横向非对称钢拱桥设计及BIM应用

随着交通行业的发展,跨径大、复杂程度高的桥梁越来越经常被采用,BIM技术在此类工程中的应用越来越广泛.针对一座非对称钢拱桥的设计要点进行梳理,从设计角度概述此类桥梁的设计流程和设计难点,并采用BIM三维技术参与协同设计,论述BIM技术在设计过程中发挥的作用及价值.     

白沙长江大桥横向抗震体系研究

白沙长江大桥是一座塔墩梁固结的主桥长为920 m的双塔独柱式混合梁斜拉桥.为了研究其辅助墩和过渡墩处横桥向的合理约束体系,分别在横向自由、横向约束、过渡墩约束及辅助墩约束4种约束体系下进行时程分析,研究斜拉桥在不同横向约束体系下的地震响应特点,针对混凝土刚性挡块和粘滞阻尼器减震体系分析不同参数对抗震性能的影响.结果表明:采用混凝土刚性挡块对同时减小各墩的横向地震响应作用较小;采用粘滞阻尼器体系可以有效减小各墩的横向地震响应,以及墩梁相对位移.     

深水桥梁垫层隔震基础冲刷演化机理与设计建议

群桩和沉井作为跨江海桥梁的基础支撑体系已得到广泛应用,但近年来实际工程的水深不断增加,现有技术已难以适用于50 m以上的超深水环境条件。为研究垫层隔震基础这一新型深水桥梁基础的冲刷演化机理,针对周期为1.2 s,波高分别为4、6、8 cm的3种波浪条件,以及海流流速为25 cm·s^-1,波浪波高为6 cm,周期为1.2 s的波流共同作用条件,开展砂土中垫层隔震基础冲刷演化机理的波流水槽模型试验研究,结合仅单向流作用下的基础体系冲刷演化机制,重点考察并梳理了隔震垫层的5种典型破坏形式及其特点。结果表明：仅存在单向流作用时,垫层的破坏形式主要为边缘破坏、剪切破坏和完全破坏,且严重程度随流速增大而增大;存在波浪作用时,海床泥沙及垫层材料起动后将发生振荡,导致隔震垫层还会发生掩埋破坏和掏底破坏;波流共同作用时,产生的影响比二者单独作用时更严重,对基础体系的正常工作产生严重影响。此外,通过分析交界面位置附近材料在冲刷过程中的滑动与滚动过程,认为颗粒材料的滑动和滚动是造成隔震垫层材料流失的主要原因。最后,对比分析了国内外抛石设计规范中的粒径计算方法,并在此基础上对垫层材料的设计提出建议。     

桩基非对称局部冲刷条件下土体应力变化解析解

传统桩基局部冲刷坑模型主要采用对称形态的坑体来分析,然而实际问题中局部冲刷坑体常为非对称,这使得桩基处于更不利的状态。评价桩基承载力的关键之一是合理计算冲刷坑造成的土体应力状态变化。而对于桩周形成非对称冲刷坑时土体应力变化,目前仍然没有较为完善和严格的理论分析方法。针对该问题,根据已有试验得到的非对称局部冲刷坑形态,提出非对称冲刷坑内土体应力计算的平面应变简化模型;并基于弗拉曼解在半无限空间中的应用,将冲刷坑以上土体看做荷载并引起土体内应力重分布,得到非对称冲刷坑下土体应力分布计算的平面应变解析解。通过有限元中的"生死单元法"模拟非对称局部冲刷坑的形成过程,并将有限元得到的冲刷坑内土体应力结果与解析解计算结果进行对比,验证解析解的正确性。随后基于该方法考虑桩尺寸的影响,得到非对称局部冲刷坑形成后桩周土体的垂直及水平有效应力计算方法,并与有限元计算结果进行了对比。结果表明：在考虑桩尺寸时,解析解计算结果略保守。在此基础之上,对非对称冲刷坑参数的敏感性进行分析,指出桩上、下游侧冲刷深度差值对桩周土体的应力影响较大,得到了非对称冲刷坑下桩周土体的垂直有效应力及水平有效应力差的变化规律,研究结果可为工程设计提供参考。     

基于子结构的大型桥梁有限元模型修正方法

实际桥梁结构的整体有限元模型修正时自由度和单元数量较多,待修正参数多,有限元模型修正精度和效率低。为了提高有限元模型修正的效率,提出基于子结构的有限元模型修正方法。子结构方法是化整体分析为局部分析的方法,与直接修正大型桥梁有限元模型相比,子结构方法只需要计算每个子结构少量低阶模态,得到整体结构的特征解及特征解灵敏度,形成模型修正的目标方程和灵敏度矩阵,进而缩短模型修正时间。将基于子结构的模型修正方法用于怒江特大桥主桥(上承式钢桁拱桥)有限元模型修正,结果表明:修正后桥梁的前10阶频率与桥梁的模拟实测频率值相吻合,且模型修正时间仅为传统整体方法的56%。     

高铁大跨度混合梁斜拉桥钢-混结合段受力特性分析

为研究高速铁路大跨度混合梁斜拉桥钢-混结合段受力与传力特性,以主跨672 m的安九铁路鳊鱼洲长江大桥为背景,采用ANSYS软件建立主梁钢-混结合段有限元模型,分析其在最不利工况下的受力特点及变形特性,以及钢-混结合段长度对其受力性能的影响规律。结果表明:在最不利负弯矩工况作用下,边箱顶板与承压板焊接处存在应力集中及一定的局部拉应力;钢-混结合段混凝土在预应力作用下基本处于全截面受压状态;钢-混结合段内剪力钉和PBL剪力键受力并不均匀;钢-混结合段承压板直接向混凝土梁体传递约47.3%的轴力,是钢-混结合段传力的主要构件;钢-混结合段竖向位移及转角变化平缓,无明显的突变现象;钢-混结合段长度在1.50~3.50 m范围内时受力、传力差异并不显著。     

淡江大桥主桥设计

淡江大桥主桥跨越淡水河口,主桥采用单塔不对称半飘浮体系斜拉桥,全长920 m,跨径布置为(2×75+450+175+75+70)m,主跨450 m,桥面净宽44.7 m,桥下通航净高20 m,倒Y形桥塔高200 m。在桥塔及两端伸缩缝处的桥墩设置减隔震阻尼器,主梁采用钢箱梁(长660 m)及钢-混结合梁(长260 m),斜拉索按扇形双索面布置,共94根斜拉索。桥梁设计寿命为120年,依据基于性能的设计规范AASHTO LRFD及性能化抗震设计,结构强度满足规范要求。采用风洞试验与数值风力分析验证主桥结构的气动稳定性,结果表明当风速达100 m/s时,结构仍然稳定。     

芜湖长江三桥钢桁梁分层变幅法架设技术

芜湖长江三桥主桥为主跨588 m的双塔双索面斜拉桥,其钢主梁采用三角形桁式的双主桁布置,上层为板桁组合结构、下层为箱桁组合结构,采用分层变幅法进行钢主梁标准节段的悬臂架设。钢梁起吊设备选择整体底盘双臂杆结构,变幅范围为5~22 m的变幅式架梁吊机,站位于上弦杆节点处。钢梁采用“3+1”分层匹配法制造,运输船分层纵列运输至桥位。每个标准节段分2次吊装,先吊装下层节段(含腹杆),再吊装上层节段。节段对接时利用架梁吊机起落和变幅精确调整空间位置,打入一定数量的冲钉后即可松钩。2层吊装完成后进行节段间的高强度螺栓连接和焊接,然后架梁吊机向前走行,继续循环进行下一节段架设。分层变幅法架设技术利用变幅式架梁吊机将钢桁梁标准节段分下、上2层分别吊装,是继散拼法、桁片法、整节段法等之后钢桁梁架设方法的一个创新。     

冰击荷载作用下高速车辆-轨道-桥梁系统耦合振动分析

为了探明流冰撞击桥墩对高速车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学行为的影响,采用精细化有限元模型模拟了流冰撞击桥墩的过程,计算获得了不同冰排特性下流冰撞击力时程曲线,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,以流冰荷载作为外激励,建立了高速车辆-轨道-桥梁-冰击动力学分析模型。以5跨32 m简支梁为例,通过研究不同冰击荷载作用下桥梁结构的动力学响应,得到了对桥梁结构影响最大的冰击荷载,分析了在该冰击荷载作用下桥梁子系统和车辆子系统的动力学响应,最后探讨了冰击荷载对桥上列车走行性的影响。结果表明：在冰击荷载作用下,冰排厚度、流冰撞击速度和冰排抗压强度是影响桥梁动力学响应的关键参数,桥梁跨中和墩顶横向位移与加速度随冰排厚度和抗压强度的增加而增大,且随流冰撞击速度的增加呈先增大后减小趋势;流冰撞击桥墩对车辆-轨道-桥梁系统动力学响应影响显著,在冰击荷载作用下主梁横向位移和加速度增幅较大,跨中横向加速度主频与桥梁横向自振频率接近,表明流冰撞击可能会加剧桥梁横向自振频率附近的振动;车体横向振动加速度、脱轨系数、轮轨横向力和轮重减载率在流冰撞击作用下均明显增大,增幅超过2倍,可见流冰撞击对高速列车行车安全性和乘坐舒适性有较大影响。     

山区峡谷大跨度铁路桥梁方案设计研究

瓮安至马场坪铁路北延伸线湘江特大桥为大跨度山区铁路桥梁。桥址处山高谷深,建桥条件复杂。综合考虑桥址地理环境、地质、施工便捷性和工程经济性等因素,研究并提出3种可行的桥式方案,通过对结构体系、结构尺寸、施工方法、计算指标、工程造价、施工工期等方面进行研究,推荐120 m+2×235 m+120 m跨径组合的刚构斜拉桥方案。