128m预应力混凝土梁拱组合桥梁设计

预应力混凝土梁拱组合桥梁具有建筑结构低、桥型美观、施工便捷的优点,拱的水平推力由预应力混凝土梁承担,对比体外系杆拱桥具有刚度大、变位小的优点,并且耐久性大大提高。结合工程实例,介绍预应力混凝土梁拱组合桥梁的设计概况、主要设计参数、构造细节、计算方法,以及斜交跨铁路顶推施工需要注意的问题。     

高速铁路连续梁柔性拱桥拱梁结合部受力分析

研究目的:连续梁拱组合体系桥拱肋与主梁固结,依靠主梁内配置的预应力束来平衡拱的水平推力,拱脚是拱梁组合桥的关键部位,其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要;拱脚为钢管混凝土拱肋向混凝土主梁的过渡段,局部构造非常复杂,为了给拱脚节点处的构造设计提供理论依据和合理方案,有必要在桥梁整体分析的基础上,建立拱梁结合部精细化有限元计算模型,精确分析其受力状态和传力机理。研究结论:(1)拱梁结合部主梁和拱脚混凝土、拱肋钢管和拱肋内灌注混凝土等构件应力均在规范给定的限值内,结构安全可靠;(2)拱梁结合部应力集中区域主要分布在0号和1号节段连接截面,该处拱脚和主梁均存在较大的主压应力;拱脚与主梁间宜采用圆弧过渡等平滑连接构造,以减小应力集中,使混凝土受力更为均匀;(3)应确保拱肋与主梁、拱肋与拱脚混凝土之间共同作用良好,并保证拱梁结合部位受力的整体性;(4)本研究结果可供大跨度连续梁拱桥的设计和施工参考。     

铁路客运专线连续梁-拱组合结构设计

研究目的:本文以成绵乐客运专线鸭子河特大桥(56+ 116 +56)m连续梁-拱桥为工程背景,研究梁拱组合结构的梁拱构造、吊杆受力特性、支座布置、施工方法等,通过对模型的建立、荷载的选取、梁拱及吊杆的检算、动力特性及拱座局部分析计算,介绍梁拱结构的结构特点,为今后类似工程的修建提供参考.研究结论:连续梁拱组合结构能较好地发挥连续梁和拱两种结构体系的优点.与同跨度连续梁相比,由于拱的加劲作用,能够有效降低主梁的高度,同时,钢管对混凝土的套箍作用,提高了混凝土的抗压强度和变形能力,管内混凝土又有效地增加了钢管的局部稳定性,使拱与梁受力性能都得到较好的发挥,使梁拱组合结构具有整体受力特性好、结构刚度大、建筑高度低、施工方法成熟等优点.     

某高速铁路连续梁拱组合桥结构设计

连续梁拱组合桥将连续梁和拱两种结构体系有机结合在一起,具有结构刚度大、建筑高度低、造型美观等优点,使得这种桥型成为高速铁路最具有竞争力的桥型之一。针对某高速铁路(70+136+70)m连续梁-拱组合结构,研究了其受力特点、动力性能等特性。研究结果表明,该组合结构,梁拱共同受力,结构效应主要表现为拱受压、梁受弯的受力特性,使拱与梁在受力方面的优点得以充分发挥。由于梁拱共同参与二期恒载和活载的受力,所以与同跨度的连续梁相比,主梁承受弯矩峰值显著降低因而结构高度可大大减小。介绍梁拱组合结构设计及关键技术,对今后类似工程应用具有一定的借鉴意义。     

高速铁路连续梁-拱桥拱梁竖向刚度比分析

研究目的:在梁-拱组合体系桥梁设计中,拱梁刚度比对整体结构的受力和变形、动力特性、稳定性以及施工方法有较大影响,设计中应根据具体情况,合理选择拱梁的相对刚度,以达到最优的结构体系.已有梁-拱组合体系结构性能研究中,拱梁刚度比一般认为是拱肋和主梁构件抗弯刚度的比值,这种计算方法只是简单地将拱和梁的抗弯能力进行比对,并不能...     

济青客运专线铁路连续槽形梁拱桥设计研究

研究目的:高速铁路跨越城市立交道路及高速公路时,为不影响下方道路正常通行,减小线路路堤建设高度,降低工程成本,同时满足设计要求,可采用建筑高度较低的下承式连续槽形梁拱结构形式。本文以新建济南至青岛客运专线工程跨越改移青兰高速公路的(66. 5+142+66. 5) m连续槽形梁拱桥为背景,从结构尺寸、梁拱刚度等主要参数设计以及纵横向受力、剪力滞等方面展开研究,从而掌握该类结构的主要技术特点。研究结论:(1)桥面布置上比较灵活,通过人行道、电缆槽的最优布置,可以使桥面宽度最小,适当增加边主梁宽度、设置"马蹄"形构造、拱肋预埋段局部穿孔,可以有效解决拱脚构造带来的钢束布置空间不足问题;(2)拱轴线、拱肋截面形式、吊杆布置与常规箱形截面预应力混凝土连续梁拱相差不大,设计时可参考取值;梁拱刚度比主要影响拱肋及主梁的内力、残余徐变、短吊杆的吊杆力,将梁拱刚度比确定为36. 0,主梁、拱肋各指标在合理水平;(3)剪力滞分析表明,边支点、边跨跨中、中支点、中跨跨中典型截面剪力滞系数分别为1. 29、1. 19、1. 30、1. 14,均大于常规箱形截面的规范计算值,为保证结构安全,槽形梁拱在设计中应采用基于实体模型计算的剪力滞系数;(4)目前连续槽形梁拱桥在高速铁路工程中应用较少,缺乏一定的设计理论与经验,本研究成果可为类似桥梁的设计提供参考。     

西宁进站跨兰西高速特大桥设计

介绍西宁选站跨兰西高速（76＋160＋76）m预应力混凝土连续梁拱组合桥设计,通过分析阐述连续梁拱组合结构既具有较大的跨越能力,又较好地解决了拱桥的施工架设及其对桥下运营线路的影响;同时拱及吊杆对中跨的加强作用,减小了主梁高度和边跨跨度,降低了桥梁建筑高度,减小了桥梁长度。     

高速铁路连续梁拱桥拱梁竖向刚度比对结构性能影响的研究

基于连续梁拱组合体系桥各构件的受力特点,采用产生单位变形所需抵抗力的力学概念定义结构刚度和拱梁相对刚度,以在建的国内最大跨径高速铁路连续梁拱桥为工程背景,通过调整拱肋和主梁的截面形式和尺寸,详细分析了不同拱梁竖向刚度比结构的结构性能。研究结果表明:拱肋对主梁中跨受力和变形性能具有良好的辅助作用;随着拱梁竖向刚度比的增大,主梁边跨受力和刚度可能成为控制结构设计的重要因素;拱梁竖向刚度比达到1.0以上时,其对结构性能的影响程度降低。     

大跨度连续刚构柔性拱组合桥式研究

宜昌长江铁路大桥主桥采用130 m+2×275 m+130 m预应力混凝土连续刚构与钢管混凝土柔性拱组合桥式结构,大桥全长2 446 m,桥型与跨度在世界铁路桥梁中均居领先地位.研究了130 m+2×275 m+130 m刚构拱受力特性、承载能力、非线性、抗震、车桥动力响应等结构特性.研究结果表明,该新型组合桥梁结构,梁拱共同受力,结构弯矩效应主要表现为拱受压、梁受拉的受力特性,主梁承受弯矩及截面尺寸显著减小,拱的水平推力与梁的轴向拉力相互平衡,使拱与梁在受力方面的优点得以充分发挥,结构竖向刚度大,外形轻巧.     

预应力混凝土梁拱组合桥梁顶推施工新工艺

为避免对铁路运营的干扰,上跨既有铁路大跨度桥梁常用的施工方法有转体及顶推法。本桥采用预应力混凝土梁拱组合体系,系梁采用顶推法施工,系梁总长131 m,分3段浇筑36.5 m+86.1 m+8.4 m,中间段86.1 m长为顶推梁段,两侧为原位现浇。设计顶推最大跨度达38.5 m,顶推过程中需要设置前后钢导梁,其长度分别为28 m及17.0 m,顶推距离为78.3m,顶推运行轨迹为半径2 300 m竖曲线,顶推重为52 809 kN。顶推的特点有临时墩斜交布置、顶推轨迹为竖曲线,顶推过程中结构空间受力明显。同时对顶推用临时墩、钢导梁、侧向限位及拉锚器等也加以介绍。     

高速铁路连续刚构加拱组合结构设计及创新技术——以西延高铁王家河特大桥主桥为例

以西延高铁王家河特大桥为工程背景，首先，对3种混凝土连续刚构组合结构(连续刚构加拱、连续刚构加桁、连续刚构部分斜拉桥)从受力性能、无砟轨道适应性、经济性等方面进行比选，确定连续刚构加拱组合结构为最优方案；其次，阐述连续刚构加拱组合结构设计细节，通过有限元软件对结构的静、动力学性能、抗震性能、车-桥耦合计算分析；再次，对墩、梁、拱结合部位受力情况进行模拟检算，对梁、拱合理刚度分配规律进行总结。主要结论及创新点：(1)桥梁的强度、刚度指标满足规范要求，抗震性能良好、乘车舒适性优良；(2)梁拱结合部位混凝土处于均匀受压状态，局部受力安全可靠；(3)混凝土连续刚构加拱组合结构中拱肋承担活载的比例约占45%,活载有效转化为拱肋的压力和弯矩；(4)提出的高位拱肋单侧竖转施工方法可为类似工程提供参考借鉴。     

复杂条件下顶推小半径连续弯梁设计研究

研究目的:小半径连续弯梁位于变曲率平曲线上,同时纵断面位于竖曲线范围,采用顶推法施工,结构受力复杂,设计施工难度大。本文以朔山铁路32 m+48 m+32 m预应力混凝土连续梁为背景,对采用顶推法施工的弯梁结构受力分析、平竖曲线顶推构造处理措施、桥墩结构尺寸及检算等关键设计问题进行深入研究,以保证顶推施工的可行性和安全性。研究结论:(1)小半径曲线预应力混凝土连续梁采用顶推法施工,应建立空间模型进行结构受力分析,顶推施工过程中应考虑牵引力、导向力、纠偏力引起的主梁水平横向弯矩;(2)顶推梁宜位于平坡或同一坡度上,当主梁位于竖曲线上时,应结合具体情况选择处理方案,对于矢高较小的情况,建议竖向曲梁直做;(3)变曲率小半径曲梁顶推过程中,应根据各控制施工阶段确定主梁在各墩顶的横向偏移值,以确定墩顶滑道及桥墩结构尺寸;(4)弯梁顶推施工过程中,桥墩承受较大的纵横向水平力及弯矩,应对桥墩的强度、刚度进行检算,铁路桥一般采用结构尺寸较大的实体墩,具有足够的抗推刚度,不会发生公路桥柔性墩顶推梁时的爬行状况;(5)本研究成果对今后复杂条件下顶推桥梁设计具有一定的指导意义。     

V形刚构拱组合桥的梁拱组合效应分析

研究目的:大跨度V形刚构拱组合桥利用V形连续刚构的主跨斜腿与钢管混凝土拱的拱座连接形成,具有拱和V形连续刚构共同受力的特点,其结构性能已不同于一般的梁拱组合体系桥。通过本研究,揭示V形刚构拱组合桥的梁拱组合效应。研究结论:由于拱肋对V形连续刚构桥的加劲作用,V形刚构拱组合桥中跨在活载作用下的最大弯矩和最大挠度均减小约50%;组合结构桥由于混凝土收缩徐变引起的中跨后期下挠仅为V形连续刚构桥跨中下挠量的12%;V形刚构拱组合桥的竖向刚度是V形连续刚构桥的2.56倍以上,V形刚构拱组合桥的梁拱组合效应非常明显。     

梁拱组合桥吊杆力优化及工程应用

吊杆是梁拱组合桥梁主梁和拱肋之间的传力构件,吊杆内力对主梁和拱肋协作受力合理与否起着关键性作用。以包西铁路跨黄延高速大桥主桥的简支梁拱组合桥为工程背景,运用已经在斜拉桥索力优化领域比较成熟的影响矩阵法原理,以结构应变能最小为优化目标对成桥吊杆力进行优化,最终取得了很好的优化效果,进一步证明了影响矩阵法在梁拱组合桥吊杆力优化中具有很好的应用效果。同时本文的优化计算方法也为同类桥梁的优化问题提供了参考。     

混凝土曲线箱梁顶推施工的两点限位新方法

研究目的:由于工程场地条件的限制,大跨度曲线混凝土桥梁有时只能采用顶推施工方法,对于重250 000 kN、顶程达213 m、半径920 m的混凝土箱梁,其顶推过程中的中线轨迹和临时墩水平反力大小的控制是大吨位、长顶程曲线箱梁顶推设计和施工必须解决的关键问题,本文意在找出解决这些问题的方法。研究结论:通过对北京市京新上地桥独塔单索面预应力混凝土曲线斜拉桥主梁顶推过程中受力和运动轨迹的研究,得出以下结论:(1)提出混凝土复杂曲线箱梁顶推施工新方法,该方法简化了滑道和限位装置的设计,解决了复杂曲线主梁顶推轨迹不易控制的难题;(2)两点限位的结构在水平面为静定体系,可以准确计算顶推过程各工况的水平限位力,临时墩水平反力大幅降低仅为顶推重量的1.2‰,为复杂曲线主梁顶推的施工安全提供了技术支撑;(3)两点限位方法适用于采用顶推法施工的公路、铁路和市政工程等大型复杂曲线预应力混凝土箱梁桥。     

预应力混凝土连续梁拱组合桥吊杆成桥索力计算及影响因素分析

根据预应力混凝土连续梁拱组合桥的结构特点,充分考虑主梁的承载能力,提出基于指定截面应力法的吊杆成桥索力分步算法。根据主梁截面的应力控制条件,以总的吊杆索力最小为目标函数,采用数学规划方法初定吊杆索力,然后采用最小二乘法进行吊杆索力调匀,从而得到较为合理的吊杆成桥索力。应用该方法对宿淮铁路京杭运河特大桥主桥(62+132+62)m连续梁拱组合结构进行吊杆成桥索力分析,研究主梁截面尺寸、施工方法等对吊杆成桥索力、主梁预应力布置的影响。结果表明:随着梁高的增大,主梁参与全桥受力的程度随之增大,吊杆索力减小,拱肋负担的荷载也减小;施工方法不同,吊杆成桥索力和主梁内的预应力布置也不同,当主梁由悬臂浇注法改为支架现浇法施工时,吊杆的成桥索力增大,主梁在中支点截面处需配置的预应力钢绞线数量减小,在中跨跨中截面处需配置的预应力钢绞线数量增大。     

多线铁路系杆拱桥吊杆优化及静力特性分析

以一座多线铁路54.5 m跨度下承式系杆拱桥为工程背景,探讨有限元仿真分析时系梁和拱肋在拱脚位置如何衔接过渡的问题,并对吊杆刚度进行优化设计,分析桥跨结构受力特性。结果表明:系梁与拱肋在拱脚位置采用主从节点的方式进行模拟是可靠的;吊杆对梁拱受力的影响随其刚度的增加而增大,当吊杆钢丝束数量大于109根时,吊杆刚度对梁拱受力的影响速率变缓。因此,吊杆钢丝束数量取109根,既能实现系杆拱桥梁拱共同受力、协调变形的目的,又可提高桥跨结构的整体刚度。     

重载铁路部分斜拉桥结构参数分析

以蒙华重载铁路主跨248 m部分斜拉桥为例,采用有限元分析理论,分析在该跨度范围内部分斜拉桥应用于重载铁路的适应性及特殊性。对该桥结构体系、主梁梁高、预应力次内力、桥塔刚度、桥塔高度及索塔梁刚度匹配等结构参数进行比选研究,确定合理布置形式。结果表明:(1)该重载铁路部分斜拉桥采用塔梁固结、墩梁分离体系,主墩支座采用双1 90 000 kN超大吨位球形钢支座;(2)主梁中支点—跨中梁高采用13 m-6 m组合为优;(3)短预应力钢束时弯矩近似矩形分布于预应力钢束布置区域,次内力较小;长预应力钢束次内力弯矩近似呈三角形分布,次内力影响明显;(4)桥塔尺寸主要由索鞍等构造及桥塔本身受力控制,其刚度对结构整体受力及刚度影响均较小;(5)为提高跨中截面等控制性区域结构受力性能,桥塔采用高塔型体系,高跨比1/4.35;(6)结构整体刚度主要由主梁提供约占67%,主塔及拉索对整体刚度贡献值为33%,主塔及拉索对刚度影响因素主要为桥塔高度。     

铁路系杆拱桥设计研究

研究目的:系杆拱桥采用系杆承受拱的推力,在桥梁建筑高度受到限制或桥址地质不良地区,而又需要较大跨度时,系杆拱是较合理的桥式之一.成都三环路立交特大桥是国内首座大跨双线铁路预应力混凝土系杆拱桥,本文针对该立交特大桥双线铁路预应力混凝土系杆拱的结构特点及受力特性进行分析研究与检算,为施工提供指导.研究结论:成都三环路立交特大桥是国内首座大跨双线铁路预应力混凝土系杆拱桥,通过静动力分析表明该桥各项指标都满足规范要求;但拱梁结合部受力复杂,设计时采用三向预应力结构,主梁在梁端处进行了加宽加高、腹板加厚处理;因结构复杂局部存在一定的应力集中现象,通过研究和计算,将国内外新的科研成果和理论运用在本桥的设计中,进一步扩大了系杆拱结构在铁路桥梁建设上的应用,可为今后类似桥梁的设计提供借鉴.     

高速铁路连续梁拱桥拱肋施工方案对比分析

一座高速铁路桥梁跨越南水北调主干渠,桥型为梁拱组合体系拱桥,其钢管拱肋施工方案由原来的竖向转体施工转变为支架施工。根据高速铁路梁拱组合体系桥梁的结构特点,设计了一种适用于拱肋支架施工的支架结构。结合拱肋竖向转体和支架拼装2种施工方案,采用MIDAS/Civil模拟施工过程,并对各阶段的关键截面内力、应力和竖向位移进行分析。结果表明:设计的支架结构强度、刚度和稳定性验算结果均满足规范和设计要求;与拱肋支架拼装施工方案相比,竖向转体施工方案中拱肋的内力、应力以及竖向位移较大,但亦满足规范和设计要求,2种施工方案均合理可行;从拱肋受力、施工难易程度、经济性、安全性等方面考虑,支架拼装施工方案比竖向转体施工方案更具有优越性。