高速铁路纵横梁体系结合桥面横梁面外弯曲问题的研究

中国大跨度高速铁路钢桁梁桥大多采用钢-混凝土结合桥面,横梁的面外弯曲是设计中的关键问题之一.本文针对高速铁路混凝土板仅与纵梁结合的纵横梁体系,从结合桥面系变形协调出发,推导出横梁面外弯曲问题的计算公式,并结合算例分析各种因素对横梁面外弯曲问题的影响.桥面系的连续长度和下弦杆的轴应力越大、下弦杆结点对于横梁的约束刚度越大、纵梁与下弦杆的距离越小,横梁的面外弯矩和弯曲应力越大.在四线铁路三主桁下承式钢桁梁桥中,中桁对横梁的约束近于绝对刚性,纵梁离中桁下弦杆的距离较小,使横梁的面外弯曲应力较二主桁桥梁大得多.     

简支下承式桁梁结合梁的模型试验

设计制作一个4节间下承式桁梁结合梁模型。分3个阶段10种荷载工况进行模型的力学性能试验,研究简支下承式钢桁结合梁桥的受力性能。结果表明:主桁的挠度和内力可以按平面桁架计算;桥面系中存在起控制作用的横梁,设计中应特别关注;纵梁主要受轴向拉伸和竖向弯曲作用,最大拉应力出现在每节间正中截面的下翼缘,内侧和外侧无多大区别;混凝土板的受力状态以竖向荷载作用下的弯曲为主;竖向偏载和水平偏载都不控制设计。     

高速铁路下承式钢桁结合梁桥在偏载作用下的受力特性分析

以京沪高速铁路64 m简支下承式钢桁结合梁桥为对象,采用作者曾经提出的空间板梁单元和常规板壳单元、空间梁单元和空间桁单元离散结构,对其在偏载荷载作用下的受力特性进行空间有限元分析,计算主桁、混凝土板和纵、横梁的应力和位移。结果表明:该桥在偏载荷载作用下符合强度刚度要求。     

高速铁路下承式大跨度系杆拱桥无碴轨道桥面结构形式的对比研究

针对高速铁路下承式大跨度无碴轨道系杆拱桥,通过有限元分析,对桥面结构采用混凝土板与纵横梁半结合方案和全结合方案的动力特性、稳定性和受力性能进行综合对比研究。研究结果表明:与半结合方案相比,全结合方案桥梁刚度较大,尤其是横向刚度;桥梁动力特性和稳定性也较好;系梁承受的纵向力较小,桥面系参与系梁的第一系统作用较大,混凝土板应力水平整体较高,尤其是在端部节间;纵梁面外弯矩及其对应的面外弯曲变形都较小,横梁面内、面外弯矩及其对应的弯曲变形也都较半结合方案的小。建议半结合方案加强纵横梁交接处的局部构造,尤其是横梁与外纵梁交接处;全结合方案混凝土桥面板宜采用高配筋,特别是端部节间。     

下承式钢桁结合梁在双线对称荷载作用下的近似解

下承式钢桁结合梁桥是适合高速铁路的桥梁结构形式之一,由于受力复杂,难以直接确定其在荷载作用下的精确解析解.本文根据下承式钢桁结合梁的变形特征,将其进行连续化处理, 等效为闭口薄壁组合箱形梁.然后用势能驻值原理导出下承式钢桁结合梁考虑桥面系钢纵梁-混凝土板相对滑移、横梁竖向变形的影响和混凝土板剪滞效应的控制微分方程.根据结构在双线对称荷载作用下的受力特点,假设等效闭口薄壁组合箱形梁的位移函数,求出下承式钢桁结合梁的近似解.利用本文方法对一个4节间简支下承式钢桁结合梁试验模型进行结构的位移和应力计算.通过将本文解与试验结果对比,说明本文公式的正确性.     

高速铁路下承式钢桁结合桥研究

下承式钢桁结合桥跨度大、建筑高度低、刚度大、噪声小、施工快捷,在法国和日本高速铁路上已有应用,我国目前还没有一座这样的桥梁。本文通过有限元分析和模型试验,对下承式钢桁结合桥的结构体系、桥面系结合形式、有限元分析方法、节间长度及纵梁根数对桥面系受力状态的影响、混凝土板裂缝宽度控制等问题作了研究,认为因地制宜地选取下承式钢桁结合桥的合理结构形式用于我国高速铁路建设和既有线提速改造可收到较好的经济效益和社会效益。     

下承式密布横梁体系钢桁结合梁桥受力性能分析

下承式钢桁结合梁桥通过桥面板与主桁结构的连接形成稳定的空间结构,使得桥梁的刚度,特别是面外抗弯刚度得到了有效提高。密布横梁体系的下承式钢桁结合梁桥则取消了纵梁,增加了节间横梁,改善了桥梁结构主桁的受力情况。本文以跨度64 m的密布横梁式钢桁结合梁桥为例,通过静、动载试验和有限元分析,研究了该结构体系的受力特性。研究结果表明:该桥一阶横向自振频率满足规范要求;且由于桥面板与下弦杆形成的整体共同承受外部荷载,在30 t轴重荷载作用下弦杆与横梁受力较小,最大应力分别为26.39,30.73 MPa,并有效减小了下弦杆挠度,实测挠跨比远小于限值;混凝土桥面板以受拉为主,顺桥向最大应力为3.53 MPa。该桥动力性能良好,跨中横、竖向振动特性均满足规范要求,满足30 t轴重重载运输要求。     

高速铁路下承式结合梁系杆拱桥桥面结合方式

针对高速铁路下承式结合梁系杆拱桥,通过有限元分析,对纵横梁桥面系和密布横梁桥面系2种结合方式、混凝土桥面板不同的分块方式等问题进行研究。结果表明:纵横梁桥面体系在纵横梁交点处存在应力突变,其横梁应力较密布横梁高。对于密布横梁方案,随着混凝土断缝数量的增多,系梁挠度增幅不大,系梁和拱肋内力变化不大,但横梁应力有所降低,混凝土桥面板的整体应力大致呈降低趋势;在施工上,密布横梁体系比纵横梁体系简单方便。对于128 m跨度双线下承式钢系杆拱桥的桥面结合方式,建议采用密布横梁体系,桁距16 m,混凝土桥面板设置断缝,按5节间(25 m 27 m 24 m 27 m 25 m)布置。     

连续钢桁结合梁桥负弯矩区桥面系受力影响因素和改善方法研究

以1座下承式连续钢桁结合梁桥为例,采用有限元法研究了桥面系的受力特性,考察了中支座区域桥面系受力状态与混凝土板板厚、纵梁抗拉刚度及抗弯刚度的关系;针对纵横梁及混凝土板在中支座区域受力比其他区域突出的问题,探讨解决方案。研究结果表明:在中支座两侧节间内,随着纵梁抗拉刚度的增加,纵梁轴力增加速度逐渐减慢,且低于抗拉刚度的增加速度;随着纵梁抗弯刚度的增加,纵梁竖向弯矩也增加;采用较高的纵梁或增加混凝土板厚对降低中支座区域纵横梁的应力效果并不明显,相对而言,选择合适的纵梁高度并增加翼缘厚度或采用4根小纵梁的方法均可降低该区域纵横梁的应力水平,在中支座两侧节间内再布置横梁时纵横梁的应力可进一步降低。     

负弯矩作用下钢—混凝土结合梁性能研究

芜湖公铁两用长江大桥系双层，上层为公路桥，下层为双线铁路桥，为了使上层公路桥面板以帮助主桁上弦杆抵抗巨大的纵向压力，正桥全部采用混凝土桥面板与钢桁梁共同作用的板桁结合梁。但是，在主桥边跨各连中间墩附近的上层混凝土板却处于受状状态。为了给芜湖桥受拉区板桁结合梁提供合理的结构形式和设计依据，本研究制作了4根大尺寸结合梁，它们的尺寸，钢构件相同，但混凝土板及连接件的数目与布置不同，其中两根梁的混凝土板为全部工地现浇高配筋混凝土，另两根为预应力预,制混凝土板＋工地后浇微膨胀混凝土，在负弯矩作用下，每梁先做200万次疲劳试验，再做极限承载力试验，对结合梁的疲劳性能，极限状态，包括刚度，应变，混凝土板中的裂纹等作了对比研究，研究成果已应用于芜湖桥受拉区结合梁的设计。