跨度128m铁路简支系杆拱桥设计及吊杆优化分析

为研究恒载及活载在简支系杆拱桥结构中的分布,介绍1座128 m铁路简支系杆拱桥的设计,探讨拱脚截面有限元模拟时的处理方法,建立该桥的有限元分析模型,对比分析吊杆刚度对结构在恒载和活载下受力的影响。研究结论为:吊杆刚度对系杆拱桥的荷载分配及梁、拱应力有着较大的影响,且在吊杆刚度较小时影响显著,影响率随着吊杆刚度的增加而减小;对于系杆拱桥,吊杆起着重要的联系作用,设计时需要根据梁和拱的承载能力进行整体合理设计。     

铁路简支槽形梁系杆拱组合桥设计研究

宁启线上跨沪通铁路,由于线路纵断面高程受限而采用了64 m简支槽形梁系杆拱桥。本文分析该桥的受力特点,介绍系梁、拱肋、拱脚、横撑、吊杆等构件的构造设计。采用有限元软件对桥梁进行结构整体计算、道床板横向计算和拱脚局部应力分析。计算结果表明,简支槽形梁系杆拱桥具有建筑高度低、结构刚度大、工后徐变小等优点,在跨度大、净空受限时是一种新的解决方案。     

铁路客运专线128m系杆拱桥结构设计参数研究

以一座高速客运专线铁路大跨度钢系杆拱桥为工程背景,利用有限元程序分析了矢跨比、系梁和拱肋的刚度比、拱肋横向联结系的设置、吊杆布置形式对结构的静动力特性的影响。计算分析表明:矢跨比为1/5、拱肋和系梁的刚度比为1/2左右时结构受力较合理;加强跨中横向联结系对提高结构的整体稳定性有较明显的效果;无交叉斜吊杆和交叉斜吊杆能提高结构的竖向刚度,刚性吊杆对结构的横向基频贡献很大。     

200km/h单线铁路80m跨简支系杆拱桥受力分析

以200 km/h单线铁路80 m跨简支系杆拱桥为研究对象,介绍其主梁、拱肋和吊杆等构件的设计参数。建立空间整体有限元模型,分析该简支系杆拱桥的支座反力、吊杆拉力分配以及主梁竖向位移等整体受力性能,并采用Ansys建立拱脚实体有限元模型,将整体模型计算内力结果施加至局部模型边界上,计算分析拱脚应力分布规律。最后分析了横撑以及材料、几何非线性对结构稳定性的影响。计算结果表明,结构整体受力、局部应力及结构稳定性均满足规范要求。     

铁路三拱肋简支系杆拱桥设计参数研究

为了解三片拱肋设计对铁路简支系杆拱桥受力性能的影响,结合某铁路1-80 m三拱肋简支系杆拱桥的结构选型和设计,建立有限元模型,对边中拱梁截面尺寸、拱梁刚度比、合理拱形、横撑布置、吊杆力等主要设计参数进行研究,提出各设计参数的取值建议。研究结果显示:边中拱、梁宜采用相同的截面尺寸;拱梁刚度比宜取1/12~1/4;合理拱形的矢跨比宜采用1/5~1/6,拱轴线宜采用1.8~2次抛物线;加强跨中和1/4跨位置的横撑布置有利于提高结构的整体稳定性;中、边吊杆的成桥索力比值为1.15左右较为合理。     

穗莞深城际铁路松福路1号特大桥140m钢箱系杆拱结构设计

新建穗莞深城际铁路无砟轨道松福路1号特大桥为钢结构拱桥,主跨采用140 m钢箱系杆拱桥,拱肋、系梁采用钢箱截面。为解决结构刚度不足,梁端转角过大,吊杆亦采用钢箱截面。桥面系为纵横梁体系和预制混凝土桥面板。采用平面模型和空间模型分别进行受力分析计算,对拱肋、系梁、吊杆、纵横梁等结构应力、刚度、稳定性、疲劳进行了控制分析,优化杆件尺寸,取得良好的设计效果。     

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。     

先梁后拱法施工轨道交通梁拱体系桥梁

结合实际工程对梁拱组合体系桥吊杆控制张拉力4种确定方法(倒拆法、正装-倒拆迭代法、无应力状态控制法和影响矩阵法)的实施步骤及结果进行有限元计算研究分析,并针对从拱脚向拱顶、拱顶向拱脚及1/4主跨向两侧3种张拉顺序过程中的结构受力状态进行有限元计算对比分析,结果表明:不同吊杆张拉顺序下各构件均能满足设计需求,但对于体系复杂、规模较大的梁拱组合体系,吊杆张拉过程可能出现部分构件受力超标现象,因此需重视吊杆张拉顺序比选.     

京沪高铁简支系杆拱创新设计与发展

简支系杆拱是一种结构受力明确、刚度大、高度低,且美观、经济的无推力拱桥。在京沪高铁徐沪段,简支系杆拱首次被系统研究和广泛运用。该路线共设跨度96 m、112 m和128 m的简支系杆拱桥21处。简支系杆拱的结构为外部静定、内部超静定的尼尔森体系平行拱或提篮拱;系梁采用单箱三室等高预应力混凝土箱梁;拱肋采用哑铃型钢管混凝土截面;吊杆采用PES (FD)低应力防腐索体。通过对吊杆布置形式、矢跨比和拱轴线线形等关键技术参数进行对比研究,确定了合理的结构形式。对简支系杆拱结构的优化进行了总结,并对桥梁结构的发展进行了展望。     

双线系杆拱桥对不同列车荷载的适应性分析

以一座跨度为128 m铁路双线系杆拱桥为例,基于TB 3466—2016《铁路列车荷载图式》,在ZK,ZC,ZKH,ZH(Z=1. 3)列车荷载作用下,分析系杆拱结构受力及变形性能,探讨其适应性及控制因素。研究结果表明:主梁结构在4种列车荷载作用下均满足规范要求,在ZK,ZC列车荷载作用下,主梁结构强度及抗裂安全系数均较大,可采用适当减少预应力配置等形式进行优化调整;在ZH(Z=1. 3)列车荷载作用下,拱肋横向稳定安全系数接近限值,且拱肋与拱脚连接位置8 m范围内强度安全系数超规范限值,钢管厚度需增加,表明该桥型控制因素为拱肋结构受力及拱肋横向稳定性;结构刚度均满足规范限值,挠跨比最小值亦达1/5 000,反映了系杆拱桥刚度大的特点;双线系杆拱仅在ZH(Z=1. 3)列车荷载作用下需局部调整结构尺寸,其余均可满足结构受力及变形要求,表现出良好的适应性。     

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。     

钢管砼梁拱组合结构拱肋受力行为分析

以宜万铁路宜昌长江大桥为工程背景,通过有限元计算,分析了钢管混凝土拱肋施工阶段主梁控制截面受力情况,还对目前国内三种主要钢管混凝土规程进行了比较分析。通过分析比较,发现在拱肋施工的各工况中,钢管拼装和吊杆张拉对结构的受力影响较大。对钢管混凝土梁拱组合结构的设计计算,宜采用把钢管转化为混凝土的理论计算,以其他的理论的计算作为参考,以期使结构设计更加合理。     

槽形梁拱组合桥多向曲线的线形控制技术

槽形梁拱组合桥梁在悬灌过程中的线形控制是桥梁施工的主要控制环节和重难点,梁拱组合结构桥梁不仅要对连续梁进行线形控制,还要对拱肋安装精度和吊杆张拉力进行控制,以对整体结构的线形和受力进行控制。介绍了对武汉轻轨槽形梁拱组合桥梁施工过程中,通过理论计算和现场观测形成主动和被动控制系统,成功实现了对国内首座槽形梁拱组合桥梁进行线形控制。     

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.     

单拱肋预应力混凝土梁拱组合桥受力性能分析

研究目的:本文以某单拱肋预应力混凝土梁拱组合桥为例,该桥型将预应力混凝土梁及拱两种结构体系有机地结合在一起,具有结构刚度大、建筑高度低、造型美观等优点,但该类结构为多次超静定结构,受力性能复杂,设计难度较大,为揭示其受力特性,于文中展开详细地分析及探讨。研究结论:(1)该类桥梁拱和梁组合起来共同承受荷载,拱肋受压,主梁受拉,该平衡体系的相互作用,使得拱与梁的弯矩大大减小,拱梁受力均匀,结构静动力性能及使用性能均较好;(2)主梁采用刚性系梁、拱肋采用桁架式,增大了结构的刚度及承载能力,提高了结构的跨越能力,通过优化拱肋及主梁刚度比例,可以进一步地减小主梁结构的建筑高度;(3)当进行跨线桥设计时,建筑高度受限,该类桥梁通过顶推法施工主梁,在顶推就位后的主梁上拼装单拱肋的施工方法,极大地减小了施工过程及后期养护维修对桥下繁忙交通的影响;(4)该研究成果适用于单拱肋梁拱组合体系桥的设计及相关计算分析。     

某中小跨径下承式系杆拱桥稳定性影响因素分析

作为以受压为主的结构,系杆拱桥的稳定问题,特别是横向面外稳定问题是系杆拱桥的重要研究方向之一。本文在稳定分析理论的基础上,利用有限元软件MIDAS Civil对某中小跨径下承式系杆拱桥的稳定性进行分析,得到了该桥的稳定特征值和失稳特征,随后在此基础上探讨了拱肋横撑形式、吊杆形式及矢跨比等影响因素对系杆拱桥稳定性的影响。通过分析可知:拱肋横撑形式主要影响拱桥的横向稳定性,四种横撑形式的稳定性关系为:"米"字撑"K"字撑"一"字撑无横撑;吊杆形式对拱桥的纵向稳定性影响更大,且吊杆形式越复杂,拱桥纵向刚度越大,纵向稳定性越好;随着矢跨比的增大,拱桥的特征值呈现先增大后减小的变化趋势,当矢跨比为1/5时达到最大值。     

风荷载作用下系杆拱桥施工阶段拱脚应力分析及研究

钢管混凝土系杆拱桥在施工过程中,其稳定体系尚未形成,在横向风荷载作用下几何非线性明显,拱肋极易产生较大侧向位移和扭曲,对拱脚受力不利。本文以商合杭高速铁路140 m钢管混凝土系杆拱桥为研究背景,采用Midas Civil和Midas Fea建立了整体与局部有限元模型,研究了在静风荷载作用下,系杆拱桥施工阶段拱脚的应力分布规律。研究表明:施工过程中,在风荷载作用下拱脚处均出现了主拉应力大于混凝土容许抗拉强度区域,区域主要分布在拱座与系梁交界处;通过设置缆风绳可以有效降低几何非线性影响,减少了拱肋横向挠度,保证拱脚受力安全。     

1-80m混凝土系杆拱有限元分析研究

研究目的:贵广铁路黄沙河桥采用1-80 m预应力混凝土系杆拱桥,系国内最大跨度的预应力混凝土系杆拱桥(混凝土拱肋),其箱宽较宽,采用单向多室结构。有效宽度、边中腹板厚度比例等均没有规范依据可查,横向环框简化计算模型没有相关的依据。本文利用midas FEA软件对80m系杆拱桥进行实体计算分析,确保结构安全,并对结构尺寸、钢束布置等进行一些探讨。研究结论:梁部的混凝土应力处于合理的水平,结构安全可靠;拱脚位置梁体正应力横向分布不均匀,远离拱脚的梁体截面正应力分布较为均匀;多腹板以及密横隔板形成的纵横向隔板体系增强了梁部结构整体性,箱梁横向位移差最大值仅仅为0.51 mm;设置拱脚竖向预应力能够有效减少拱脚与梁体交界面混凝土的主拉应力,增强交接面的抗剪能力,是必须的。     

钢管混凝土系杆拱桥拱肋及吊杆施工监控

以在建郑州—万州铁路河南段一座128 m钢管混凝土系杆拱桥为工程实例,介绍了施工中拱肋及吊杆的监控要点。选取拱肋线形、拱肋应力、吊杆索力作为主要的监控对象,通过有限元分析,选取了拱脚、1/4拱、拱顶作为拱肋线形、应力的监控截面。根据工程实际情况,选择合适的仪器(HF-5B型桥梁光电挠度仪)进行数据采集,提高了测量精度。同时,结合虚功原理运用MIDAS/Civil建立了考虑现场实际的全桥仿真模型,获得了经实测数据验证的吊杆张拉影响矩阵,用于指导吊杆张拉,并将各施工阶段的实测值与有限元计算值进行对比,指导现场施工。结果表明,各施工阶段的拱肋线形、应力及调整后的吊杆索力均在合理范围之内,满足设计要求。     

下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性参数敏感性分析

为研究下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性及影响该种桥型结构稳定的参数敏感性,以运城市某省道上一座27+60+27 m下承式悬链线钢管混凝土拱桥为背景,采用Midas/Civil 2012有限元软件对该桥进行建模,在成桥状态及成桥运营状态2种工况下对其进行稳定性分析。结果表明,该种桥型拱肋结构存在"面内失稳"和"面外失稳"2种失稳状态,拱肋面外刚度小于面内刚度,拱肋结构失稳模态首先表现为拱肋面外侧弯失稳。同时选取拱肋间连接形式、拱肋钢管壁厚t、拱肋单侧吊杆布置数量n、拱肋管腔混凝土弹性模量E、拱肋矢跨比f/L、拱肋拱轴系数m等影响结构稳定性的参数进行对比分析,得出影响结构稳定性的敏感参数,可供同类型桥梁在结构稳定性设计时参考借鉴。