成昆铁路矮塔斜拉桥索梁锚固区模型试验研究北大核心

为研究铁路矮塔斜拉桥索梁锚固区的受力形式,以成昆铁路金沙江大桥为工程背景,针对该桥采用的新型梁顶混凝土锚固构造,通过缩尺模型试验研究其在不同荷载下的应力分布和开裂特征。结果表明:在斜拉桥成桥恒载索力作用以及最不利荷载组合索力作用下,C7锚固块更容易发生破坏,将其作为试验构件开展缩尺模型试验,发现锚固块在不同张拉荷载作用下张拉至设计索力的过程中,应变增幅基本上线性增加,卸载后同样呈线性减小,说明混凝土受力处在线弹性阶段,且应力在规范要求范围内。在试验荷载加载至140%设计索力时,锚固块前端倒角位置开始出现细小裂纹且随荷载的增加不断开展。当荷载卸载至0时,之前出现的裂缝随荷载的减小逐渐闭合,宽度肉眼不可见,表明该构造能够满足正常使用要求且具备足够的安全储备。     

斜拉索耳板锚固结构接触应力分析

斜拉桥钢箱梁的索梁耳板式锚固结构构造简单,为南京长江二桥南汊斜拉桥设计采用.以南京长江二桥南汊斜拉桥的设计数据为基准,对耳板销孔处的接触应力用静力试验、弹性理论计算、有限元计算三种方法进行了比较分析.     

大跨度斜拉桥索梁锚固结构力学行为研究

研究目的:大跨钢梁斜拉桥的索梁锚固区是斜拉桥的关键区域,其结构受力复杂且作用荷载较大,仅依据有限元的仿真分析难以准确掌握锚固区的应力分布和传力机理,本文以珠江黄埔大桥(北汊桥)的索梁锚固区静载试验为基础,研究了锚箱式索梁锚固结构的应力分布规律和传力机理。研究结论:珠江黄埔大桥(北汊桥)锚箱试验模型设计合理,能够反映实桥的受力行为;锚箱式索梁锚固结构传力流畅、结构安全,能够满足大跨度钢梁斜拉桥的功能要求。     

公铁两用钢桁梁斜拉桥索梁锚固点位置影响研究

本文以公安长江公铁两用特大桥为工程背景,针对索梁锚固点位置(即索梁锚固点与主梁截面形心的相对距离)对大跨度钢桁梁斜拉桥受力特性的影响展开研究。利用Midas有限元软件,在成桥工况下和活载工况下,建立一系列不同索梁锚固位置的简化梁模型,通过对比不同情形下各主塔支反力、主梁弯矩、主塔塔底弯矩、斜拉索索力和跨中位移的计算结果,得出索梁锚固点位置与斜拉桥内力变化规律,为今后同类型桥梁的设计提供理论参考。     

销铰式索梁锚固结构传力机理及疲劳性能研究

针对销铰索梁锚固结构焊缝密集、局部应力集中明显的问题,以广州跨桂丹路刚架拱连续梁组合桥为研究对象,采用有限元理论分析与模型试验相结合的方法,对销铰索梁锚固结构的传力机理和疲劳性能进行研究。研究结果表明:(1)销铰锚固结构除部分区域存在应力集中外,整体应力水平不高,在1.5倍设计荷载下结构仍处于弹性阶段。(2)索力在结构中的传递是流畅、均匀的,但在焊缝内部的分配是不均匀的,其中耳板-桥面板、耳板-横隔板和耳板-桥面加劲板3处焊缝传递了80%以上的索力,焊缝端部存在一定应力集中,为疲劳设计关键部位。(3)在疲劳荷载下260万次循环加载后,疲劳试验模型的各关键细节均未发现裂纹,该结构疲劳性能满足要求。     

斜拉索锚固结构模型静力试验研究

斜拉桥的索梁锚固区域,受力集中,构造复杂,是控制设计的关键部位.西南交通大学结构试验中心分别对汕头市宕石大桥的钢锚管式锚固结构、南京长江二桥南汊斜拉桥的耳板式和锚箱式锚固结构进行了静力试验研究.将这3次试验的结果进行分析比较,得出结论和建议.     

武九客运专线铁路(82+154+88)m矮塔斜拉桥设计

武汉至九江客运专线铁路西南下行联络线特大桥主桥采用(82+154+88)m矮塔斜拉桥跨越3条既有铁路。通过对矮塔斜拉桥结构形式、主梁构造、桥塔及斜拉索锚固型式、施工方法等进行设计研究,得出如下结论:桥梁满足功能性要求;新型抗滑鞍座能够起到有效锚固作用;转体施工降低了对铁路运营的干扰;桥梁各项指标均满足相关规范的要求。     

郑州黄河大桥斜拉桥索塔锚固区静力试验研究

郑州黄河公铁两用桥主桥全长1 684.35 m,是一座六塔连续钢桁结合梁斜拉桥。斜拉索的锚固形式采用钢锚箱式。通过有限元分析与1∶1.5的缩尺模型试验相结合的方式,研究该斜拉桥索塔锚固区的应力分布、应力大小等情况。通过多节段模型分析确定模型试验所截取的范围,介绍模型设计和加载方式,讨论边界条件对模型试验的影响,表明钢锚箱在设计索力作用下钢锚箱及索塔受力处于弹性状态。     

考虑焊接残余应力下的索梁锚固结构主焊缝受力性能分析

赣江特大桥主桥为跨度300 m的双塔混合结合梁斜拉桥,该桥型系首次在高速铁路上应用,主跨的钢混结合梁索梁锚固系统采用新型锚拉板式结构,其结构形式和施工工艺都进行了较大改进。索梁锚固结构采用焊接工艺,锚固位置受力较为复杂,施焊后焊接残余应力较大。为研究该区域主焊缝受力性能,采用有限元软件ANSYS分别建立锚拉板结构的节段模型和主要受拉焊缝的热-结构耦合模型,对该锚拉板结构连接部位进行考虑焊接残余应力下的受力性能分析。结果表明,焊缝中间区域的最大残余应力未达到屈服,其两侧区域的应力值较小而能够承担较大的外力,焊缝的整体处于弹性工作状态,具有一定的安全储备,但是在设计施工与后期运营中应予以特别重视。     

公轨共用大跨斜拉桥索塔锚固区节段试验研究

以上海长江大桥索塔锚固区为研究对象,采用1∶2.5缩尺模型试验与有限元数值分析相结合的方法,研究钢锚箱与混凝土组合结构索塔在不同索力状态下的受力特性和混凝土塔壁的抗裂性能,模型试验最大试验荷载340 t,达到实际结构设计索力的1.7倍。研究结果表明：试验荷载与实际结构设计索力相同时,钢锚箱有应力集中现象,尽管个别测点的应力超过了材料的设计强度,但钢锚箱整体基本表现为弹性工作状态,塔壁混凝土在横桥向外侧中心部位出现开裂,最大裂缝宽度为0.12 mm;试验荷载为实际结构设计索力的1.7倍时,索塔结构能继续承载,塔壁混凝土的最大裂缝宽度为0.25 mm,表明钢锚箱与混凝土组合结构索塔有很大的超载潜力。     

高速铁路大跨矮塔斜拉桥地震主导振型识别

研究目的:为探明高速铁路矮塔斜拉桥地震响应特性,以某主跨(90+180+90) m矮塔斜拉桥为工程背景,基于理论推导及非线性有限元分析,采用平均模态应变能系数为指标,开展该桥型地震作用下主导振型识别,研究其动力特性。研究结论:(1)平均模态应变能系数能同时考虑结构及地震动特性,可作为矮塔斜拉桥振型识别指标,具有高效、精确等特点;(2)梁式体系矮塔斜拉桥在x和z方向主导振型较y方向敏感,反映出结构在这两个方向的动力效应更显著;(3)振型分解反应谱法和时程分析对比可得出,考虑主导振型组合能满足实际工程需求,桥梁主导振型识别对掌握结构地震响应特性具有重要意义,可为地震损伤分析、桥梁减隔震设计等提供依据。     

新型铁路钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构传力机理及应力分析

针对大跨度铁路斜拉桥活载重、索梁锚固区应力幅度变化较大等特点,宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥采用了全新设计的双挑式索梁钢锚箱。作为双挑式索梁钢锚箱的主要受力构件,支承板和承压板分别通过其双侧焊缝与主梁边腹板和风嘴板焊接在一起,形成由主梁风嘴板与边腹板共同承受并传递索力的新型索梁锚固结构。采用仿真分析与模型试验相结合的方法,进行该新型索梁锚固结构传力机理及应力分布的研究。结果表明:采用新型索梁锚固结构后,通过支承板与主梁边腹板和风嘴板间的连接焊缝,以受剪的形式将大约94%的斜拉索索力传递给钢箱主梁;虽然新型索梁锚固结构的各关键受力构件均存在一定程度的应力集中,但与传统的钢锚箱相比,可有效解决偏心弯矩引起支承板焊缝顶端应力集中严重的问题。     

先简支后结构连续梁桥现场静载试验与评估

为评价一座先简支后结构连续梁桥的承载能力和工作性能,选取其14~#跨和15~#跨进行静载试验,基于荷载试验方法,测试了各工况下控制截面的应变和位移,并与理论计算值进行了比较。研究结果表明:T梁各控制截面上测点的应变校验系数和挠度校验系数均1,结构整体刚度较大;各荷载工况的挠度和应变实测值与理论值变化规律基本一致,除偏载工况中5~#T梁挠度和应变实测值受桥梁荷载横向分布系数影响略大于理论值外,其余截面各测点的实测值均小于理论计算值,桥梁的实际状况较好;各测点相对残余应变和变形均未超出规范限值20%,满足结构刚度要求;T梁测试截面受力状况无异常,桥梁结构整体承载能力及刚度满足设计荷载(公路-Ⅰ级)正常使用要求。     

一种新型斜拉桥索-塔锚固结构的设计研究

研究目的:某斜拉桥项目采用非对称独塔斜拉桥结构形式,索塔两侧拉索索力在施工阶段及成桥运营阶段差异较大,为有效解决这个问题,设计将交叉锚固形式与索鞍锚固形式相结合,在传统分丝技术索鞍基础上,索塔两侧单根钢绞线均穿过各自分丝管分别利用抗滑键锚固在索塔的相对一侧,每一根钢绞线均可作为一个单独的拉索系统,亦可以实现单根钢绞线换索。本文通过对该类型斜拉桥索-塔锚固结构进行研究,包括有限元计算分析及模型试验,为该类型索-塔锚固结构用于其他项目提供一些建议。研究结论:(1)与现有的索鞍锚固形式相比,该形式彻底解决了斜拉索在弧形索鞍处的滑移问题,可以满足桥梁索塔两侧拉索索力不同的使用需求;(2)可以根据索塔两侧不同的索力需求设置不同的拉索结构形式,达到降低拉索用量的目的;(3)与空心塔侧壁锚固形式相比,本索-塔锚固结构形式可以使混凝土索塔只受压不受拉,提高了结构的耐久性,而且可以简化索塔结构,达到为斜拉桥索塔"瘦身"的效果;(4)本索-塔锚固结构形式在中小跨径独塔斜拉桥中具有良好的应用前景。     

钢板加固简支梁桥静载试验研究

为了评价一钢板加固简支梁桥的技术状况和承载能力,选取其第1跨进行了静载试验,测试了控制截面上各测点的应变和位移,并与理论计算值进行了比较。结果表明:控制截面上各测点的结构应变校验系数和位移校验系数均1.0,结构在强度与刚度方面均有适当的安全储备,实际工作性能较好;各测点的相对残余应变和相对残余位移均不超过规范上限值20%。计算结果均满足规范要求,结构整体的技术状况和承载能力能够满足正常使用的需求。     

多孔火山岩骨料混凝土轨枕疲劳裂缝扩展研究

为研究多孔火山岩粗骨料混凝土轨枕在东非地区铁路轨道工程中应用的可行性,对其进行了疲劳试验,利用三维光学应变测量仪和裂缝测宽仪对轨枕疲劳试验中产生的裂纹高度和宽度进行测量,研究轨枕疲劳裂纹扩展规律。研究发现:疲劳裂纹扩展速率呈现明显的非线性特征,多数情况下最终裂纹高度小于中和轴高度;最大残余裂纹宽度小于0. 05 mm,满足规范要求。表明多孔火山岩骨料混凝土轨枕疲劳性能满足中国现行规范要求,可在东非地区推广应用。     

城际铁路弹性支承块式无砟轨道结构优化及检算

为合理控制城际铁路轨道工程投资,针对城际列车轴重轻、编组小的特点,对弹性支承块式无砟轨道进行结构优化设计与检算分析。基于数值分析理论及有限元分析方法,研究隧道内弹性支承块式无砟轨道在设计轮载及现浇混凝土收缩荷载组合下裂缝开展情况,并进行道床板配筋设计及裂缝宽度检算;基于定额测算对比城际铁路与客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道的经济性。结果表明:城际铁路弹性支承块式无砟轨道道床板纵向只需配构造钢筋,按照配筋设计检算得出的道床板横向最大裂缝宽度为0.205 mm,小于裂缝容许值;相比于客货共线铁路,城际铁路弹性支承块可降低投资约10%。     

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。     

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。     

基于一阶优化方法的钢-混凝土组合索塔锚固区结构设计

研究了斜拉桥内置式钢锚箱钢-混凝土组合索塔锚固区的结构优化设计。建立以索塔锚固区典型节段的建造成本和水平承载力为综合目标的多目标优化模型,以索塔混凝土塔壁的厚度、钢锚箱侧板尺寸、塔壁配筋为设计变量,建立设计变量与满足塔壁裂缝宽度、塔内钢筋配筋率、钢锚箱屈服强度要求的状态变量之间的约束关系,采用一阶优化分析方法确定钢-混凝土组合索塔锚固区最优结构尺寸,得到了钢-混凝土组合索塔锚固区设计的最优方案。优化结果显示:针对索塔锚固区的钢锚箱侧板与混凝土塔壁形成的组合结构承受斜拉索水平力的特点,建立以建造成本和水平承载力为综合目标的优化模型是合理的,充分发挥了钢材和混凝土两种不同材料的性能,有效的控制塔壁混凝土裂缝产生。