大跨度上承式铁路钢桁梁桥建设管理与创新

大跨度上承式连续钢桁梁是铁路桥梁结构的创新形式,能有效降低桥墩的建筑高度,降低基础与桥墩的施工难度和工程造价,技术、经济优势突出,在山区铁路桥梁建设中具有较强的适用性.这种新的铁路桥梁结构形式技术标准尚待完善.本文依托新建玉溪至磨憨铁路的重点控制性工程元江特大桥(108.0+151.5+249.0+151.5+108.0)m上承式连续钢桁梁,分析总结大跨度上承式连续钢桁梁在结构设计、加工制造、现场架设等方面的创新成果,为类似桥梁建设提供借鉴.     

连续梁桥制动墩墩顶纵向水平力值确定的探讨

根据铁路连续梁桥设计中遇到的问题,在制动墩设计中考虑活动支座摩阻力分担制动力的作用,同时考虑温度变化对活动支座摩阻力分担作用的影响,为制动墩设计提出简化、安全、可行的墩顶纵向力的计算方法。     

桥梁施工中裂缝成因及项目成本控制

年温差 一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝，例如拱桥、刚架桥等。     

千米级高速铁路悬索桥静力特性分析

为了准确掌握千米级高速铁路悬索桥在静力荷载作用下的受力特征,结合现场试验和有限元模型,以主跨1 092 m的五峰山长江大桥为工程背景,研究特大跨径钢桁梁悬索桥在静力荷载作用下的结构力学行为,揭示不同加载工况下钢桁梁及主塔应力,主缆索股力,桥梁挠度,梁端转角,主塔、支座以及梁端纵向位移,吊索索力的变化特征,综合分析悬索桥的静力特性。研究结果表明：在不同加载工况下,上下游弦杆受力均匀,上下游斜杆受力变化较大;主塔塔柱受力变化较小,实测值与理论值之比在0.70～0.94之间;主缆各索股受力均匀,上下游侧索股应力变化一致,主缆整体受力性能良好;桥梁跨中实测挠跨比为1/530,小于设计挠度比1/487,梁端实测最大转角为0.56‰rad,桥梁竖向刚度较大,满足相关要求;支座纵向位移变化均匀,但受运营初期支座纵向摩阻力及阻尼器的影响,导致荷载较大时,纵向位移变化缓慢,使得理论值大于实测值,梁端位移与支座位移变化一致,桥梁纵向位移变化均匀;主塔塔顶纵向位移、吊索索力变化均匀,实测值与理论值吻合较好。研究成果不仅可为同类型桥梁设计提供借鉴,也可为桥梁后期运维提供“指纹”信息。     

准朔铁路黄河特大桥拱上简支T梁支座布置研究

研究目的:准朔铁路黄河特大桥是朔州至准格尔新建铁路重要工程,大跨度上承式拱桥拱上桥墩纵向位移由桥墩和拱肋变形两部分组成,拱上简支T梁支座布置对拱肋结构的受力影响较大,因此需要通过合理的支座布置方案降低拱上高墩的纵向水平位移,降低纵向水平力对拱肋产生的不利影响。研究结论:(1)相邻桥墩纵向最大相对位移发生在交界墩与拱脚G1和G12号墩之间;(2)拱脚第一孔简支梁梁端需要采取大位移量纵向活动支座和伸缩装置,并设置纵、横向防落梁措施;(3)大跨度拱上桥墩墩顶位移对桥上无缝线路的影响较大,桥上无缝线路应采取小阻力扣件来适应桥墩变形要求。     

考虑活动支座摩阻的大跨连续梁桥上梁轨相互作用研究

为探究活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路梁-轨相互作用的影响,基于梁-轨相互作用及有限元理论,将活动支座摩阻等效为非线性弹簧,建立可考虑活动支座摩阻的连续梁桥上无缝线路空间耦合模型,对考虑活动支座摩阻前、后的钢轨及桥墩结构受力变形展开对比分析。结果表明,活动支座摩阻增强了连续梁与无缝线路的纵向约束,当活动支座摩阻率从0增大至0.06时,温度作用下,连续梁桥上钢轨纵向力及梁轨相对位移峰值分别减小了24.32%和29.89%,连续梁桥固定墩纵向力增加了2.44倍;制动荷载作用下,钢轨制动力、梁轨相对位移及连续梁桥固定墩纵向力分别减小了53.51%、56.94%和41.63%;断轨工况下,部分断轨力通过活动支座摩阻传递给非固定墩,连续梁桥固定墩纵向力减小了60.64%,钢轨断缝值减小了3.3%;活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩纵向力影响较大,建议在大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩设计中考虑活动支座摩阻的影响。     

系杆拱连续梁桥-多线轨道互制分析的荷载步法

为研究考虑加载历史的桥梁-多线轨道系统受力特性，通过推导考虑加载历史的线路纵向阻力迭代公式并以某(77+3×156.8+77) m系杆拱连续梁桥为例，建立考虑钢管混凝土拱、吊杆、梁体、桥墩、桩基、多线轨道的大跨度系杆拱连续梁桥一体化有限元模型，分析加载历史对系杆拱连续梁桥-轨道系统受力影响及结构检算结果。结果表明：代数求和算法计算钢轨应力峰值偏大61.9%,墩顶水平力偏大74.0%,考虑温度效应须同时对钢轨、梁体和拱施加温度荷载；挠曲工况下双线同向加载时墩顶水平力为1 058.2 kN,双线对向加载时墩顶扭矩为4 193.6 kN·m;计算温度制挠力时，代数求和算法计算钢轨应力较荷载步法偏大7%,墩顶水平力偏大8%～27%,设计不经济；代数求和算法计算墩顶扭矩与荷载步法最大偏差可达51.3%。     

小半径曲线斜拉桥温度效应研究

为探讨温度对受力复杂的曲线斜拉桥结构成桥使用舒适性及安全性的影响,以刚果布拉柴维尔滨河大道桥为工程背景,以9个不同曲率半径斜拉桥模型为例,分别计算其在季节温差和梯度温度工况下主梁竖向位移、支座反力的变化情况,分析温度荷载对曲线斜拉桥支座反力的影响规律。结果表明:梯度温度正温差工况下,曲线外侧主梁的竖向位移总是小于内侧,致使主梁发生向外翻转的趋势,且随着曲率半径减小翻转趋势越来越明显;曲线段外侧支反力大于内侧,其中过渡墩支座所受影响最大;整体升温效应会使全桥梁段产生向外扭转趋势,但影响小于梯度温度正温差,且整体升温还会使桥梁结构产生跨中上拱、边跨下挠的趋势。     

桥梁新型多功能支座对无缝线路纵向力影响研究

提出一种桥梁新型多功能支座，重点探讨此支座对桥上无缝线路纵向受力与变形的影响规律，以杭温铁路义乌特大桥为工点，对比研究桥梁采用固定墩设计方案及中墩更换为多功能支座后的桥上无缝线路力学特性，并在此基础上提出支座优化建议。研究得到以下结论：多功能支座方案可将桥梁的伸缩位移零点调整到桥梁主跨中点，从而减小桥梁温度跨度，解决义乌特大桥不适合做刚构桥的地形限值条件；当多功能支座摩擦系数小于0.005时，多功能支座方案相比传统支座方案的无缝线路受力优化幅度较小，摩擦系数大于0.005时，支座摩擦力可完全抵消列车制动力，无缝线路受力将得到大幅优化；随着摩擦系数的增加，钢轨伸缩力小幅增加，钢轨制动力较大幅度减小，摩擦系数为0.005时，制动力最小；建议多功能支座后续的优化方向为增大支座摩擦系数。     

大跨度连续梁桥摩擦摆支座布置及参数研究

以1座(71+83+123.5+240+123.5+83+71)m大跨度连续梁桥作为研究对象,研究摩擦摆支座的布置方式以及支座的力学参数取值对结构的地震响应的影响。分析结果表明:采用摩擦摆隔震支座体系的大跨度连续梁,在E2地震作用下,能大幅降低原固定墩的受力,使得各墩内力分布更加均匀,同时降低墩顶的位移;综合考虑可以仅在主跨的主墩上布置摩擦摆支座;摩擦摆支座摩擦系数的变化对结构地震反应影响很大,摩擦系数的增大虽然使支座耗能能力增加,但是过大的摩擦力不能有效地阻断墩梁间惯性力的传递,不能充分发挥隔震支座的耗能作用,建议摩擦系数采用0.02~0.03;摩擦摆支座半径的变化对结构地震反应影响很小,建议根据支座竖向承载力采用相应的曲率半径。     

连续梁桥上有轨电车嵌入式轨道伸缩力分析

为研究连续梁桥上有轨电车嵌入式轨道结构在温度荷载作用下的受力变形特性及影响因素,采用线性弹簧模拟梁轨相互作用,建立嵌入式轨道-桥-墩一体化有限元计算模型。以实际工况为例,确定伸缩工况下合理的连续梁两侧简支梁跨数,并探讨梁体温差、高分子材料纵向阻力、小阻力高分子材料铺设范围和桥梁支座布置方案对轨道结构伸缩受力和变形分布规律的影响。研究结果表明:对于多联连续梁桥,当计算伸缩工况时,可取连续梁两侧各5跨简支梁作为边界条件;随着高分子材料纵向阻力的增加,伸缩力逐渐增大,而轨板相对位移逐渐减小,故在设计嵌入式轨道桥上无缝线路时,应综合考虑轨道结构受力和变形的要求;针对本文工况,当从减小钢轨附加伸缩力的角度考虑时,应该选择在连续梁桥左边跨和相邻一跨简支梁上铺设小阻力高分子材料;当桥梁温度跨度较大时,可将连续梁相邻一跨简支梁的固定支座放置在连续梁桥的边墩处,从而使得连续梁桥温度跨度减小。     

大跨度连续梁拱组合桥梁轨互制特征

为研究大跨度连续梁拱组合桥梁轨相互作用特征,以梅汕线上某(34+160+34)m刚架系杆拱钢箱连续梁组合桥为背景,采用理想弹塑性模型模拟线路纵向阻力,建立"轨-拱-梁-墩"一体化空间模型,对钢轨纵向力的分布规律进行分析,对是否考虑轨道作用下的主梁应力、梁端转角、墩底纵向反力进行比较。结果表明:连续梁拱组合桥远离固定支座的梁端处钢轨纵向力较大,其中最大伸缩应力达到114.0 MPa,在不设钢轨伸缩调节器时钢轨强度仍满足要求;轨道结构对温度荷载和制动力作用下的主梁应力影响较大;轨道结构对梁端转角及墩底纵向反力的分配亦有较大影响。     

公铁两用钢桁梁温度场边界条件及分布研究

以沪苏通长江公铁大桥主航道桥为工程背景，基于该桥梁结构健康监测系统运营期极端高温和低温的现场实测数据，对既有温度场边界条件进行修正，并运用有限元软件ANSYS对钢桁梁结构温度场时空分布进行研究。结果表明：桥梁结构温度场受结构的形式、尺寸和材料特性，桥梁的轴线方向和经纬度，风速风向及大气温度等因素的共同影响；在进行其温度场边界条件计算时，太阳直接辐射计算应考虑钢桁梁结构遮蔽影响，对流换热计算应考虑钢桁梁结构中存在双面对流换热现象及风速折减，辐射换热计算应考虑结构表面倾角、流体温度和桥梁结构温度及二者温差的影响；因结构材料导热特性存在差异，钢桁梁温度场分布在时间和空间上分别具有时滞性和横（竖）向差异性，桥梁钢结构和沥青桥面分别约在14:00和15:00达到自身最高温度，且在15:00各结构之间温差较大，最高可达18.4℃；公路桥面、铁路桥面顶板和底板、中间横联与其连接的腹杆连接点是温度差异显著部位。     

支座摩阻力对高速铁路大跨度悬索桥梁轨相互作用的影响

运用ANSYS软件，建立某高速铁路大跨径悬索桥桥梁-轨道-塔墩空间有限元分析模型，采用组合弹簧模拟滑动支座，通过计入滑动支座摩阻力前后悬索桥桥梁-轨道系统的纵向附加力对比分析，研究支座摩阻力对梁轨相互作用的影响。结果表明：滑动支座摩阻力对大跨度悬索桥的制动附加力、偏载下的挠曲附加力和断轨附加力的影响比较显著，对伸缩附加力和对称加载下的挠曲附加力的影响较小；当摩阻系数分别为0.03,0.05和0.1时，偏载下钢轨最大挠曲附加应力分别是不计摩阻力时的58.65%,54.67%和53.39%，对称加载下钢轨最大制动附加应力分别是不计摩阻力时的72.85%,71.87%和71.01%，偏载下钢轨最大制动附加应力分别是不计摩阻力时的42.28%,39.80%和37.67%；随着摩阻系数的增大，钢轨的制动附加应力、偏载下的挠曲附加应力和断轨后钢轨断缝宽度均呈不断减小趋势，而主塔和活动墩的墩顶水平力则呈不断增大趋势。     

铁路32 m简支梁桥墩顶断轨力取值研究

针对现有规范中断轨力取值偏于保守的现状,以铁路常用跨度32 m简支梁桥为研究对象,运用ANSYS有限元软件,建立梁-轨相互作用三维模型,进行墩顶断轨力合理取值研究。结果表明:当考虑墩顶纵向线刚度、参与受力的钢轨股数、轨温差和活动支座摩阻力等因素影响时,计算得到的墩顶断轨力均小于规范值,其中影响最大的是参与受力的钢轨股数,活动支座摩阻力影响最小,可将其作为安全储备;参与受力的钢轨股数越多,墩顶断轨力比规范值小得越多;在钢轨极限轨温差为60℃时,无砟轨道墩顶断轨力仅为规范值的85%;在考虑单线2股钢轨和双线4股钢轨参与受力、参考规范(32+32)m单双线梁墩顶纵向线刚度分别取165～1 500和265～3 000 kN·cm~(-1)时,有砟轨道和无砟轨道桥梁墩顶断轨力均随着墩顶纵向线刚度增加而增大,有砟轨道和无砟轨道(32+32)m单线梁墩顶断轨力宜分别取规范值的28%～70%和15%～49%,(32+32)m双线梁墩顶断轨力宜分别取规范值的19%～65%和8%～40%。     

墩顶转体法施工的大跨度曲线钢桁梁桥总体设计及创新——以国道109新线高速公路安家庄特大桥主桥设计为例

国道109新线高速公路安家庄特大桥为全线的控制性工程,左右幅主桥分别位于半径1 600 m和1 500 m的圆曲线上,依次跨越丰沙铁路、永定河和现状109国道,桥梁施工安全、河道防洪和环保要求均较高。为解决上跨铁路需采用转体法施工以及桥墩阻水比偏高的问题,创新提出了大跨度曲线钢桁梁桥墩顶转体法施工以及大直径厚壁钢管混凝土桥墩的设计方案,左右幅主桥分别采用(248.95+248.95) m钢桁斜拉桥和(171.95+171+75.25) m连续钢桁梁,转体长度分别为(248+248) m和(171+171) m,水中墩采用钢管混凝土桥墩。结合桥位处相关工程建设条件,对桥梁孔跨布置、桥式方案、水中墩结构的选择依据进行分析,简要介绍主桥上部结构、下部结构及基础、转体系统等主要设计内容。该桥突破钢桁梁不宜采用墩顶转体施工的技术瓶颈,扩大了连续钢桁梁桥和墩顶转体技术的使用范围;采用大直径厚壁钢管混凝土桥墩,有效降低了墩柱截面尺寸,拓宽了钢管混凝土结构的应用范围;大跨度曲线钢桁梁构造及受力特性较为复杂,采用BIM正向设计技术,实现了复杂结构信息和设计意图的精准表达,提高了设计效率。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道挠曲力影响因素分析

针对我国高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道梁-板-轨相互作用问题,采用有限元法分别建立双线多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,考虑桥梁及轨道结构的细部尺寸与力学属性,计算列车荷载作用下各轨道及桥梁结构的挠曲力与位移,分析扣件纵向阻力、滑动层摩擦因数等参数对桥上无缝线路挠曲受力与变形的影响规律。研究结果表明:列车荷载作用下大跨连续梁桥上轨道结构的受力与变形要明显大于多跨简支梁桥,单线加载时有载侧和无载侧之间相差不大,且近为双线加载时的1/2;需要根据不同的检算部件选取最不利的列车荷载作用长度;采用小阻力扣件改善钢轨受力与变形时,固定支座桥台和连续梁活动支座桥墩处的轨板相对位移应加强观测;滑动层摩擦因数、固结机构纵向刚度及固定支座墩/台顶纵向刚度均需控制在合理范围内。     

新型明桥面轨枕板式无砟轨道结构参数研究

钢桁梁桥由于其承载性能好和跨越能力较强等优点,在大跨度铁路桥梁中被广泛采用。但大跨度钢桁梁桥具有跨中挠度大、梁端转角大和温度变形敏感等特点,为了减小大跨度钢桁梁桥二期恒载、适应桥梁变形特性,在大跨度钢桁梁桥上采用新型明桥面轨枕板式无砟轨道结构。以南沙港铁路某大跨度钢桁梁桥铺设新型明桥面轨枕板式轨道为背景,采用有限元法建立大跨度钢桁梁桥上轨枕板式无砟轨道结构计算模型,研究了轨枕板结构参数对轨道受力与变形的影响,确定轨道结构的合理尺寸与参数。结果表明:轨枕板的外形尺寸直接影响其受力和变形特征;板下垫层的厚度对垫层的受力特性的影响较大;建议南沙港铁路某大跨度钢桁梁桥上采用具有2组承轨台、宽度为2800 mm的轨枕板,轨枕板厚度为280 mm,板下垫层厚度为120 mm。     

成昆铁路矮塔斜拉桥减隔震体系研究

成昆铁路金沙江大桥位于高烈度地震区，为跨度超过200 m的预应力混凝土矮塔斜拉桥，其减隔震体系关系到铁路运行的安全稳定性。为优化金沙江大桥的减隔震体系，利用MIDAS Civil软件对其支座结构进行有限元建模和计算，分析双曲面球形减隔震支座和三摩擦副双曲面球型减隔震支座及剪力榫结构的动力时程结果。研究结果表明：在罕遇地震下，双曲面球形减震支座结构能够有效减少主塔的墩底剪力和墩底弯矩，其位移大于400 mm,而桥梁纵向伸缩缝尺寸为300 mm,因此支座不满足桥梁纵向位移要求；三摩擦副双曲面球型减隔震支座墩底弯矩增大，墩顶位移和墩底剪力显著减小，墩顶位移为236 mm,小于纵向伸缩缝尺寸，桥墩间的内力相近，减小梁端伸缩量，有利于全桥的内力分布、梁端伸缩装置的设置及列车的平稳运行。     

桥梁横向伸缩对无砟轨道的变形影响研究

研究目的:混凝土桥与路基或钢桥相连时,在桥梁温度变化时,由于梁缝两侧横向伸缩位移的差异会对桥上无砟轨道结构受力及轨向不平顺产生影响。本文通过建立线、板、桥、墩一体化空间耦合模型,分析梁缝附近轨道结构受力及轨向不平顺的影响因素,并确定主要影响因素对应的取值范围,从而为后续桥梁支座、线间距等的设计提供理论指导。研究结论:(1)轨道板温度变化会引起轨距改变,但不会造成轨距超限;(2)CA砂浆层与轨道摩擦阻力在纵向与横向上的分配系数以及桥墩的横向水平刚度对轨向不平顺及凸台受力等影响较小,但钢梁的温度变化幅度及横向固定支座距线路中心线的距离会显著影响凸台受力及轨向不平顺;(3)依据轨向不平顺限值确定了不同桥梁温升幅度及线间距条件下的横向固定支座与活动支座之间的距离限值,为桥梁支座设置提供理论指导;(4)该研究成果可应用于铁路无砟轨道设计中。