行研究。采用ANSYS建立该桥混合单元空间有限元计算模型,分析自重及斜拉索索力、车辆轮载、桥面板预应力、混凝土收缩和徐变效应、温度效应等荷载及组合作用下中跨跨中段主梁的结构响应。结果表明:对于双索面钢-混组合梁斜拉桥,局部轮载作用下桥面板呈现出明显的局部受力特性,桥面板"第二体系"拉应力可能会大于"第一体系"压应力,中跨跨中区域及边跨尾索区桥面板应配置纵向预应力;桥面板混凝土的收缩和徐变效应、温度效应的叠加是桥面板出现顺桥向裂缝的根本原因,设计时应全桥配置桥面板横向预应力。     

横向联结系对中小跨径钢板组合梁桥稳定性能影响的分析

近年来,随着我国组合结构桥梁的迅猛发展,中小跨径钢板组合梁得到广泛应用。针对30~40 m的中小跨径四主梁钢板组合梁,通过有限元方法建立全桥三维空间模型进行稳定分析,研究横向联结系的设计参数(数量、截面尺寸和竖向位置)对于中小跨径钢板组合梁稳定性能的影响。计算分析表明,当钢主梁发生整体的弯扭失稳时,增加横向联结系数量、增大横向联结系构件截面、将横向联结系靠近受压翼缘布置等措施能够提高钢主梁稳定性;而当主梁受压翼缘受局部稳定控制时,改变横向联结系的设计参数对于钢主梁稳定性影响较小。     

超宽组合梁斜拉桥主梁剪力滞效应研究

组合梁斜拉桥受力十分复杂。钢-混凝土结合后,应力流分布有较大的改变;宽箱梁截面斜拉桥随着宽高比的增加,空间效应愈发明显,传统的计算方法无法满足设计要求。研究以曹妃甸工业区1#桥工程为背景,采用空间有限元的方法,研究组合梁斜拉桥主梁剪力滞效应的分布规律,为钢-混凝土组合梁斜拉桥主梁的精细化设计提供参考。