大跨径钢-UHPC轻型组合梁斜拉桥力学与经济性能研究

为解决传统大跨径斜拉桥中钢主梁存在的桥面铺装易损,钢面板疲劳破坏等问题,提出了两种轻型组合梁方案。建立了主跨1 100 m的传统钢主梁斜拉桥和两种轻型组合梁斜拉桥的有限元计算模型,对三种方案的静力性能、动力特性和经济性能进行了分析比较。结果表明:在力学性能方面,两种轻型组合梁在大跨径斜拉桥中的应用是可行的;三种方案的初始建设造价相近,从全寿命角度来看,两种轻型组合梁斜拉桥的经济性能明显优于传统钢主梁斜拉桥。     

大跨径组合梁斜拉桥经济性能研究

为推动组合梁斜拉桥向更大跨径发展,以常规两塔斜拉桥为例,开展大跨径组合梁斜拉桥经济性能研究。将斜拉桥分为斜拉索、桥塔、主梁、基础等部分,利用"平均索法"计算各部件轴力,根据轴力大小分别推导得到其材料用量的计算公式,引入材料单价系数,得到单位桥面面积造价,进而计算组合梁斜拉桥各部件的造价与跨径的关系,并与同等跨径的钢箱梁斜拉桥的经济性能进行对比分析。结果表明:与钢箱梁相比,组合梁斜拉桥充分利用混凝土材料抗压性能性价比高的特点,减小了斜拉桥体系中造价占比较大的主梁费用;组合梁斜拉桥主梁自重较大,斜拉索、桥塔、基础等造价相对较高;在一般地质(桩长约50m)、较小场地风速条件下,组合梁斜拉桥的经济跨径界限可达900m。     

大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁力学特性研究

为明确在多种不利荷载组合作用下大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁的受力规律,以某桥跨布置为(40+175+410+175+40)m的双塔钢-混组合梁斜拉桥为背景进行研究。采用ANSYS建立该桥混合单元空间有限元计算模型,分析自重及斜拉索索力、车辆轮载、桥面板预应力、混凝土收缩和徐变效应、温度效应等荷载及组合作用下中跨跨中段主梁的结构响应。结果表明:对于双索面钢-混组合梁斜拉桥,局部轮载作用下桥面板呈现出明显的局部受力特性,桥面板"第二体系"拉应力可能会大于"第一体系"压应力,中跨跨中区域及边跨尾索区桥面板应配置纵向预应力;桥面板混凝土的收缩和徐变效应、温度效应的叠加是桥面板出现顺桥向裂缝的根本原因,设计时应全桥配置桥面板横向预应力。     

大跨径斜拉桥主梁选型及分析

首先基于积分法推导得到了斜拉桥各部件的造价和主梁应力计算公式，其次对比分析了5种不同主梁类型的斜拉桥技术及经济性，最后以传统组合梁斜拉桥为例进行参数分析。结果表明：采用UHPC材料代替传统的混凝土能极大地提高组合梁斜拉桥的极限跨径；主跨在300~750 m的斜拉桥主梁选用传统组合梁经济性最优，主跨在750~1 200 m时主梁选用钢箱梁经济性最优；斜拉桥的平方米造价指标随着桥宽的增加而相应减少；但对桥面以上塔高与跨径比的变化不敏感，经济合理的边中跨比和桥面以上塔高与跨径比分别在0.5和0.3左右。     

中小跨径不同截面简支钢-混组合梁桥受力及用钢量分析

为研究中小跨度钢混组合梁不同截面形式的受力性能以及经济性,以香海大桥组合梁为背景,建立工字钢-混凝土组合梁桥、钢箱-混凝土组合梁桥、钢桁架-混凝土组合梁桥等模型,分析不同跨径下三种不同截面形式的钢混组合梁桥受力性能及用钢量。结果表明,活载作用下,工字钢组合梁跨中竖向位移均大于钢箱梁及钢桁架组合梁,且随着跨径的增大,工字钢组合梁跨中竖向位移增长幅度越来越明显;偏载作用下,钢箱组合梁跨中最大位移均小于工字钢及钢桁架组合梁,且随着跨径的增大,钢箱组合梁跨中最大位移与其他两种方案的位移差逐渐增大;跨径35～55m范围内,工字钢组合梁的截面用钢量最低;跨径55～70m范围内,钢箱组合梁截面用钢量最低;70～100m跨径范围内,钢桁架组合梁的截面用钢量最低。     

我国公路简支钢混组合梁合理截面研究

根据我国道路结构特点和公路荷载标准,对简支组合梁桥主梁设计的控制因素、主梁合理截面尺寸等进行分析研究。给出了公路Ⅰ级车道荷载作用下,应力控制设计时的主梁挠度,以及翼缘面积与跨径关系的近似公式,并将组合梁桥与非组合梁桥进行了对比。     

钢板组合梁桥国内外设计探讨

为推广钢板组合梁桥在国内的广泛应用,对钢板组合梁桥国内外的设计情况及发展趋势进行分析,对国内典型钢板组合梁桥的结构特点、设计要点、构造尺寸及用钢量进行对比,对钢板组合梁桥的经济跨径进行总结。分析表明:钢板组合梁在35～100 m跨径中应用广泛,并且钢板组合梁桥正逐步从多主梁向双主梁的趋势过渡,双主梁桥型被认为是一种极具经济性的桥梁形式。     

斜拉桥施工期取代临时墩的拉索平衡结构体系研究

斜拉桥上部结构双悬臂施工时,可采用临时拉索平衡结构体系代替传统的临时墩来抵抗不平衡荷载作用。为分析施工期拉索平衡结构体系下大跨度斜拉桥的结构受力和抗风性能,以港珠澳大桥青州航道桥为背景进行研究。基于平衡措施设计的基本原则,在桥梁边、中跨主梁与桥塔承台间设计了临时拉索连接的结构体系,采用MIDAS Civil软件建立全桥模型,分析双悬臂施工中最不利工况下的桥梁受力,并进行了比例为1∶70的全桥气动弹性模型风洞试验。结果表明:拉索平衡结构体系能够增强大跨径斜拉桥双悬臂施工状态下抵抗各种不平衡静荷载作用的能力,提高桥梁抵抗动风荷载作用的能力,降低施工期的抖振响应;拉索平衡结构体系下的桥梁受力和抗风性能均满足要求,该体系能够保证斜拉桥在上部结构施工中的结构安全。     

组合梁斜拉桥施工最大单悬臂阶段抖振响应及减振研究

为确保大跨度组合梁斜拉桥主梁最大单悬臂阶段在风荷载作用下的施工安全,对该阶段主梁的抖振响应及其减振措施进行研究.以某主跨650 m的组合梁斜拉桥为背景,采用CQC(完全二次型组合法)计算施工最大单悬臂阶段主梁抖振响应,结果表明在20 m/s风速下主梁悬臂端竖向抖振加速度超过限值.提出采用柔性拉索连接两悬臂端的"软连接"...     

常规跨径钢板组合梁桥中欧规范汽车荷载效应对比研究

钢板组合梁可充分发挥钢材和混凝土的材料优势,为给我国桥梁设计人员设计海外钢板组合梁桥提供建议,对《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)及欧洲桥规(Eurocode—Basic of Structural Design、Eurocode 1:Actions on Structures—Part 2:Traffic Loads on Bridges)中常规跨径钢板组合梁汽车荷载效应进行对比。分析了中欧桥梁设计规范中汽车荷载模式、横向多车道折减效应、冲击系数、荷载组合等规定的异同,采用2种规范计算常规跨径钢板组合梁在汽车荷载及基本组合、频遇组合作用下的主梁弯矩。结果表明：欧洲桥规规定4种汽车荷载模式,已考虑冲击系数和横向车道折减,中国桥规规定了车道荷载和车辆荷载2种汽车荷载,计算汽车荷载效应后期需考虑冲击系数和横向车道折减;2种规范极限状态和设计状况规定一致,区别在于作用分项系数和可变作用组合系数取值;多片主梁钢板组合梁的边梁弯矩最大,单独考虑汽车荷载时,欧洲桥规计算的主梁最大弯矩比中国桥规大35%～36%;在考虑荷载组合时,欧洲桥规主梁最大弯矩计算结果在基本组合作用下比中国桥...     

大跨度组合梁斜拉桥限界跨径的探讨

目前国内外对组合梁斜拉桥的跨径的限界值研究较少,基本处于相对空白状态。本文通过对500m、638m、800m三种不同跨径进行研究分析,得出主跨800m左右的组合梁斜拉桥在理论计算分析上具备可实施性;而且随着钢材和混凝土材料性能的提高,组合梁斜拉桥具备向更大跨度冲击的可能性。     

施工方案中途改变的独塔斜拉桥变更设计与结构分析

某城市景观桥梁为跨径100 m+87 m的独塔双索面斜拉桥,塔、梁、墩固结体系,主梁采用钢-混凝土组合梁双钢箱主肋断面,主塔采用H形混凝土塔,斜拉索采用平面扇形密索体系。原设计主梁采用悬臂拼装施工方案,施工后期根据实际条件将主梁变更为大节段支架施工,大大节省了施工周期。所介绍的主桥变更设计和结构分析,可为类似工程提供参考。     

跨径1 400 m钢斜拉桥的可行性

从结构及经济的角度,阐述跨径1400m钢斜拉桥的可行性。由于钢主梁的重量很大程度地影响斜拉桥的总造价,提出一种保证静、动力失稳安全的钢主梁最小重量的计算步骤。对于静力失稳,进行了面内荷载条件下的弹塑、有限一位移分析及随位移而变的风荷载条件下的弹性、有限一位移分析;对于动力失稳,则进行了多模态颤振分析。分析结果表明,横向扭转屈曲的静力临界风速控制主梁的尺寸。最后,将大跨径斜拉桥方案与悬索桥方案作了简单比较。     

组合梁斜拉桥主梁安装施工关键技术

钢混组合梁斜拉桥梁段间混凝土湿接缝施工是制约组合梁安装周期的关键节点,为了进一步研究组合梁湿接缝滞后连接施工的合理性,缩短组合梁施工周期。以广西平南相思洲大桥为依托对大跨径组合梁斜拉桥主梁安装关键技术进行了研究。通过理论分析与工程实践相结合的方式,分析滞后连接的合理施工方案,并对大跨径组合梁合龙施工的关键技术进行总结。研究表明:通过合理的索力优化,可以实现三节段一循环的湿接缝滞后施工工艺,该方法能够缩短一循环主梁安装时间约24%;形成的相思洲大桥组合梁安装施工关键技术,可为类似桥梁的施工提供借鉴。     

斜拉桥双边工字钢-UHPC桥面板组合梁静力性能研究

针对斜拉桥传统钢-混组合梁的不足,提出双边工字钢-UHPC桥面板组合梁。以湖南马路口资水大桥为依托,分别采用有限元软件MIDAS和ANSYS建立全桥模型和主梁节段模型,分析组合梁的受力性能,制作UHPC桥面板模型试件进行弯曲试验,研究UHPC桥面板的受力性能。结果表明:荷载组合作用下,钢主纵梁、钢横梁的最大正应力分别为223 MPa、197MPa,最大剪应力分别为145MPa、65MPa,小于钢材强度设计值;顺桥向、横桥向弯曲构件破坏时的名义拉应力分别为63.2MPa、34.5MPa,初裂应力分别为23.2MPa、10.4MPa,UHPC桥面板的抗弯承载能力满足要求,且具有良好的抗裂性能。     

大跨径组合梁斜拉桥试设计及力学性能研究

为探索千米级组合梁斜拉桥的技术可行性,以主跨700,800,900,1 000m为目标,开展大跨度双塔组合梁斜拉桥方案试设计。从结构静力强度、静力稳定、颤振稳定等多方面论证方案的可行性,并指出设计主要控制因素。针对主跨1 000m的组合梁斜拉桥,对钢-混界面滑移影响、几何非线性效应两方面的力学性能进行研究。结果表明:设计方案是成立的,组合梁斜拉桥动、静力性能均满足要求,运营组合下近塔区混凝土桥面板应力、主梁面内失稳为设计主要控制因素。对千米级组合梁斜拉桥而言,在组合梁连接件按常规设计的情况下,钢-混界面滑移对斜拉桥受力性能的影响基本可忽略;几何非线性效应对活载工况影响较大,对收缩徐变工况影响较小。     

文山马鹿塘特大桥主桥设计关键技术

文山马鹿塘特大桥主桥为(63+137+480+137+63) m双塔双索面斜拉桥,大桥单侧与连拱隧道相接。主梁采用双工字形钢-混组合梁,桥面全宽32.2 m;桥塔采用钻石形混凝土塔,两岸桥塔塔高分别为247 m和254 m;斜拉索按空间双索面对称布置。整幅式桥梁桥隧顺接采用双线分离设计,避免了桥梁整体加宽或设置整体式大跨隧道,同时缩短了连拱隧道长度。为降低汽车、温度和风等荷载作用下的结构响应,在塔梁间设置了弹性刚度为12 MN/m的纵向弹性约束体系,静、动力作用下梁端位移分别下降37.4%和35.9%、桥塔塔柱底纵向弯矩分别降低19%和20%,静力作用下钢主梁应力减小约30 MPa、桥面板抗裂应力储备提高1.13 MPa。辅助墩墩顶主梁采用10 cm落梁设计,墩顶组合梁桥面板抗裂应力储备提升117.7%,且其它主体结构受力未发生显著变化。组合梁采用双节段循环施工方案,有效缩短了主梁施工工期。     

临时墩对斜拉桥最大双悬臂施工状态的抗风性能影响分析

大跨径斜拉桥在最大双悬臂施工状态下其结构刚度较小,对于风荷载引起的结构风致振动响应较为敏感,增设临时墩能有效提高结构竖向刚度,改善结构抗风性能。以主跨跨径为316m的双塔斜拉桥最大双悬臂施工状态处于台风期为背景,通过有限元计算分析了3种临时墩设置方案(不设临时墩、设置边跨临时墩以及设置中、边跨临时墩),在最大双悬臂阶段对结构动力特性以及抗风性能的影响。研究结果表明:设置中、边跨临时墩方案对结构竖弯和扭转基频提高显著,相比于仅设边跨临时墩方案,结构颤振临界风速和静风扭转临界风速分别提高了82.5%和83.4%;设置中、边跨临时墩使结构主梁和塔柱在风荷载组合工况下位移响应大幅度减弱。     

单塔单索面斜拉桥荷载试验研究

南平市黄墩大桥是一座采用塔墩梁固结体系的单塔单索面宽箱梁预应力混凝土斜拉桥,跨径组成为165+115m。为了保证大桥在运营过程中的安全可靠,大桥在桥梁通车前进行了静动力荷载试验,对静力荷载工况下的主梁挠度、应力、主塔位移和拉索索力增量,和动力荷载工况下的自振模态、冲击系数进行了实桥测试,并结合有限元模型的理论计算结果进行分析。荷载试验结果表明:南平黄墩大桥在试验荷载作用下,主桥结构的静动力性能良好,承载能力满足设计要求。     

随机车辆荷载作用下大跨径斜拉桥拉索损伤诊断方法

针对分布式布里渊光纤感测技术在斜拉桥结构损伤诊断中的应用问题，提出了随机车辆荷载作用下大跨径斜拉桥拉索损伤诊断方法。首先，以南京长江三桥为工程背景，基于蒙特卡洛方法、车辆荷载模型及泊松过程理论建立了斜拉桥索力及主梁应变的概率模型。其次，通过主梁应变数据在斜拉桥拉索损伤前后分布规律的变化，提出了基于应变样本空间马氏距离的斜拉桥拉索损伤诊断方法。最后，采用ANSYS有限元模拟随机过程，对所提方法进行验证。研究表明：在随机车辆荷载作用下，主梁应变数据服从正态分布；斜拉索发生损伤后，主梁应变数据的分布规律会发生变化；所提方法能够有效判别斜拉桥拉索损伤，可为分布式布里渊光纤感测技术在大跨径桥梁结构健康监测中的应用提供理论方法支持。