池黄高铁三塔矮塔斜拉桥设计关键技术研究

研究目的:矮塔斜拉桥具有结构刚度大、施工方便、经济性好、造型美观等优点,近年来在铁路桥梁中得到广泛使用。本文以池黄高铁大跨度三塔矮塔斜拉桥为背景,针对高速铁路桥梁特点,就结构体系、合理结构参数、斜拉索张拉方案等关键技术进行分析研究。研究结论:(1)高速铁路多塔矮塔斜拉桥结构体系选择的关键是既保证变形控制,同时减少温度力以及混凝土收缩徐变产生次内力的不利影响,采用刚构连续梁体系,辅以外伸跨,可以有效减小下部结构受力,同时满足刚度要求,结构经济合理;(2)边跨跨度和外伸跨跨度对主梁变形影响较小,塔高和无索区长度对主梁残余徐变变形影响较大;(3)斜拉索采用悬臂阶段和合龙后两次张拉,且二次张拉拉索在施工二恒之前,可有效控制主梁残余徐变变形;(4)本研究结论可为今后同类型桥梁设计提供参考。     

重载铁路部分斜拉桥结构参数分析

以蒙华重载铁路主跨248 m部分斜拉桥为例,采用有限元分析理论,分析在该跨度范围内部分斜拉桥应用于重载铁路的适应性及特殊性。对该桥结构体系、主梁梁高、预应力次内力、桥塔刚度、桥塔高度及索塔梁刚度匹配等结构参数进行比选研究,确定合理布置形式。结果表明:(1)该重载铁路部分斜拉桥采用塔梁固结、墩梁分离体系,主墩支座采用双1 90 000 kN超大吨位球形钢支座;(2)主梁中支点—跨中梁高采用13 m-6 m组合为优;(3)短预应力钢束时弯矩近似矩形分布于预应力钢束布置区域,次内力较小;长预应力钢束次内力弯矩近似呈三角形分布,次内力影响明显;(4)桥塔尺寸主要由索鞍等构造及桥塔本身受力控制,其刚度对结构整体受力及刚度影响均较小;(5)为提高跨中截面等控制性区域结构受力性能,桥塔采用高塔型体系,高跨比1/4.35;(6)结构整体刚度主要由主梁提供约占67%,主塔及拉索对整体刚度贡献值为33%,主塔及拉索对刚度影响因素主要为桥塔高度。     

新建郑万客运专线铁路独塔斜拉桥设计关键技术研究

以郑万客运专线联络线铁路预应力混凝土独塔斜拉桥为工程背景,其跨径布置为(32+138+138+32)m,结合支架现浇转体施工方法,对郑万铁路斜拉桥的施工及设计关键技术进行研究。建立斜拉桥的空间有限元模型,充分考虑结构非线性效应,通过理论分析的方法对高铁独塔斜拉桥构造及力学行为开展研究。重点进行主桥静力分析、稳定性分析、索塔锚固区域细部优化分析及结构动力分析。研究结果表明:支架现浇转体施工方法可以有效减小对既有线路的影响。该桥在施工及成桥阶段,结构受力及变形合理,稳定系数大,各项指标均满足规范要求,且具有较大富裕量。对于大跨铁路斜拉桥,索塔局部受力复杂,需进行局部受力分析,优化细部设计。该桥结构具有刚度大、整体性好的特点,且动力性能较好,有较高的行车舒适性。     

城际铁路三塔斜拉桥刚度参数分析及应用

研究目的:三塔双主跨斜拉桥相较常规大跨斜拉桥而言,具有一定的经济优势,但也存在竖向刚度低、拉索疲劳应力幅高等缺点,目前在铁路上尚未得到广泛应用。本文以广佛江珠城际(72+96+336+336+96+72) m三塔斜拉桥为背景,对影响刚度的结构参数进行分析,进而拟出合理结构尺寸,并对结构进行力学计算,得出在城际铁路中推广三塔斜拉桥的可行性。研究结论:(1)竖向刚度随主梁高度增加而增大,但增幅低于梁高增幅,主梁采用钢箱梁时,通过增加主梁梁高来提高竖向刚度会较不经济,综合考虑后梁高取4.5 m;(2)索塔高度取96 m,塔柱截面取7 m×4 m;(3)斜拉索采用双索面扇形空间布置,索塔锚固间距2 m,斜拉索在主梁上锚固间距为8 m,斜拉索与主梁夹角为30.3°～78.3°;(4)辅助墩位置选择距离主塔96 m;(5)三塔斜拉桥在城际铁路荷载作用下受力良好,具备推广的价值。     

高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥设计关键技术北大核心

预应力混凝土部分斜拉桥结构刚度大,经济性好,适宜铺设无砟轨道,是200~300 m跨度高速铁路桥梁的首选桥型。本文以高速铁路主跨248 m刚构部分斜拉桥为背景,研究高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥合理的结构体系、轨道平顺性、索梁荷载比、合龙顶推力等关键技术。静力计算结果表明:刚构体系比连续梁体系刚度更大,经济性好,更有利于行车安全性;两种结构体系轨道不平顺均能满足要求,对于长短波不平顺,与连续梁体系相比刚构体系中跨不平顺值小,边跨不平顺值大;索梁荷载比与斜拉索刚度成正比,与主梁刚度成反比;刚构部分斜拉桥合龙后的收缩徐变和高温合龙导致结构产生附加内力,合理设置顶推力须综合考虑主墩受力与运营阶段塔顶位移。     

高铁大跨矮塔斜拉桥施工控制研究及应用

研究目的:为确保高铁大跨矮塔斜拉桥高效、高精度的施工控制,使结构安全可控,且成桥内力、线形及索力满足设计要求,本文以新建怀邵衡铁路沅江特大桥(90+180+90)m矮塔斜拉桥为工程背景,根据理论计算、结构力学特点及工程面临的问题和挑战,建立适用于该复杂体系的施工控制体系,重点开展参数敏感性分析以探明力学行为特点,并建立线形控制、索力控制、应力控制计算及数据分析处理方法。研究结论:(1)主梁变形及应力受梁体自重、预应力和斜拉索索力影响最大,混凝土收缩徐变和索梁塔温差均为影响成桥索力及塔偏的敏感因素;(2)与常规大跨斜拉桥相比,二者力学行为差异大;(3)理论及实践表明,采用的控制系统、计算分析处理方法确保了主梁线形平顺、应力安全可控、索力均匀,均符合规范及设计要求;(4)本研究成果可应用于类似复杂结构的施工控制。     

福厦客专乌龙江特大桥主桥主梁设计

根据桥址处地形、地貌、线路条件等要求，福厦客专乌龙江特大桥孔跨布置为(72+109+432+56+56)m,该桥中跨主梁采用钢箱梁，边跨部分区域主梁采用预应力混凝土箱梁，是国内外最大跨度四线铁路高低塔混合梁斜拉桥。主梁采用双主梁+密横梁体系，钢混结合段采用梯形填充混凝土前、后承压板式钢-砼接头构造。采用有限元分析方法，对结构刚度变形以及主梁的受力开展研究，计算结果表明，该桥主梁强度、刚度及抗风稳定性均满足规范要求，具有良好的静、动力特性。该桥型结构优美经济，可为今后桥梁设计提供借鉴和思路。     

高速铁路无砟轨道混合结合梁斜拉桥设计研究

广湛铁路东平水道主桥采用(67.5+60+60+350+60+60+67.5) m双塔双索面混合组合梁斜拉桥，半漂浮结构体系。主梁采用混合主梁；桥塔采用带弧A形桥塔，塔高分别为149,147 m;全桥共布置144根斜拉索，斜拉索采用锌铝合金涂层平行钢丝拉索。东平水道主桥受力合理，提升了钢-混凝土混合梁斜拉桥在高铁无砟轨道桥梁中的适用跨度。边跨采用混凝土梁提高结构刚度改善梁端转角；中跨采用开口钢箱梁及预制桥面板的结合梁，节省用钢量，且结构刚度较大。对该桥抗风、风-车-桥系统空间耦合振动、无砟轨道适应性、抗震性能进行研究，结果表明，各项性能均满足规范要求，能够满足高速铁路无砟轨道对结构安全性和行车舒适性的要求。提出复杂建设条件下高速铁路无砟轨道混合结合梁斜拉桥的施工工法，能有效提高施工质量、缩短建设工期。     

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。     

双索面斜拉桥转体设计关键技术研究

山东邹鲁大桥是世界上首座转体重量超过2万t的斜拉桥。该桥上跨京沪铁路及铁路站场,跨径为(110+110) m,采用独塔平行双索面、墩塔梁固结体系的结构形式。该桥设计创新点主要有:基于市政桥梁的美观因素,采用了平行双索面的斜拉桥转体桥梁设计方案;结合斜拉桥运营阶段养护维修的需要,主梁采用π形箱梁设计;结合转体桥梁的施工特点,采用了圆形承台基础和圆形地下连续墙基坑支护相结合的创新设计。本文的研究成果对采用转体施工法的斜拉桥设计具有重要的理论指导意义和工程实用价值。     

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥刚度设计及取值研究

研究目的:通过统计国内外已建成并安全运营的大跨度铁路钢桁梁斜拉桥刚度参数,参考国内外现有规范,结合铁路斜拉桥的刚度特点,分析大跨度铁路钢桁梁斜拉桥的刚度指标。在此基础上,通过车桥耦合振动的分析方法,分析大跨度铁路钢桁梁斜拉桥高跨比、宽跨比对车辆与桥梁的动力响应影响,提出大跨度铁路钢桁梁斜拉桥的刚度取值范围。研究结论:(1)结合已建成的大跨度铁路钢桁梁斜拉桥及现有规范,考虑荷载差异,大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向刚度可适当偏低,大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向挠跨比设计值可取为1/500~1/800;(2)设计风速时横向挠跨比可放宽到1/1 000~1/2 000,可行车风速下横向挠跨比限值按规范取为1/4 000;(3)桁架高跨比可取为1/25~1/40,桁架宽跨比可取为1/25~1/35;(4)本文研究成果对今后大跨度铁路斜拉桥初步设计工作具有一定的指导意义。     

高速铁路主跨332m高低塔混合梁斜拉桥设计优化

结合高速铁路主跨332 m高低塔混合梁斜拉桥的设计方案,建立空间有限元模型,针对高低塔混合梁斜拉桥的结构特点和适用条件,对结构体系、主梁形式、主梁高度、主塔高度、斜拉索索距、合理边中跨比、辅助墩的设置等进行了研究,并分析不同的设计方案对高低塔混合梁斜拉桥力学行为的影响,从而确定最优方案。研究结果表明:主桥孔跨布置采用(51+135+332+62+51)m合理可行,采用纵向固定约束体系时固定支座宜设置左低塔处,主梁高度为45 m;高低塔宜采用尾索角度29°,30°对应的塔高。     

宜宾临港长江大桥总体设计

研究目的:宜宾临港长江大桥位于宜宾市临港区瞌睡坝附近,是新建川南城际铁路、渝昆高铁、宜宾市规划市政道路的共用过江通道。为节约通道资源、减小拆迁和用地,大桥采用公铁平层布置斜拉桥。本文就宜宾临港长江桥桥位、梁型、设计、施工等方面开展研究。研究结论:(1)跨河桥梁的桥位和跨度受河道、通航、行洪、鱼保等方面因素影响综合确定;(2)在满足功能要求、技术标准的前提下,公铁合建桥梁的结构形式应从技术、经济指标、施工、景观、引道疏解等方面综合比选;(3)公铁合建桥梁各线间,线路与公路的相对位置,以及公铁行车的相互影响是设计应重点关注点;(4)施工方案应结合地形、运输条件、桥梁方案综合确定;(5)本研究成果可应用于铁路大跨斜拉桥及公铁同层桥梁设计。     

泉州湾跨海大桥主桥设计方案研究

泉州湾跨海大桥为福厦客专控制性工程,主桥桥跨布置为(70+70+130+400+130+70+70)m,是首次采用箱形叠合梁的铁路斜拉桥。从桥址概况、桥型桥式确定、主桥结构比选、结构静动力分析等方面介绍主桥的设计方案:(1)桥式为双塔双索面叠合梁斜拉桥;(2)索塔造型为"水滴宝石形索塔";(3)约束条件采用半漂浮体系;(4)采用混凝土桥面板+槽形钢梁的叠合梁结构。研究表明:主梁静、动力计算结果满足规范要求,结构受力安全可行,适合跨深水区、大风区桥梁,满足客运专线通行速度为200~420 km/h高速列车的各项要求。     

铁路混合梁斜拉桥设计创新与实践

研究目的:依托多工点桥梁,本文开展合理成桥状态、关键设计参数、钢混结合段构造、钝形钢箱梁气动选型等理论分析及试验研究,以解决铁路大跨度混合梁斜拉桥荷载重、疲劳活载大、动力性能及刚度要求高等诸多技术难题。研究结论:(1)建立的"塔偏梁拱"合理成桥状态,解决了铁路活载大、恒活比小引起的结构受力不均衡性难题;(2)推导的梁、塔、索关键设计参数解析公式,揭示了结构受力行为及影响规律;(3)采用的钢混结合段梯形填充混凝土连接构造技术,解决了铁路荷载作用下结合段刚度过渡平顺性技术难题;(4)提出的铁路正交异性钢桥面板的疲劳应力解析公式,揭示了疲劳影响因素及规律,首创的加厚加高型V肋改善了铁路钢桥面结构疲劳性能;(5)提出了钝形钢箱梁涡振扭转振幅限值标准;(6)本研究成果可为类似大跨度斜拉桥的设计提供参考。     

商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究

研究目的:高速列车运行对无砟轨道的平顺性要求非常严格,而大跨度桥梁在温度荷载作用下引起的主梁竖向变形是引起轨道平顺性发生变化的主要原因。本文以商合杭铁路沙颍河大跨度矮塔斜拉桥为背景,对不同的桥梁结构体系、边跨比、主梁类型、梁高、斜拉索规格及布置、桥塔高度等进行对比分析,研究其对温度变形的影响,从而确定矮塔斜拉桥的无砟轨道适应性。研究结论:(1)矮塔斜拉桥可以满足无砟轨道的平顺性要求,保证高速铁路的行车安全性及舒适性;(2)有效释放梁体收缩徐变及温度变形的桥梁结构体系更加容易满足轨道平顺性要求,应优先选用;(3)斜拉索的温度变化及索梁温差是引起主梁竖向变形的主要因素,确定合适的斜拉索规格、安全系数、索间距,既能充分发挥斜拉索对主梁的贡献,又能减小温度荷载作用下主梁的竖向变形;(4)为减小斜拉索对温度变形的影响,主梁宜采用混凝土结构;(5)本研究成果对今后高速铁路矮塔斜拉桥设计具有一定的指导意义。     

大跨斜拉桥上无缝线路伸缩力影响因素分析

研究目的:大跨度斜拉桥结构复杂,为"塔-索-梁"空间组合结构,在荷载作用下,其无缝线路梁轨相互作用极为复杂。本文以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,基于梁轨相互作用原理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,分析主塔墩温差、斜拉索温差、主塔墩刚度、主梁刚度及结构支撑体系对钢轨伸缩力的影响,为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论依据。研究结论:(1)随着主塔墩温差增大,钢轨伸缩力减小,主塔墩温差越大,主梁主跨竖向位移就越大;(2)随着斜拉索温差增大,钢轨伸缩力增大较小,但主梁主跨竖向位移急剧减小;(3)主塔墩刚度变化对钢轨伸缩力影响较小;(4)采用漂浮体系时,钢轨伸缩力与半漂浮体系几乎一致,采用塔梁固定支撑和塔梁固结体系时,主梁左端梁缝处的伸缩力减小,但主梁右端梁缝处的钢轨伸缩力反而增大,因此在铁路大跨斜拉桥设计中建议不采用这两种支撑体系;(5)该研究成果可指导大跨度斜拉桥无缝线路设计。     

大跨度四线铁路高低塔混合梁斜拉桥桥塔设计

福厦高铁乌龙江特大桥孔跨布置为(72+109+432+56+56)m,是国内外首次设计的高速铁路大跨度四线铁路高低塔混合梁斜拉桥。为优化桥塔设计,通过对桥塔塔形、刚度、塔高匹配、索塔锚固体系等方面进行研究分析,提出合理的设计思路、方法,确定花瓶形塔形和合理的高低塔桥塔设计。受力分析表明,桥塔受力性能均满足规范要求。     

东平水道斜拉桥钢箱梁设计研究

跨东平水道特大桥为独塔双索面钢-混混合梁斜拉桥,跨径组成为(35.0+260.0+51.5+66.0+62.5)m。钢主梁采用分离式流线形扁平钢箱梁,正交异性钢桥面板。对钢箱梁剪力滞,桥面系二、三体系应力,钢箱梁扭转等问题进行研究,确保结构受力安全可靠。同时,通过数值分析验证了设计的可靠性。此设计符合技术先进、安全可靠、经济合理等设计原则,其构造形式及分析方法可供类似结构借鉴。     

北京市六环路斜拉桥设计

北京市六环路斜拉桥跨越繁忙的电气化丰沙铁路,墩高达21.5 m,为避免对铁路运营的干扰及降低转体重力和主跨跨径,采用了墩顶转体法施工的(56+100+70+37)m 4跨连续双圆柱子母塔单索面W形截面主梁的预应力混凝土曲线斜拉桥。从方案构思、索塔、主梁、斜拉索、主墩及墩顶转体系统、墩台及基础等方面,阐述该桥的设计特点及要点。