魁北克大桥连续倒塌过程及结构冗余度分析

加拿大魁北克大桥为(152.5+549+152.5)m连续钢桁梁桥,在其架设过程中由于杆件失效导致连续垮塌。为分析该桥的失效模式与冗余度的内在联系,通过理论推导和空间有限元模型,对整体结构和最先失效的下弦压杆A9L的连续垮塌过程及结构冗余度进行分析,并研究了关键影响参数。结果表明:架桥机显著增加了A9L杆轴力,直接导致其失效,整体结构为静定结构,缺乏冗余度;缀条因连接铆钉抗剪强度不足失效,导致分肢失去侧向支撑而失稳破坏,压杆结构冗余度不足;压杆初始挠跨比对其稳定性和受力影响不大,提高缀条刚度和改善缀条结构形式可大幅度提高杆件承载能力和冗余度。     

钢箱梁U肋嵌补段疲劳开裂机理与养护措施研究

某大型悬索桥为主跨1650 m的两跨连续钢箱梁悬索桥,加劲梁采用扁平流线型分离式双箱。近2年在正交异性板钢箱梁顶板U肋嵌补段发现焊缝开裂状况,为研究及处治该病害,采用大型有限元程序ANAYS进行局部仿真计算,分析焊缝开裂后的应力分布规律、影响范围。结果表明:重车轮压的疲劳荷载、施工焊接质量等是嵌补段焊缝开裂的主要原因;钢箱梁顶板U肋嵌补段焊缝开裂会对邻近结构抗力产生影响,U肋嵌补段开裂使相邻U肋嵌补段焊缝应力增加11.8%,使U肋与顶板之间焊缝主拉应力增加57%,使邻近位置的横隔板弧形缺口主拉应力增加6%。根据分析结果建议尽早处治焊缝开裂问题,短期养护措施推荐在低应力区打止裂孔和设置临时支撑架,长期养护措施建议刨去已开裂焊缝后补焊、嵌补段整体切割后补焊和改用高强度螺栓连接方式。     

长边跨高墩大跨连续刚构桥施工方案比较

多跨连续刚构桥属高次超静定结构,施工至成桥需经历复杂的体系转换过程,施工过程显著影响成桥后的线形与受力状态。某山区连续刚构桥长边跨现浇段施工时,由于墩高及地形限制无法采用落地支架和长悬臂托架施工,为减小边跨现浇段长度,提出增设不对称悬浇段的非对称施工方法。以该桥为背景建立有限元仿真模型,分析3种不同施工方案对施工过程及成桥后结构应力与变形的影响,探讨高墩大跨度连续刚构桥的合理施工方案。研究表明:3个施工方案施工和运营阶段应力与变形均满足规范要求;边跨增设非对称悬浇段时,对成桥应力影响较小,主梁下缘压应力储备增加,上缘压应力储备略有减小;增设非对称悬浇段会导致边跨跨中长期挠度增大,但通过合理设置预拱度,不影响成桥线形实现;先边跨、再中跨的合龙顺序有利于减小边跨跨中长期下挠;非对称施工时最大悬臂状态第一类稳定系数较原设计略小,但安全储备仍较高。     

上坡米1号大桥边跨合龙和现浇段设计与施工方案优化

上坡米1号大桥跨径布置为(6×40 m)T梁+(72+120+120+72)m预应力混凝土连续刚构+(3×40 m)T梁,连续刚构主桥两个过渡墩分别为69.91、58.37 m,原设计边跨现浇段和合龙段长分别为11 m和2m,施工采用吊架承重结构体系。由于施工过程中跨配重吨位大,施工控制比较难,一旦在某个施工环节出现疏忽,产生的轻则是不可逆转的质量问题,重则是质量安全事故。为此,工程师们围绕缩短边跨现浇段长度来优化边跨合龙与现浇段设计施工方案,并成功研究出先合龙中跨、挂篮不对称悬浇18号梁段3.5 m+墩顶托架现浇段5.5 m+挂篮施工合龙段4 m的边跨合龙与现浇段设计施工方案。     

美国I-35W大桥连续垮塌过程研究

为研究美国I-35W大桥连续垮塌原因,基于我国钢结构设计规范,采用理论推导与有限元仿真结合的方法,对节点板和整体结构失效过程进行分析。首先根据实桥在运营和维修过程中的受载情况,对4种典型工况下,全桥模型中U10节点板抗拉、抗剪及局部稳定性进行分析,得到其破坏的原因和失效的过程;最后分析了U10节点板失效后全桥结构连续垮塌过程。结果表明:集中作用于U10节点板处的维修荷载是其破坏的直接外因;节点板抗剪强度不足是其失效内因。全桥连续垮塌过程为:U10节点板剪切破坏后节点连接杆件受力急剧变化,原设计受拉竖杆变为压杆,杆件失稳破坏,整个节点失去刚度,桥梁结构体系改变,无法继续按原设计承载,结构垮塌。     

提高大跨度人行悬索桥抗风稳定性措施的效果分析

为研究各类抗风措施对提高大跨度人行悬索桥抗风稳定性的贡献,以某主跨430m的人行单跨悬吊地锚式悬索桥为背景,利用杆系有限元程序建立模型,对基本结构以及采用空间缆、增大梁重、拓宽梁端桥面、设置抗风缆等措施下,人行悬索桥的动力特性及抗风稳定性进行了分析。结果显示:颤振临界风速是人行悬索桥的设计控制风速;拓宽加劲梁梁端宽度,基本不能提高结构抗风稳定性;同时增大梁段重量150%和设置抗风缆对抗风稳定性的提升效果较好,均可达到30%以上;设置抗风缆后,明显提高了结构的竖弯基频和扭转基频,但也增加了养护和维修成本,影响桥下空间利用。     

三官堂大桥主桥设计要点

三官堂大桥主桥为(160+465+160)m的连续钢桁梁桥.主桁为两片带竖腹杆和斜杆的"N"形桁,上、下弦杆及腹杆均采用箱型截面,在上弦杆平面内设置菱形上平联,采用正交异性钢桥面板,板桁结合,基础采用钻孔灌注桩.采用中跨节段悬臂拼装、边跨散拼的施工方案.本桥的设计对同类型桥梁的设计具有重要的理论意义和工程实用价值.     

悬索桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系设计优化

杭瑞高速岳阳洞庭湖大桥为(1 480+453.6)m双塔双跨钢桁梁悬索桥,主梁为采用了钢-STC轻型组合桥面的板桁结合型钢桁加劲梁,钢-STC轻型组合桥面支承体系由横向桁架支承及桥面纵、横梁支承组成。采用ANSYS软件建立主梁节段有限元模型,针对组合桥面支承体系,从横向桁架结构形式、桥面纵横梁体系及其结构尺寸等方面进行设计优化。结果表明,带竖腹杆的横向桁架结构形式在桥面刚度、构件应力水平方面均具有较大优势;多横梁体系桥面刚度大,桥面构件应力水平低,适用于钢-STC轻型组合桥面。洞庭湖大桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系采用带竖腹杆的横向桁架,纵横梁支承体系采用在横向桁架竖腹杆位置设置边纵梁、次横梁间距2.8m的多横梁体系,能够很好地兼顾结构刚度、应力水平及钢材用量。     

基于有限元法的大跨度索桥钢结构受力分析

利用MIDAS/Civil有限元软件构建了大跨度悬索桥单缆结构和双缆结构体系下有限元模型,针对两种结构模型在汽车活载、横风荷载、自振频率结构特性和受力特征进行了模拟分析。研究结果表明:汽车活载作用下,双缆体系下的竖向挠度包络曲线位于单缆体系内侧,双缆结构加劲梁竖向挠度较单缆结构有所减小;横风荷载下,两种结构体系下的横向弯矩、挠度下的变化曲线较为类似,且双缆结构下的极值更大,在桥塔和跨中处加劲梁横向弯矩取得最大值,跨中处边跨挠度取得最小值,且主跨段挠度远大于边跨段挠度值;双缆结构的大跨度索桥一阶纵飘频率、横弯频率和扭转频率有所下降;一阶竖弯频率有所增加。从两种模型的分析结果表明,双缆结构大跨度悬索桥具有更优的受力特性和安全使用性能。     

丰城市紫云大桥人非系统设计与研究

丰城市紫云大桥跨江段采用双层桥梁,主梁上层布置双向六车道,下挂人非系统.为确保人非系统同时满足结构的受力和舒适度需求,采用有限元软件进行计算分析,通过设置构造节段缝、弱化节段端部竖杆的连接刚度、优化人非系统杆件施工步骤等措施来保证结构的受力满足要求.同时,通过合理的手段验算结构振动的峰值加速度,保证人非系统的舒适度满足...     

Nonlinear Aerostatic Response of Catwalk of Suspension Bridge

为了使悬索桥施工猫道静风响应的研究更加接近真实,利用大型有限元软件ANSYS,建立了澧水河特大悬索桥施工猫道的有限元计算分析模型,对猫道进行了非线性静风响应研究.在猫道节段模型的静力三分力试验的基础上,考虑猫道结构的几何非线性和静风荷载的非线性,采用增量与内外两重迭代相结合的方法,编制了精确求解施工猫道静风失稳的计算程序,进而对澧水河特大悬索桥施工猫道进行了三维非线性静风失稳分析.研究结果表明:向上的升力作用可使猫道承重绳的张力逐渐开始松弛,导致小跨猫道扭转刚度减小;猫道发生静力扭转失稳的原因为减小的扭转刚度不足以抵抗空气力矩作用.     

轿车后副车架多轴疲劳分析

以某轿车五连杆独立后悬架的副车架为研究对象,根据台架试验方法建立了后悬架系统有限元模型,利用虚拟应变片技术和焊缝寿命预测技术,通过CAE分析与台架试验测试相结合,通过改进结构降低裂纹位置的疲劳损伤值,解决了该后副车架在台架试验中焊接位置出现裂纹的问题.改进结构一次性通过了8通道耐久性台架试验,表明有限元分析与台架试验相结合的方法可有效预测副车架焊缝疲劳寿命.     

浅谈预应力混凝土连续刚构挂篮设计及施工工艺

石马河特大桥主桥上部结构为四跨预应力混凝土连续刚构。该文介绍了该大桥主桥悬臂梁段挂篮悬浇施工工艺的详细计算分析和研究。通过实践得出该设计的挂篮悬浇混凝土施工对于石马河特大桥这样的混凝土连续钢构桥来讲是合理的,对实际施工方案的研究设计具有一定的指导意义。     

连续刚构桥长悬臂挂篮施工现浇段、合龙段结构行为分析

高墩大跨连续刚构桥边跨现浇段施工难度大,安全风险高。为解决这一问题,大跨径连续刚构桥边跨现浇段及合龙段施工时,拟采用接长挂篮来进行边跨现浇段及合龙段的施工。该文针对该工法开展了有限元仿真分析,研究了悬浇挂篮施工现浇段时的力学行为、环境温变对结构体系受力的影响,并进一步提出了解决措施。     

大跨小半径变宽度三跨变截面预应力混凝土连续梁设计与施工

娄江大桥为娄江航道上一座(83+145+83)m三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥,具有大跨小半径变宽度结构特点,常规的施工方案难度和风险大。项目中跨采用挂篮节段悬浇施工,边跨采用支架节段现浇施工,成功解决了不断航情况下大跨小半径变宽度三跨变截面预应力混凝土连续梁桥的设计及施工方法问题。建议利用梁格模型或者空间网格模型作为补充验算,对空间梁单元模型所采用的经验系数进行修正后进一步验算。     

宁波三官堂大桥主桥合龙控制关键技术

宁波三官堂大桥主桥为(160+465+160) m连续钢桁架桥,主梁采用2片主桁,变高N形桁式,全焊结构,一跨过江。中跨合龙段Z15节段上、下弦杆及斜腹杆长度分别约为23,26,17.5 m,合龙段重约600 t,弦杆和斜腹杆分别有8个和4个合龙口。中跨合龙段采用整体吊装、温度配切法合龙。合龙施工中,根据天气预报确定了合龙温度为9℃;在每根弦杆的上、下箱口分别布置3个测点,通过测量悬臂端口坐标,准确计算吊装及温度变形,得到弦杆和斜腹杆的配切长度,进行精确配切合龙;利用临时支撑体系减小吊装变形,通过上、下弦杆临时锁定装置中的拉杆和双拼I50工字钢分别抵抗温度拉力和压力,顺利完成合龙,合龙后弦杆与斜腹杆焊缝宽6～15 mm,满足要求。     

正交异性钢桥面板疲劳裂纹试验和数值分析

横隔板开孔和U肋与横隔板连接焊缝端头部位是正交异性钢桥面板的疲劳敏感部位,容易过早、过多地出现疲劳裂纹。为了研究疲劳裂纹产生的原因,以某钢箱梁悬索桥为背景,针对其正交异性钢桥面板制作节段模型进行疲劳试验和扩展有限元分析,考虑横隔板面外变形的影响,研究横隔板开孔部位、U肋与横隔板连接焊缝端头部位疲劳裂纹的产生和扩展。结果表明:节段模型经200万次疲劳荷载作用后,横隔板开孔处出现长7.5mm的裂纹,260万次后扩展到31mm;考虑顶板和横隔板之间的相对水平位移(1.21mm)时,各测点的面内应力计算值与实测值整体吻合良好;横隔板开孔断面最小处的应力达60 MPa,热点应力达到或超过该细节的常幅疲劳极限70MPa,在此处产生裂纹;横隔板的面外变形是诱发横隔板开孔处裂纹的根本原因,热点应力和结构缺陷促使了裂纹的产生。     

港珠澳大桥青州航道桥主梁合龙施工技术

港珠澳大桥青州航道桥为(110+236+458+236+110)m的斜拉-连续组合体系双塔双索面钢箱梁斜拉桥,有索区主梁采用悬臂拼装方案施工,无索区主梁采用整体吊装方案施工,两侧次边跨及中跨均设1个合龙段。为保证主梁合龙施工精度及质量,结合结构体系特点,次边跨合龙采用顶推+配切合龙的方法,按照先合龙、后张拉合龙段斜拉索的工序进行合龙施工;中跨合龙采用配切合龙的方法;在合龙施工中,采取了免压重合龙观测技术,并采取折线配切方法进行合龙段精细配切。该桥主梁合龙后,次边跨及中跨合龙口最大高差分别为6mm和1mm,轴线偏差均在5mm以内,焊缝宽度均为10~15mm。实践结果表明:该桥合龙施工技术切实可行,施工简便,合龙精度满足施工要求。     

高墩大跨度刚构桥上部结构施工关键技术应用

贵州陡山坝大桥主桥为(82+150+82)m预应力混凝土连续刚构箱梁桥,跨越"U"形沟谷,0#块、边跨现浇段采用托架现浇,其余节段采用挂篮悬臂浇注,悬浇节段最大控制重量2 110kN。托架均采用牛腿+型钢结构,通过墩身预埋的锚固件设置牛腿,作为主要的承重结构;挂篮采用菱形挂篮结构,由主桁系统、底篮系统、行走及锚固系统、模板及悬吊系统、附属结构等组成;采用Midas有限元计算软件进行托架和挂篮结构计算,托架和挂篮的强度、刚度和稳定性均满足设计要求。在托架或挂篮安装完成后,采用反力架配千斤顶加载法和钢绞线反拉加载法对托架、挂篮预压,进行箱梁混凝土浇筑施工,按照先边跨后中跨顺序合龙(采用吊架法)。成桥后监测结果表明:桥梁内力和线形均与设计状态吻合。     

多跨长联公轨合建钢桁梁桥顶推施工控制技术研究

杭甬高速钱塘江大桥结构形式采用悬链形上加劲连续钢桁梁桥,跨径组合为(73.4+122+4×240+122+73.4)m,全长1350.8m。上部结构主桁分别采用步履式顶推和拖拉式顶推方法从两侧向中跨施工,最后跨中直接合龙。为使该桥建成后线形及应力均达到设计目标,本文基于钱塘江大桥钢桁梁的工程特点和施工方法,结合有限元计算结果,确定了本桥的施工控制工作内容。施工控制结果表明：整个顶推施工过程中,本桥主桁线形、结构的应力状态均控制在规范限值以内,与理论值偏差较小,达到了施工监控目标。