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。     

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。     

铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁力学性能分析

W形腹板箱梁具有典型桁式体系受力特征,更符合单索面斜拉桥的受力要求,目前已在公路桥中推广应用。为指导铁路桥相关设计,通过采用有限元软件建立计算模型,对某铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁设计开展系统分析,研究不同设计参数对箱梁各板件内力的影响、荷载作用下箱梁截面横向受力性能、以及箱梁截面剪力滞效应。研究结果表明,同梁高、不同斜腹板倾角的铁路W形截面顶板、内腹板均受拉,底板与外腹板均受压;随着边斜腹板倾角减小和内腹板倾角增大,顶板、外腹板轴力变大,内腹板轴力减小,底板轴力则基本不变;根据计算分析得到不同位置处的W形截面在铁路荷载作用下,预应力筋合理的布置方式;剪力滞效应方面,荷载作用下,支点及拉索附近的剪力滞效应较为明显,剪力滞系数约为1.1。通过研究,对铁路荷载作用下该种新型截面形式有了系统全面的认识,合理选择截面参数的同时应考虑剪力滞效应以提高结构经济性。     

矮塔斜拉桥的活载效应特征参数分析

矮塔斜拉桥是近年来兴起的一种新颖的桥梁结构形式,他兼有连续梁(连续刚构)桥和传统斜拉桥的受力特征,其在100～300m跨径的桥梁中具有良好的优势。以云南省绥江县四方桥为工程背景进行了矮塔斜拉桥的活载效应特征参数分析。运用MIDAS/CIVIL软件对四方桥建立了空间梁单元模型,分别探讨了塔高,拉索截面积、主梁抗弯刚度对矮塔斜拉桥活载效应的影响,综合各参数的影响后采用特征参数来得出对矮塔斜拉桥作用效果的综合影响,求得了四方桥的索梁活载比,同时和来作为界定矮塔斜拉桥和斜拉桥的一个标准。     

自锚式预应力混凝土矮塔斜拉桥的力学极限跨径研究

从主梁竖向挠度及应力、拉索强度、屈曲稳定性、抗风稳定性等的5个方面探讨了基于当前技术条件下的自锚式预应力混凝土矮塔斜拉桥的极限跨径。研究表明:屈曲稳定性是限制矮塔斜拉桥跨径增大的决定性因素,恒活载作用下的主梁应力居次要地位,而主梁挠度、拉索强度及结构抗风稳定性对该结构体系的极限跨径影响很小。预应力混凝土矮塔斜拉桥极限跨径的突破首先要解决该结构体系的屈曲稳定性问题。该研究成果可用于双塔塔梁固结、墩支承体系的矮塔斜拉桥的初步概念设计阶段选择合理的结构参数。     

矮塔斜拉桥塔高优化

本文以主梁弯曲应变能最小及塔高最小为目标函数 ,建立了矮塔斜拉桥塔高优化模型 ,探讨了通过调整拉索初张力优化 (降低 )矮塔斜拉桥塔高的可行性。本文以一矮塔斜拉桥为背景 ,分析了独塔两跨矮塔斜拉桥塔高变化时调整拉索初张力的效果 ,对进一步认识矮塔斜拉桥的结构性能及同类桥梁的塔高优化设计有一定的参考意义     

大跨度钢-混凝土叠合梁斜拉桥结构静动力特性分析

以赣江二桥为研究对象,通过有限元程序ANSYS 15.0建立该桥的三维实体有限元模型,对大桥的静、动力特性进行了分析。结果表明:在正常使用状态内力组合和承载能力极限状态内力组合两种荷载工况下,钢-混凝土叠合梁跨中位移以及主塔位移均较小,主梁未出现拉应力,主梁及主塔应力有足够安全储备,均满足规范要求。该桥的一阶自振周期为4.215 8 s,相比一般大跨斜拉桥较小,而主梁竖弯、扭曲较早出现,说明钢-混凝土叠合梁斜拉桥具有整体刚度高,对地震、风荷载等动力作用较为敏感的特点。     

商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究

研究目的:高速列车运行对无砟轨道的平顺性要求非常严格,而大跨度桥梁在温度荷载作用下引起的主梁竖向变形是引起轨道平顺性发生变化的主要原因。本文以商合杭铁路沙颍河大跨度矮塔斜拉桥为背景,对不同的桥梁结构体系、边跨比、主梁类型、梁高、斜拉索规格及布置、桥塔高度等进行对比分析,研究其对温度变形的影响,从而确定矮塔斜拉桥的无砟轨道适应性。研究结论:(1)矮塔斜拉桥可以满足无砟轨道的平顺性要求,保证高速铁路的行车安全性及舒适性;(2)有效释放梁体收缩徐变及温度变形的桥梁结构体系更加容易满足轨道平顺性要求,应优先选用;(3)斜拉索的温度变化及索梁温差是引起主梁竖向变形的主要因素,确定合适的斜拉索规格、安全系数、索间距,既能充分发挥斜拉索对主梁的贡献,又能减小温度荷载作用下主梁的竖向变形;(4)为减小斜拉索对温度变形的影响,主梁宜采用混凝土结构;(5)本研究成果对今后高速铁路矮塔斜拉桥设计具有一定的指导意义。     

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥总体设计

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥为主跨588 m的非对称矮塔斜拉桥,大桥具有跨度大、荷载大、主塔矮等技术特点。研究采用强箱弱桁组合结构主梁、2 000 MPa高强度平行钢丝斜拉索、Q500qE高强钢材等新技术和新材料,解决塔矮、索平结构体系受力不合理的技术难题。研究并成功应用大型设置沉井基础,解决深水裸岩基施工困难的问题,开拓新型深水基础。从大桥的建设条件、总体布置、桥型方案、力学特征、技术创新等方面详细论述大桥的总体设计,为多功能合建桥梁设计提供借鉴。     

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。     

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。     

波形钢腹板箱梁无背索斜拉桥斜塔施工技术

新密市溱水路大桥主桥采用新型的钢-混组合结构梁独塔无背索斜拉桥桥型,主梁主塔为波形钢腹板混凝土箱梁。主桥为墩塔梁固结体系,塔身倾斜,斜塔倾角59°,主塔施工难度非常大,质量控制困难。依据设计特点,对斜塔施工进行了合理的节段划分,为克服斜塔实心混凝土结构施工困难,对施工方案进行详细的比选和研究,并对方案实施进行了详细阐述。     

塔墩梁固结的三塔四跨矮塔斜拉桥成桥状态力学参数研究

为了提高塔墩梁固结的三塔四跨矮塔斜拉桥的施工控制精度,为后续的参数识别和误差修正提供理论基础,以国内某矮塔斜拉桥为工程背景,通过计算比较各设计参数在成桥状态时对主梁线形、应力、成桥索力和主塔偏位的影响,分析各设计参数的敏感性。研究结果表明:主梁容重、拉索初张力、季节温差和索梁温差为主要设计参数,而混凝土弹模、日照温差和索塔两侧温差对成桥状态的影响较小,为次要参数。研究结果可为同类型斜拉桥的施工控制提供参考。     

铁路矮塔斜拉桥单箱多室截面横向受力研究

研究目的:津保铁路子牙河特大桥主桥采用(32.7+56+84)m矮塔斜拉桥结构体系,横向为单箱四室箱形截面。本桥桥面宽达23 m,为我国铁路矮塔斜拉桥之最,必须对其横向受力进行分析。研究结论:通过对横向框架的受力分析,确定了本桥横向预应力钢束的形状和数量。由于温度荷载的影响,本桥钢束采用小角度弯起的钢束形状。裸梁阶段,在日照荷载作用下,顶板下缘出现部分拉应力,施工过程中需采取措施避免日照荷载直接作用。本文单箱多室箱形截面的横向受力分析过程,可为铁路桥梁单箱多室结构横向分析计算提供一种合理的设计思路。     

波纹钢腹板连续组合箱梁静载试验研究

波纹钢腹板组合箱梁对混凝土和钢材和的受力特点进行了综合利用,具有明显的优势,已在铁路上投入到实际应用中。在波纹钢腹板连续组合箱梁静载试验的基础上,对波纹钢腹板连续组合箱梁的结构受力性能进行了深入研究。研究结果表明:波纹钢腹板连续组合箱梁的边跨梁的变形具有滞后现象,中跨弯曲变形随荷载的增加呈线性增加。试验梁各观测截面测点纵向应变符合"拟平截面假定"。随着荷载等级的增加,试验梁的体外预应力增量呈线性增加,变化趋势与中跨跨中挠度趋势相似。试验梁中跨观测截面界面剪切滑移值基本相同,中跨1/4截面剪切滑移值大于中跨跨中截面,且中支座截面剪切滑移值接近于零。研究结果可为波形刚腹板连续组合箱梁的工程应用提供技术参考。     

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%。     

大跨度斜拉桥超宽幅箱梁双拉索钢锚箱结构行为研究

斜拉桥索梁锚固结构承受着巨大的动静力荷载，其安全性和耐久性是斜拉桥控制设计的关键点。以宜宾临港长江公铁两用大桥双拉索锚箱式索梁锚固结构(钢锚箱)为研究对象，取该桥塔最大索力处对应的钢锚箱进行1∶3缩尺模型试验，结合有限元计算结果进行对比验证，系统地研究钢锚箱的传力机理；对钢锚箱重要板件进行厚度参数敏感性分析，探讨其对索塔锚固区受力性能的影响。分析结果表明，在屈服荷载下，钢锚箱大部分结构受力情况良好，重要板件应力均处于屈服应力以下，证明结构安全可靠；钢锚箱内部锚腹板厚度对锚箱整体结构应力分布影响较大，随着锚腹板厚度增加，锚箱式锚固构造整体应力分布趋于均匀，峰值应力变小。     

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。     

波纹钢腹板预应力混凝土箱梁弯曲性能试验研究

通过对波纹钢腹板预应力混凝土箱梁10 m模型试验梁的设计及制作,介绍该类型箱梁的制作过程,试验梁成型后对其进行加载试验,用试验结果分析波纹钢腹板预应力混凝土箱梁的弯曲受力性能,结果表明:在弹性范围内,箱梁挠度值与荷载增长呈线性关系;采用带孔嵌入型连接的腹板与上下混凝土翼缘板的连接效果较好;翼板之间的变形符合平截面假定;集中荷载作用下,箱梁呈现典型的剪力滞效应;弯矩主要由顶板与底板承担,腹板只承受剪力.同时,研究成果能为下一步的工程应用提供参考依据和实践经验.     

锚箱式并排拉索索梁锚固结构设计与受力分析

商合杭高速铁路芜湖长江公铁大桥主桥为主跨588 m的高低矮塔钢桁梁斜拉桥,其主梁采用2片主桁的钢桁梁,上层板桁组合、下层箱桁组合,斜拉索锚固在桁架腹杆外侧的下层钢箱内。在"主力+附加力"组合下,斜拉索的最大单索索力达16 000 kN,因此,设计采用单个锚点锚固2根斜拉索的锚箱式并排拉索索梁锚固结构。为研究该类型结构的受力特性,建立细部有限元模型进行计算分析,得到各构件的受力特点与传力特性,验证了设计的可靠性。