新型铁路钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构传力机理及应力分析

针对大跨度铁路斜拉桥活载重、索梁锚固区应力幅度变化较大等特点,宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥采用了全新设计的双挑式索梁钢锚箱。作为双挑式索梁钢锚箱的主要受力构件,支承板和承压板分别通过其双侧焊缝与主梁边腹板和风嘴板焊接在一起,形成由主梁风嘴板与边腹板共同承受并传递索力的新型索梁锚固结构。采用仿真分析与模型试验相结合的方法,进行该新型索梁锚固结构传力机理及应力分布的研究。结果表明:采用新型索梁锚固结构后,通过支承板与主梁边腹板和风嘴板间的连接焊缝,以受剪的形式将大约94%的斜拉索索力传递给钢箱主梁;虽然新型索梁锚固结构的各关键受力构件均存在一定程度的应力集中,但与传统的钢锚箱相比,可有效解决偏心弯矩引起支承板焊缝顶端应力集中严重的问题。     

新型双拉索钢锚箱偏载试验研究

临港公铁两用长江大桥索梁锚固结构采用了新型双拉索钢锚箱，当两根拉索出现一根拉索断索或者换索时，钢锚箱受力出现极端工况，存在破坏的可能性。为探究新型双拉索钢锚箱结构在断索极端状况下的受力性能，根据缩尺理论设计缩尺模型试验进行研究分析。结果表明：在偏载荷载作用下，钢锚箱整体刚度约为450 kN/mm，在2.5倍设计荷载作用下，结构整体仍然处于弹性受力状态；在偏载作用下，偏载侧整体受力大于非偏载侧，锚固板与承压板外缘接触的位置受力较大，偏载侧最容易出现破坏。临港长江桥双拉索钢锚箱具有良好的受力性能，在断索偏载工况下整体仍然处于弹性状态，具有较大的安全储备。     

大跨度铁路钢箱梁斜拉桥对接式无肋锚拉板疲劳试验研究

锚拉板索梁锚固结构具有构造简单、传力明确、维护方便等优点,但在铁路斜拉桥中应用极少.针对新型铁路斜拉桥对接式无肋锚拉板,开展其受力仿真分析,以应力等效准则设计出足尺疲劳试验模型,并实施300万次疲劳试验.研究表明:疲劳索力幅下疲劳应力基本在50 MPa以内,量值不高;锚筒焊缝、锚板开孔处、锚板对接焊缝两端为主要疲劳敏感...     

大跨度斜拉桥超宽幅箱梁双拉索钢锚箱结构行为研究

斜拉桥索梁锚固结构承受着巨大的动静力荷载，其安全性和耐久性是斜拉桥控制设计的关键点。以宜宾临港长江公铁两用大桥双拉索锚箱式索梁锚固结构(钢锚箱)为研究对象，取该桥塔最大索力处对应的钢锚箱进行1∶3缩尺模型试验，结合有限元计算结果进行对比验证，系统地研究钢锚箱的传力机理；对钢锚箱重要板件进行厚度参数敏感性分析，探讨其对索塔锚固区受力性能的影响。分析结果表明，在屈服荷载下，钢锚箱大部分结构受力情况良好，重要板件应力均处于屈服应力以下，证明结构安全可靠；钢锚箱内部锚腹板厚度对锚箱整体结构应力分布影响较大，随着锚腹板厚度增加，锚箱式锚固构造整体应力分布趋于均匀，峰值应力变小。     

铁路斜拉桥钢锚箱索塔锚固区力学性能研究

新建杭州至温州铁路楠溪江特大桥主桥为(40.5+79.5+240+79.5+40.5)m双塔混凝土梁斜拉桥,考虑到大跨度铁路混凝土斜拉桥具有自身荷载重及疲劳活载大等特点,本桥采用了内置式钢锚箱型的索塔锚固形式来保证索塔锚固区受力的安全性与可靠性,通过对锚固体系构造与有限元计算分析表明:内置式钢锚箱型组合索塔锚固体系受力合理,传力途径明确;斜拉索水平荷载传递时各节段钢锚箱承担比例较高,较好地发挥了钢结构抗拉性能强的特点;索塔锚固区混凝土塔壁与钢锚箱构件各应力计算指标均满足规范设计要求,钢构件可通过工厂进行加工组装,施工质量得到保证,可为类似大跨度铁路桥梁设计提供参考。     

铁路斜拉桥锚拉板力学性能研究及创新

潜江铁路支线岳口汉江特大桥主桥为(32.7+50+93.7+260+38.2) m独塔双索面混合梁斜拉桥,斜拉索在钢箱梁上的锚固形式采用锚拉板式,考虑到铁路桥疲劳荷载较大,本桥采用与拉板连接的承压板构造形式,套筒上设置加劲肋。为保证锚拉板构造连接可靠,力线传递流畅,对比分析锚拉板组成构件不同关键参数的有限元计算结果,确定锚拉板结构关键参数取值。结果表明:拉板与拉筒连接焊缝圆弧过渡区应力集中较为明显,锚拉板受力不均匀性较大,其锚下应力向套筒及拉板传递存在一定的扩散范围,锚拉板其他部分应力及疲劳应力水平较低,满足规范要求;加大锚拉板与套筒连接焊缝根部的圆弧半径,可以有效改善锚拉板的应力集中现象,锚拉板过渡区采用150mm的1/4圆弧形式,并在圆弧与拉索套筒之间设置50 mm直线段。     

大跨度斜拉桥索梁锚固区三维有限元仿真分析

采用不同建模方法,对大跨度斜拉桥索梁锚固结构—钢锚箱进行三维非线性有限元仿真分析,并将计算结果与钢锚箱静载模型试验结果相比较。结果表明,实体单元加接触单元法计算模型,即用实体单元模拟钢锚箱底部的锚垫板、用空间高阶壳单元模拟锚箱中其他钢构件及主梁、用非线性接触单元模拟锚垫板与承压板间不焊接但紧密压贴的关系,能够较真实、合理地反映钢锚箱的实际受力情况。钢锚箱虽然板件较多,但整体性能好,索力传递流畅,锚箱锚固顶、底板上2条焊缝传递索力,承压板与主梁焊缝主要传递抗弯作用力,因此要保证各板件接触、焊接良好,不能产生大的残余应力和残余变形。随着荷载的增长,钢锚箱高应力区应力增长速度减缓,部分低应力区应力增长加快,这对受载有利。仿真计算时,要注意壳单元角点局部位置可能出现应力计算失真。     

公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式研究——以赣江公铁大桥西支主桥设计为例

以赣江公铁两用大桥西支主桥设计为例,研究一种适应上层8车道公路、下层对称双线铁路+4车道公路混合布置的主梁断面形式。提出带挑臂双索面箱桁组合断面、带挑臂单索面箱桁组合断面、矩形箱桁组合断面、矩形钢桁梁断面4种主梁断面方案,采用有限元软件分析各方案静动力性能及受力特点,综合考虑方案构造特点、技术指标、工程数量、公铁运营安全、景观效果等,确定该桥选用带挑臂双索面箱桁组合断面。该桥斜拉索最大索力16 000 kN,锚固在下层钢箱梁两侧,通过有限元实体分析对锚拉板和钢锚箱式两种索梁锚固形式进行比选研究,钢锚箱形式受力合理、应力水平低、经济性好,设计采用钢锚箱形式。带挑臂双索面箱桁组合断面桥面空间布置合理、下层公铁行车干扰小、梁端竖向变形最小、经济性好,是一种适应公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式。     

某大跨度钢桥纵向约束体系锚固结构设计与优化

大跨度钢桥常采用弹性索体系作为大桥的纵向约束,其锚固结构的局部应力较大、传力路径复杂,设计中需要针对其进行专门的计算分析,以保证锚固结构的可靠性。对某大跨度异型拱桥的弹性索锚固结构建立有限元模型,计算分析了钢锚箱结构在最大索力作用下各板件的应力分布。计算结果表明,钢锚箱在最大索力作用下各板件的各项应力值均满足规范要求,结构处于弹性工作状态。同时,针对钢锚箱各板件的布置情况进行优化计算分析,得到合理的锚箱加劲板布置形式。     

公铁平层合建多塔斜拉桥大挑臂式钢箱梁设计

珠机城际金海特大桥主桥采用(58.5+116+3×340+116+58.5) m四塔三主跨斜拉桥,为国内首座公铁平层合建的多塔斜拉桥。主梁采用一种新型的大挑臂式钢箱梁结构,由中间主箱加两侧挑臂组成,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,桥面宽度达49.6 m。挑臂式钢箱梁结构形式新颖,构造较复杂,杆件和节点多,对其总体设计、构造细节进行详细阐述;为研究其受力性能,建立精细化有限元模型开展局部应力分析。计算结果表明:挑臂式钢箱梁设计合理,各构件受力良好,节点位置未出现较大的应力集中现象,结构安全可靠。挑臂式钢箱梁结构轻盈,具有良好的经济性和美观性。     

钢锚箱索塔锚固区受力机理

根据苏通大桥索塔锚固区钢锚箱的实际尺寸进行有限单元计算分析和节段足尺模型试验研究。有限单元分析采用ANSYS程序,全面分析钢锚箱在荷载作用下的应力,得知钢锚箱中受力最大位置发生在侧面拉板靠下部的圆倒角处,钢筋混凝土结构的最大主拉应力出现在索孔出口下边缘处。节段足尺模型试验研究表明,钢锚箱实测最大应力位置与计算分析结果基本相同,但应力水平稍低一些;混凝土结构中拉应力较大的位置出现在斜拉索索孔出口、内壁倒角、侧壁内侧等处;剪力钉应力最大者是最外侧的几列,且表现为从外侧列向中间列逐渐减小;试验的顶推荷载水平分力约75.7%由钢锚箱侧面拉板和横隔板承担,竖向分力通过端板上的剪力钉与混凝土之间的相互作用传递到混凝土上。     

钢箱梁顶推系统中拉锚器的分析方法及局部受力状态

以主跨430 m独柱式双塔双缆空间索面悬索桥顶推施工中拉锚器为研究对象,采用直接建模法建立有限元模型,阐述拉锚器与主梁连接的传力路径,研究拉锚器的局部受力状态并开展参数分析。结果表明,采用直接建模法简化拉锚器局部构件的分析方法具有概念清晰、计算快捷且安全可靠等特点;顶推牵引力在拉锚器各构件钢板间的传递使得拉锚器区域应力状态发生连续改变,各部件的合理尺寸设计是保障受力安全的前提条件。主受力腹板厚度对局部应力影响比较敏感,考虑板材厚度对强度的削弱影响,建议在适当增加主受力腹板厚度基础上增加加劲板的厚度来提高拉锚器的安全储备。     

西堠门大桥索梁锚固部位的受力分析及模型试验

采用模型试验和有限元分析的方法,对西堠门大桥在5种加载工况下索梁锚固部位的受力情况进行研究,并进行安全可靠性验证.研究结果表明:索力首先通过耳板传递至加劲板,然后依靠锚箱纵、横隔板组成的框式构架传递到钢箱梁横隔板上,再由靠近风嘴的耳板上部将力向两边传递,直到靠近箱梁的耳板下端力的传递才均匀;在中间加劲板与锚箱中间隔板的相交部位、锚箱横隔板与耳板交叉处、钢箱梁横隔板与U肋的交叉处以及顶板变坡处存在着明显的应力集中现象,为主要控制细节;锚箱横隔板在纵隔板处全部断开,横向刚度产生突变,从而易引起横向应力分布不均匀,故建议在中间锚箱横隔板的上端设置过渡加劲板.     

矮塔斜拉桥拉索锚固区力学性能研究

新建济南至滨州高速铁路济阳黄河公铁两用特大桥主桥为(84+144+228+240+300+120+60) m矮塔钢桁梁斜拉桥。其索塔锚固区为空间构造,结构和受力相对较为复杂。为研究该桥索塔锚固区锚固结构的力学性能,本文利用有限元分析软件MIDAS FEA建立了索塔锚固构造的精细化有限元模型,主要研究在主+附作用下的锚固结构的应力变化规律、斜拉索的索力变化对于锚固结构疲劳特性的影响以及板件厚度对于锚固结构力学性能的影响。结果表明：(1)锚固结构在各类荷载的作用下,各个板件均处于弹性状态,各个板件的等效应力均小于疲劳容许应力幅,满足设计要求;(2)合理增加承压板和锚垫板板厚可以有效提高钢锚箱的力学性能。     

斜拉桥钢塔柱外置式钢锚箱局部应力分析

结合国内某大跨度斜拉桥,介绍了其索塔外置式钢锚箱的构造特点,采用空间有限元方法对其索塔钢锚箱节段模型进行了结构受力分析,最后指出了索塔锚固区的应力分布特点。结果表明:钢锚箱虽然板件较多,但整体性能好,索力传递流畅;该结构部分区域存在一定程度的应力集中,在斜拉索索力作用下,结构的承载力满足设计要求,并具有一定的安全储备。     

大跨度铁路钢箱梁斜拉桥正交异性桥面疲劳试验研究

正交异性桥面钢箱梁具有良好的整体性能与抗风性能,在大跨度公路斜拉桥及悬索桥中应用广泛,但在大跨度铁路斜拉桥上应用极少。以国内首座大跨度铁路钢箱梁斜拉桥为背景,建立全桥杆系及局部箱梁有限元模型系统分析铁路正交异性桥面疲劳受力特性,基于应力等效原则优化设计出2U肋+2V肋的足尺疲劳试验模型,并实施560万次的疲劳加载试验。结果表明:钢箱梁正交异性桥面在列车荷载下以第二三体系受力为主,承受高周低幅疲劳作用;模型实测应力值同理论值相符良好,大部分测点在560万次疲劳试验中保持弹性受力状态,结构总体疲劳性能良好;U肋与横隔板连接处附近母材在150万次疲劳后发生开裂;V肋总体应力低于U肋,其疲劳性能优于U肋。     

四线铁路钢箱混合梁弯斜拉桥设计研究

根据四线铁路弯斜拉桥的受力特点,采用空间杆系有限元静力分析方法,围绕斜拉桥结构体系、桥梁整体刚度、收缩徐变、几何非线性等方面对其展开拉索、主梁、桥塔、基础的构造设计与研究.采用有限元仿真分析技术,研究正交异性桥面板的弯钢箱梁在受纵横向弯曲、剪力滞和扭转翘曲组合作用下的应力分布,进行钢箱梁与预应力混凝土梁的结合段、主梁与桥塔横梁固结、斜拉索上下钢锚箱的局部应力分析和构造研究.采用车桥耦合时变分析方法对其行车动力性能进行研究.采用反应谱及地震波时程分析方法同时对结构的抗震性能和抗震措施进行分析、研究.研究结果表明:四线铁路弯斜拉桥钢箱梁采用约3m的横隔板和腹板间距对改善主梁构造起到重要作用;良好的行车动力性能说明该桥采用1/900的挠跨比控制结构刚度较为合理;采用E型钢阻尼支座改善了桥梁的抗震性能.     

自锚式拱桥钢绞线系杆索施工技术

系杆索是自锚式拱桥的核心受力构件,结构的自重和运营阶段的动荷载所产生的水平推力,绝大部分或全部由系杆索进行平衡。沪杭城际高速铁路跨沪杭高速公路160 m自锚上承式转体拱桥采用SSI2000型6-85无黏结高强镀锌钢绞线作为系杆索,施工中采用了科学合理、简洁有效的工艺措施,保证了钢绞线系杆索索力的精度,确保了拱结构核心受力构件的施工质量。     

碳纤维板在重载铁路低高度钢筋混凝土板梁体外预应力加固中的应用研究

迄今,预应力碳纤维板应用于重载铁路钢筋混凝土梁加固改造的实例较少,其加固效果尚需深入研究。本文先阐述了体外预应力加固钢筋混凝土构件的设计思路,又根据现行铁路规范对加固前后梁体的应力、挠度及裂缝宽度进行了检算,并通过试验场内的静载试验验证了预应力碳纤维板加固钢筋混凝土板梁的加固效果。研究结果表明,采用预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁能够显著提高梁体受力性能,在1.2倍ZH荷载作用下能够满足运营要求,该技术可以在重载铁路加固改造中推广应用。     

大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固区传力机理

结合南京长江二桥、安庆长江大桥、苏通长江大桥索梁锚固区足尺模型疲劳试验及有限元分析,研究索梁锚固区的传力机理及应力分布。研究表明,由斜拉索传来的巨大压力,通过锚箱底板、承压板与腹板的连接焊缝,以剪力的形式传递到钢箱梁腹板上;锚箱与主梁腹板焊缝处的应力从上到下逐渐增大,在下端达到最大值,承压板上的应力稍小,均满足强度要求;经200万次和400万次(苏通大桥)疲劳加载,均未发现有裂纹发生,应力均无大的变化。验证了设计的正确性和制造工艺的可行性。