高速铁路大跨度高低塔部分斜拉桥设计

为研究大跨度高低塔部分斜拉桥在高速铁路上的适应性,以深汕铁路深圳水库特大桥为工程背景,从技术性、经济性等方面对比孔跨布置(33+242+143+44+29) m混合梁独塔斜拉桥和(78+242+139+36) m部分斜拉桥两种桥式方案的优劣,并针对推荐的部分斜拉桥方案进行技术分析,介绍其设计细节及计算结果。研究表明：相较于独塔斜拉桥方案,部分斜拉桥方案刚度大、投资小、工期短,具有明显优势;在部分斜拉桥方案中,主力+附加力组合作用下刚构连续体系的基础受力为刚构体系的85.8%;相较于采用实体墩,结构采用双肢薄壁墩时梁体跨中挠度降低8.3%,下部结构混凝土用量减小17%;梁高与桥塔高度会显著提高结构刚度,几乎呈线性增长趋势。综合而言,高低塔部分斜拉桥结构尤其适用于控制点密集、桥位选择受限的复杂地形,是一种合理、可靠的结构体系。     

高速铁路高低塔混合梁斜拉桥设计研究

为了研究不对称混合梁斜拉桥在高速铁路上的适应性,以阜淮高铁颍河特大桥为例,结合控制因素开展方案设计和结构设计。受通航、防洪及线路纵断面条件限制,主桥采用(31+73+230+114+40) m高低塔混合梁斜拉桥方案,主跨、大里程边跨分别跨越主、副通航孔,孔跨布置与航道要求相适应,梁高满足线路高程和净空要求。主桥采用半漂浮体系,在高塔侧设置纵向固定支座,双塔纵向设置黏滞阻尼器。通航孔上方主梁采用钢混结合梁,其余跨主梁采用混凝土梁,桥塔采用H形花瓶塔,斜拉索采用扇形布置。建立静动力模型,对该桥进行静力、稳定性、抗震、抗风、风车桥耦合计算分析,研究结果表明：主桥结构受力合理,静动力各项指标均满足规范要求,结构安全可靠,主梁刚度较大,满足无砟轨道铺设要求。     

高速铁路主跨332m高低塔混合梁斜拉桥设计优化

结合高速铁路主跨332 m高低塔混合梁斜拉桥的设计方案,建立空间有限元模型,针对高低塔混合梁斜拉桥的结构特点和适用条件,对结构体系、主梁形式、主梁高度、主塔高度、斜拉索索距、合理边中跨比、辅助墩的设置等进行了研究,并分析不同的设计方案对高低塔混合梁斜拉桥力学行为的影响,从而确定最优方案。研究结果表明:主桥孔跨布置采用(51+135+332+62+51)m合理可行,采用纵向固定约束体系时固定支座宜设置左低塔处,主梁高度为45 m;高低塔宜采用尾索角度29°,30°对应的塔高。     

跨海湾大跨度双线高速铁路斜拉桥方案研究与关键技术分析

沿海海湾主航道一般通行海轮,当高速铁路跨越海湾主航道时,为满足较高的通航净空标准需要采用大跨度铁路桥梁结构。由于高速铁路行车对桥梁性能要求高,主通航孔大跨度桥梁结构方案在技术及经济上是否合理可行成为值得重点研究的问题。结合沿海某海湾西航道通行10万t海轮的通航要求,重点研究双孔通航主跨2×460 m三塔斜拉桥和单孔通航主跨812 m两塔斜拉桥两种桥式方案。建立结构计算模型,对结构静力计算结果及技术经济指标进行综合对比分析,最后推荐西航道桥采用2×460 m三塔斜拉桥方案。进一步分析三塔斜拉桥结构主要静力动力结构行为,研究三塔斜拉桥结构设计中的主梁结构形式、体系刚度控制、主梁长联温度问题、拉索恒载应力与疲劳、结构抗风性能等关键技术的工程解决措施。研究表明:通过中跨采用钢混结合梁﹑边跨采用混凝土箱梁以及增大中塔及其两侧主跨斜拉索重力刚度和中塔采取塔梁固结体系等措施,能较大地提高三塔斜拉桥体系刚度,将三塔斜拉桥应用于高速铁路在技术经济上是合理可行的。对跨海湾大跨度双线高速铁路斜拉桥结构的设计研究具有一定的参考价值。     

3×340m公铁合建多塔斜拉桥结构体系研究

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。金海桥塔多联长,采用何种结构体系提高结构刚度、减小温度效应及改善结构受力是结构设计的关键。为此,在总结既有多塔斜拉桥经验的基础上,比选了半漂浮体系、刚构-半漂浮体系、梁式支承体系以及首次在多塔斜拉桥应用的刚构-连续体系。通过对4种结构体系的刚度,结构受力等分析,并考虑构造要求和经济性,推荐采用刚构-连续体系,即两中间塔墩梁固结,两边塔梁固结、塔墩分离。该体系有效提高了结构整体刚度,主梁、桥塔及斜拉索受力较优,同时降低了温度效应的不利影响,车桥动力仿真分析结果表明,桥梁的振动性能良好,行车舒适性优。     

高速铁路无砟轨道混合结合梁斜拉桥设计研究

广湛铁路东平水道主桥采用(67.5+60+60+350+60+60+67.5) m双塔双索面混合组合梁斜拉桥，半漂浮结构体系。主梁采用混合主梁；桥塔采用带弧A形桥塔，塔高分别为149,147 m;全桥共布置144根斜拉索，斜拉索采用锌铝合金涂层平行钢丝拉索。东平水道主桥受力合理，提升了钢-混凝土混合梁斜拉桥在高铁无砟轨道桥梁中的适用跨度。边跨采用混凝土梁提高结构刚度改善梁端转角；中跨采用开口钢箱梁及预制桥面板的结合梁，节省用钢量，且结构刚度较大。对该桥抗风、风-车-桥系统空间耦合振动、无砟轨道适应性、抗震性能进行研究，结果表明，各项性能均满足规范要求，能够满足高速铁路无砟轨道对结构安全性和行车舒适性的要求。提出复杂建设条件下高速铁路无砟轨道混合结合梁斜拉桥的施工工法，能有效提高施工质量、缩短建设工期。     

福厦客专乌龙江特大桥主桥主梁设计

根据桥址处地形、地貌、线路条件等要求，福厦客专乌龙江特大桥孔跨布置为(72+109+432+56+56)m,该桥中跨主梁采用钢箱梁，边跨部分区域主梁采用预应力混凝土箱梁，是国内外最大跨度四线铁路高低塔混合梁斜拉桥。主梁采用双主梁+密横梁体系，钢混结合段采用梯形填充混凝土前、后承压板式钢-砼接头构造。采用有限元分析方法，对结构刚度变形以及主梁的受力开展研究，计算结果表明，该桥主梁强度、刚度及抗风稳定性均满足规范要求，具有良好的静、动力特性。该桥型结构优美经济，可为今后桥梁设计提供借鉴和思路。     

公轨两用大跨度单索面钢桁梁斜拉桥动力特性研究

以某公轨两用大跨度单索面钢桁梁斜拉桥为背景,采用有限元结构分析软件MIDAS/Civil 2019建立考虑施工阶段的全桥3维有限元模型,考虑几何非线性并采用子空间迭代法对桥梁振型进行分析,对索面布置、恒载集度、塔刚度、索刚度、梁刚度、辅助墩数量进行参数改变,研究其对桥梁动力特性的影响。结果表明:单索面钢桁梁双塔斜拉桥抗弯、抗扭刚度较弱,将单索面布置改为双索面布置,可增强斜拉桥的抗扭刚度,并在一定程度上避免弯扭耦合振型的出现;选择轻型2期恒载可增强桥梁的抗震、抗风稳定性;提高塔和梁的刚度可增强桥梁的抗震和抗风稳定性,但索刚度的变化对桥梁动力特性影响较为复杂;科学地增设辅助墩可优化桥梁的动力性能。     

阜淮高铁高低塔混合梁斜拉桥方案研究

阜淮高铁跨越颍河节点受航道等级、通航孔布置及线路纵断面条件限制,主桥需采用主跨230 m、边跨114 m的不等跨低高度桥梁结构。为选择合理的桥梁方案,分别对高低塔斜拉桥、独塔斜拉桥、连续钢桁梁柔性拱桥3个方案,从桥梁结构选型、力学及变形指标、施工及工程投资等方面进行综合比选;并对高低塔斜拉桥钢混结合段位置进行了比选和参数分析。研究结果表明：推荐采用(31+73+230+114+40) m高低塔混合梁斜拉桥方案,能很好地满足主副通航孔设置和低梁高要求,具有较大的结构刚度,对无砟轨道适应性好,且经济性较优;针对不等边跨各自受力特征,推荐不对称设置结合段位置,230 m和114 m跨采用结合梁,其余采用混凝土梁,结构经济合理;结合段远离主塔或辅助墩,结合段内力减小,但主梁内力增大,结合段变形增大;通过分析合理选择结合段位置,使结合段和主梁受力合理、静活载响应小、施工便利。     

跨座式单轨交通(100+160+100)m钢箱梁刚构矮塔斜拉桥设计研究

柳州单轨1号线三门江跨江桥主桥跨越柳江,综合线形、技术、经济等多方面因素,采用(100+160+100)m钢箱梁刚构矮塔斜拉桥方案.为降低结构整体高度,在钢箱梁上焊接钢轨道梁,形成组合受力结构.研究该桥的受力性能和抗震性能,对桥梁整体结构进行静力分析和抗震分析.计算结果表明:该桥强度、刚度及抗震性能均满足规范要求,具有...     

某低重心独塔斜拉桥抗震性能研究

某黄河独塔斜拉桥初步设计方案有半漂浮结构体系和固定铰支承结构体系。对其两种不同结构体系进行了抗震性能分析,通过对两种不同结构体系地震荷载作用下主塔控制截面内力响应对比可知,该桥为典型低重心独塔斜拉桥,该桥固定铰支承结构体系主塔控制截面的弯矩响应明显低于半漂浮结构体系主塔相应截面的弯矩响应。为进一步提高该桥的抗震性能,分别对不同塔梁之间纵向特殊连接装置对抗震性能的影响进行了优化对比分析,得到了一些有意义的结论。     

佛山东平水道公轨两用斜拉桥结构设计及关键技术研究

佛山东平水道桥为主跨260 m公轨两用独塔斜拉桥,主桥范围内轨道交通和公路同层布置,桥面布置为双线轨道交通+六车道公路+两侧人行道,桥面总宽46.5 m。主梁采用等高度钢-混凝土混合主梁,主塔采用“A”形,为墩-塔-梁固结体系。对该桥结构形式、设计关键技术和动力性能进行研究,建立斜拉桥整体和局部有限元模型,通过理论分析方法对斜拉桥结构和力学行为进行研究,重点进行全桥静力计算、竖向刚度限值研究、钢桥面板受力分析和剪力滞系数分析。开展节段和全桥模型风洞试验,对该桥进行风-车-线-桥耦合振动分析,保证车辆运行平稳性良好。研究结果表明,该桥刚度、强度、稳定和舒适性均满足规范要求。     

高速铁路高低塔斜拉桥抗震性能研究

为探讨高速铁路高低塔斜拉桥结构体系、固定支座设置位置以及阻尼器参数选取对于结构抗震性能影响,以阜淮高铁跨径(31+73+230+114+40)m高低塔斜拉桥为背景,根据不同结构体系及阻尼器参数建立有限元模型,采用时程分析法对结构内力及位移等目标函数进行地震响应分析。分析结果表明：(1)在高塔设置固定支座的半漂浮体系使高低塔斜拉桥受力更加合理,可以更好地发挥结构的抗震性能;(2)在阻尼常数C=2 000～5 000 kN/(m/s),阻尼指数α=0.2～0.5范围内,随着C、α增大,结构抗震性能随之增强;(3)结构一阶振型为主梁一阶竖弯+高塔纵向弯曲,该桥在设计地震作用下处于弹性工作状态,在罕遇地震作用下处于基本弹性工作状态,抗震性能满足规范要求。     

多塔斜拉桥的结构体系研究

多塔斜拉桥由于没有背索将其中间塔锚固到固定点,在活载作用下多塔斜拉桥的塔顶将产生过大的水平位移并导致主梁过大变位。如何确保结构的整体刚度是多塔斜拉桥设计中的关键环节。本文分析了多塔斜拉桥的结构体系,通过对不同结构体系的三塔及四塔斜拉桥模型的数值分析及比较,研究了结构体系对多塔斜拉桥力学行为的影响。结果显示,多塔斜拉桥理想的结构体系是能保证结构具有足够的整体刚度,并使混凝土收缩徐变及温度变化等因素在结构中不致产生过大次内力的体系。同时给出了有益于设计中选择多塔斜拉桥结构体系的结论和建议。     

津保矮塔斜拉桥设计若干问题的探讨

研究目的:拟建津保铁路子牙河特大桥在跨越天津市外环西青道立交桥和外环河时,为满足立交要求并追求较好的景观效果,主桥上部结构类型采用有砟轨道(84+56+32)m矮塔斜拉桥。本文着重对斜拉桥结构体系、主桥结构尺寸、支座布置方案、拉索锚固系统等进行优化比选,使该桥达到结构受力合理、视觉效果优美的目的。研究结论:(1)本桥选择塔墩梁刚结的结构体系,该方案的优点是结构刚度大,整体性能较好。(2)增设辅助墩后,结构的整体刚度提高了20%,斜拉索规格减小了16%。经综合比较,在大里程侧增设一个辅助墩。(3)主梁结构尺寸优化比选时,方案8的优化效果明显,为本桥的推荐方案。(4)经综合比选,选择横向两支座体系方案。(5)分丝管索鞍具有较多优点,更适用于高速铁路桥梁的要求,本桥推荐采用分丝管形式。     

常益长铁路沅江特大桥(34+118+240+118+34)m矮塔斜拉桥设计

常益长铁路沅江特大桥主桥采用(34+118+240+118+34)m矮塔斜拉桥跨越沅江航道,塔梁墩固结体系。主梁采用预应力混凝土直腹板变高箱梁,单箱双室截面;桥塔采用双柱式钢筋混凝土结构,高跨比1/5.16;斜拉索采用强度为1 860 MPa的钢绞线拉索,每塔柱设10根索,扇形平行双索面;主墩采用圆端型双肢薄壁墩,采用低桩承台,群桩基础。通过空间有限元软件对主桥静力及动力性能、抗震性能、局部构造等进行结构安全性分析,并采用车-桥耦合振动分析验证主桥行车舒适性是否满足要求。结果表明,本桥具有良好的刚度及承载力,各项指标满足相关规范和铺设无砟轨道要求,为同类大跨无砟轨道桥梁的设计研究提供参考和借鉴。     

金海公铁两用斜拉桥方案设计

研究目的:本文以金海特大桥跨磨刀门水道主跨480 m公铁两用斜拉桥方案设计为背景,针对大跨度公铁两用混合梁斜拉桥设计所应考虑的各项因素,建立不同形式的主桥空间有限元模型,目的是对比不同跨度辅助墩、不同塔高以及主梁类型对该结构力学性能的影响,从而确定合理的结构布置形式。研究结论:(1)主跨480 m斜拉桥采用公铁同层建造,具有结构合理,分建过渡时灵活方便,结构刚度大,车桥动力性能好,抗风、抗震性能好等优势,能够按照规范满足各种设计荷载组合下的结构强度、刚度等要求;(2)边跨必须设置辅助墩,以提高结构刚度,减少索、梁疲劳,而边跨布墩的多少、辅助墩之间的间距大小将取决于边跨的施工方案及整体结构的造价;(3)分离式扁平钢箱梁截面的扭转刚度较大,抗风稳定性好,经风车桥耦合振动分析,主梁结构能够提供较高的舒适性和安全性;(4)本研究成果对今后公铁合建斜拉桥结构选型工作具有一定的指导意义。     

高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥减隔震设计研究

多跨长联连续梁结构存在固定墩地震力大、延性部位震后不易恢复等问题,在高烈度震区抗震设计存在困难。为了解决高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥的抗震设计问题,以某(65.65+8×110+65.65) m单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,采用非线性时程积分方法,对单固定墩、刚构连续梁和摩擦摆支座隔震3种不同的抗震体系方案进行分析比选。研究结果表明,采用摩擦摆支座隔震体系方案优势明显,在地震作用下,与单固墩体系相比,桥墩横桥向墩底弯矩普遍减小70%以上,固定墩纵桥向墩底弯矩减小约80%;进一步通过摩擦摆隔震支座参数分析,确定了合适的支座参数,获得较好的支座变形量、墩顶剪力,减隔震效果明显。因此,在桥墩剪跨比小、下部结构刚度大的情况下,设置摩擦摆隔震支座后,可显著减小地震时下部结构的地震响应,使各个桥墩受力均匀,同时通过合理的支座设计可满足大震位移需求,并具有足够的自复位能力。     

青山长江大桥主航道桥结构动力特性分析

研究目的:青山长江大桥主航道桥是目前世界最大跨径全漂浮体系斜拉桥,桥塔为目前世界最高的A形桥塔,主梁为目前长江上最宽的钢箱梁,其动力特性是结构受力特性的关键,与常规斜拉桥相比具有独特之处。本文采用ANSYS建立空间有限元计算模型,对青山长江大桥主航道桥成桥状态、施工阶段最大单悬臂状态结构动力特性进行分析,从而为进一步进行结构抗震、抗风性能分析研究奠定基础。研究结论:(1)在成桥状态时,结构前3阶振型分别为纵飘、对称侧弯、对称竖弯,对应周期分别为14.22 s、6.25 s、4.78 s;在最大单悬臂状态时,结构前3阶振型分别为侧弯、竖弯、竖弯,对应周期分别为8.4 s、4.44 s、2.93 s,两种状态均属于长周期结构;(2)成桥状态和最大单悬臂状态时,结构侧向刚度均偏弱,对横向风致振动响应敏感;(3)结构采用A形桥塔、超宽主梁、空间双索面提高了结构的扭转频率和抗扭刚度,增强了结构的抗扭稳定性,边跨设置辅助墩提高了结构频率和刚度;(4)在成桥状态时,结构的高阶振型中出现了振型的耦合现象;在最大单悬臂状态时,结构的低阶振型中即出现了振型的耦合现象;(5)本研究成果可为大跨度全漂浮体系斜拉桥结构抗震、抗风设计提供依据。     

石河子独塔斜拉桥横向抗震合理约束体系研究

以石河子独塔斜拉桥为工程背景,建立有限元抗震模型,采用非线性动力时程分析方法对该桥进行罕遇地震作用下的横桥向抗震分析。为研究横向约束体系对独塔斜拉桥抗震性能的影响,主塔处分别采用塔梁固结、塔梁分离、塔梁铰接、竖向支承、竖向支承加弹性索、竖向支承加黏滞阻尼器(FVD)等不同横向约束形式、边墩处分别采用横向铰接、竖向支承、铅芯支座、竖向支承加黏滞阻尼器等不同约束形式进行抗震计算,通过分析对比,得出以下结论:若边墩受力不控制设计,则主塔处采用竖向支承加黏滞阻尼器、边墩横向铰接是相对最优的约束体系;若边墩受力控制设计,则主塔处采用竖向支承加弹性索、边墩设置铅芯支座是相对最优的约束体系。