钢桥塔的构造设计研究

在缆索支承桥中,采用钢桥塔符合可持续工程和绿色工程的结构设计新理念,而钢桥塔在我国的应用十分有限,现行的各种桥梁规范中也没有关于钢桥塔的规定。本文针对钢桥塔的稳定构造设计、塔柱截面构造优化、钢桥塔和混凝土基础的连接构造、塔形构造选择等问题进行了分析研究,开展了钢桥塔的稳定性试验,提出了防止钢桥塔失稳的措施,研究了塔柱截面构造的合理设置,对常用的塔-基连接的构造型式进行了适用性分析,并对几种常见塔形的受力性能进行了对比分析,研究结果可为钢桥塔的构造设计提供参考。     

施工态下塔吊对钢桥塔涡激振动影响的风洞试验

施工中的钢桥塔,特别当桥塔主体工程完成,而主缆尚未架设时,易发生风致振动。为了研究施工状态下,塔吊对钢桥塔风致振动的影响,以某大跨度斜拉桥钢桥塔和塔吊组合体系为实际工程背景,采用风洞试验方法,在均匀流场中测试了裸塔状态下和桥塔与塔吊组合体系下各自的风致振动响应,并将两者的测试结果进行对比分析。研究结果表明:裸塔状态下的钢桥塔气弹模型在0°风向角下会出现较为明显的大幅顺桥向涡激振动现象,随着风速的增长,当风速达到47 m/s后,裸塔状态下的钢桥塔气弹模型会发生大幅的发散性驰振现象。另一方面,随着风向角度的增加,钢桥塔风致振动响应降低较为显著,没有发生较为明显的涡激振动和发散性驰振现象。在所有试验风向角工况下,钢桥塔和塔吊组合体系状态在均匀流场中的风致振动响应相比钢桥塔裸塔状态显著减小,并且未发生明显的涡激振动和驰振现象,这表明塔吊的存在会明显抑制钢桥塔的风致振动响应。今后在考虑施工态下风荷载对钢桥塔施工安全的影响时,不仅应考查裸塔状态钢桥塔的风致振动响应,还应考查钢桥塔和塔吊组合体系下的风致振动响应。本研究结论可为施工态下同类钢桥塔的风致施工安全提供一定的参考。     

港珠澳大桥江海直达船航道桥首座整体式钢塔成功吊装

<正>2015年8月23日,港珠澳大桥江海直达船航道桥140号墩钢塔整体段成功吊装就位(见图1)。江海直达船航道桥为中央平行单索面三塔钢箱梁斜拉桥,桥塔为"海豚"形钢桥塔,边桥塔和中桥塔分别高108.5 m、109.756 m。桥塔塔身分主塔柱、副塔柱、装饰塔段、主副塔柱联系杆及桥塔三角撑五部分。主塔分为Z0~Z12共13个节段,除主塔柱Z0、Z1节段采用高强度螺栓连接外,其余节段     

带吊机钢桥塔施工状态抖振响应及风振舒适性研究

为评估施工过程中带吊机状态时桥塔的风振舒适性,对某桥一高164.4 m的独柱式钢桥塔与吊机结构开展了气动弹性模型风洞试验,研究桥塔封顶(T1状态)以及最后一道扶墙安装前(T2状态)2种施工状态下的桥塔和吊机的抖振位移响应;采用加速度均方根作为结构风振舒适性评价指标,通过比较多种舒适性标准得出高、中、低3种评价等级,对带吊机桥塔结构风振舒适性进行评价,并结合工程规定进行验证。结果表明:风偏角对带吊机钢桥塔结构抖振响应有显著影响,其中15°风偏角下抖振响应最大;风速与带吊机钢桥塔结构顶部加速度均方根间存在较显著的线性正相关特性,可以作为风振舒适性的简易评价指标;2种施工状态下桥塔塔顶风振舒适性基本一致,T2状态下吊机顶部风振舒适性低于T1状态;3种评价标准中基于非常烦扰的中评价等级与工程规定较相符。     

钢桥塔与塔吊联合体系风荷载效应研究

施工阶段的钢桥塔属于典型的高柔结构,由于缺乏缆索的支撑作用,其低刚度可能会引起过大的结构位移响应。针对带塔吊钢桥塔联合体系静风荷载及响应,比较了《公路桥梁抗风设计规范》、《起重机设计规范》所提供的计算方法和计算流体力学(CFD)虚拟风洞技术的计算结果。通过对比可知,与CFD数值的计算结果相比,按照规范计算的联合体系部分位移响应极值偏于不安全;布置在钢桥塔顺桥向方向的塔吊,对桥塔顺桥向风荷载有一定的放大影响;根据CFD计算结果,可以得出风向对联合体系风荷载存在明显的影响。     

沈阳市东塔跨浑河桥总体静力计算分析

沈阳市东塔跨浑河桥为双塔双索面自锚式悬索桥,主桥跨径布置为40+90+220+90+40=480 m,桥塔为钢桁架桥塔,造型独特优美。现以东塔跨浑河桥为实例,利用Midas/civil计算软件,介绍了自锚式悬索桥的总体计算过程,以及要点分析。     

港珠澳大桥桥塔与吊具连接高强螺栓群受力分析

为了解港珠澳大桥江海直达船航道桥风帆型桥塔吊装过程中桥塔与吊具连接高强螺栓群的受力状况,提出较为合理的桥塔吊装连接方案,以该桥桥塔Z10号节段吊装连接为例进行分析。采用ANSYS建立桥塔Z10号节段及吊具有限元模型,取0°、45°和90°3种典型吊装模态对高强螺栓群进行受力分析。结果表明:在水平至垂向吊装过程中,吊臂与桥塔采用高强螺栓群连接,满足不了吊装要求。为此,采取用高强度钢拉杆组件替换部分受力过大的高强螺栓等措施加强吊具与桥塔连接的可靠性。采取加强措施后高强度钢拉杆最大拉应力为947MPa、径向剪应力为586MPa;高强螺栓群最大拉应力为829 MPa、径向剪应力为395 MPa,均满足吊装要求,该方案已得到成功应用。     

不对称独塔叠合梁斜拉桥塔梁同步施工可行性与影响因素分析

以贵州省铜仁市凯峡河特大桥为工程背景,运用有限元软件建立数值模型,分别计算塔梁同步施工和先塔后梁施工方式下成桥索力、成桥预拱度、主塔根部压应力等关键参数,结果表明,两者计算结果吻合较好,该桥采用塔梁同步施工工艺可行;分析桥塔顺桥向温差、桥塔两侧不平衡荷载对塔梁同步施工状态下桥塔偏位的影响,结果表明,顺桥向温差为20℃时...     

地锚式万向铰独斜塔斜拉桥温度效应分析

地锚式万向铰独斜塔斜拉桥结构体系新颖,为分析温度荷载作用下该类桥梁成桥状态的结构响应,以三亚海棠湾河心岛景观桥(主跨99.8 m钢斜塔双边工字钢梁独塔斜拉桥)为工程背景,建立桥梁结构有限元模型,分析体系温差、日照温差、索梁(塔)温差对桥塔偏位、主梁线形以及索力的影响。结果表明:体系温差下桥塔以纵向弯曲和纵向偏转为主,体系降温将引起全桥主梁下挠,体系升温效应相反,最大背索索力变化为成桥索力的6.1%;日照温差下桥塔以横向弯曲为主,纵向偏位较小,对主梁线形、斜拉索索力影响较小;索梁(塔)负温差下有索区主梁发生向上位移、背索索力增大,正温差下相反,对桥塔偏位基本不影响。     

常泰长江大桥主航道桥桥塔方案研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1 176 m的公铁合建双塔斜拉桥,由于跨度和主梁自重均较大,该桥桥塔具有塔高、体量大、索力大、塔端锚固构造及施工较为复杂的特点。根据桥塔结构特点,开展桥塔方案、索塔锚固方案等一系列研究,创造性地提出采用钢-混混合空间钻石型桥塔(简称SCDT)和钢箱-核芯混凝土组合索塔锚固结构(简称SCAS)。空间钻石型桥塔将平面钻石形桥塔方案的中、下塔柱沿纵向分解形成框架结构,能大幅提高桥塔纵向刚度及斜拉索利用效率、极大地减小桥塔在施工和使用期可能出现的非受力方向开裂风险。钢箱-核芯混凝土组合索塔锚固结构将核芯混凝土布置在截面中性轴位置,主要用于承受上塔柱的轴向压力,外围钢箱结构承受弯矩,该锚固结构能充分发挥钢和混凝土材料的结构力学性能,且景观效果好、传力途径明确、受力合理。     

目录

为深化对钢管混凝土桥塔的认识,推动钢管混凝土结构在缆索承重桥梁桥塔中的应用,首先对钢管混凝土桥塔的工程应用情况及其一般构造进行了梳理,讨论了目前钢管混凝土桥塔设计中存在的主要问题,从构造简单、施工高效的角度对现有钢管混凝土桥塔构造进行了优化。而后对钢管混凝土桥塔钢壁板的局部屈曲性能及塔柱的力学性能研究进展进行了评述,并给出了推荐的设计方法。最后通过与传统钢筋混凝土桥塔和钢桥塔的对比,分析了钢管混凝土桥塔的技术特点和经济性。结果表明:由于对钢与混凝土共同承载机理认识不够深入、受混凝土单侧约束钢板的局部屈曲理论研究相对薄弱、钢混界面传力性能不明确等问题,导致目前钢管混凝土桥塔的构造过于复杂,施工高效性较差;构造优化后的PBL加劲型钢管混凝土桥塔的加劲构造、钢混连接构造更加简洁,钢壁板对混凝土的约束效应更强,无需配筋设计,能够节约用钢量、简化钢结构制造流程及现场安装工序,提高桥塔的工业化制造及装配化施工水平;考虑局部屈曲影响的加劲钢壁板构造设计方法和钢管混凝土桥塔承载力计算方法更加安全、合理;钢管混凝土桥塔具有设计灵活性、施工高效性和承灾高韧性,建设成本及养护成本远低于钢桥塔,在经济性上与传统钢筋混凝土桥塔可展开竞争,具有广阔的应用前景。     

北京南环大桥总体设计

南环大桥位于北京市昌平区中心,主桥为平行双索面自锚式悬索桥,中跨175m。该文介绍了该桥的工程背景、桥型方案、总体设计以及主桥设计与计算,重点论述了南环大桥四柱式桥塔结构、缆索体系、全焊接钢加劲梁、环氧沥青桥面铺装等关键技术。     

望东长江公路大桥钢围堰下水施工技术

安徽省池州市望东长江公路大桥主桥为钢-混组合梁斜拉桥,跨径布置为(78+228+638+228+78)m,主梁采用PK型分离双箱形式,南岸桥塔墩采用高桩承台、钻孔灌注桩基础,基础采用高低刃脚异型双壁钢围堰施工,钢围堰长50.4m、宽28.4m,重约1 532t。根据该桥桥塔基础建设条件,钢围堰采用先无底围堰、后钻孔方案施工,采用气囊法下水。钢围堰在船厂分块加工制造,在船坞内采用卧式拼装成型,利用橡胶气囊法滑移下水,利用地锚和卷扬机滑轮组反拉牵引控制钢围堰滑移速度,借助拖轮将钢围堰浮运至桥位处,完成钢围堰下水施工。     

钢桥塔索辅梁桥锚固区新型钢锚箱受力分析

以某主跨2×94m的拱形钢桥塔索辅梁桥为背景,基于钢桥塔锚固区构造的合理简化,建立传统和新型钢锚箱构造的空间板壳单元有限元模型,分析了成桥及换索工况下钢桥塔锚固区主要板件及焊缝的应力幅值、应力分布、应力集中现象及索力传递路径。结果表明,两种钢锚箱方案材料用量、施工工艺、斜拉索张拉空间基本相同,锚固区各板件应力均满足规范要求。新型钢锚箱应力集中现象更弱,与钢桥塔连接的整体性更强,索力传递更顺畅。传统钢锚箱焊缝焊接施工工作量较少,斜拉索索力较大时,建议采用新型双横隔板钢锚箱方案;斜拉索索力较小时,考虑到减少焊接施工工作量,可以采用传统单横隔板钢锚箱方案。     

临沂市西安路桥空间混合桥塔设计与研究

临沂市西安路祊河大桥为独塔斜拉桥,桥塔采用三根塔柱组成的空间异形混合桥塔,介绍了桥塔的总体设计方案。着重分析空间异形混合桥塔锚索区、塔柱钢混凝土结合部、塔柱间的连杆等重要节点的构造及受力性能,三根塔柱整体受力性能、拉索锚固区钢结构局部受力、塔柱钢混凝土结合部受力、塔柱间的连杆受力等关键设计技术,为以后类似工程的设计提供参考。     

鸭绿江界河公路大桥主桥桥型方案比选

鸭绿江界河公路大桥是连接朝鲜的跨国性重要工程,结合桥址处实际工程条件,选取双塔双索面钢箱梁斜拉桥[跨径布置为(86+229+636+229+86)m,采用现浇H形桥塔]和双塔双索面钢-混结合梁斜拉桥[跨径布置为(87+228+636+228+87)m,采用现浇倒Y形桥塔]2种桥型方案进行比选.采用平面杆系程序桥梁博士V3.2.0分别建立2种方案的有限元模型,按整体成型对桥梁成桥阶段及运营阶段进行整体受力分析,并对2种方案的施工便利性、耐久性及经济性进行对比分析.分析结果表明,钢箱梁斜拉桥结构受力较优,且其施工便利、工期较短、抗震性能好,因此该桥最终确定采用五跨双塔双索面钢箱梁斜拉桥方案.     

川藏公路迫龙沟特大桥设计

川藏公路迫龙沟特大桥采用半飘浮体系双塔双索面混合梁斜拉桥,跨径组成为(156+430+156)m。从结构受力、施工、养护、经济性等方面综合考虑,该桥主梁采用混合梁方案。中跨为结合梁,由工字形钢主梁和混凝土桥面板组成;边跨为预应力混凝土梁,采用双边肋断面;钢-混结合段采用整体式结构。从桥塔自身高宽比协调的角度出发,并考虑结构受力,桥塔采用改进的菱形混凝土塔,塔柱在桥面以上呈A形,在桥面以下合并成整体。桥塔基础采用群桩基础。全桥共设置68对钢绞线斜拉索。采用MIDAS Civil进行结构整体计算,并采用ANSYS和Abaqus分别对结合梁锚拉板和索塔锚固区进行局部计算,结果表明该桥整体及局部受力均满足规范要求。     

柳州白沙大桥主桥设计

柳州白沙大桥主桥为主跨2×200m的单塔双索面斜拉桥,刚构体系。主梁采用正交异性钢桥面板流线型扁平钢箱梁,梁高4m、宽38m。桥塔采用钢结构空间Q形塔,塔高108m,为反对称结构。桥塔塔底通过剪力钉和PBL剪力键与混凝土塔座及承台锚固。全桥共布置60根斜拉索,按空间双索面布置,梁上索距12m、塔上索距3m。斜拉索锚固,塔端采用钢锚箱方式,梁端采用锚拉板方式。边墩采用花瓶形框架式桥墩,桥塔墩与边墩均采用分离式矩形承台、钻孔灌注桩基础。为控制成桥线形,并保证施工期间的通航,该桥主梁采用顶推法架设。采用空间有限元程序MIDAS Civil对该桥进行结构静力计算,计算结果显现出成桥阶段主梁横弯、运营阶段主梁刚度偏小的反对称结构受力特性。     

洪湾水道主航道桥荷载试验有限元分析

以广东珠海洪湾水道主航道桥为工程背景,通过Midas/Civil软件对桥梁进行建模,以此为基础,对桥梁进行内力计算和自振特性分析。结果表明：最大主梁应力在跨中附近,距3^#桥塔约218m,最大值为58.6MPa;主梁最大竖向位移发生在跨中截面,为0.429m;两个桥塔的最大弯矩均发生在桥塔根部,4^#桥塔最大弯矩为136 795 kN·m, 3^#桥塔最大弯矩为135 659 kN·m; 4^#和3^#桥塔的最大顺桥向偏移分别为0.159m和0.148m。桥梁第1阶振型为主梁纵飘+主梁一阶反对称竖弯,前9阶振型以主梁纵飘、竖弯和橫弯为主,未出现主梁扭转和桥塔弯曲模态。     

鄂东长江公路大桥结构设计方案研究

为研究千米级混合梁斜拉桥结构设计,以鄂东长江公路大桥为依托,通过结构计算与试验模拟,从钢-混凝土结合段位置的选择、索距、桥塔、主梁、主梁钢-混凝土结合段等方面对该桥结构设计方案进行研究。结果表明:钢-混凝土结合段设置在中跨侧距桥塔中心12.5 m处,结合段位置主梁的变形和内力均较小;中跨标准梁段宜采用15 m索距,边跨宜采用7.5 m索距;该桥桥面以上塔高为180.5 m;索塔锚固形式采用钢锚箱方案,并设置弧形预应力筋减少和控制主桥索塔锚固区外壁裂缝;主梁采用PK断面,可充分发挥全截面的性能;采用优化的混凝土后设承压板的钢-混凝土结合段型式,应力和刚度过渡较为平顺。