高速铁路下承式钢桁结合梁桥在偏载作用下的受力特性分析

以京沪高速铁路64 m简支下承式钢桁结合梁桥为对象,采用作者曾经提出的空间板梁单元和常规板壳单元、空间梁单元和空间桁单元离散结构,对其在偏载荷载作用下的受力特性进行空间有限元分析,计算主桁、混凝土板和纵、横梁的应力和位移。结果表明:该桥在偏载荷载作用下符合强度刚度要求。     

下承式钢桁结合梁在双线对称荷载作用下的近似解

下承式钢桁结合梁桥是适合高速铁路的桥梁结构形式之一,由于受力复杂,难以直接确定其在荷载作用下的精确解析解.本文根据下承式钢桁结合梁的变形特征,将其进行连续化处理, 等效为闭口薄壁组合箱形梁.然后用势能驻值原理导出下承式钢桁结合梁考虑桥面系钢纵梁-混凝土板相对滑移、横梁竖向变形的影响和混凝土板剪滞效应的控制微分方程.根据结构在双线对称荷载作用下的受力特点,假设等效闭口薄壁组合箱形梁的位移函数,求出下承式钢桁结合梁的近似解.利用本文方法对一个4节间简支下承式钢桁结合梁试验模型进行结构的位移和应力计算.通过将本文解与试验结果对比,说明本文公式的正确性.     

考虑钢-混凝土滑移效应的下承式钢桁结合梁受力特性研究

对下承式64 m双线钢桁结合梁,考虑钢梁与混凝土板之间的滑移,采用空间梁、板壳单元建立有限元计算模型,钢梁与混凝土板间的连接根据剪力钉刚度,采用弹性连接模拟,通过二期恒载、混凝土桥面板收缩徐变工况的计算分析,研究下承式钢桁结合梁受力特性。计算结果表明,下承式钢桁结合梁中由于混凝土板与主桁下弦杆共同作用承受纵向拉力,钢梁与混凝土板之间的滑移对桥梁结构内力影响较大,设计计算时不适合采用钢梁与混凝土板刚接或换算截面法,建议根据剪力钉刚度钢梁与混凝土板之间采用弹性连接模拟,不同荷载工况可按结构受力对剪力钉刚度进行适当调整。     

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.     

密布横梁正交异性板整体桥面受力行为

采用空间有限单元法和模型试验,研究南京大胜关长江大桥三主桁(拱)密布横梁体系钢正交异性板整体桥面结构的受力行为。研究结果表明:50%以上的桥面荷载通过下弦杆或系梁传至下弦节点,这部分荷载会引起下弦杆或系梁的竖向弯曲。针对三主桁(拱)密布横梁正交异性板桥面结构,提出桥面荷载在3片主桁(拱)中的2次分配的分析方法,第1次桥面荷载分配在3片主桁下弦杆或3片桁拱系梁中进行,中桁与每片边桁分配到的荷载比约为2.3~3.3,支座处大,跨中小;第2次桥面荷载分配通过横联在上弦节点中进行,中桁将0~24%的桥面荷载分配给2个边桁,跨中大,支座处小;经2次分配后,在离支座1~2节间以外的区域,中桁与边桁分配到的总荷载比约为1.0~1.2,靠近支座的区域,中桁与边桁分配到的总荷载比仍为2.5~3.3;只有第1次分配到的桥面荷载引起主桁下弦杆和桁拱系梁竖向弯曲,中桁(拱)的吊杆力、下弦杆和系梁的竖向弯矩约为边桁的2倍以上。     

正交异性板道砟桥面钢桁梁设计

以96 m正交异性板道砟桥面钢桁梁为研究对象,根据主桁下弦杆为拉弯构件的受力特点,设计中适当增大主桁下弦杆的竖向抗弯刚度。通过取消传统的钢混组合式道砟槽板,采用新型MMA防水体系+CAP轻质垫层+钢挡砟墙桥面系布置,减小二期恒载30%以上,有效减小了主桁用钢量。为了解决正交异性钢桥面板活载加载计算工作量大的问题,提出了正交异性板桥面系虚拟影响面加载法。钢桁梁的各项刚度指标分析结果表明:本桥具有较大的整体刚度,满足200 km/h的列车行车速度要求。结合桥址实际情况,在钢桁梁小夹角上跨既有铁路状况下,采用转体施工法进行钢桁梁架设。     

下承式钢桁半结合桥桥面系的受力状态及改善方法

针对下承式钢桁半结合桥横梁的面外弯曲和混凝土桥面板受拉的问题，以64和96m下承式钢桁半结合桥为例，对3种现浇混凝土板施工方法桥面系的受力状态进行计算和分析比较。结果表明：采用由跨中向两端逐个节间固联纵、横梁后再浇筑混凝土板的方法，可使横梁的面外弯矩大幅度减少。据此提出预制板不设纵梁和待混凝土预制板全部上桥就位并释放横梁面外弯曲后再固联纵梁与横梁的2种施工方法。采用这2种施工方法可以基本消除一期恒载作用下横梁的面外弯矩和混凝土板中的轴向拉应力，如果再加上压重等措施，则可进一步消除或减少二期恒载和活载引起的横梁面外弯矩和混凝土板中的轴向拉应力。     

高速铁路三主桁道砟整体桥面板桁组合桥受力特性及计算理论研究

在整体桥面结构中,下弦杆(系梁)和桥面系受力状态较复杂.桥面荷载在三主桁(拱)间的横向分配较二主桁(拱)复杂.结合在建中的京沪高速铁路南京大胜关长江大桥,进行三主桁道砟整体桥面板桁组合桥受力特性、计算理论和计算方法的研究,主要研究内容和成果如下.     

下承式铁路钢桁结合桥的桥式结构比较

下承式钢桁结合桥刚度大,建筑高度低,行车噪声小,舒适度高,拟在我国客运专线、高速铁路建设和既有线路提速改造中应用。目前我国大陆还没有一座下承式钢桁结合桥。世界上已有一些成功应用的经验,但相关资料较少。本文介绍了日本北陆新干线、法国高速铁路地中海线以及我国台湾正在修建的高速铁路上几座有代表性的下承式钢桁结合桥和笔者等正在进行的下承式钢桁结合桥试验模型资料;将这些桥式结构按其与主桁和桥面系的结合方式分为三类;对桥式结构、受力特点、横向刚度、建筑高度等进行分析研究和比较;提出了下承式钢桁结合桥需要进一步深入研究的一些问题。这些工作将有助于下承式钢桁结合桥在我国的应用。     

公铁两用三索面斜拉桥结构受力分析

三索面三主桁斜拉桥主跨跨度630 m,为公铁两用斜拉桥结构。钢桁梁采用N字形桁架,桥塔为菱形加倒Y形混凝土结构,塔高为225 m。为研究该桥结构的受力,建立该桥密横梁有限元模型,进行合理成桥状态模拟计算,分析各个工况下结构的内力和变形。结果表明:斜拉索最大应力为724 MPa,主桁竖向最大挠度为112.3 cm,梁端转角为1.98×10-3rad,主桁横向最大位移为4.8 cm。该桥在应力、稳定和刚度方面均满足规范要求。     

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。     

空间薄壁结构应力测试与分析

研究目的:以焦柳线4 m×128 m连续钢桁梁桥荷载试验为依托,论述空间薄壁结构应力测试的理论和方法,在理论计算和试验数据的基础上,分析主桁杆件的受力性能、传力特点、应力状态以及次应力影响。研究结论:通过分析表明:钢桁梁桥的主桁杆件主要承受轴向力作用,受力性质与设计理论一致;桥梁的空间传力作用与杆件间的连接刚度、杆件的位置以及荷载的作用点有关,按杠杆原理简化计算2片主桁间的荷载分配是偏于安全的;按空间梁单元模型计算的下弦杆应力比平面模型计算应力小9.9%~16.4%,"桥检规"中按平面杆系模型计算统计的结构校验系数通常值仅具有参考意义;主力组合下各测试杆件的实际应力小于设计允许应力,并有一定的强度储备;杆件的次应力与节点板和杆件本身的刚度成正比。     

穗莞深城际东江南特大桥主桥设计

穗莞深城际轨道交通东江南特大桥主桥为(143+264+143)m加劲连续钢桁梁,在传统钢桁梁上增设了刚性上加劲弦,采用了刚接刚性吊杆和密横梁形式整体钢桥面结构。该桥式在铁路桥梁中应用较少,需要对其进行研究,以保证设计安全合理。研究表明,刚性短吊杆刚性连接对主桁内力和应力的影响较大,结构安全可靠;桥面板参与受力主要影响主桁下弦应力,本桥平面分析时取50%桥面板宽作为有效宽度是偏安全的;加劲连续钢桁梁建筑高度小、跨越能力强,其刚度和动力性能均满足列车运营要求。     

铁路跨度12m低高度钢筋混凝土板梁桥试验研究

为研究跨度12 m低高度钢筋混凝土板梁桥对开行25 t轴重C80货车的适应性,对朔黄铁路上行线(重车线)上两座12 m低高度混凝土桥梁(西留肖中桥与跨新沧保公路大桥)的动力性能进行了测试与对比分析。研究结果表明:西留肖中桥梁体横向振幅过大的主要原因是未设置横向限位装置;梁体竖向刚度满足使用功能与行车安全要求,竖向刚度的劣化对桥梁梁体结构的使用功能与行车安全影响较小;实测主筋应力小于钢筋疲劳抗力与活载作用下主拉应力增量,梁体在线弹性范围内工作;该类梁体结构可适应25 t轴重C80货车的重载运输要求。     

南京大胜关长江大桥三主桁钢正交异性板整体桥面结构受力特性的试验研究

南京大胜关长江大桥采用三主桁多横梁体系钢正交异性板整体桥面结构,结构受力状态复杂。设计制作了一个1∶6的6节间钢桁梁节段模型,研究了实桥受力状态的模拟方法,完成了多种工况下的模拟实桥正、负弯矩区受力状态的加载试验;考察了桥面荷载在3片主桁之间的横向分配,"第一系统"作用下整体桥面的应力分布。结果表明,试验实测结果与实桥的理论分析结果较吻合,说明本文的试验方法可较好地反映实桥整体桥面结构的受力状态;桥面荷载在3片主桁之间的分配是不均匀的,对称桥面荷载在3片主桁之间的分配比例为1.0∶2.0∶1.0,偏载时为1.0∶1.0∶0.0;"第一系统"作用下钢桥面板顺桥向应力沿横桥向分布较均匀,3片主桁挠度较接近,说明三主桁整体桥面结构受力状态合理,整体性好。该研究成果验证了南京大胜关长江大桥的设计计算理论和计算方法的正确性,为该桥的设计提供可参考依据,同时也为整体桥面结构的进一步研究和应用提供了技术储备。     

高速铁路下承式钢桁结合桥研究

下承式钢桁结合桥跨度大、建筑高度低、刚度大、噪声小、施工快捷,在法国和日本高速铁路上已有应用,我国目前还没有一座这样的桥梁。本文通过有限元分析和模型试验,对下承式钢桁结合桥的结构体系、桥面系结合形式、有限元分析方法、节间长度及纵梁根数对桥面系受力状态的影响、混凝土板裂缝宽度控制等问题作了研究,认为因地制宜地选取下承式钢桁结合桥的合理结构形式用于我国高速铁路建设和既有线提速改造可收到较好的经济效益和社会效益。     

板桁组合结构体系受力特性及计算方法研究

对板桁结结构的各结构体系受力分析的目的是为了在设计过程中能根据各体系的受力特点，对不同的构件进行有针对性的设计。文中针对芜尖长江大桥连续梁的板桁组合结构各体受受力的情况，在板桁组合结构计算分析中，将结构划分为3个体系，对各体系的受力情况进行了具体分析计算，认为板桁组合结构第一体系受力的最主要的特点，是混凝土桥面作为主桁上弦杆缘的一部分参与结构整体受力，在恰当考虑桥面有较宽度后，第一体系的受力分析可以按常规的杆系结构分析办法处理，第二系为由纵横梁及桥面板构成的加劲板，可采用叠加桥机板单元的网格梁组合模型进行分析，而第三体系受力主要是分析其在轮压荷载下的受力状态，分析时应按实际情况考虑多个车轴下的轮压布置，并考虑纵梁支承刚度差异带来的影响。     

64m下承式钢桁结合梁的动力性能试验研究

下承式钢桁结合梁刚度大,可采用有砟桥面,行车噪声小,乘客舒适度高.通过测试64 m下承式钢桁结合梁的自振特性和动力响应测试,分析在动载作用下桥梁结构的工作状态,判断列车通过时桥梁的安全性.     

下承式钢桁结合梁桥计算分析

针对下承式钢桁结合梁桥,通过有限元分析,对全结合桥面系和部分结合桥面系两种结合方式进行探讨研究,了解结合梁桥的受力特点。