高速铁路大跨度混凝土斜拉桥设计研究

为研究混凝土斜拉桥在高速铁路上的适应性,以主跨260 m高速铁路双塔混凝土斜拉桥为例,根据功能需要和场地条件进行桥梁结构设计,然后通过建立空间三维有限元模型,综合采用最小弯曲能量法和影响矩阵法确定斜拉桥的合理成桥状态。在合理成桥状态下,斜拉索索力均匀,桥梁整体处于桥塔预偏、中跨预拱状态。最后,分析混凝土加劲梁的竖向、横向刚度以及桥塔变形,研究温度作用和混凝土收缩徐变效应对行车安全性和舒适性的影响,并对混凝土加劲梁、桥塔以及斜拉索的强度进行验算。分析结果表明,大跨度混凝土斜拉桥各受力构件的强度和刚度均满足高速铁路行车要求。     

收缩徐变作用下铁路连续刚构桥-轨道系统受力特性

通过建立(72+128+72)m高速铁路大跨度连续刚构桥-双线无砟轨道系统仿真模型,揭示收缩徐变作用下大跨度连续刚构桥与轨道相互作用规律,分析收缩徐变模式、混凝土养护条件等主要设计参数对系统受力和变形的影响,探讨采用整体升温代替收缩徐变效应计算的可行性。研究表明:随着服役时间的延长,收缩徐变作用下系统的受力与变形逐渐增大;采用梁体降温30℃计算的钢轨应力和竖向位移无法包络收缩徐变效应引起的钢轨应力和位移,《高速铁路设计规范》中建议采用整体降温10℃来模拟收缩徐变的方法并不适用于梁-轨相互作用分析。     

池黄高铁三塔矮塔斜拉桥设计关键技术研究

研究目的:矮塔斜拉桥具有结构刚度大、施工方便、经济性好、造型美观等优点,近年来在铁路桥梁中得到广泛使用。本文以池黄高铁大跨度三塔矮塔斜拉桥为背景,针对高速铁路桥梁特点,就结构体系、合理结构参数、斜拉索张拉方案等关键技术进行分析研究。研究结论:(1)高速铁路多塔矮塔斜拉桥结构体系选择的关键是既保证变形控制,同时减少温度力以及混凝土收缩徐变产生次内力的不利影响,采用刚构连续梁体系,辅以外伸跨,可以有效减小下部结构受力,同时满足刚度要求,结构经济合理;(2)边跨跨度和外伸跨跨度对主梁变形影响较小,塔高和无索区长度对主梁残余徐变变形影响较大;(3)斜拉索采用悬臂阶段和合龙后两次张拉,且二次张拉拉索在施工二恒之前,可有效控制主梁残余徐变变形;(4)本研究结论可为今后同类型桥梁设计提供参考。     

大跨度高铁斜拉桥钢-混结合主梁收缩徐变研究

为研究钢混结合主梁混凝土桥面板的收缩徐变对大跨度高铁无砟轨道斜拉桥的影响,以昌吉赣客专赣江特大桥为工程背景,采用Midas Civil软件建立全桥精细化数值分析模型,考虑钢混结合梁混凝土桥面板不同的加载龄期,分析结合梁斜拉桥在收缩徐变效应下变形及受力的变化。结果表明:赣江特大桥结合梁在施工成桥初期至运营5年后,钢混结合梁混凝土桥面板收缩徐变引起面板及钢箱梁的应力变化情况均满足规范要求,桥面板及钢箱梁在施工成桥1年后收缩徐变完成50%以上,3年后完成80%左右;桥面板混凝土的加载龄期越长,混凝土收缩徐变对桥梁结构变形和受力的影响越小,并在混凝土加载龄期达到180 d后对桥梁结构的影响呈稳定趋势,将结合梁桥面板预制存放180 d后再进行吊装,可有效降低混凝土收缩徐变对此种结构正常使用期间力学行为的影响。     

我国高速铁路桥梁技术的发展与实践

我国高速铁路的快速发展推动了高速铁路桥梁技术的飞速提升。本文从常用跨度简支箱梁建设、大跨度混凝土桥徐变控制及极限跨度、混凝土梁拱组合结构、大跨度桥无砟轨道技术、大跨度钢桥及拱桥技术、斜拉桥及悬索桥在铁路中的运用等方面对我国高速铁路桥梁技术的发展进行分析总结,回顾了我国高速铁路桥梁的发展历程和建设成就,探讨了我国高速铁路桥梁新技术,提出了开展新材料、新设备研究等中国特色高速铁路桥梁建设的发展方向和途径。     

钢-混凝土叠合板组合桥面的徐变和应力重分布研究

以某特大跨度拱桥的钢-混凝土叠合板组合桥面为工程背景进行有限元分析,探讨了活载和恒载作用下不同龄期混凝土弹性模量的取值;研究了预制板不同加载龄期、混凝土板是否采用叠合板等因素对大跨度钢-混凝土叠合板组合结构徐变的影响,以及钢-混凝土叠合板组合梁截面由于徐变引起的内力重分布效应。研究结果表明:钢-混凝土叠合板组合结构中,由于预制混凝土板和现浇混凝土龄期不同,从而收缩徐变和变形模量不同,在运营过程中,会引起现浇混凝土、预制混凝土板和钢梁三者之间发生应力重分布。与全部一次现浇混凝土组合梁相比,采用叠合板梁可以减少混凝土的收缩徐变。     

大跨度铁路混凝土部分斜拉桥设计参数研究

研究目的:随着我国铁路特别是高速铁路快速发展,大跨度铁路混凝土部分斜拉桥应用越来越广,如主跨220 m的商合杭铁路颍上特大桥、主跨240 m的黔张常铁路阿蓬江特大桥以及主跨288 m的福平铁路乌龙江特大桥等.通过对国内外大跨度部分斜拉桥设计参数的分析研究,结合关键设计参数对力学性能的影响,提出大跨度铁路混凝土部分斜拉桥...     

商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究

研究目的:高速列车运行对无砟轨道的平顺性要求非常严格,而大跨度桥梁在温度荷载作用下引起的主梁竖向变形是引起轨道平顺性发生变化的主要原因。本文以商合杭铁路沙颍河大跨度矮塔斜拉桥为背景,对不同的桥梁结构体系、边跨比、主梁类型、梁高、斜拉索规格及布置、桥塔高度等进行对比分析,研究其对温度变形的影响,从而确定矮塔斜拉桥的无砟轨道适应性。研究结论:(1)矮塔斜拉桥可以满足无砟轨道的平顺性要求,保证高速铁路的行车安全性及舒适性;(2)有效释放梁体收缩徐变及温度变形的桥梁结构体系更加容易满足轨道平顺性要求,应优先选用;(3)斜拉索的温度变化及索梁温差是引起主梁竖向变形的主要因素,确定合适的斜拉索规格、安全系数、索间距,既能充分发挥斜拉索对主梁的贡献,又能减小温度荷载作用下主梁的竖向变形;(4)为减小斜拉索对温度变形的影响,主梁宜采用混凝土结构;(5)本研究成果对今后高速铁路矮塔斜拉桥设计具有一定的指导意义。     

铁路斜拉桥钢混结合段的收缩徐变行为分析

基于甬江特大铁路斜拉桥工程,运用Fortran语言对Ansys有限元软件进行二次开发,数值模拟出核心混凝土的收缩徐变作用,并在此基础上深入研究收缩徐变对钢混结合段应力分布规律和传力机制的影响;提出了承压板传力率、钢混结合段传力斜率、钢混结合段传力不均匀度等衡量钢混结合段传力性能的指标,并评价了收缩徐变对钢混结合段受力行为的影响。研究结果表明:考虑混凝土收缩后钢结构应力增大1倍,混凝土应力减小1/2;考虑3年徐变后,钢壳体应力为瞬时应力的1.9～2.47倍,混凝土应力为瞬时应力的0.13倍;收缩、徐变作用均改变了钢混结合段的传力模式,考虑收缩、徐变后传力不均匀度分别增加了0.13、0.44,钢混结合段端部剪力连接件剪力最大增长幅度分别为75%、150%。     

铁路大跨度混凝土拱桥徐变变形控制因素研究

研究目的:混凝土拱桥具有较大的横竖向刚度、良好的环境适应性和较高的经济价值,在山区大跨度铁路桥梁建设中得到推广应用。然而,受拱结构的受力特点和混凝土的材料特性影响,混凝土拱桥在后期运营过程中会出现徐变下挠变形,直接影响线路的平顺度,进而影响行车的安全性和舒适性。本文以一座在建的铁路大跨度混凝土拱桥为研究对象,从分析混凝土徐变机理及影响因素出发,选取工法、加载龄期、铺轨时间以及拱上结构形式等因素作为变量,基于CEB-FIP(1990)徐变本构模型开展结构的徐变变形研究,分析不同因素下混凝土拱桥的徐变变形情况,探究徐变变形控制的主要因素。研究结论:(1)平衡加载法的受力模式使得拱圈顶底板应力差较大,导致后期徐变变形较大;(2)悬臂拼装法可以节省施工工期,但预制时间较短也会导致后期的徐变变形较大;(3)延长混凝土龄期和减少拱上结构重量对抑制后期徐变下挠有一定的帮助,但效果并不明显;(4)延迟铺轨对减小长期徐变下挠有明显的改善;(5)在以上四种影响拱圈后期收缩徐变的因素中,工法和铺轨时间对后期混凝土收缩徐变影响较大,可作为大跨度拱桥徐变变形控制技术的关键因素;(6)本文研究可为类似结构的设计提供参考和借鉴。     

大跨度无砟轨道连续梁桥后期徐变变形研究

无砟轨道能适应高速铁路高平顺性和高稳定性的要求,但可调性很小。预应力混凝土的后期徐变变形会引起桥梁的上拱和下挠,造成轨道不平顺。本文研究混凝土桥梁徐变变形的原理和计算方法,对现行中国铁路规范、中国公路规范和欧洲混凝土规范中的混凝土徐变系数与试验值作了比较。结果表明。3个规范的徐变系数都较实测值大,中国现行铁路规范的混凝土徐变系数又较另2个规范大,比较保守。对一座85 m＋135 m＋85 m的高速铁路预应力混凝土桥梁,模拟施工全过程,按成桥后10 d和90 d两种时间铺轨,计算分析铺轨后20年间由混凝土收缩、徐变、预应力损失引起的徐变变形。结果表明,按现行铁路规范计算所得的上拱值最大可达20 mm,比按现行公路规范计算大得多;徐变变形对铺轨时间较敏感,成桥后等待90 d再铺轨,后期徐变变形上拱度可显著下降。     

梁桁组合结构高铁斜拉桥的收缩徐变分析——以西十高铁汉江特大桥为例

梁桁组合结构高铁斜拉桥中,混凝土收缩徐变对桥面线性的平顺性及行车的舒适性有直接影响,是桥上能够铺设无砟轨道的关键因素。因此,为分析收缩徐变对梁桁组合结构受力和变形的影响,依托新建西安至十堰高铁汉江特大桥工程,采用CEB-FIP90徐变计算模型,通过建立有限元模型分析收缩徐变影响下主要构件的内力和变形,评价各主要受力构件刚度变化对徐变变形的贡献程度,研究改善收缩徐变变形措施。结果表明：(1)收缩徐变引起主梁跨中下挠、桥塔向跨中侧偏移,同时引起主梁和桥塔的压缩变形,5年完成的收缩徐变变形占前10年的70%以上,且主梁产生的收缩徐变贡献超过50%;(2)收缩徐变引起斜拉索索力松弛,运营30年的最大变化率在5%以内;(3)收缩徐变引起主梁应力及上下缘应力差变化,随着运营时间增加主梁跨中区域应力差增大明显,主要表现在下缘压应力储备降低;(4)随着桥塔刚度、主梁刚度、加劲钢桁刚度增大,收缩徐变引起的变形有所减小,而斜拉索刚度则产生相反的趋势。(5)延长铺轨时间、适当增加底板钢束面积、增加斜拉索索力以及在跨中加劲钢桁上弦灌注混凝土可有效降低主梁跨中徐变下挠。     

高速铁路主跨320 m钢-混部分斜拉桥无砟轨道适应性研究

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通过建立有限元及动力学模型,分析不同组合工况下无砟轨道结构的变形特点及动力特性,运用60 m弦测法探究各工况下无砟轨道的线形变化规律,从而确定大跨度钢-混部分斜拉桥铺设无砟轨道的适应性,并对设计和施工提出合理化建议。主要结论如下：在各种不利组合荷载作用下,桥上无砟轨道结构强度满足规范要求,列车通过大桥的各项安全性与舒适性指标均满足规范要求;混凝土收缩徐变和斜拉索升降温是影响无砟轨道线形标准的两大主因,应在无砟轨道施工前确保足够的沉降观测期和收缩徐变释放期,并充分考虑拉索的保温设计;在温度组合荷载作用下,桥上无砟轨道的60 m弦测不平顺幅值为6.79 mm,满足高速铁路静态验收标准;但在叠加列车荷载和收缩徐变后,变形弦测值均出现Ⅱ级及以上超限,通过合理设置预拱度后可有效改善轨道平顺性标准。     

钢筋混凝土梁非均匀收缩徐变自应力分析

为研究由混凝土非均匀收缩徐变效应引起的钢筋混凝土梁沿梁高度方向的非均匀自应力效应,基于非线性温度自应力方法和按照龄期调整的有效模量法,推导非均匀收缩徐变效应作用下沿梁高度方向上的钢筋混凝土梁自应力计算公式,并用有限元方法对其进行验证;以某混凝土简支试验梁为算例,进行收缩、徐变自应力分析;探讨非均匀收缩徐变效应下曲率和截面应力随时间变化特征;最后研究不同温度和相对湿度梯度下钢筋混凝土梁的应力重分布效应。研究结果表明:在非均匀收缩和徐变作用下,截面的轴向应变和曲率随时间显著变化,且沿着梁高度方向将产生较大的不均匀收缩徐变自应力;温度梯度值增加能增加顶面的非均匀收缩徐变自应力,但影响幅度较相对湿度梯度小;相对湿度梯度能显著影响收缩徐变自应力,前期养护作用对于减小自应力十分重要。     

铁路大跨度连续刚构-拱桥组合结构设计

基于中卫至兰州客运专线拟建的(102+208+102) m连续刚构-拱桥,使用有限元软件BSAS,MIDAS建立分析模型,对大跨度连续刚构-拱桥的静力、动力、稳定性、车桥耦合性能等受力特性进行了计算分析。首先,介绍了铁路大跨度连续刚构-拱桥的设计关键技术,阐述了该桥的结构设计参数和结构细节设计。其次,对组合结构的梁部、拱肋、吊杆等构件进行了强度、变形验算。最后分析了工后徐变对结构的影响。认为在梁上增设加劲拱后,拱结构可以有效地改善连续刚构的内力及变形,并可以改善梁墩刚度分配,减小温度变化和混凝土收缩徐变对结构受力的影响。     

高速铁路钢桁加劲混凝土连续刚构桥梁长期行为预测研究

以一座在建高速铁路钢桁加劲连续刚构桥为对象,研究混凝土收缩徐变对其变形及内力的影响规律,探讨钢桁对连续刚构桥梁变形的影响机理,并研究环境湿度、加载龄期等因素对桥梁变形的影响程度。结果表明:收缩徐变效应引起桥梁的变形及内力均随时间增长而增加,钢桁使桥梁整体刚度大幅提高;安装钢桁可有效减小各阶段桥梁弯矩和变形,但钢桁对桥墩的水平变形抑制作用较小,建议采用合龙口顶推方式进行反向顶推以减小桥墩水平变形;环境湿度和加载龄期对钢桁加劲连续刚构桥梁的影响表现为挠度随加载龄期及相对湿度的增加而减小。     

广深港客运专线连续梁拱后期变形预估研究

研究目的:无砟轨道预应力混凝土梁受收缩徐变的影响,会产生后期徐变变形,引起桥梁的上拱和下挠,并且随着时间的延续这种变形增大,导致轨道的不平顺。研究成桥后不同的铺轨时间及改变成桥吊杆力对主梁徐变变形的影响,并考虑徐变及温度引起的主梁初始变形对该桥进行动力分析。研究结论:对广深港客运专线跨骝岗涌水道(76+160+76)m连续梁拱模拟计算施工过程,分析得知:(1)铺轨时间对徐变变形影响较大,延长铺轨时间,主梁徐变变形变小;(2)成桥吊杆力越大,主梁边跨下挠值和中跨上拱值均变大;成桥吊杆力越小,主梁边跨下挠值和中跨上拱值均变小;(3)考虑徐变及温度引起的主梁初始变形对该桥进行动力分析,结果表明动力性能满足要求;(4)研究成果可应用于大跨度桥梁后期变形的控制。     

短线法简支转连续刚构桥收缩徐变效应分析

以某四跨一联简支转连续刚构桥(跨径(38+40+40+38)m)为例,采用Midas-civil建立连续刚构桥全桥分析模型,对主梁分别采用不同存梁期预制梁的连续刚构桥,计算其桥墩和主梁的相关变形及内力。研究结果表明:预制梁混凝土早期自收缩发展较快,同时由于收缩徐变效应与混凝土龄期直接相关,存梁期对结构内力和变形影响较大,建议施工中采用存梁期大于90 d预制梁。由于收缩徐变作用,与30 d存梁期相比,90 d和180 d存梁期成桥墩顶内力分别减小11.8%和20.2%,成桥跨中挠度分别减少19.2%和31%。在主梁施工控制时必须考虑实际存梁期来调整结构线形。分析结构体系转换后主梁内力及变形可知,主梁收缩徐变内力重分布及变形基本在3 a内完成,后期变化逐步平稳,但边墩受收缩徐变影响时间相对较长,验证了本桥型边墩施工顺序及采用柔性设计的合理性。     

城市轨道交通大跨度连续刚构桥徐变时效分析与控制研究

混凝土徐变对预应力混凝土连续刚构桥梁长期服役下的变形及受力有非常重要的影响.推导了基于龄期调整的有效模量法的徐变轴力和徐变弯矩计算公式.以广州地铁4号线连续刚构桥沙湾大桥为工程背景,采用CEB-FIP(MC90)的徐变模型,按龄期调整的时效分析有限元法,对成桥初期到3年后该桥的徐变效应引起的桥梁变形、内力进行了计算分析,得出了连续刚构桥收缩徐变的发展变化规律;利用近3年实桥现场观测结果验证了该理论分析结果.     

顶推法施工的曲线连续梁桥截面实测应力分析

在采用顶推法施工的曲线连续梁桥的主梁内预埋的钢筋计测得的混凝土应力远大于理论经计算结果,这主要是由混凝土收缩徐变变形中的非弹性变形包含在钢筋计中引起的。本文提出了用于扣除混凝土实测应力中收缩徐变非弹性变形影响的两种计算方法,并且将徐变对实测应力影响计算进行了特殊考虑,在一座大桥进行施工监控中使用取得了较好的效果。