昌九高铁扬子洲赣江公铁合建连续钢桁梁桥设计研究

昌九高铁为时速350 km的高速铁路,其南昌扬子洲跨赣江中支主桥根据通航、防洪要求跨度采用(78+134+152+134+78) m,该桥为国内首座高速铁路公铁混层合建的大跨径平行弦连续钢桁梁桥,同时该主梁为首座采用带双层挑臂的钢桁梁断面。为掌握该类型桥梁的关键技术及总结该类型桥的设计经验,开展系列研究,运用数值分析的方法,进行结构静动力分析及车桥耦合分析。结果表明：(1)带双层挑臂的钢桁梁断面具有剪力滞效应小、结构整体性强、跨越能力大、腹杆及横梁受力小、行车视野好及造价经济等优点,带双层挑臂的钢桁梁断面为公铁合建桥的适宜断面形式;(2)带双层挑臂的钢桁梁桥,墩顶处上层桥面系、跨中处上层桥面系及跨中处下层桥面系,其轴力主要由桥面板承担,分别占比为61.4%、68.7%及60.0%,墩顶处下层桥面系轴力主要由下弦杆承担,占比为72.5%;(3)带双层挑臂的钢桁梁剪力滞系数为墩顶上桥面(1.49)>跨中下桥面(1.38)>跨中上桥面(1.13);(4)带双层挑臂的平行弦连续钢桁梁桥能满足时速350 km公铁合建桥的行车运行要求,结构静动力性能良好,适用跨径能达150 m及以上。     

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。     

锚箱式并排拉索索梁锚固结构设计与受力分析

商合杭高速铁路芜湖长江公铁大桥主桥为主跨588 m的高低矮塔钢桁梁斜拉桥,其主梁采用2片主桁的钢桁梁,上层板桁组合、下层箱桁组合,斜拉索锚固在桁架腹杆外侧的下层钢箱内。在"主力+附加力"组合下,斜拉索的最大单索索力达16 000 kN,因此,设计采用单个锚点锚固2根斜拉索的锚箱式并排拉索索梁锚固结构。为研究该类型结构的受力特性,建立细部有限元模型进行计算分析,得到各构件的受力特点与传力特性,验证了设计的可靠性。     

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。     

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。     

郑州黄河公铁两用桥总体设计

郑州黄河公铁两用桥是跨越黄河的一座公铁两用桥,上层为双向6车道公路,下层为双线铁路客运专线,公铁合建段总长9.177km。主桥采用六塔单索面部分斜拉连续钢桁结合梁,主桁采用边桁倾斜的三片桁结构,引桥采用预应力混凝土箱梁。介绍该桥的主要技术标准,桥梁总体设计。     

新型双拉索钢锚箱偏载试验研究

临港公铁两用长江大桥索梁锚固结构采用了新型双拉索钢锚箱，当两根拉索出现一根拉索断索或者换索时，钢锚箱受力出现极端工况，存在破坏的可能性。为探究新型双拉索钢锚箱结构在断索极端状况下的受力性能，根据缩尺理论设计缩尺模型试验进行研究分析。结果表明：在偏载荷载作用下，钢锚箱整体刚度约为450 kN/mm，在2.5倍设计荷载作用下，结构整体仍然处于弹性受力状态；在偏载作用下，偏载侧整体受力大于非偏载侧，锚固板与承压板外缘接触的位置受力较大，偏载侧最容易出现破坏。临港长江桥双拉索钢锚箱具有良好的受力性能，在断索偏载工况下整体仍然处于弹性状态，具有较大的安全储备。     

大跨度斜拉桥超宽幅箱梁双拉索钢锚箱结构行为研究

斜拉桥索梁锚固结构承受着巨大的动静力荷载，其安全性和耐久性是斜拉桥控制设计的关键点。以宜宾临港长江公铁两用大桥双拉索锚箱式索梁锚固结构(钢锚箱)为研究对象，取该桥塔最大索力处对应的钢锚箱进行1∶3缩尺模型试验，结合有限元计算结果进行对比验证，系统地研究钢锚箱的传力机理；对钢锚箱重要板件进行厚度参数敏感性分析，探讨其对索塔锚固区受力性能的影响。分析结果表明，在屈服荷载下，钢锚箱大部分结构受力情况良好，重要板件应力均处于屈服应力以下，证明结构安全可靠；钢锚箱内部锚腹板厚度对锚箱整体结构应力分布影响较大，随着锚腹板厚度增加，锚箱式锚固构造整体应力分布趋于均匀，峰值应力变小。     

铁路斜拉桥钢锚箱索塔锚固区力学性能研究

新建杭州至温州铁路楠溪江特大桥主桥为(40.5+79.5+240+79.5+40.5)m双塔混凝土梁斜拉桥,考虑到大跨度铁路混凝土斜拉桥具有自身荷载重及疲劳活载大等特点,本桥采用了内置式钢锚箱型的索塔锚固形式来保证索塔锚固区受力的安全性与可靠性,通过对锚固体系构造与有限元计算分析表明:内置式钢锚箱型组合索塔锚固体系受力合理,传力途径明确;斜拉索水平荷载传递时各节段钢锚箱承担比例较高,较好地发挥了钢结构抗拉性能强的特点;索塔锚固区混凝土塔壁与钢锚箱构件各应力计算指标均满足规范设计要求,钢构件可通过工厂进行加工组装,施工质量得到保证,可为类似大跨度铁路桥梁设计提供参考。     

新型铁路钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构传力机理及应力分析

针对大跨度铁路斜拉桥活载重、索梁锚固区应力幅度变化较大等特点,宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥采用了全新设计的双挑式索梁钢锚箱。作为双挑式索梁钢锚箱的主要受力构件,支承板和承压板分别通过其双侧焊缝与主梁边腹板和风嘴板焊接在一起,形成由主梁风嘴板与边腹板共同承受并传递索力的新型索梁锚固结构。采用仿真分析与模型试验相结合的方法,进行该新型索梁锚固结构传力机理及应力分布的研究。结果表明:采用新型索梁锚固结构后,通过支承板与主梁边腹板和风嘴板间的连接焊缝,以受剪的形式将大约94%的斜拉索索力传递给钢箱主梁;虽然新型索梁锚固结构的各关键受力构件均存在一定程度的应力集中,但与传统的钢锚箱相比,可有效解决偏心弯矩引起支承板焊缝顶端应力集中严重的问题。     

武汉天兴洲公铁两用长江大桥正桥的设计

武汉天兴洲公铁两用长江大桥是我国客运专线建设正式启动最早的工程,正桥包括南汊桥和北汊桥两部分。南汊斜拉桥主跨跨度504m,是世界上跨度最大、设计载荷最大的公铁两用斜拉桥。斜拉桥首次采用三片桁架主梁三索面新结构,斜拉索为我国国内最大,单根索力为1.25×104kN,采用纵横梁桥面系,深水基础首次采用断面3.4m的大直径钻孔灌注桩,主墩承台最大平面尺寸65.3m×39.8m。北汊80m跨主梁采用预应力混凝土连续梁,40.7m跨铁路主梁采用等高度预应力混凝土连续箱梁,40.7m跨公路主梁采用等高度预应力混凝土连续箱梁。     

芜湖长江公铁大桥强箱弱桁组合结构钢主梁悬臂架设技术

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥为世界首座高低矮塔公铁两用斜拉桥。因跨度大、重载线路多、塔矮索平等因素,大桥采用了强箱弱桁组合结构钢主梁。根据主梁结构特点和安装难点,提出除主塔墩顶节段外,其余节段采用悬臂架设的总体安装方案。区别于同类常规的悬臂架设技术,芜湖长江公铁大桥钢主梁安装采用800 t变幅式架梁吊机站位于上层公路梁、先直接提升安装铁路梁后变幅安装公路梁的分层架设技术。该悬臂架设技术充分利用主梁的承载能力,最大程度减小吊机规模,提高架梁效率,缩短架梁时间,是适宜强箱弱桁组合结构钢主梁的悬臂架设技术。     

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%。     

内置式钢锚梁索塔锚固结构试验研究

荆岳长江公路大桥索塔锚固结构采用支承于钢牛腿上非对称布置的钢锚梁形式,为了保证索塔结构的安全,验证索塔设计的抗裂性及安全度,了解非对称布置的钢锚梁在多种不同的支承方式下的受力特性,对索塔锚固区作了足尺模型试验研究。结果表明,钢锚梁三种支承状态下,在设计恒载、活载及最不利荷载组合作用下,索塔锚固结构是安全可靠的,且具有足够的安全储备。钢锚梁两端固定时,单根拉索"失效"或换索状态下,索塔锚固结构是安全的。     

郑州黄河大桥斜拉桥索塔锚固区静力试验研究

郑州黄河公铁两用桥主桥全长1 684.35 m,是一座六塔连续钢桁结合梁斜拉桥。斜拉索的锚固形式采用钢锚箱式。通过有限元分析与1∶1.5的缩尺模型试验相结合的方式,研究该斜拉桥索塔锚固区的应力分布、应力大小等情况。通过多节段模型分析确定模型试验所截取的范围,介绍模型设计和加载方式,讨论边界条件对模型试验的影响,表明钢锚箱在设计索力作用下钢锚箱及索塔受力处于弹性状态。     

公铁平层宽幅钢箱梁桥面车致局部振动研究

公铁平层布置桥梁由于桥面板较宽，列车引起的桥面板局部振动可能影响公路车辆的响应。本文通过建立桥梁局部板壳单元有限元模型，分析列车荷载通过桥梁时的桥面板响应，讨论列车引起的局部振动在横桥向、纵桥向的分布以及对公路车道的影响。结果表明：列车轨道附近桥面板节点的竖向速度与加速度有显著提升，随着节点位置远离列车轨道，竖向响应迅速衰减；列车荷载作用下竖向响应影响范围约为列车中心线附近5 m的区域；列车通过桥梁时最靠近列车线路的公路车道响应频谱分析中并未观察到桥面板局部振动的高频部分，认为列车引起的局部振动对公路车辆的影响有限。     

三塔超大跨公铁两用斜拉桥活载加载标准研究

为探究公路铁路活载对三塔超大跨公铁两用斜拉桥结构的影响,以某公铁长江大桥为研究背景,建立有限元全桥模型。利用影响线确定活载最不利加载位置,分析铁路活载和公路活载对主梁、主塔、斜拉索的影响。研究结果表明:随着铁路和公路活载加载长度的改变,桥梁结构响应在主梁竖向位移、主梁压应力、主塔顺桥向位移、主塔顺桥向弯矩、斜拉索索力增幅等方面表现出一定的规律性,铁路活载引起的桥梁结构响应是公路活载的3.2~4.2倍;对于主梁和主塔,当铁路活载加载长度分别增加5.4%、22.2%、18.2%,结构响应对应增大35.90%~36.90%,8.27%~13.07%,4.40%~8.38%;对于斜拉索,活载作用下索力最大增幅位于跨中附近;按照偏安全的到发线长度加载比按照列车可能最大长度加载,在桥梁设计上更具有安全冗余度。研究成果可为超大跨度铁路桥、公铁两用桥的设计提供参考。     

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...     

超长大跨度公铁合建桥梁结构体系研究

新建甬舟铁路西堠门公铁两用大桥连接金塘岛和册子岛,桥位处海域宽2.7 km,最大水深93 m,地形复杂,桥梁设计难度大。为研究超长大跨度公铁合建桥梁合理结构体系,结合地形地质条件,选取主跨1 500 m悬索桥、斜拉桥及斜拉悬索协作体系3种桥型方案,对上部结构设计进行详细介绍,并从静力性能、动力性能、经济性能等方面对不同结构体系进行对比分析。研究表明：(1)与斜拉体系相比,协作体系桥可减小30%～50%的主梁内力和60%的桥塔内力,一定程度上解决了加劲梁承受巨大轴压力造成屈曲问题,并有效减小了桥塔规模;(2)与悬索桥相比,协作体系可减小50%的主缆内力,主缆钢丝和锚碇的工程量相应减小,施工难度得以降低,同时协作体系扭转频率更高,降低了结构在较低风速下发生涡激振动的可能性;(3)斜拉悬索协作体系能够充分发挥斜拉结构和悬索结构的组合优势,实现超大跨度的同时具有较大的纵向刚度和竖向刚度,满足铁路行车对结构刚度的要求;(4)对于主跨1 500 m级超长大跨度公铁合建桥梁,斜拉悬索协作体系经济性更好。     

大跨度斜拉桥钢锚箱锚固区试验与计算分析

以某大跨度斜拉桥钢锚箱式索梁锚固结构为研究对象,通过比选确定正确的计算单元组合和合理的计算梁段长度,此外全面分析构造细节如风嘴等对锚固区应力分布的影响程度,从而建立索梁锚固区局部结构的空间非线性仿真计算模型。选择该桥最不利的索梁锚固段进行静载模型试验,其中钢锚箱结构采用足尺试件模型,在保证模拟边界条件的真实、有效性的基础上对主梁结构都进行了适当的简化。通过数值分析和静载试验研究的对比验证,表明本文所提出的有限元数值模拟是合理的,并具有较好精度;采用空间有限元分析和足尺模型试验相结合的方法是研究索梁锚固区应力分布的有效手段。