下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性参数敏感性分析

为研究下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性及影响该种桥型结构稳定的参数敏感性,以运城市某省道上一座27+60+27 m下承式悬链线钢管混凝土拱桥为背景,采用Midas/Civil 2012有限元软件对该桥进行建模,在成桥状态及成桥运营状态2种工况下对其进行稳定性分析。结果表明,该种桥型拱肋结构存在"面内失稳"和"面外失稳"2种失稳状态,拱肋面外刚度小于面内刚度,拱肋结构失稳模态首先表现为拱肋面外侧弯失稳。同时选取拱肋间连接形式、拱肋钢管壁厚t、拱肋单侧吊杆布置数量n、拱肋管腔混凝土弹性模量E、拱肋矢跨比f/L、拱肋拱轴系数m等影响结构稳定性的参数进行对比分析,得出影响结构稳定性的敏感参数,可供同类型桥梁在结构稳定性设计时参考借鉴。     

混凝土灌注阶段钢管混凝土拱肋的时变行为研究

拱肋混凝土灌注是钢管混凝土拱桥施工过程中一个必不可少的重要阶段。在此施工阶段,钢管混凝土拱桥的结构体系和材料性能均随施工进度和时间而变化,属于非线性施工时变结构。目前,关于混凝土灌注阶段钢管混凝土拱桥的结构非线性时变行为的研究尚不多见。依据时变结构力学的原理,采用时间冻结法将拱肋混凝土灌注阶段的时变结构转化为时不变结构体系进行分析和研究。     

大跨径钢管混凝土拱桥动力特性及稳定性分析

结合实际工程实例,分析了大跨径钢管混凝土拱桥的动力特性,研究了钢管混凝土拱肋内填混凝土以及拱肋各连接杆件对全桥结构动力特性的影响。考虑几何非线形的影响,并添加一定初始缺陷,分析了全桥结构在运营阶段的稳定性,探讨了拱肋各连接杆件对全桥结构稳定性的影响。     

钢管混凝土拱桥新规范中的设计新理念

最新发布的《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG/T D65-06-2015)以及《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB50923—2013)传达出一些钢管混凝土拱桥的设计新理念,主要包括:(1)钢管混凝土拱桥的钢管应优先采用直缝焊接管;(2)钢管混凝土拱桥的管内混凝土推荐采用自密实补偿收缩混凝土;(3)哑铃形截面钢管混凝土拱腹腔内的混凝土不应计入主拱截面受力;(4)钢管混凝土主拱节段应采用焊接对接接头;(5)钢管混凝土拱桥宜采用以直代曲法形成主拱线形;(6)中、下承式拱桥悬吊桥面系应具有整体强健性且横梁间必须设置加劲纵梁形成连续结构体系。     

高速铁路(110+208+110)m连续梁-钢管混凝土拱屈曲分析

以高速铁路桥梁比较方案(110+208+110) m连续梁-钢管混凝土拱组合结构桥为背景,探求几何非线性及几何-材料双重非线性对大跨度钢管混凝土拱屈曲失稳的影响程度,研究考虑上述非线性因素后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子的衰减系数。结合相关规范和文献,采用空间有限元软件CSIBridge,以钢管混凝土统一理论为材料本构模型建立全桥空间模型,对结构按实际作用荷载工况进行弹性及弹塑性屈曲分析。结果表明:材料非线性对钢管混凝土拱屈曲失稳的影响比几何非线性的影响大得多,考虑几何-材料双重非线性后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子衰减系数约为0.55。桥式方案中钢管混凝土拱弹性及弹塑性稳定系数均满足国家标准及行业标准要求。     

82.5m下承式钢管混凝土提篮拱桥结构设计

钢管混凝土拱桥充分发挥了钢管混凝土抗压性能好的优点,而且减轻了桥梁上部结构自重,大大提高了梁拱组合体系拱桥的跨越能力。钢管混凝土拱桥以其结构轻盈、线型优美、造价经济等优点而在铁路跨路、跨线工点上大量采用。张唐线跨越唐津高速公路立交主桥结构为跨径82.5 m下承式钢管混凝土拱桥,拱肋在横桥向内倾8度,呈提篮式。主要从结构设计、结构计算和拱肋稳定性3个方面重点对该桥进行介绍,并在拱轴线比选和吊杆张拉顺序两个方面提出一些设计思考。     

朔准黄河桥极限承载力分析

研究目的:大跨度钢管混凝土拱桥以其特有的自重轻、强度大、抗变形能力强、施工方便和外形美观等优点,被大量地的用于桥梁结构中。本文以一座在建360 m钢管混凝土拱桥为例,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分别对该桥进行裸拱状态和考虑拱上建筑共同作用状态下的特征值屈曲稳定性分析、考虑几何和材料双重非线性的极限承载力分析,并对计算结果进行比较分析,给出拱桥极限桥承载力计算的一般性方法。研究结论:(1)考虑拱上结构的特征值屈曲分析结果最小值为13.477,裸拱的特征值屈曲分析结果最小值为6.673,均大于规范要求的4～5,拱肋截面满足面内和面外的稳定性要求;(2)拱桥极限承载力计算结果最小值为2.252,表明在双重非线性及结构初始缺陷的影响下,主力工况下,全桥结构的安全系数为2.252,满足考虑结构的非线性影响弹塑性稳定安全系数不得小于2的要求,结构设计合理;(3)拱上墩柱等拱上结构对全桥的计算刚度有较大的贡献,但对全桥的极限承载力影响较小;(4)特征值屈曲分析结果是非保守的计算结果,在实际结构设计过程中,必须考虑双重非线性及初始缺陷等对结构极限承载力的影响。     

重载铁路大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计研究

对某重载铁路一座大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计的桥梁布置、拱肋截面及线形、拱肋横撑形式、拱上桥墩方案、施工方法等若干关键问题展开研究,通过有限元对桥梁的承载力、刚度、自振特性等方面进行计算分析,得出以下主要结论:(1)上承式钢管混凝土拱桥能很好地适应桥址地形、地质条件;(2)拱肋采用四肢桁式截面,横向内倾6.5°,拱轴线形采用m=3.0悬链线,具有较好的受力性能;(3)腹杆采用H形钢构件,与拱肋弦管采用大节点连接方式,能满足重载铁路疲劳性能要求。(4)钢筋混凝土排架式桥墩在受力、景观等方面是最优选择。     

600 m钢管混凝土劲性骨架拱桥主拱圈混凝土浇筑方案研究

主拱圈混凝土浇筑是建造600 m跨径钢管混凝土劲性骨架铁路拱桥的关键环节，为此提出某600 m跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥的主拱圈混凝土浇筑方案，具体为：采用四工作面法，主拱圈截面分为6环，并设1组斜拉扣索辅助调载，适当调整1环混凝土在各工作面上的浇筑顺序和节段长度。采用有限元法对施工全过程进行模拟分析，验证该方案可行性。结果表明：在主拱圈拱脚和控制性截面应力过程线峰值处分别设置工作面，且首先在第二工作面上浇筑一定长度的混凝土节段，再同时浇筑第一、第二工作面混凝土节段，可有效降低浇筑过程中结构的瞬时应力；通过在主拱圈拱脚附近设置斜拉扣索并适时调整索力作为辅助调载措施，可达到调整拱脚截面应力和保持拱轴线合理下挠的目的；通过合理设置工作面和辅助措施，适当确定混凝土浇筑顺序和节段长度，可保证主拱圈外包混凝土浇筑期间结构应力和变形控制在容许范围内。     

大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计研究

研究目的:大跨度上承式钢管混凝土拱桥,结构受力复杂.结构形式和施工方法的选择对拱肋受力、桥上无缝线路设计、列车行车安全性和平稳性有较大的影响.因此,本文对此进行研究探讨.研究结论:上承式拱桥是跨越山区河流、深谷的合理桥式.通过对某线黄河特大桥上承式钢管混凝土拱桥的设计研究,得出如下结论:(1)拱肋截面形式、拱肋横倾角及拱上建筑主梁跨度、支墩顶支座布置方式等有关设计参数对无缝线路、车线桥动力性能影响的计算研究结果;(2)拱肋矢跨比及拱轴系数、钢管拱架设方案、管内混凝土灌注顺序选对拱肋应力影响的研究结果;(3)形成了一整套上承式铁路拱桥设计研究的新思路、新方法.     

高速铁路连续钢桁柔性拱桥的施工线形控制

研究目的:为了解决高速铁路三跨连续钢桁梁柔性拱桥复杂施工过程中的桥梁线形控制难题,依托银西高铁银川机场黄河特大桥两联三跨连续钢桁梁柔性拱桥的三同步施工过程,基于施工过程时变力学分析方法和现场实测,研究钢桥拼装过程的体系转换杆件拼装顺序、拼装线形的二次调整、抗风措施和梁拱合龙等施工方案,确保桥梁施工线形达到设计要求。研究结论:(1)连续钢桁拱桥施工过程存在体系转换杆件,以基于应力和变形最小扰动原则进行杆件拼装顺序优化,可最大程度减小体系转换的附加效应影响;(2)施工过程中,连续钢桁拱桥的线形受结构拼装过程受力变化和拼装精度等的影响而多变,基于初始位移法合理确定拼装理论线形,并结合施工过程进行拼装线形的二次调整技术,可达到理想成桥线形;(3)柔性拱在拼装过程中容易出现抗风稳定问题,基于静力抗风稳定性分析提出了自锚式辅助抗风索方案,可保证拼装过程的抗风稳定性;(4)基于合龙期间的环境温度精确测量及温度对结构变形的精确分析,结合连续钢桁梁柔性拱桥的受力特点提出了柔性拱利用环境温度效应的自然合龙技术,实现钢桁梁与柔性拱的最优合龙;(5)本研究成果可为同类型桥梁的施工控制提供参考。     

铁路大跨度钢管混凝土拱桥弹性稳定性分析

以银吴(银川—吴忠)铁路银川南特大桥128 m钢管混凝土系杆拱桥为背景,建立空间有限元模型,分析了恒载及恒载+最不利活载2种荷载工况下该桥的稳定安全系数及失稳模态。着重分析了拱肋横撑形式、矢跨比、吊杆非保向力对稳定性的影响。研究结果表明:结构的失稳主要为拱肋面外失稳,满足稳定安全系数大于4～5的要求,且活载对全桥稳定性的影响远小于自重和二期恒载的影响。采用K形横撑时稳定安全系数相较于I形横撑提高了198%,对稳定性提高最为明显,采用米字形横撑稳定性最好,因此,在选择横撑形式时优先考虑米字形横撑和K形横撑。矢跨比从1/7增大至1/3时,稳定安全系数呈先增大后减小的趋势,在1/5～1/4时达到峰值,1/4.5时最大;吊杆非保向力对拱桥稳定性有一定影响,吊杆将拱肋与系梁连接成整体可以提高拱桥整体稳定性。     

铁路大跨度混凝土拱桥徐变变形控制因素研究

研究目的:混凝土拱桥具有较大的横竖向刚度、良好的环境适应性和较高的经济价值,在山区大跨度铁路桥梁建设中得到推广应用。然而,受拱结构的受力特点和混凝土的材料特性影响,混凝土拱桥在后期运营过程中会出现徐变下挠变形,直接影响线路的平顺度,进而影响行车的安全性和舒适性。本文以一座在建的铁路大跨度混凝土拱桥为研究对象,从分析混凝土徐变机理及影响因素出发,选取工法、加载龄期、铺轨时间以及拱上结构形式等因素作为变量,基于CEB-FIP(1990)徐变本构模型开展结构的徐变变形研究,分析不同因素下混凝土拱桥的徐变变形情况,探究徐变变形控制的主要因素。研究结论:(1)平衡加载法的受力模式使得拱圈顶底板应力差较大,导致后期徐变变形较大;(2)悬臂拼装法可以节省施工工期,但预制时间较短也会导致后期的徐变变形较大;(3)延长混凝土龄期和减少拱上结构重量对抑制后期徐变下挠有一定的帮助,但效果并不明显;(4)延迟铺轨对减小长期徐变下挠有明显的改善;(5)在以上四种影响拱圈后期收缩徐变的因素中,工法和铺轨时间对后期混凝土收缩徐变影响较大,可作为大跨度拱桥徐变变形控制技术的关键因素;(6)本文研究可为类似结构的设计提供参考和借鉴。     

商合杭铁路1-140m先拱后梁法平行系杆拱结构设计

新建商合杭铁路西苕溪右线特大桥跨越长兴港采用1-140 m系杆拱方案,为预应力混凝土平行钢管混凝土拱桥,采用先拱后梁方法施工。介绍采用无砟轨道时系杆拱设计方案,并根据实际施工阶段建立有限元模型计算分析,确定结构的合理形式及先拱后梁施工工序,计算拱肋、系梁、吊杆等结构应力、刚度、稳定性等设计参数。分析结果表明:(1)该桥主体结构应力、变形等均满足规范要求;(2)系杆拱应用于无砟轨道时,静活载梁端转角引起钢轨上拨及下压量宜按1 mm限值控制;(3)先拱后梁系杆拱采用施工阶段分批张拉钢绞线系杆形式,实现无支架施工,满足不中断通航要求。     

钢桁拱桥非线性及面内极限承载力分析

以实桥为例,研究大跨度钢桁拱桥在面内荷载作用下的非线性结构行为,矢跨比、布载形式、温度荷载、钢材屈服强度对钢桁拱桥极限承载力的影响以及提高钢桁拱桥极限承载力的措施。结果表明:在活载半跨布载时,拱肋的破坏始于拱脚下弦的屈服,拱肋由无铰拱逐渐转化为三铰拱,最后由于拱脚塑性铰的破坏而导致拱肋失去承载能力;钢桁拱的工作过程可分为弹性段、位移稳定发展段及位移快速增长段,位移稳定发展段仍表现出弹性工作的特点;拱轴线的面内初始偏移控制在L/1000左右时,拱肋的极限承载力不会有明显降低;矢跨比越大承载能力越高;钢材屈服强度与钢桁拱极限承载力呈线性关系;温度的变化与承载力系数的变化大致呈线性关系;提高拱脚上、下弦杆处钢材的屈服强度和增大拱脚、L/4处截面的方式是提高钢桁拱桥极限承载的有效措施。     

徐盐高铁跨徐沙河(100+200+100)m连续梁拱施工技术探讨

以徐盐高速铁路跨徐沙河(100+200+100)m预应力混凝土连续梁拱桥为例,介绍大跨度预应力混凝土连续梁与钢管混凝土加劲拱肋组合桥的施工方案及施工工艺,并对该桥下部结构、连续梁及拱部的施工关键技术进行探讨。     

大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥极限承载能力研究

研究目的:钢桁梁柔性拱桥具有强大的承载能力及跨越能力,也是大跨度铁路桥梁常用桥型之一,其跨度不断发展。针对铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力问题,本文同时采用MIDAS及ANSYS两种有限元软件建立一座双主跨360 m的大跨径下承式钢桁梁拱桥的有限元模型,通过对比双主跨满载等三个荷载工况的线弹性承载力分析,并考虑结构几何非线性、几何与材料双重非线性的影响,系统分析大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力。研究结论:(1)由线弹性承载力的计算对比分析可知,实际结构在恒载+主跨满载的工况下,结构的受力最不利杆件为拱肋及主桁上弦杆和斜腹杆部分,杆件应力达到屈服时的承载力系数最小为2.06;(2)线弹性极限稳定承载系数介于10.64～12.46,均为拱肋的整体失稳破坏,最不利的荷载工况为恒载+主跨活载,表明桥梁结构的稳定承载力远大于杆件强度承载力;(3)考虑p-Δ效应与整体、局部几何偏位初始缺陷后,计算得到的稳定承载系数依次降低至2.75、2.65,表明几何偏位初始缺陷会显著降低极限稳定承载能力,考虑材料非线性后极限稳定承载力系数进一步降低至2.20;(4)验证了桥梁结构具有良好的稳定承载能力及构件强度承载能力,可为类似桥梁极限承载能力分析提供参考。     

重载铁路中承式拱桥拱肋方案设计研究

蒙华铁路龙门黄河大桥采用中承式拱桥方案,拱肋为主要受力结构,承受轴向压力。结合拱跨与拱肋的匹配性和历史统计资料,从拱轴线形及系数、拱肋横倾角、截面构造、横向联接系、结构自重、拱肋刚度和稳定性、施工方法及工期、后期运营养护维修等方面,对钢管混凝土桁式拱肋和劲性骨架拱肋两种拱肋方案进行对比分析,最终选定钢管混凝土桁式拱肋方案。     

半漂浮体系钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器减震研究

大跨径中承式钢管混凝土拱桥桥面梁倾向于采用半漂浮式主梁,应设置黏滞阻尼器控制桥面梁在地震作用下的响应.以某计算跨径252 m的中承式钢管混凝土拱桥为例,采用动力时程分析方法研究半漂浮式主梁钢管混凝土拱桥中黏滞阻尼器参数的选取方法,对比分析设置黏滞阻尼器前后桥梁结构的地震响应,以反映黏滞阻尼器对半漂浮体系钢管混凝土拱桥的减震效果.研究结果表明:设置黏滞阻尼器能显著减小半漂浮体系主梁的地震位移响应,同时也导致拱顶纵向位移有所增加,对拱肋各关键位置处轴力、剪力、弯矩响应的影响规律不尽相同,对黏滞阻尼器位置处的拱肋局部弯矩响应影响较大.该研究成果可对采用半漂浮式主梁的钢管混凝土拱桥的减震设计提供参考.     

预应力混凝土连续梁与钢管拱组合结构滑移安装施工方案

1 工程概况 九龙岗特大桥钢管拱桥墩上部结构为(76+160+76)m的预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱组合结构.钢管拱计算跨径160.0 m,矢跨比1/5,矢高32.0 m,拱轴线为二次抛物线(设计拱轴线方程Y=-0.005X2+0.8X),拱肋设置最大预拱度为0.14m,施工矢高32.14 m(施工拱轴线方程Y=-0.005 021 875X2+0.803 5X).施工时按施工拱轴线制作和拼装.拱肋为钢管混凝土结构,采用等高度哑铃形截面,截面高3.0 m,每肋由2根弦管组成,弦杆为φ1 000 mm钢管,由16mm厚钢板卷制而成,弦管间用16mm厚钢缀板连接,拱肋弦管及缀板内填充C55微膨胀混凝土.