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.     

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑桥面系受力特性研究

传统铁路钢桁梁纵横梁桥面系的横梁面外受力显著,而改进的密肋横梁桥面系又会导致主桁下弦杆节间受力。针对大跨度铁路钢桁梁斜拉桥桥面系的受力与传力问题,以贵广铁路思贤窖特大桥为背景,研究带水平K撑新型桥面结构的受力特性。首先建立全桥杆系有限元模型,分析各种工况下桥面结构受力特性、变形特征,并与密肋横梁桥面系方案对比分析;然后,在其基础上研究带水平K撑桥面结构的传力机理;最后通过模型试验研究带水平K撑桥面结构的的受力特性。结果表明:K撑构件主要传递纵向力而极少传递竖向力及弯矩,能够降低节点横梁的面外弯矩并避免下弦杆节间弯矩;试验实测K撑构件应力较小,以受轴向应力为主,但因两端偏心连接而存在一定的弯矩应力。     

中俄同江铁路桥钢桁梁桥面系结构形式研究

研究目的:通常情况下,钢桁梁长度超过80 m时,桥面系应设置纵梁断缝,以减小桥面系参与结构主体的共同受力作用。同江黑龙江铁路特大桥中108 m钢桁梁桥面系采用纵横梁栓接先张法预应力混凝土套轨道床板的轻型桥面结构。为适应套轨道床板布置、提高轨道的平顺性及减少桥梁结构养护维修工作量,通过建立有限元模型进行对比分析,研究在该桥钢桁梁桥面系中设置连续纵梁的可行性。研究结论:(1)采用连续纵梁时,桥面系参与钢梁整体受力的作用增强,可缓解主桁特别是下弦杆的受力状态;(2)纵梁的轴拉力明显增加,从而引起横梁特别是端横梁的面外弯矩增大,水平挠度增大;(3)端节间撑架的设置,引起纵梁轴拉力小幅增加,但却大幅度减小横梁的面外弯矩及水平挠度,纵梁截面需适当增大,以适应其自身强度的需要;(4)按中、俄两国规范检算的结果表明,桥面系杆件受力满足两国规范要求,在本工程中设置连续纵梁可行;(5)本研究成果对桥面系设置连续纵梁的钢桁梁桥的设计具有一定的参考意义。     

整体桥面钢桁梁桥桥面荷载传递途径的研究

在多横梁整体桥面结构中,桥面荷载有两条传递途径:一是通过纵梁、纵肋和钢桥面板纵向传递到节点横梁,再传到下弦节点;二是通过节间内横梁及钢桥面板横向传递到下弦杆,再传到下弦节点.前者引起节点处横梁的竖向弯曲,后者引起下弦杆的竖向弯曲.本文采用有限元法对该类型桥面结构中桥面荷载的传递情况进行分析计算和试验研究.研究结果表明:影响传力比(路径传递的荷载与一个节间总荷载的比)的主要因素有下弦杆与桥面系(纵梁、纵肋和钢桥面板)的竖向刚度比α和节间横梁与节点横梁的竖向刚度比β;路径2的传力比R2随着α的增加而增加,当α小于8.3时,R2的增加速度较快,当α大于25后,R2变化很小;R2随着β的增加而增加,但增加速度略有减慢;不同节间内通过两条路径传递的荷载比例变化不大,理论值与试验值吻合良好.     

昌九高铁扬子洲赣江公铁合建连续钢桁梁桥设计研究

昌九高铁为时速350 km的高速铁路,其南昌扬子洲跨赣江中支主桥根据通航、防洪要求跨度采用(78+134+152+134+78) m,该桥为国内首座高速铁路公铁混层合建的大跨径平行弦连续钢桁梁桥,同时该主梁为首座采用带双层挑臂的钢桁梁断面。为掌握该类型桥梁的关键技术及总结该类型桥的设计经验,开展系列研究,运用数值分析的方法,进行结构静动力分析及车桥耦合分析。结果表明：(1)带双层挑臂的钢桁梁断面具有剪力滞效应小、结构整体性强、跨越能力大、腹杆及横梁受力小、行车视野好及造价经济等优点,带双层挑臂的钢桁梁断面为公铁合建桥的适宜断面形式;(2)带双层挑臂的钢桁梁桥,墩顶处上层桥面系、跨中处上层桥面系及跨中处下层桥面系,其轴力主要由桥面板承担,分别占比为61.4%、68.7%及60.0%,墩顶处下层桥面系轴力主要由下弦杆承担,占比为72.5%;(3)带双层挑臂的钢桁梁剪力滞系数为墩顶上桥面(1.49)>跨中下桥面(1.38)>跨中上桥面(1.13);(4)带双层挑臂的平行弦连续钢桁梁桥能满足时速350 km公铁合建桥的行车运行要求,结构静动力性能良好,适用跨径能达150 m及以上。     

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。     

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑桥面系传力特性

在列车制动力等纵向力及竖向荷载作用下的空间变形均会导致钢桁梁桥面系存在复杂的纵向受力和传力,针对大跨度铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑内密肋桥面系,基于解析公式推导、有限元仿真分析研究其受力特性和桥面构件的纵向传力比。在此基础上,基于应力等效准则制作1∶4的试验模型,进行最不利工况下加载试验,研究该桥面系的实际受力和传力特性。结果表明:纵向传力解析式显示,K撑与横梁的纵向传力比仅与结构参数相关,为0.69~2.76的定值,能传递40.83%~73.40%的总纵向力,K撑面积、横梁外伸长度是影响纵向传力比的主要参数;由全桥杆系有限元模型分析的内力结果计算的纵向传力占比介于61.09%~72.53%之间,由局部有限元模型分析的应力结果计算的纵向传力占比介于57.45%~86.60%之间,试验模型实测应力计算的纵向传力占比介于58.16%~87.95%之间,不同方法计算的纵向传力占比存在一定误差,其原因主要源于理论简化、计算模拟及测试误差,但均能反映纵向传力比的基本范围。可见,K撑构件能够有效传递纵向力,降低横梁面外弯矩,改善桥面系结构受力。     

京沪高速大胜关桥钢桁梁段节段模型试验方法

京沪高速大胜关桥主桥是一座三主桁六线铁路钢桁梁(拱)桥,跨度为(108+192+336+336+192+108)m.采用混凝土与钢正交异性板相结合的整体桥面,多横梁体系,钢正交异性板与下弦杆焊连在一起.这种结构形式国内首次使用,结构构造和受力状态都较复杂.为考察钢桁梁段桥面系的受力状态、设计理论和方法的正确性,设计制作一个大比例的6节间节段模型,对节段模型模拟实桥不同受力区段的试验方法进行研究.通过采用不同的支承方式,分别模拟实桥正、负弯矩区的受力状态;通过桥面加载辅以节点补栽方式,解决了节段模型试验中"第一系统"受力不足的问题,使节段模型试验反映了实桥的受力状态.     

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。     

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。     

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1:3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究.结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面...     

杭瑞高速公路洞庭湖大桥主桥设计及关键技术研究

杭瑞(杭州—瑞丽)高速公路洞庭湖大桥主桥为(1480.0+453.6)m的双塔公路悬索桥,加劲梁采用钢桁梁结构,2片主桁横向间距35.4 m;主桁采用带竖杆的华伦式桁架,桁高9.0 m,节间长度8.4 m。钢桁梁上层桥面与主桁上弦杆结合(板桁结合),桥面采用超高韧性混凝土(Super Toughness Concrete,STC)轻型组合桥面结构。对主桥采用的关键技术进行了研究,分析中央扣对悬索桥结构体系的影响以及桁高对悬索桥加劲梁刚度的影响,并在设计中提出了轻型组合桥面板桁结合型加劲梁结构体系,在施工中提出了悬索桥钢桁加劲梁多节段窗口刚接法架设技术。     

贵广铁路东平水道特大双拱肋钢桁架拱桥分析和设计

研究目的:贵广铁路东平水道特大桥为(85.75+286+85.75)m双拱肋钢桁架拱桥,桥面采用带水平K撑的正交异性板结构,该桥式结构在国内是首次应用。通过对该桥主桁、桥面系和纵横向联接系进行受力特征分析,以及对受力复杂的G11节点进行局部精细空间有限元分析,为该桥的设计提供了依据,研究结果可供其他同类型桥梁参考。研究结论:该桥主桁杆件轴向受拉和受压的最大绝对值比较接近;受力状态比较合理,桥面系各构件受力均满足设计要求;G11节点局部受力情况复杂,各构件最大应力均未超过钢材的屈服应力。     

高速铁路跨度132m钢桁梁正交异性板桥面系横肋开孔处应力分析

为了保证正交异性板的整体性,纵梁、纵肋通常连续通过横梁、横肋,横梁(肋)在相交处需相应开孔。横梁(肋)开孔处由于承受面内及面外的应力,使得该部分的应力非常复杂,是桥面系的薄弱环节,合理的构造处理及开孔形式能够改善该部分的应力集中,优化桥面设计,延长桥面系使用寿命。通过对桥面系板单元有限元分析,总结出该部分受力特点及影响因素,并对开孔方式的影响进行了定性分析。     

大跨连续梁桥减隔震方案对比分析

以1座(90+170+90)m城市大跨度连续梁桥为研究对象,提出并比较分析两种减隔震设计方案。采用弹性反应谱法及非线性时程反应分析方法研究E1及E2地震作用下结构的地震反应,针对两种方案比较摩擦摆支座的力学参数取值及结构地震反应的差异。结果表明:(1)对于大跨连续梁桥,由于纵桥向一联内仅设置一个制动墩,地震内力分布极不均匀;但横桥向结构内力分布较均匀,各墩联合共同受力;(2)采用摩擦摆支座,E2作用下各墩墩底截面纵、横向内力减震效果显著且各墩的内力分布趋于均匀,分布更加合理;(3)采用摩擦摆支座,E2作用下减隔震后的墩底内力通常小于E1作用下弹性反应分析结果。E1作用下摩擦摆支座是否允许滑动,对结构的地震反应影响显著。在实际设计中应认真加以分析对比。     

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。     

基于弦测技术的铁路上承式拱桥桥面变形限值研究

铁路拱桥桥面过大变形将危及列车行驶和桥梁结构的安全,但已有关于拱桥变形限值标准及评判依据的研究较为少见。以某上承式拱桥为研究对象,建立桥梁全桥有限元模型并进行车桥耦合振动分析,研究温度及不同倍数徐变引起的桥面变形对列车动力响应的影响,对比分析弦测法弦长与列车在轨道和上承式拱桥上运行的动力响应间的对应关系。结果表明:仅考虑轨道不平顺激励时,30～50 m弦测法能够较好地反映高速列车的加速度响应的变化规律;上承式拱桥徐变倍数为1.6时,车辆竖向加速度响应超限;仅轨道不平顺作用下列车竖向加速度卓越频率约为1 Hz,运行在上承式拱桥上时的卓越频率在1～2 Hz,说明影响振动的波长范围由长波向中长波扩展;弦测法用于上承式拱桥时,采用20～30 m弦长;上承式拱桥温度及徐变极限变形20,25,30 m弦测矢量值为3.8,4.3,5.3 mm,对应的限值可采用3.5,4.0,5.0 mm。     

连续梁拱组合桥梁设计关键技术对策研究

结合上海市轨道交通明珠线漕溪路桥工程,对连续梁拱组合桥梁的刚梁刚拱纵横梁体系整体桥面受拉、拱脚的受力分析和构造措施、钢管拱灌注混凝土的全过程中整体和局部应力状态及在柔性支撑上制作预应力混凝土梁四项关键技术进行对策研究,提出了解决办法和研究结论。