超高强度钢绞线拉索在旧桥换索中的设计应用

主要阐述了一种全新的钢绞线拉索体系,在不破坏桥体结构、不需中断交通的工况下,可实现快速拆除旧吊索并更换新索。通过对拱桥中使用的各种拉索结构的对比分析,研究出一种新的拉索结构,通过对其产品结构的优化设计和试验验证,论证了其可靠的锚固性能和抗疲劳性能。新研发的拉索结构适合夹持超高强度级的钢绞线,锚索具有锚头尺寸小、疲劳性高、承载能力强、施工方便的优点,特别适合旧吊杆更换。     

预应力拉索锚头抗火性能试验

预应力拉索在大跨径桥梁结构中应用广泛,其火灾安全却面临严峻挑战。拉索锚头是拉索遭遇火灾高温时最薄弱的环节,若无专门的防火设计将造成极大的安全隐患,为此,以中国工程中广泛应用的热铸锚、冷铸锚和Wirelock锚三大类锚固系统为研究对象,采用平行钢丝束拉索足尺试件对其抗火性能进行研究。通过6个拉索锚头试件在有应力状态下的火灾试验(试验参数包括拉索锚固类型和应力水平),研究其温度场分布及锚固性能退化规律。试验结果表明:锚具内部温度分布不均匀,底端温度最高,前端最低;拉索锚固系统在高温下的滑移过程大致分为无滑移、滑移稳定增长和破坏3个阶段,其中热铸锚的无滑移段持续时间最长,约为60min,冷铸锚和Wirelock锚的无滑移段持续时间都在20min以内;3类试件的破坏时间即耐火极限相近;当构件破坏时,热铸锚、冷铸锚、Wirelock锚的临界温度分别为420℃~443℃、440℃~450℃、279℃~284℃;当拉索预应力水平从0.3增加到0.4时,拉索锚头耐火性能下降。     

自锚式悬索桥“先缆后梁”施工临时锚碇方案研究

东莞东江南支流港湾大桥为主跨320 m的自锚式钢梁悬索桥,采用"先缆后梁"的方法施工。在上部结构安装过程中,主缆拉力通过临时拉索传递至临时锚碇,对临时锚碇的力学性能要求较高。为确保施工过程中桥梁结构受力安全、选取合适的临时锚碇方案,采用TDV RM2006软件建立施工阶段全桥模型进行力学性能分析,并采用MIDAS Civil 2017软件对独立锚碇、不增加桩径及桩数的结合锚碇、增加桩径及桩数的结合锚碇3种临时锚碇结构进行比选。结果表明:采用"先缆后梁"的总体施工方案可以满足上部结构安装要求,施工期间塔、梁、缆的强度、刚度均满足设计要求,临时拉索最大拉力24 720 kN。增加桩径及桩数的结合锚碇桩基最大弯矩3 394.6 kN·m,为3种方案中最小值,结构安全性较好;最大水平位移14.1 mm,比不增加桩径和桩数的结合锚碇刚度有较大提升,与独立锚碇相差不大。综合比较可知增加桩径及桩数的结合锚碇方案具有较好的安全性、经济性及施工便利性,且工期较短,因此最终选定该方案。     

聊城跨徒骇河莲花型单塔大跨斜拉桥结构设计

聊城兴华路跨徒骇河桥采用100 m+100 m独塔钢箱梁斜拉桥,该桥主塔整体造型采用莲花状结构,由2个主塔柱和1个副塔柱组成,主、副塔柱之间采用空间索面拉索相连,桥塔中轴线为椭圆,主塔和副塔分别高52.211 m、47.65 m,主、副塔柱轴线夹角30°;主梁采用钢箱梁,双箱单室截面,梁宽40 m,中线处梁高3 m;斜拉索为扇形布置的空间双索面,采用标准强度1 770 MPa的平行钢丝斜拉索,全桥共72根斜拉索,斜拉索梁端锚固采用钢锚箱,钢锚箱焊接在主梁钢箱梁边箱室外侧;塔座、承台及桩基础采用混凝土结构,大桥共设置34根φ1.8 m的钻孔灌注桩,桩长70 m。莲花造型独塔斜拉桥的造型优美,创意独特,在满足结构各项受力性能要求的同时,很好地体现了聊城莲湖水利风景区的特色文化,使景区成为建筑艺术和谐交融的典范。     

高强CFRP拉索-弯折锚固系统静力性能研究

为了满足索承结构对拉索索力增长的需求,增加单筋直径和数量来提升索力是一种有效方法,但同时会导致索体直径和盘卷直径过大。为此,基于先前开发的变刚度锚固荷载传递介质,提出一种采用多根高强小直径CFRP筋的弯折锚固系统(简称弯折锚)来同时提升索力和弯曲性能。针对多筋拉索建模复杂以及计算效率低的问题,提出了基于等效圆环的应力释放模型,并利用足尺试验对应力释放模型的可靠性以及锚固方法的有效性进行验证。结果表明：改变单筋间距有利于减小平行锚最外层筋内外侧轴向拉应力差,但对轴向应力和径向应力影响较小。应力释放模型可以有效解决封闭圆环模型的“环箍效应”,使拉索内层筋的环向挤压应力更加趋近于真实的多筋模型。高强CFRP拉索失效模式为整体炸裂式破坏,荷载传递介质几乎没有受到可见的挤压和剪切损伤。应力释放模型对荷载-位移曲线、轴向位移和锚固区拉索轴向应变均具有较高的模拟精度。Φ4-91高强CFRP拉索的实测极限抗拉力为3 393 kN,相应的锚固效率为91%,而锚固效率低的原因在于多筋受力不均匀和未对锚具进行重新设计。自由段拉索轴向应变随荷载的增加而增大,应变片粘贴位置、胶层厚度以及筋材长度误差是导致轴向应...     

大跨径斜拉桥斜拉索锚头的综合防护

该文以桃夭门大桥斜拉索上下锚头的综合防护方案为例,介绍了处于海峡地区的大跨径斜拉桥拉索锚头的防腐蚀保护技术。     

一种新型拉索体系一双群锚干风（SQGF）体系

双群锚干风(SQCF)体系是一种适用于由布置在外套管内的平行钢绞线束组成的拉索新型体系。它的主要性能特点是：(1)可单根更换钢绞线，但对群锚的夹片无特殊苛刻的要求。(2)可安全可靠地将拉索锚固在任何一种梁的底部。(3)对外套管鼓入干风同时抽出管内湿空气的防护系统使钢绞线索处于可监测和控制的可靠状态下。     

基于结构应力法的斜拉桥锚箱疲劳寿命评估与试验研究

焊接钢结构的抗疲劳设计采用规范推荐的S-N曲线结合试验修正的方法,但由于疲劳细节和荷载的复杂性,很难找到相对应的S-N曲线且试验的成本较高。结构应力法可以从理论上对结构的疲劳寿命进行预测,近年来受到广泛关注。为了评估大连市滨海大道西延伸线工程斜拉桥锚箱结构的疲劳性能,开展了足尺模型试验,并基于结构应力法评估了锚箱的疲劳寿命。通过建立全桥有限元模型分析了各斜拉索的索力,并考虑平均应力的影响确定试验加载的最大峰值和最小峰值。在完成规范要求的疲劳循环后,为进一步探究锚箱超长期服役的疲劳性能,增大加载幅值经过276万次的疲劳加载,锚箱结构的力学性能和刚度均未出现明显变化。基于结构应力法预测锚箱的疲劳寿命为9.17×10~6次。综合结构应力法评估结果和疲劳试验研究表明锚箱的疲劳性能可靠,能够满足工程要求。     

商合杭铁路芜湖长江公铁大桥桥塔环向预应力技术

商合杭铁路芜湖长江公铁大桥主桥为主跨588m的双塔双索面箱桁组合梁斜拉桥,采用平行钢丝拉索,单根斜拉索最大索力达16 000kN。索塔锚固区采用钢锚梁拉索锚固体系与平行钢丝环向预应力锚固体系相结合的方式锚固,单层预应力体系采用"#"形预应力锚固,预应力采用367mm高强度低松弛钢丝束,其抗拉强度为1 670MPa,弹性模量为2.05×105 MPa。在桥塔施工时预埋内径90mm的金属波纹管作为预应力孔道;提前进行钢丝束的编束及张拉端镦头,待塔柱模板拆除后进行钢丝穿束;钢丝穿束后先进行固定端锚板安装及固定端切丝,再进行固定端镦头;待塔柱混凝土强度满足规范要求后,采用250t穿心式油压千斤顶进行预应力张拉;预应力张拉后进行预应力孔道压浆,最后进行预应力锚口封闭,完成预应力施工。     

青岛市墨水河大桥索梁锚固区受力分析

青岛市墨水河大桥主桥为2×90 m单塔中央双索面斜拉桥。主梁采用分体式箱形截面钢主梁,斜拉索与钢箱梁内边腹板之间通过钢锚箱连接,索梁锚固区的传力途径和受力情况较复杂。利用有限元软件midas FEA对索力最大的索梁锚固区及附近梁段进行板壳单元有限元分析,对索力最大的钢锚箱及局部腹板进行实体单元有限元分析。结果表明,对于中央索面分体式钢箱梁斜拉桥,顶底板等效应力峰值出现在联系横梁跨中;联系横梁腹板所对应的箱室内横隔板比拉索横隔板的应力水平高;通过设置腹板局部补强板,锚固区腹板变形和应力均可满足受力要求;钢锚箱锚固于内边腹板外侧,斜拉索张拉施工和后期养护均较方便。     

异形钢独塔斜拉桥设计

洞口县平溪江大桥为主跨100 m的异形钢独塔斜拉桥,跨越洞口县平溪江。该桥为双索面,塔梁墩固结体系;主梁为两侧单箱单室P-K预应力混凝土混凝土箱形梁,桥梁全宽34.6 m。拉索为平行钢丝斜拉索,冷铸锚。主塔为异形钢箱结构,拉索通过钢锚箱锚固于主塔上。主跨跨越平溪江,采用悬臂浇筑法施工;锚跨位于岸上,采用现浇支架施工。     

青山长江公路大桥无下横梁桥塔设计关键技术

青山长江公路大桥主桥为主跨938m的双塔双索面混合梁斜拉桥,采用七跨连续全飘浮体系。结合主桥大跨、超宽、重载以及下塔柱短的技术特点,主桥桥塔采用无下横梁的A形桥塔,通过设置于桥塔中心处的0号斜拉索为主梁提供桥塔处竖向支撑。根据桥塔的结构形式及受力特点,将桥塔上横梁设置于桥面以上塔柱中点位置处,塔顶结合段总高设置为20m。根据主桥斜拉索索力及角度变化范围大等特点,设置3种不同的斜拉索锚固方式,采用变高的钢锚梁设计(取消了滑动侧四氟滑板的设置)。为精确分析桥塔受力特点,建立全桥三维模型,对桥塔施工及运营阶段进行有限元分析,并对塔顶结合段、斜拉索锚固区及钢锚梁进行实体有限元局部分析,结果表明桥塔的强度及刚度均满足规范要求。     

罩棚门式刚架钢锚箱受力性能分析

天津京津塘高速公路机场收费站罩棚结构形式为带水平拉索的钢箱截面拱形两铰门式刚架,其中拉索锚固采用了钢锚箱的形式。钢锚箱式锚固形式构造复杂,受力集中,是控制设计的关键部位。针对钢锚箱的布置方式,提出了两种布置方案;对两种布置方案进行了有限元局部受力分析,并对分析结果进行对比;根据对比结果对钢锚箱布置形式进行了选择。     

斜拉桥下锚头渗水病害检测及成因分析

斜拉桥经过多年运营后锚固系统出现各种缺陷,使得雨水渗入其下锚头加剧了缆索及锚头的锈蚀,造成拉索系统受力状态的严重退化,影响斜拉桥正常使用。为明确渗水产生的原因,将2002年和2004年该斜拉桥病害检测进行比较,并根据相关试验结果,对渗水成因进行分析。     

斜拉桥下锚头渗水病害检测及成因分析

斜拉桥经过多年运营后锚固系统出现各种缺陷,使得雨水渗入其下锚头加剧了缆索及锚头的锈蚀,造成拉索系统受力状态的严重退化,影响斜拉桥正常使用。为明确渗水产生的原因,将2002年和2004年该斜拉桥病害检测进行比较,并根据相关试验结果,对渗水成因进行分析。     

嘉鱼长江公路大桥桥塔设计

嘉鱼长江公路大桥主桥为主跨920m的双塔单侧混合梁斜拉桥。该桥桥塔采用钻石形混凝土结构,由上、中、下塔柱,中上、中下塔柱结合段,下横梁和塔座构成,北塔高235m、南塔高251.41m,两塔下横梁以上结构保持一致。该桥北塔、南塔各有30对斜拉索,第1和第2对斜拉索在塔壁混凝土齿块上直接锚固;第3~30对斜拉索锚固采用"钢锚梁+钢牛腿"的形式,钢锚梁采用单锚梁结构,1根锚梁锚固4根斜拉索。为减小超高桥塔常见的混凝土开裂病害,在桥塔混凝土中掺入聚丙烯腈单丝纤维、聚丙烯粗纤维进行防裂抗裂处理。针对北塔下塔柱较短、下塔柱和下横梁受力不利的情况,经方案比选,采用先浇部分下横梁的施工方案,有效减小下横梁混凝土收缩开裂的风险。     

S32高速公路上海段跨大蒸港矮塔斜拉桥设计

S32申嘉湖高速公路上海段跨越大蒸港处主桥为矮塔斜拉桥,主跨165 m。该桥设计为塔梁固结、墩梁分离的结构型式。斜拉索为单索面,主梁为预应力混凝土单箱五室,主塔为钢-混组合结构,桥梁全宽34 m。拉索为平行钢丝斜拉索、冷铸锚,主塔锚固区采用钢锚箱的锚固方式。主桥位于曲线半径R=3 000 m的平曲线范围内,对主塔的设计提出了新的挑战     

柱式塔同向回转斜拉-悬索体系桥梁设计关键技术

安徽某跨江通道方案设计中,提出主桥采用主跨1620 m的斜拉-悬索协作体系桥梁。为解决该体系刚度低、主梁压力间断、边吊杆应力幅大等传统疑问,以及因不能设置辅助墩而引起的边跨刚度小、尾索应力幅高的特殊问题,设计采用单柱式桥塔、空间化悬索构建整体结构,并对结构的合理性、可行性进行理论和计算验证。设计针对体系形成的主要过程,提出边孔悬吊辅助跨构造,采用四索面斜拉索和空间双悬索四索面吊索。借助四索面拉吊融合方式在横向转换的便利、同向回转拉索对不对称布索的支持,使调整在更大空间内进行,实现两种体系更加平顺的融合。采用斜置阻尼约束系统使结构纵、横向动力性能满足规范要求。     

钢混叠合梁拉索锚固区受力性能分析

斜拉桥结构已经成为了桥梁工程中最常见的一种结构形式,近年来有了较大的发展。但拉索锚固区的合理设计一直是斜拉桥设计的重点。斜拉桥的索梁锚固形式的优化也有一定程度的发展,最常见的索梁锚固形式包括齿块式、锚箱式、锚拉板式等,其中锚拉板式应用相对较少。针对背景工程在叠合梁中所用的锚拉板式索梁锚固区开展相关研究,对锚头与锚垫板之间的传力特性进行了接触非线性分析,对锚固区内锚拉板自身的结构性能,锚固区内主梁的力学性能进行了研究。并对锚固区内关键焊缝的受力情况进行研究,对锚固区的结构性能进行了综合评价。     

武汉西四环汉江特大桥总体设计

湖北省武汉市西四环线汉江特大桥主桥为(77+100+360+100+77)m双塔双索面半飘浮体系预应力混凝土斜拉桥,引桥为3×65m预应力混凝土现浇连续箱梁桥。主桥桥塔采用H形结构,两桥塔塔高分别为130.1m和126.1m;主梁采用双边箱PK断面,整幅宽43.6m,按全预应力构件设计;斜拉索采用热镀锌钢绞线,按双索面扇形布置,每个塔柱布置28对斜拉索,全桥共224根;索塔锚固采用改进的紧凑型钢锚梁,并在索导管出口附近设预应力钢棒进行斜拉索锚下局部防裂。分别采用MIDAS Civil和ANSYS对主桥进行总体和局部计算,结果表明结构各项指标均满足规范要求。