超大吨位斜拉桥水平转体铰型式研究

研究目的:某城市主干道上跨既有干线铁路采用独塔空间四索面预应力混凝土斜拉桥,施工方式为转体施工,转体重量为3.3万吨,远超已有工程实践。本文主要分析转体铰型式,为本工程超大吨位转体施工选择适合的转体铰型式提供依据。研究结论:(1)球铰刚度大于平铰,球铰适应转体偏载的能力强于平铰;(2)球铰底部混凝土受力情况均小于平铰;(3)转体球铰在转体支撑协调性、转体结构受力和变形的均匀性、牵引力的稳定性、转体安全性、转体后梁体姿态调整、施工可实施性能、出现问题可调整等方面,均具有更好的性能;转体平铰对转体施工控制要求较高,上部转体结构的载荷分布不均匀以及转动面的安装平面度误差都会显著影响转动可靠性;(4)本工程3.3万吨超大吨位转体设计选用球铰型式是适合的;(5)该研究成果可为采用大跨度桥梁跨越既有构筑物超大吨位转体施工提供借鉴,并可有力拓展转体工法的应用范围。     

基于旋转变换矩阵法的球面不规则三角形网格构型方法研究

球面网壳本质上属于空间结构，同时兼具空间杆系结构和薄壳结构的特征。随着跨度的增大，网壳结构变得越来越复杂，非三角形网格无法满足大直径球壳的要求，而不规则三角形网格兼具空间布置灵活、自重小、受力性能良好等特点，在越来越多的工程中被采用。为了解决不规则三角形球面网格节点定位困难的问题，本文给出了一种不规则三角形网格构型方法，构造出了180面体、240面体不规则三角形球面网壳，利用旋转变换矩阵法对网格中的节点进行定位，避免了传统定位方法的复杂空间几何代换与反代换。     

预应力混凝土曲线梁桥支座病害成因分析

近年来采用空间杆系模拟曲线梁结构受力时假定梁单元形心与剪切中心重合,无法计算约束扭转效应及翘曲和畸变,结构计算结果与实际受力存在偏差,因此,应采用实体有限元进一步模拟结构真实受力。本文在对预应力混凝土曲线连续箱梁常见支座病害分析的基础上,采用实体有限元建立结构计算模型对主梁施工阶段支座反力的变化进行分析,并与杆系计算结果比较。研究结果表明:曲线梁桥扭转效应和平面内变位是其支座病害出现的直接原因,宜在设计中通过合理设置主梁支座及限位来消除其对结构的不利影响;相对来说,采用实体有限元比采用杆系有限元计算曲线梁结构受力更趋合理。     

转体桥平转球铰转体过程应力计算方法研究

针对混凝土球铰平转过程受力复杂而实际多采用简化算法的现状,对该类桥转动过程应力计算方法进行研究。在弹性力学求解两球体边界受接触应力基础上,考虑球铰转动过程受牵引力、摩擦力共同作用,计算球铰所受复杂应力状态下主应力的大小,并根据屈服强度理论推导出该类桥梁所受正应力的强度条件。进而通过ANSYS建立球铰分析模型,模拟球铰实际受力状态,并结合球铰静止状态下建立的计算方法,对比分析基于强度理论计算方法的计算精度。通过具体工程算例分析表明:基于强度理论计算方法的误差为7.5%,计算精度高,从而丰富该类桥转体过程应力计算方法研究。     

转体施工的铁路曲线连续槽形梁设计关键技术研究

为了确保转体施工的曲线连续槽形梁结构设计安全可靠,需要解决以下关键技术问题:结构横向受力、日照温差应力较大、支座中心线横向位置、曲线转体结构横向偏载、曲线槽形梁结构受力计算等。通过道砟槽板横向预应力束的合理布置,克服横向连接处主拉应力;通过适当增加边主梁顶板保护层厚度和纵向预应力束的合理布置,控制了日照温差应力;研究合理的横向支撑位置,避免对结构产生横向次应力;曲线悬臂转体结构横向偏载,将球铰中心相对于上下承台设置横向预偏心,解决转动时横向自重不平衡引起梁体侧倾的问题;通过建立平面模型、单梁模型、梁格模型和实体模型,对比分析计算曲线空间结构的受力问题。结果表明:曲线连续槽形梁结构受力均满足规范要求。     

预应力拱支单层网壳的受力性能研究

预应力拱支单层网壳结构体系是在综合了单层网壳和预应力拱结构等的优点的基础上，构思出的一种新型大跨空间结构形式。本文比较了该结构体系在三种工况下的受力变形性能，结果表明该杂交结构能充分发挥两种结构形式的受力特点，整体受力性得到明显改善，显示出该新型杂交结构体系具有一定的应用前景。     

极不平衡桥梁转体球铰设计方法

以武汉市常青路主线高架桥工程主桥施工为例,介绍了极不平衡桥梁转体设计与施工方案。结合常规转体施工方法分析了极不平衡桥梁转体施工存在的特殊问题——球铰顶部梁体的弹性转角的确定,并根据结构分析模型,以及梁体、球铰转动的几何关系,偏安全地推导出了上球铰中心孔壁与销轴间距和上下球铰间摩擦板的最小弹性压缩量的简化计算公式。     

哪吒大桥钢桁加劲梁悬臂拼装过程中连接方式研究

研究悬索桥钢桁加劲梁悬臂架设中,节段间连接方式对桥梁施工的影响.以哪吒大桥钢桁加劲梁的架设为工程实例,建立了钢桁加劲梁逐次刚接施工方案、刚-铰混合连接施工方案(全桥对称设置26对双铰)和刚-铰混合连接施工方案(全桥对称设置6对双铰)的有限元计算模型,计算分析了这3种连接方式对钢桁加劲梁结构和吊索受力的影响,综合考虑哪吒大桥施工过程中的结构受力、施工现场环境及施工条件,建议哪吒大桥钢桁加劲梁架设采用全桥对称设置6对双铰的刚-铰混合的连接方式进行施工,并针对哪吒大桥钢桁加劲梁施工架设的特点给出了桥梁施工建议,供哪吒大桥钢桁加劲梁的架设施工,取得了较好的施工效果.     

酉水大桥大跨度连续箱梁桥斜交高墩日照温度效应分析

以湖南省张花高速公路酉水大桥(80+145+80)m大跨度悬臂浇筑预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,介绍斜交高墩日照温度效应的影响因素及有限元分析方法。运用ANSYS有限元分析软件,建立酉水大桥斜交高墩热效应分析模型,以现场实验数据为依据,分析桥墩在日照温度场作用下结构的温度场、温度应力分布特征;在得出桥墩温度应力分析方法的基础上,对桥墩施加结构荷载及边界条件,计算桥墩综合因素作用下的受力特征,并研究温度效应对桥墩受力的影响程度。最后计算温度效应对桥墩支座反力的影响,给出因支座反力变化对上部结构产生的扭矩。     

钢结构单层网壳整体稳定性分析设计

网壳设计中须全面考虑强度和稳定性两个方面，但理论及实践证明，网壳结构的设计通常受其稳定性控制。单层网壳结构稳定分析的目的是计算网壳结构的临界载荷，分析网壳结构对初始缺陷的敏感性，从而提出合理的安全系数和设计临界载荷。     

地铁车站基坑预制桩-墙结构设计与受力分析

研究目的:复合墙与叠合墙是支护结构与主体结构相结合的典型结构形式,近年来得以迅速发展并被广泛应用于明挖地铁车站基坑工程中。本文以济南市轨道交通R1线演马庄西站装配式车站为工程背景,分别按照复合墙与叠合墙两种组合形式对基坑预制桩-墙复合围护结构体系进行计算,对比分析在自重以及水反力两种工况下车站主体结构和支护结构的受力情况和承载性能,从而确定较为合适的车站基坑围护结构方案及其结构设计计算方法。研究结论:(1)采用复合墙结构形式,需注意主体结构底板跨中、支座以及顶板跨中等部位的受力情况及承载性能;(2)叠合墙结构形式中主体结构内墙与围护结构之间能够有效传递剪力和弯矩,预制围护桩能够与主体结构形成整体以承受外部荷载,具有较好的承载性能;(3)采用预制桩-墙叠合结构形式的结构设计,不仅可以考虑适当减薄主体结构内墙厚度或减少配筋,而且可在满足结构承载力性能的前提下达到节能环保的目的;(4)本研究成果可为地铁基坑桩墙结合设计及结构形式选择提供理论支撑与技术参考。     

圆形板式橡胶支座轴向刚度的研究

为解决广泛应用于铁路、公路桥梁以及建筑物的圆形板式橡胶支座轴向刚度计算问题,根据轴向压力作用下圆形板式橡胶支座的压缩变形特征,并考虑橡胶层和加劲钢板层层数和厚度的影响,假定一组满足边界条件的试探位移函数,然后利用变分原理和卡氏第二定律,导出圆形板式橡胶支座的轴向刚度计算公式。利用该公式计算圆形板式橡胶支座轴向刚度时,不受橡胶层和加劲钢板层层数和厚度的限制,并且可忽略加劲钢板轴向变形对支座轴向刚度的影响。通过比较,计算值与实测值的吻合程度较好。     

转体桥梁下球铰及滑道支架无后浇带封固技术研究

下球铰、滑道及支架为桥梁平转法转体结构中关键部件,下球铰与上球铰组成转动结构核心,为桥梁平转提供转动面。常规预留后浇带分次封固、转盘一次性浇筑,在球铰、滑道支架安装处预留后浇凹槽,再安装定位下球铰及滑道,最后浇筑后浇带内剩余混凝土,完成球铰、滑道及其支架的封固。常规封固工艺工序较多、工艺复杂,且后浇带内作业空间小,施工难度大,混凝土施工质量难以控制。本文以山西省大同市大张高铁智家堡御河特大桥施工为背景,通过热固耦合仿真分析,论证取消后浇带的可行性,并对现场施工工艺进行总结,对同类工程具有重要指导意义。     

一种新型单向滑动球型支座性能与试验研究

研究了一种新型单向滑动球型支座。在结构形式上滑动套环结构将支座的滑动面和转动面分离,支座受力更简明;倒置安装支座,将支座水平滑动面设置在支座下方,能更精确地模拟简支效果。对其进行多项性能测试,性能优于GB17955中的相关要求,验证了该球型支座的设计合理性。建立了球型支座的简化工程力学模型,并结合工程算例,使用有限元方法分别分析了两种球型支座模型的使用效果,将结果与简支梁的理论解对比,分析表明使用该球型支座能更好地使桥梁支反力趋向理论值。     

大纵坡小曲线半径转体斜拉桥在郑万铁路桥梁中的应用

新建郑万铁路联络线特大桥跨越郑西高铁采用2×138 m独塔斜拉桥方案,为预应力混凝土曲线斜拉桥,采用支架现浇后转体就位施工。考虑到曲线梁转体不可避免存在大横向偏心的边界条件,采用刚塔柔梁的设计理念,增加主塔刚度、优化主梁断面形式,大大减小了球铰横向偏心距。介绍独塔转体施工斜拉桥设计方案,并根据实际施工阶段建立有限元模型计算分析,确定结构的合理形式,计算拉索、主梁、桥塔等结构应力、刚度、稳定性等设计参数。结果表明:(1)该桥主体结构应力、变形等均满足规范要求;(2)曲线斜拉桥采用支架现浇后转体施工,横向需设置预拱度;(3)上跨高速铁路,采用转体斜拉桥方案能有效降低梁高。     

转体施工的公路T型刚构桥梁转动结构设计

研究目的:对张石高速公路T型刚构转动结构设计的关键技术进行研究,解决水平转体球铰转盘的设计、球铰的加工及施工工艺等问题。研究方法:结合材料力学、弹性力学的计算理论,初步计算结构在静止状态下接触面上的受力情况;然后采用大型通用空间有限元程序ANSYS进行动力状态下仿真分析计算。研究结果:通过对公路T型刚构转动结构应力、应变、稳定等的研究,总结出一套完整的转动结构设计需检算的主要内容、步骤及计算方法。研究结论:在转动结构设计过程中,要根据转体结构自身特点,选择转盘形式及转盘的尺寸;用结构分析程序进行计算分析,解决转动结构转盘接触面上的应力、应变问题,据此确定经济合理的转动结构。     

新建沈阳南站东西子站房连体结构设计

研究目的:新建沈阳南站东西子站房屋顶网架结构支座落在两个塔上,使整体结构成为连体结构,结构受力复杂,本文旨在研究屋顶网架采用不同支座形式结构整体受力的特点,确定合适的网架支座形式。研究结论:通过对东西站房屋顶网架支座形式采用双向弹簧支座和固定铰支座进行结构整体受力的对比,计算分析表明采用双向弹簧支座后,可以有效地减低屋顶网架结构对支承框架柱的水平推力,并且温度应力大大减小。本文还进行了罕遇地震下的时程分析,得到了网架支座在罕遇地震作用下的最大变形量,选用的双向弹簧支座允许变形量应能满足罕遇地震作用下的最大变形量。     

青岛客站风雨棚单层网壳结构设计

介绍青岛客站风雨棚设计过程,重点介绍结构计算模型及参数、单层网壳稳定分析。青岛客站无站台柱风雨棚结构形式采用单层圆柱面网壳结构,覆盖面积58 250 m2,根据《网壳结构技术规程》(JG J61—2003),单层圆柱面网壳应进行稳定性计算。结构稳定性计算是本工程设计的重点和难点。通过对结构特点的分析,在网壳周边增设边桁架,起到边缘约束构件的作用,解决了网壳的整体稳定问题。     

桥梁平转施工称重试验及启动牵引力计算探讨

结合滨德高速公路上跨京沪铁路立交桥转体施工项目,从试验原理入手,剖析了转体称重试验常规做法的不足之处,并探讨了考虑实际支承情况的启动牵引力计算方法.研究结果认为:梁端压重代替千斤顶顶升,能保证结构安全,且更接近球面转动的理想状况；称重试验测试转体水平位移,能消除黄油层竖向变形的影响,使得临界力的判断更准.确、容易；规范提供的启动牵引力计算公式只考虑球铰支承,计算值偏小,考虑球铰和撑脚共同支承的简化计算方法较为合理.     

西安站改站房配楼跨越地裂缝连廊结构设计

研究目的:西安站改站房配楼为一跨越地裂缝的复杂连体结构,采用空间桁架连廓跨越地裂缝将两侧塔楼进行连接。本文对比了两种支座布置方案下结构沉降对连廓结构受力的影响,采用有限元分析桁架杆件及典型节点的应力状态,通过对整体结构进行大震作用下的弹塑性时程分析,确定连廓结构支座的参数要求,利用TMD系统对连廊进行减振控制以改善人致激励下的舒适度问题。研究结论:(1)对于钢桁架连廊,减少支座数量可减少两端不均匀沉降对杆件产生的次应力;(2)桁架结构设计满足中震弹性要求,杆件交汇处节点强度满足要求;(3)设置防震缝宽度为150 mm,弹塑性时程分析验算结果表明支座处最大位移量为102 mm,缝宽设计合理;(4) TMD减振系统对连廊振动加速度的控制效果达到舒适度标准的要求;(5)本研究成果可为跨越地裂缝建筑的设计提供借鉴和参考。