桥墩附近桥面局部风环境数值研究

桥墩的存在改变了主梁的空气绕流特征,容易使桥面形成局部风场,可能导致桥上运行车辆气动力的突然变化而直接威胁行车安全。然而,目前对于桥墩影响下桥面的局部风环境少有研究。为探明桥墩影响下桥面的局部风场特性,本研究以数值模拟方为基础开展了研究。以某跨海大桥桥墩—主梁侧风绕流为对象,采用CFD数值分析方法建立模型,探究桥墩附近桥面不同行车道上局部风环境特征,通过有无风屏障的模拟分析风屏障对桥面风环境突变效应的影响,考察了桥墩影响下桥面局部风场沿桥轴向的变化。通过与风洞试验结果进行对比,验证了所采用数值模型及计算方法的准确性。通过不同风速条件确定了雷诺数对有无风屏障下桥面风场的影响,以桥墩-主梁绕流的流线明确了局部风场特征,采用风速变化率量化桥墩影响下桥面风环境的突变效应。分析表明:对于所采用的桥墩-主梁对象与风屏障,桥面风环境对雷诺数不敏感;桥墩的出现导致了桥面出现大的漩涡与分离流动从而形成了桥面局部风场,使得车辆高度范围内迎风侧车道风速总体大于背风侧车道;桥墩沿桥轴向对桥面局部风场的影响随车道与高度的不同而存在差异,背风侧车道受影响高度大于迎风侧车道;风屏障弱化了风速在桥墩附近的突变效应,有利于桥面行车安全。     

小跨宽幅连续梁桥支座负反力分析

为研究小跨宽幅连续梁桥的受力特性和支座负反力问题,以河南沁阳市一座无梁板桥设计项目为研究对象,利用Midas/Civil软件分别建立单梁模型、梁格模型和板壳模型进行对比分析,提出适合工程设计的桥型方案。主要解决无梁板桥在温度梯度和不均匀沉降作用下产生较大的支座负反力问题,对结构构造进行结构优化。结果表明:宽幅桥建议采用梁格模型分析,按单梁模型计算的内力和支撑反力与实际偏差较大,无法指导设计;温度梯度和不均匀沉降对反力的影响非常大,荷载组合考虑这两项作用时,小跨宽幅连续梁桥出现支座负反力的概率较大,应引起重视;组合作用下,负反力不仅会出现在桥台的支座处,桥墩处也可能出现;横向支座多于两个时,相邻支座的反力相差较大,桥台处的外侧支座和桥墩上的内侧支座出现负反力的可能性相对较大;结构设计时,增加桩长以减少基础不均匀沉降,减小板厚、降低主梁刚度可以明显降低支座负反力的出现概率,而调整边中跨比影响相对较小。     

地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析

为了研究大跨桥梁在风、车及地震联合作用下的动力响应,在已有风-车-桥耦合振动分析程序的基础上,利用大质量法模拟桥梁受到的地震作用,建立了地震-风-车-桥耦合振动分析的数值模拟平台,通过质量-弹簧-阻尼系统模拟车辆模型,利用有限元方法建立桥梁模型,采用谱表示法模拟路面粗糙度、风场和地震动,通过分离迭代方法求解地震-风-车-桥耦合振动系统的动力响应。以主跨1 088 m的苏通大桥为例,基于建立的地震-风-车-桥耦合振动分析平台,计算分析了日常风荷载与地震联合作用下桥梁和车辆的动力响应;并进一步探究了地震动完全空间变异性对地震-风-车-桥耦合系统车桥动力响应的影响。结果表明：处于日常运营阶段的大跨桥梁结构（仅承受风和车辆荷载）受到突发地震时,桥梁和桥上行驶车辆的动力响应将急剧增加,地震动对车-桥系统动力响应起控制作用;与地震-车-桥系统中的桥梁响应相比,考虑风荷载会增加主梁跨中的横向振动,但对主梁跨中的竖向振动会有抑制作用;与只考虑地震荷载作用的车桥响应相比,同时考虑地震和平均风速为20 m·s^-1的脉动风荷载联合作用下的主梁跨中横向位移极值最大增大约40%。虽然地震动是车桥耦合振动的控制荷载,但是日常风荷载对大跨桥梁车桥振动的影响不可忽略。地震发生后,车辆的横向加速度极值超过0.5g,竖向加速度极值接近1g,可能引起车辆的侧滑或翻滚,车辆的运行行为有待进一步研究。与仅考虑地震动行波效应相比,考虑地震动完全空间变异性的车桥振动响应不仅在波形上产生很大差异,而且响应极值也发生了较大的变化,可见在地震动输入时需要考虑完全空间变异性来保证得到的车桥响应结果偏于安全。     

空间曲塔大跨斜拉桥抗风性能研究

跨江大桥跨径较大，桥位风速较高，抗风问题至关重要。随着桥梁造型逐渐复杂，规范中一般公式无法适用其抗风计算，因此针对某主跨为238 m的跨江空间曲塔斜拉桥的抗风性能进行了研究。研究内容包括：利用虚拟风洞试验技术获取了主梁的静气动力系数、气动导数以及桥塔分段的模拟风荷载；利用三维颤振稳定性分析方法检验了主梁颤振性能；对主梁的涡激共振进行了数值模拟，得到了不同风攻角下的振幅-风速曲线；分析了结构静风荷载下的位移响应。结果表明，该桥主体结构的抗风性能均满足规范要求。     

连续曲线梁桥顶升纠偏仿真分析方法

本文针对弯梁桥中普遍存在而又极易被人忽视的桥梁偏位问题展开研究。以依托工程——孤山川11号桥(曲线梁桥)为例,对桥梁顶升、纠偏数值模型的建立方法进行了讨论,在此基础上完成了对依托桥梁的顶升、纠偏施工仿真分析。得出了使用位移模拟主梁顶升施工,顶升桥台处主梁截面应力增量与顶升桥墩处主梁截面应力增量差别较大;顶升桥台与桥墩断面主梁时,其截面应力增量规律相似,且小于应力限值等结论。论文所提分析方法从理论上保证了桥梁顶升、纠偏施工的安全性和可行性。     

混凝土连续梁桥空心墩墩顶局部应力分析

大跨度预应力混凝土连续梁桥桥墩是结构的关键部位之一,桥墩墩顶截面的受力很复杂。本文通过建立某连续梁桥空心墩的空间有限元模型,分析了空心墩在竖向荷载及温度荷载作用下的墩顶局部应力分布特征,指出在墩顶对称轴附近存在较大拉应力,特别在墩实体过渡段下部;而且在骤然降温时,桥墩外表面出现较大横向拉应力。因此要注意配筋,防止出现裂缝。     

风浪荷载共同作用下大跨度刚构桥动力响应规律研究

风浪作用在结构上会对结构产生动力作用,从而影响到结构的内力及响应。为研究风浪作用下大跨度连续刚构桥的动力响应规律,利用通用有限元软件ANSYS建立了刚构桥的有限元模型,并以经典理论为基础,在风浪耦合关系的基础上建立了风场和波浪场的数值模型,此数值模型在抖振力响应的基础上考虑了波浪对风场的影响。对大跨度刚构桥在风浪荷载共同作用下的动力响应结果进行了分析。研究结果发现:对比风荷载、波浪荷载单独作用及风浪荷载共同作用下桥梁不同位置的横向位移响应结果,墩顶位移相对增幅要大于跨中位移相对增幅,波浪荷载作用对桥梁横向位移响应的影响从桥墩到跨中依次减小;对比风荷载、波浪荷载及风浪荷载共同作用下桥梁墩底剪力及墩底弯矩响应结果,波浪荷载作用对墩底横向剪力、墩底纵向剪力、墩底绕横桥向弯矩和绕纵桥向弯矩均有明显影响,波浪荷载作用对墩底剪力的影响很大,对墩底弯矩的影响较大;风浪荷载共同作用并不是风荷载、波浪荷载单独作用下响应的简单叠加,波浪形成时会对风场产生影响,除了随机湍流风速以外,波浪会引起与波浪同步的上方气流速度变化,在风浪场中的风速模拟时,需要考虑波浪对上部气流的影响,因此对横向位移响应影响较大的主要作用为风荷载作用,但并不意味着可以忽略波浪荷载的作用。     

梁拱组合桥力学性能敏感性分析

梁拱组合桥构造相对复杂,施工过程不确定因素对桥梁线形及受力影响较大。通过建立精细化空间杆系有限元模型,研究预应力张拉误差和混凝土荷载等力学参数变化对结构应力及桥梁线形的影响。分析结果表明:当主梁混凝土自重比设计值大时,主梁顶板压应力减小,底板压应力增大,跨中合龙段附近主梁向上挠度减小;在梁拱组合桥成桥阶段,预应力张拉误差对主梁跨中挠度影响较为突出,梁拱组合桥在最大悬臂阶段预应力误差对桥墩附近主梁的挠度影响相对较小,越靠近悬臂端预应力误差对主梁的挠度影响越大。研究成果可为梁拱组合桥的设计及施工过程提供技术参考。     

基于计重收费数据的大跨径桥梁荷载效应评估

为提高大跨径桥梁车辆荷载效应的评估精度,建立融合计重收费数据和微观交通模拟技术的桥梁荷载效应评估方法。该方法根据计重收费数据建立车型、车重、轴重和轴距的数学模型,模拟产生静态随机车队;将多轴单元胞自动机模型作用于静态车队,形成动态荷载流,加载于桥梁影响线,获得荷载效应时程;采用极值外推法估计长回归周期下的荷载效应特征值,以此评估桥梁的荷载效应水平。采用该方法对润扬长江大桥开展自由和拥堵交通下的荷载效应分析,结果表明:该桥在自由交通下主梁的竖向位移预测极值与规范计算值的比值最大为0.58,行车平稳性好;拥堵交通下主梁弯矩、桥塔弯矩和主缆缆力的预测极值均低于规范值,但吊杆轴力预测极值与规范计算值的比值达1.07,增加了失效风险,运营中需控制该状况的上桥车辆数并及时疏散交通拥堵,以提高桥梁安全性。     

考虑桥面板现浇层刚度对连续梁桥静动力性能的影响

进行桥面板现浇层结构计算时,一般不考虑其对主梁刚度的贡献,但实际上现浇层刚度对连续梁桥静动力性能存在影响。为研究影响效果,该文以某连续梁桥(48+80+48)m为例,采用Midas/Civil建立模型,对比分析了是否考虑桥面板现浇层刚度情况下连续梁桥的弯矩、挠度、频率;对比分析了两种桥面板现浇层刚度模拟方式——截面输入和板单元模拟同一桥面板现浇层刚度占比下连续梁桥的弯矩、挠度、频率。经对比研究后发现:①不考虑桥面板现浇层刚度与截面输入模拟桥面板现浇层刚度连续梁桥的挠度、频率相差较大且随着考虑刚度占比增加而增大,弯矩差别可忽略不计;②截面输入和板单元模拟桥面板现浇层刚度的连续梁桥挠度、频率差别较小,弯矩差别较大且随着考虑桥面板现浇层刚度占比增加而增大。在进行桥梁优化设计、旧桥等级评估或者荷载试验时,应考虑桥面板现浇层刚度的贡献。     

高风压、高地震区大跨连续刚构高墩设计与分析

克其克苏布台特大桥是一座位于高风压、高地震区的高墩大跨铁路桥梁,是精伊霍铁路的重点工程之一,为全线最高桥。结合该桥介绍高风压、高地震区大跨连续刚构桥空心高墩的结构特点和计算方法。     

桥上无缝线路温度伸缩力的分析与研究

介绍了高速铁路三跨简支梁桥上无缝线路固定区温度伸缩力的试验研究成果,通过实测及理论计算,分析了温度伸缩力在墩台及钢轨上的分布情况。     

山区高速铁路简支梁与长联连续梁适宜性研究

经过多年的发展，通过自主研究、引进消化吸收再创新，我国高速铁路技术得到了快速的发展。根据2016年国务院审议通过的《中长期铁路网规划》，在我国中西部广大地区，将新建多条山区高速铁路。对于山区客运专线铁路，当线路跨越长段沟谷地段时，需采用多个高墩跨越沟谷，多跨简支桥或长联连续梁桥是可供选择的桥梁结构型式之一，需对这种地形条件下的桥梁结构适宜性进行研究。为确定经济合理的桥梁结构型式，通过对比分析长联连续梁与简支结构的受力特点，并结合贵广、成贵等高铁桥梁设计经验，提出了不同联长条件下的桥梁设计原则及解决措施，可为山区高速铁路桥梁设计建造提供参考。     

高墩桥梁地震响应分析

近年来,高墩桥梁越来越多地在西部强震地区被采用,并且多采用简支梁桥、连续梁桥和刚构桥。对具有高墩的某桥梁工程进行高墩桥梁抗震性能分析,研究高墩动力特性和地震响应特点。并通过适当的改变结构形式降低桥墩的地震响应,达到较好的减震效果,可为高墩桥梁的建设和抗震设计提供参考。     

桥墩类型对波纹钢腹板连续刚构桥动力特性的影响

为研究不同类型桥墩对波纹钢腹板连续刚构桥动力性能的影响,以某实际项目的波纹钢腹板连续刚构箱梁桥为研究对象,采用群柱式桥墩、双薄壁桥墩、空心桥墩、实心桥墩4种类型桥墩对该桥动力特性进行对比分析。利用力学公式计算各桥墩抗扭性能;利用有限元分析软件MIDAS Civil分析各桥墩前20阶振型及自振频率。分析结果表明:采用空心桥墩可有效改善波纹钢腹板连续刚构桥上部结构的抗扭性能及提高其横向抗推刚度,并且空心桥墩工程量明显小于实心桥墩,设计波纹钢腹板连续刚构箱梁桥时,空心桥墩具有较大的优势。     

新建安九铁路鳊鱼洲长江大桥总体设计

新建安九铁路鳊鱼洲长江大桥采用两线350 km/h高铁及两线200 km/h客货共线标准建设。南汊航道桥采用主跨672 m双塔钢箱混合梁交叉索斜拉桥,北汊航道桥采用主跨2×140 m独塔竖琴式预应力混凝土梁斜拉桥,鳊鱼洲及北汊非通航孔区采用48 m简支梁桥,跨北岸大堤采用主跨100 m变高连续梁桥,南、北岸引桥除连续梁外均采用32 m、24 m铁路标准梁,基础均采用桩基础。其中南、北汊航道桥采用整幅修建,其余采用分幅修建。桥址区基岩为灰岩,岩溶发育,设计采用了预注浆及抛填片石粘土法或灌注低标号片石混凝土措施进行处理。     

连续梁桥纵向地震碰撞反应参数研究

针对连续梁桥在地震作用下伸缩缝处的碰撞现象,建立了考虑支座非线性和墩柱弹塑性的碰撞模型。在此基础上,应用非线性时程方法研究了纵向地震作用下连续梁桥相邻联的非同向振动和伸缩缝处的碰撞效应。分析结果表明:影响碰撞反应的主要因素是相邻联的周期比和基本周期的大小,相邻联的质量比、伸缩缝间隙大小以及墩柱的弹塑性等因素对连续梁桥地震碰撞反应也有重要影响。同时还发现:碰撞对高度不同向振动的相邻联影响较大,当相邻联的周期比T1/T2>0.7时,碰撞对连续梁桥纵向地震反应的影响较小。     

紊流影响下车-桥系统气动力特性风洞试验

为了研究横风作用下紊流参数对车-桥系统气动力特性的影响，以典型32 m简支梁桥和CRH2列车头车为背景，首先根据阻塞比要求设计几何缩尺比为1：25的桥梁和列车测压试验模型；然后通过在风洞试验段入口处采用"格栅条"被动紊流发生装置，模拟一系列紊流风场；最后开展不同工况下车-桥组合风洞动态测压试验，测试列车和桥梁表面风压，并积分获得列车和桥梁气动力。基于此，分析了双线轨道不同位置下，顺风向紊流度、紊流积分尺度对列车表面风压和车-桥气动力分布的影响规律，并讨论了风攻角对车-桥气动力系数的影响。结果表明：列车表面平均风压系数随紊流度的增加而减小，紊流风场中列车和桥梁气动侧力（阻力）系数均小于均匀流场；紊流度对迎风侧轨道列车的影响更为显著，而对车头气动力特性影响较小，车身侧力（阻力）系数随紊流度增加而显著降低，升力系数和力矩系数随紊流度的变化规律并不显著；桥梁气动力系数对紊流度变化的敏感程度小于列车，其侧力（阻力）系数并非随紊流度的增大而单调减小，升力系数随紊流度增加而增大，力矩系数随紊流度的变化规律并不明显；车-桥气动力系数受紊流积分尺度的影响小于紊流度，桥梁侧力（阻力）系数受影响程度大于升力系数和力矩系数；列车位于背风侧轨道时，车-桥气动力系数随紊流积分尺度变化的敏感程度小于列车位于迎风侧轨道；风攻角和紊流参数对车-桥气动力特性的影响是相互独立的，且受列车路线布置方式影响不大。研究结果为紊流风场下的行车安全性提供了数据和资料。     

3×340m公铁同层合建多塔斜拉桥总体设计

珠机城际铁路金海特大桥位于磨刀门水道入海口,与金海高速公路大桥同层合建,主桥采用(58.5+116+3×340+116+58.5)m四塔三主跨斜拉桥。桥面宽度达49.6 m,中间布置荷载较重的双线城际列车,两侧布置荷载较轻的高速公路。为提高多塔斜拉桥的结构刚度并释放长联温度效应,采用刚构-连续体系,中塔塔梁墩固结,边塔塔梁固结、塔墩分离。主梁采用大挑臂式钢箱梁结构,由单箱三室钢箱梁加两侧挑臂组成,便于钢箱梁腹板与钢塔的壁板连接,实现塔梁固结。桥塔采用空间四柱式钢塔,其下桥墩为钢筋混凝土双肢薄壁结构。斜拉索采用LPES7-199~LPES7-379型Ⅱ级松弛平行钢丝拉索,按两平行索面扇形布置。钢塔及钢梁在工厂制造,再浮运至桥位安装。结构静动力分析结果表明,结构受力性能良好,安全可靠。     

九堡大桥组合结构桥梁的技术构思与特色

杭州九堡大桥跨越钱塘江,全长1 855 m,是一座全部采用组合结构的大型越江桥梁工程.主航道桥与非航道引桥分别采用大跨度连续组合拱桥和连续组合箱梁桥,组合拱桥与组合箱梁桥均采用多点同步顶推法施工技术.其中,引桥顶推施工时,85 m跨间无临时墩;主桥顶推施工时,210 m跨间仅设置1座临时墩.该桥的建设方案展现了新的理念、技术以及创新点.