大跨度钢桥

简要介绍我国大跨度钢桥的发展情况，钢桥的特点和采用的材料及设计理论，并将我国焊接桥在发展过程中的主要疲劳研究成果作了概述，提供钢结构同行参考。     

铁路钢桥整体节点双轴疲劳试验研究

依据铁路钢桥整体节点处次应力的形成和分布状态,设计次应力疲劳试件。利用双轴疲劳试验研究次应力对疲劳寿命的影响,同时进行有限元法对比分析。试验和理论分析结果表明,叠加次应力后的疲劳起裂寿命明显短于没有叠加次应力的疲劳起裂寿命,说明次应力对疲劳强度的影响不能被忽略。计算分析还发现,将次应力与轴向应力等同进行疲劳检算不恰当,将次应力全部当成轴向应力考虑的设计过于保守。     

中国、欧洲、日本钢桥设计规范中疲劳双线系数计算方法对比研究

为研究铁路钢桥在双线加载下的疲劳损伤系数合理取值问题,基于疲劳损伤等效原则推导疲劳双线系数理论计算公式,从理论上对比分析中国、欧洲、日本钢桥设计规范中疲劳双线系数计算方法及其取值的差异和原因。研究表明：建立的理论计算公式揭示了各国规范中疲劳双线系数取值的理论依据;疲劳双线系数与疲劳强度-寿命曲线斜率和双线相遇概率的取值密切相关,二者的不同取值是各国规范中疲劳双线系数取值差异的主要原因;中国规范相较于欧洲和日本规范采用了较大的双线相遇概率,所得疲劳双线系数的取值最为保守;最大差异情况下,中国规范中疲劳双线系数的取值是欧洲规范的1.04倍,是日本规范的1.30倍;根据我国铁路桥梁实际运营情况,分析了双线相遇概率的理论取值,对于跨度低于1 000 m的铁路桥梁,我国规范取双线相遇概率为20%是过于保守的。     

铁路钢桥疲劳研究进展北大核心

近年来,我国铁路的运输格局发生了较大变化:一方面,建成了大量的高速铁路,铁路钢桥跨度不断增大,同时出现了大量新型构造细节;另一方面,既有铁路将逐步以货运为主,钢桥面临着轴重增加和运量增大的挑战。此外,我国将新建轴重30 t级专用重载铁路,在轴重显著增加的情况下,钢桥构造细节的疲劳问题也更为严峻。疲劳一直是钢桥研究领域中一项重要的课题,在新的运输形势下,新型构造细节的疲劳设计以及既有钢桥的疲劳评估,均成为目前铁路钢桥研究中需要更加重视的课题之一。本文从铁路钢桥疲劳设计方法、设计荷载、性能试验和寿命评估等角度出发,对铁路钢桥疲劳研究现状进行了分析,提出了需要进一步研究的关键技术问题。     

大跨度铁路钢桥桥面防水铺装层结构形式研究

防水铺装层是桥梁结构的重要组成部分,其优劣直接影响桥梁结构耐久性。不同于公路钢桥面铺装,大跨度铁路钢桥面防水铺装层设置于道砟以下,不直接承受车轮荷载,不易检查,维养难度大。通过对铁路钢桥面铺装层结构受力特性进行计算分析,对比研究4种不同铺装层结构钢桥面板及铺装层力学性能。分析表明：由于道砟的扩散效应,车轮荷载传递到铺装层表面一般较均匀,随着弹性模量或铺装厚度增加,铺装层整体参与桥面受力,钢桥面受力略有改善,桥面局部位移减小;传统的道砟槽板铺装层结构厚、刚度大,活载作用下钢桥面板应力及变形较小,但结构质量增加引起的桥面板应力和变形反而更高;对不同铺装层进行全寿命周期经济性比较表明,复合钢板铺装层整体经济性较优。     

热点应力法在钢桥构件疲劳评定中的应用方法及实例

介绍了热点应力法在焊接板结构中的应用现状,给出了采用有限元法确定钢桥构件热点应力时的单元类型、单元尺寸的选择及外推计算方法。并对一座实桥采用热点应力法对其纵梁腹板竖向加劲肋下端焊趾进行了疲劳评定,计算结果与实际结构状态较为吻合,表明采用热点应力法对钢桥构件因面外变形引起次应力导致疲劳损伤的细节进行评定的有效性。     

基于拉索疲劳的铁路斜拉桥合理重量研究

基于斜拉索的容许疲劳强度和容许应力匹配的原则提出了铁路斜拉桥理论最小恒活载比的计算方法,并以此为基础得到了铁路斜拉桥的理论最小重量.双线铁路斜拉桥对应于高速铁路、客货共线铁路、重载铁路的理论最小重量分别在24.3～32.2、33.9～44.5、40.7～53.4 t/m;四线铁路斜拉桥对应于四线高速铁路、两线高速铁路+...     

低温环境下铁路钢桥疲劳断裂性能研究

针对青藏铁路修建中遇到的钢结构抗疲劳问题，以364根试件的裂纹尖端张开位移试验（CTOD）、702根试件的夏比V型缺口冲击试验（CVN）以及24mm钢板对接焊缝疲劳裂纹扩展速率试验的数据为依据，研究-50℃低温环境下铁路钢桥的疲劳断裂性能。采用常规疲劳试验和数据分析方法会得出“低温疲劳性能好于常温疲劳性能”的错误结论。断裂力学理论分析的结果表明，在相同应力条件下，低温时的疲劳容许裂纹长度（17mm）远小于常温情况（56mm）；相同疲劳循环次数下-50℃与常温的疲劳应力幅的比值为0．88；低温下裂纹稳定扩展区和急剧扩展区的交界点前移。根据研究结果确定，-50℃低温环境下钢桥的疲劳设计可采用现有桥梁钢结构规范规定的公式，但其疲劳容许应力幅取现行规范规定的常温值的80％，同时还应满足相应的构造细节设计及制造的特殊规定。     

基于概率的钢桥焊接构件疲劳养护策略优化方法

将线弹性断裂力学、结构可靠度理论与全寿命成本分析法相结合,提出基于概率的钢桥焊接构件疲劳养护策略优化分析方法。根据钢桥焊接构件疲劳裂纹的尺寸,采用分级维修策略,根据全寿命思想将养护费用分为检测费用、维修费用和失效费用;基于构件的需检、维修和失效概率,以构件满足最小允许可靠度的养护总费用最小为优化目标,进行养护策略优化分析。对某悬索桥钢箱梁横向加劲肋疲劳养护策略优化分析的结果表明,检测费用对最优检测维修时刻的影响最明显;检测费用增大,最优检测维修时刻推迟;维修费用增大,最优检测维修时刻提前;折现率能改变总费用的值;当失效概率很小时,失效费用增大对最优检测维修时刻影响不大。提出的养护策略优化方法简单实用,可操作性强,可用于类似钢结构的养护优化。     

大跨度钢箱叠拱桥在高速铁路中的应用研究

新建哈尔滨-大连高速铁路跨越长春市富民大街设计采用138m钢箱叠拱,为国内首次采用的新型拱桥结构,是目前国际上同类桥梁中的跨度最大、位于严寒地区的桥梁,也是国内第一座应用实体圆钢吊杆铁路桥梁,对该桥应用中的关键技术实体圆钢吊杆的连接及低温疲劳特性、拱脚的合理构造及局部应力、对无砟轨道适应性、车桥耦合动力效应等进行了系统计算分析和试验研究,其研究成果已应用于新开河特大桥中,详细介绍桥式方案及在高速铁路应用中的关键技术研究成果。     

铁路钢箱梁正交异性桥面加劲肋疲劳性能研究

甬江特大桥是国内首座铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥。目前国内外大部分疲劳模型试验研究都仅针对单一纵肋形式下正交异性钢桥面板的疲劳特性,不同纵肋形式下的对比研究较少。因此,结合弗拉索夫薄壁杆件理论,提出了加劲肋疲劳敏感部位面内疲劳应力的解析公式,分析了解析公式各疲劳影响因素的影响程度及作用机理,并同有限元模拟及2U+2V模型测试结果进行对比分析。研究表明:解析公式结果同有限元模拟以及试验测试结果一致,其中V型加劲肋疲劳敏感部位疲劳应力小于U型加劲肋,模型试验中U型加劲肋疲劳敏感部位出现裂纹,因此,在铁路列车荷载作用下,V型加劲肋疲劳敏感部位比U型加劲肋具有更好的抗疲劳性能。     

高速铁路四线大跨钢桁斜拉桥主桁研究

目前四线铁路钢桁梁多采用三主桁型式,采用双主桁的四线铁路桥跨度多在200 m左右。当四线铁路钢桁梁采用双主桁时能适应最小线间距要求,减小主桁横向总宽度,并降低主桥和引桥的工程规模及邻近隧站工程量,因此研究双主桁大跨度钢桁斜拉桥在工程上具有重要意义。结合某高速铁路四线大跨钢桁斜拉桥主桁横断面布置及桁梁主要构造尺寸,从结构受力、技术经济指标、不同桁宽所引起的引桥规模等方面研究三片桁与两片桁的主要差别,合理推断出四线高速铁路钢桁梁最小桁宽。同时从主桁腹杆承受较大面外弯矩及用钢量等方面比较四线主桁腹杆采用三角桁与N形桁的区别。最终确定主桁梁采用桁宽24.3 m的双主桁、腹杆为三角形桁式的钢桁架。研究结果表明:四线双主桁钢桁斜拉桥应用到500 m左右大跨度桥中在技术和经济上是可行的。     

钢桥设计（上）

介绍了在铁路钢桥发展中，对结构设计、承压稳定、断裂、疲劳等理论的研究应用。     

铁路大跨度连续梁拱组合桥结构参数研究

为了解结构设计参数对铁路大跨度连续梁-拱组合桥受力特性的影响,进而对今后同类桥梁设计提供引导作用,以兰渝线广元嘉陵江特大桥为工程背景,研究矢跨比、拱轴线形状、拱梁刚度比这3个设计参数对桥梁结构力学特性的影响。分析结果表明:矢跨比对拱肋轴力和拱脚、主梁中跨弯矩影响显著,取值在1/4~1/5时较为合理;1.6次抛物线、2.4次抛物线及圆弧线作为拱轴线时,拱脚截面弯矩过大,2次抛物线或悬链线作为此类桥型的拱轴线较为合理;拱梁刚度比对结构轴力影响较小,对拱肋弯矩影响较大,随拱梁刚度比的增大,拱肋分担的弯矩显著提高。     

钢桥设计（下）

介绍了在铁路钢桥发展中,对结构设计、承压稳定、断裂、疲劳等理论的研究应用。     

高速铁路大跨桥无砟轨道不平顺管理波长及施工误差研究

西安至延安高铁王家河特大桥采用(124+248+124) m刚构连续梁拱结构,铺设CRTS双块式无砟轨道,为我国高铁铺设无砟轨道大跨度桥梁。为确保时速350 km列车通过的安全性、舒适性,结合王家河桥建立有限元车-线-桥耦合动力学仿真模型,利用频谱分析方法,研究不同时速下高低不平顺波长与车辆动力学指标的关系。针对长波不平顺管理波长,200 km/h时建议大于70 m、250 km/h时建议大于85 m、300 km/h时建议大于100 m、350 km/h时建议大于115 m。鉴于实际施工过程中桥梁、轨道的施工误差,运营过程中基础沉降、梁体混凝土徐变等因素对线路线形的影响,通过动力学指标分析,给出钢轨面允许误差限值。研究结论确保建设项目的顺利实施,完善了我国大跨度桥梁无砟轨道铺设技术。     

结合实际锚固构造的大跨斜拉桥索形计算方法

大跨度斜拉桥设计中,斜拉索精确状态的计算是一步重要的计算环节,但求解不易。为解决这一问题,以悬链线解析法为基础,综合考虑索梁锚固构造和索塔锚固构造的影响,提出在斜拉索张拉力、斜拉索规格已知时精确求解斜拉索线形、无应力长度的迭代计算方法,并以一个算例演示计算过程。提出的斜拉索索形计算方法理论上可求得斜拉索索形的精确解,设计者也可根据实际需要设置迭代终止条件控制计算精度;通过算例可知采用本方法计算迭代收敛速度快,计算效率高;在实际工程中,可用于合理成桥状态或某一施工阶段的斜拉索索形求解。