公铁平层斜拉桥超宽幅钢箱梁节段模型试验及活载作用效应研究

为研究公铁平层斜拉桥超宽幅钢箱梁受力特性和活载作用效应,以宜宾临港长江大桥宽度为63.9 m的超宽幅钢箱梁节段为研究对象,设计制作相似比为1∶10的全截面缩尺模型开展静载模型试验,并进行有限元计算分析,分别研究恒载状态、公路车辆荷载作用、铁路列车荷载作用及不同活载组合作用下超宽幅箱梁受力特性,纵、横向正应力分布情况及梁体变形特征。结果表明,该桥超宽幅钢箱梁横向弯曲受力行为显著,梁体在活载作用下表现为挑担式支撑梁力学特性和变形特征,其中梁体中箱在铁路列车荷载作用下表现为正弯矩简支梁受力特性,梁体两侧边箱在公路车辆荷载及人群非机动车辆荷载作用下表现为负弯矩悬臂梁受力特性,梁体横截面设计合理,活载作用机理明确,中、边箱结构传力清晰。研究成果为超宽幅钢箱梁的设计和施工提供了重要的参考和设计依据,并为类似桥梁设计提供指导。     

公铁平层超宽钢箱梁过塔方案设计与分析

川南城际宜宾临港公铁两用长江大桥采用国内首创公铁平层设计,由于桥面过宽,施工难度大,风险高.因此,提出部分桥面过塔方案.分析结果表明:采用慢行系统外绕桥塔方案,纵横梁的应力、稳定性、挠度等各项指标均满足规范要求,结构受力安全可靠,且慢行系统外绕桥塔整体外形流畅美观,气动外形较优,引桥净高不受限,可有效减小主梁过塔宽度和...     

公铁平层超宽钢箱梁-列车系统气动参数数值模拟研究

采用数值模拟方法对公铁平层超宽流线形钢箱梁上列车与主梁的气动力特性进行了分析.测试了车桥组合下列车与桥梁的平均气动力系数,讨论了风攻角、列车位置对列车气动力的影响;研究了列车及主梁的二维气动导纳.结果表明:列车位于迎风侧(Ⅰ车道)时离桥梁前缘较近,直接受来流风作用,列车的阻力系数比位于其他车道时偏大;列车位于背风侧(Ⅱ...     

大跨度公铁平层合建斜拉桥主梁有效宽度研究

大跨度公铁平层合建桥主梁常采用钢箱梁,由于公铁同层活载大、箱体宽,在轴向力和弯矩共同作用下,箱梁顶底板应力横向分布很不均匀.为研究宽箱梁斜拉桥主梁传力机理及受力行为,以川南城际铁路宜宾临港长江大桥为例,建立全桥三维空间有限元模型,分析主梁在恒载、活载作用下的空间应力分布,据此总结在拉索轴力作用下和成桥状态下的主梁有效宽...     

公铁平层合建多塔斜拉桥大挑臂式钢箱梁设计

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。主梁采用一种新型的大挑臂式钢箱梁结构,由中间主箱加两侧挑臂组成,中间布置荷载较重的双线城际列车,两侧布置荷载较轻的高速公路,桥面宽度达49.6 m。挑臂式钢箱梁结构形式新颖,构造较复杂,杆件和节点多,对其总体设计、构造细节进行详细阐述;为研究其受力性能,建立精细化有限元模型开展局部应力分析。计算结果表明:挑臂式钢箱梁设计合理,各构件受力良好,节点位置未出现较大的应力集中现象,结构安全可靠。挑臂式钢箱梁结构轻盈,具有良好的经济性和美观性。     

大跨公铁同层斜拉桥超宽幅钢箱梁剪力滞效应

超宽幅钢箱梁高宽比较小,竖向荷载作用下超宽幅钢箱梁处于双向受弯状态,其受力特征不同于常规钢箱梁。为研究正弯矩作用下超宽幅钢箱梁剪力滞效应引起的纵桥向正应力非均匀分布特征,以宜宾临港长江大桥为工程背景,利用ANSYS建立超宽幅钢箱梁跨中梁段空间有限元模型;考虑7种典型荷载工况,计算得到不同荷载工况下超宽幅钢箱梁顶板及底板纵向剪力滞系数分布;并研究不同横隔板间距及斜拉索索距对超宽幅钢箱梁顶板及底板纵向剪力滞系数的影响。研究结果表明：(1)超宽幅钢箱梁在不同荷载作用下,结构受力存在明显的空间受力特征,双向弯曲,约束扭转、剪力滞后等力学行为值得关注;(2)正弯矩作用下顶板纵向正应力受正剪力滞效应影响,底板纵向正应力受负剪力滞影响;(3)适当增加横隔板间距及减小斜拉索索距可降低剪力滞效应;(4)超宽幅钢箱梁设计时应进行精细化分析,以明确结构空间受力特征。     

大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥结构体系研究

甬舟铁路富翅门公铁两用跨海大桥采用主跨388 m高低塔公铁平层挑臂式钢箱梁斜拉桥,为世界上最大跨度的高低塔公铁平层合建斜拉桥。为研究适用于大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥最优结构体系,结合富翅门公铁大桥结构不对称的特点,对5种不同类型半飘浮体系、塔梁约束体系进行比选研究。通过对5种约束体系在静、动力荷载作用下的桥塔弯矩、桥塔位移、主梁位移对比分析,推荐采用高塔侧设置固定支座、矮塔侧采用活动支座的约束体系,该体系抵抗纵向荷载能力强、释放体系温度变形差,与常用的半漂浮体系相比,在静、动力荷载作用下桥梁总荷载效应小,具有良好的静动力性能,其中静力作用下两桥塔塔底总弯矩降低15%,两侧梁端总位移降低51%,两塔顶位移减少29%;动力作用下两桥塔塔底总弯矩相当,两侧梁端总位移降低76%。     

超大跨度公铁两用钢箱梁悬索桥设计初探

随着桥梁建设技术的发展与桥梁跨径的不断突破,公铁两用悬索桥成为超大跨度桥梁的发展趋势.以一座超大跨度公铁两用钢箱梁悬索桥的设计为背景,进行了主缆的垂跨比、加劲梁的边中跨比等主要设计参数的对比分析.利用通用的有限元分析软件建立悬索桥空间结构计算模型,进行了永久荷载作用下悬索桥静力性能的计算分析,和列车荷载不同的加载长度等...     

基于现场实测的钢桥面钢箱梁竖向温度梯度研究

为研究适合我国的钢桥面钢箱梁竖向温度梯度,在强太阳辐射和高温天气条件下开展2座钢箱梁桥横隔板竖向温度场的多次现场实测,获得了桥面铺装、钢箱梁横隔板、箱内空气和环境等的温度随时间的变化.基于横隔板各测点温度测量值,分析并比较了2桥竖向温度梯度分布随时间的变化.研究结果表明:在太阳辐射下横隔板上产生了较大的竖向温度梯度,2...     

公铁同层大挑臂钢箱梁正交异性桥面板疲劳特性研究

为深化认识大挑臂钢箱梁正交异性钢桥面板的疲劳问题,以世界首座公铁同层大挑臂钢箱梁斜拉桥——金海大桥为背景,采用ANSYS软件建立钢箱梁节段精细化有限元模型,分析了多种工况下箱梁在有挑臂和无挑臂处顶板、U肋及横隔板关键疲劳细节的应力状态、应力影响面等,并对比分析了箱梁疲劳特性在横桥向的差异。结果表明,大挑臂钢箱梁的顶板-U肋细节应力影响面长宽约为2个U肋和2道横隔板,与普通闭口钢箱梁无异,而横隔板-U肋细节应力影响面长宽约为7个U肋和3道横隔板,远超普通闭口钢箱梁同类细节应力影响范围;箱梁在不同区域的部分同类疲劳细节受力状态存在明显差异,沿纵桥向,分别在有挑臂和无挑臂处的横隔板开孔底边细节应力差距高达85.4%;沿横桥向,靠近箱梁中心线的内侧车道为最不利加载车道,该车道内横隔板侧边开孔细节最不利应力幅可高出其他车道57%;箱梁各疲劳细节对轮载横向分布位置十分敏感,其沿横桥向疲劳特性差异主要由横梁整体弯剪变形引起,同时,邻车道疲劳荷载对横隔板侧边开孔细节应力幅影响超过38%。因此,多车效应不宜忽略,根据重车车流量统计推算,本桥多车效应系数建议取值1.05。     

超大跨度公铁两用悬索桥活载刚度研究

为提高超大跨度公铁两用悬索桥在活载作用下的刚度,对多个影响参数开展了考虑几何非线性的敏感性分析.以高精度的悬链线理论为基础,计算并确定超大跨度公铁两用悬索桥的成桥线形、主缆及吊杆的无应力长度、主缆的分点坐标等数据,建立并更新桥梁的空间有限元模型.以活载作用下主跨最大挠度、梁端转角及梁端纵向变形为评价指标,对主跨1560...     

南同蒲铁路黄河桥48 m明桥面钢箱梁设计研究

南同蒲铁路黄河桥病害严重,亟需对该桥进行彻底整治.该桥改造存在以下技术难点:为避免对河道过流能力造成影响,改造工程不得对桥梁既有墩身及基础进行帮宽加固,导致桥梁上部结构重量受限;施工过程中应尽量减少涉水作业量,施工方案技术难度大;新梁应具有较好的横、竖向刚度,以改善既有梁存在的横向振幅过大、竖向死挠度等严重病害.为解决...     

跨线钢箱梁斜拉桥列车风荷载及风致振动

为获得高速列车下穿时的列车风和桥梁振动响应特性,以某独塔无背索钢箱梁斜拉桥为工程背景,采用CFD仿真获得钢箱梁不同部位的列车风荷载,并基于桥梁动力模型研究施工阶段和运营阶段的风致振动响应.结果表明:高速列车下穿时,钢箱梁翼缘板、腹板及底板的表面风压均表现出明显的"头波""尾波"特性;随着车-桥间距和距轨道中心线距离的增...     

小净距三洞并行公铁隧道近接施工及爆破振动影响研究

依托甬舟公路孙家湾1号隧道与甬舟铁路牛皮岭下隧道并行段,通过数值计算,对三洞并行隧道中间铁路隧道先行情况下,公路隧道施工顺序、二衬施作时机及工法步距开展研究,并探究了公路隧道爆破对中间铁路隧道二衬的影响,对孙家湾1号隧道的安全净距及在不同工况下的振速进行研究。主要研究结论为：(1)塑性区集中在开挖范围中下部及公路右线与铁路隧道中夹岩处,中间铁路隧道受公路隧道开挖扰动影响左右拱腰产生较大水平变形;(2)小净距三洞并行隧道中间铁路隧道先行,宜采用公路左线-公路右线的开挖顺序,铁路隧道二衬施作完后再施工公路隧道,采用CD法施工,并设置公路左右线步距为50 m;(3)对不同围岩级别、开挖进尺、工法的9种工况爆破施工对中间铁路隧道二衬影响进行探究,得出各工况下振速传播路径、最大部位、振速数值是否满足要求,并对爆破施工提出针对性意见;(4)Ⅳ级围岩、采用CD法施工,孙家湾1号隧道爆破施工极限安全净距为11.5 m,净距小于11.5 m时建议采用机械开挖。     

桁梁断面对大跨度公铁两用桥梁风-列车-桥耦合振动特性的影响

为研究不同桁梁断面形式对行车安全的影响,对一座大跨度跨海公铁两用桥梁6种断面进行数值模拟研究车-桥的气动特性,并与类似断面的风洞试验结果进行对比。通过刚度等效对主梁模型进行简化,缩减了桥梁模型的自由度,并与精细化的板壳模型进行对比验证。通过风-车-桥耦合振动分析,研究不同风速及车速条件下不同桁梁断面车辆及桥梁的响应,讨论双车交会的影响。结果表明：断面形状显著影响车桥气动特性,进而改变车辆和桥梁振动响应。与倒梯形断面相比,通过带挑臂断面或矩形断面时车辆及桥梁响应较小,一定范围内改变入桥距离差会明显改变桥梁产生的响应,但车辆响应受入桥距离差影响不大。     

斜交薄壁连续钢箱梁桥设计与受力特性研究

以江苏省丹阳路齐梁路某(30+2×35)m跨线斜交钢箱梁为工程背景,通过比对斜交钢箱梁横隔板布置方式以及支座处隔板布置方式,提出斜交连续梁横向隔板的正交布置方式,得出中间墩支承处采用斜向双隔板布置更有利于结构受力与制造的结论。对箱梁的线型控制、截面总体布置、隔板、纵肋型式、纵肋布置方式和板厚等其他细节进行详细设计。分别建立单梁、空间梁格和板单元有限元模型对桥梁进行受力分析。对3种数值模拟方法计算得出的支座反力、挠度和应力等结果进行分析对比。研究结果表明:单梁法计算结果偏于不安全且无法进行横向计算,梁格法和板单元法均能够对模型进行横向计算,但梁格法计算偏安全,而板单元计算更加细致精确。同时,在同种工况下,斜交钢箱梁钝角区应力值大于锐角区应力值。采用板单元对轮压荷载进行局部分析,表明轮压荷载作用下应力、变形较小。验证了箱梁设计方案的安全合理。     

千米级主跨公铁两用桥上特殊梁-轨相互作用关系研究

为研究复杂环境下因千米级主跨公铁两用桥梁结构特殊性引起的梁-轨相互作用问题,建立可考虑桥塔及索缆影响的无缝线路-悬索桥空间耦合模型,分析了公路车辆、横向风、主梁温差作用下的梁-轨相互作用变化规律。研究结果表明：对于千米级主跨公铁两用桥上无缝线路,公路车辆及横向风荷载虽然对线路的平顺性影响较小,但对钢轨纵向附加力及梁-轨相对位移的影响不容忽视;梁体整体降温15℃计算出的伸缩力比考虑板桁温差效应的结果偏大54.5%;上、下游主桁温差导致线路全线存在梁-轨相对位移,是千米级主跨桥上无缝线路不存在传统意义上的“固定区”的重要原因之一。因此,在千米级主跨公铁两用桥上无缝线路设计及运维过程中,建议考虑上述特殊梁-轨相互作用带来的影响。     

中低速磁浮圆曲线钢箱梁桥车致振动响应研究

随着圆曲线钢箱梁桥在城市交通中的应用愈发广泛,为探究其在中低速磁浮车辆运行作用下的振动响应特性,基于多体动力学和有限元方法建立车辆-轨道-钢箱梁刚柔耦合动力学模型,采用动态电磁阻尼力影响的二维磁轨关系,并考虑轨道关键部件的参振作用,分析圆曲线段钢箱梁的振动特性,探讨钢箱梁板厚、车辆速度及车体质量对钢箱梁振动响应的影响。结果表明：受曲率影响,钢箱梁在发生弯曲的同时亦会伴生扭转,产生弯扭耦合振动;钢箱梁的振动主要由10～20 Hz的钢箱梁整体弯曲振动、30～40 Hz的钢箱梁扭转振动以及50～70 Hz的轨道局部振动引起;计算得到的钢箱梁跨中横向及垂向最大挠度分别为1.26 mm、3.88 mm,均满足相关标准要求,钢箱梁具有足够的支撑刚度;各工况下的垂向加速度均未超过5.0 m/s²的限值,且最高达到2.2 m/s²;在板厚10 mm以及超员载荷工况下,横向加速度大多超过1.4 m/s²的限值,且最高达到4.0 m/s²;车辆速度的减小和车体质量的增加均会放大弯扭耦合作用影响,而板厚的增加则能够有效降...     

连镇铁路五峰山长江大桥北锚碇沉井下沉对周边环境的影响

为确保连云港—镇江铁路五峰山长江大桥北锚碇沉井下沉期间周边建(构)筑物的安全,采用数值模拟及现场监测的方法,分只取土、只排水和既排水又取土三种情况计算分析沉井下沉对周边环境的影响.结果表明:不论是否排水,沉井下沉时周边地表沉降均随距沉井中心距离增大而减小;排水下沉时沉井施工对周边环境影响大,而不排水下沉时对周边地表沉降...     

城市轨道交通混凝土连续刚构桥车-桥耦合振动分析

为研究城市轨道交通混凝土连续刚构桥车-桥系统动力性能,从数值模拟与现场实测两方面分析车?桥系统的振动特性.以满载地铁B型车和某三跨(42 m+65 m+42 m)刚构桥为对象,展开跑车试验,控制列车分别以60,80,100和120 km/h的速度通过待测试桥梁,获得列车?桥梁系统振动响应.然后,采用SIMPACK和AN...