高墩大跨连续刚构桥线性与非线性稳定研究

研究目的:高墩大跨度连续刚构桥悬浇施工中,保证最大悬臂状态下结构的稳定性至关重要。本文以山西省某高墩大跨连续刚构桥(90+168+90)m为工程背景,以其2号墩T构最大悬臂状态为分析对象,考虑挂篮正常工作及单侧挂篮跌落两类情况,对高墩线性和非线性稳定进行系统性研究。通过引入"稳定安全储备系数"的概念,对两类稳定问题及是否考虑箍筋约束作用对墩柱非线性稳定性能的影响问题进行对比分析。研究结论:(1)在主梁所承受的恒载中,对刚构桥线性稳定性起控制作用的是结构自重;(2)风荷载不影响结构线性稳定,但对结构非线性稳定有明显影响;(3)对于高墩的稳定性,仍可采用线性稳定的分析方法和评判标准;(4)当考虑墩柱截面箍筋的约束作用时仍可采用稳定系数大于4~5的限值标准,当不考虑墩柱截面箍筋的约束作用时可适当提高稳定系数限值;(5)该研究结果可为高墩大跨连续刚构桥的设计和施工提供参考。     

大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥极限承载能力研究

研究目的:钢桁梁柔性拱桥具有强大的承载能力及跨越能力,也是大跨度铁路桥梁常用桥型之一,其跨度不断发展。针对铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力问题,本文同时采用MIDAS及ANSYS两种有限元软件建立一座双主跨360 m的大跨径下承式钢桁梁拱桥的有限元模型,通过对比双主跨满载等三个荷载工况的线弹性承载力分析,并考虑结构几何非线性、几何与材料双重非线性的影响,系统分析大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力。研究结论:(1)由线弹性承载力的计算对比分析可知,实际结构在恒载+主跨满载的工况下,结构的受力最不利杆件为拱肋及主桁上弦杆和斜腹杆部分,杆件应力达到屈服时的承载力系数最小为2.06;(2)线弹性极限稳定承载系数介于10.64～12.46,均为拱肋的整体失稳破坏,最不利的荷载工况为恒载+主跨活载,表明桥梁结构的稳定承载力远大于杆件强度承载力;(3)考虑p-Δ效应与整体、局部几何偏位初始缺陷后,计算得到的稳定承载系数依次降低至2.75、2.65,表明几何偏位初始缺陷会显著降低极限稳定承载能力,考虑材料非线性后极限稳定承载力系数进一步降低至2.20;(4)验证了桥梁结构具有良好的稳定承载能力及构件强度承载能力,可为类似桥梁极限承载能力分析提供参考。     

几何非线性对沪通公铁两用长江大桥的影响

在建的沪通公铁两用长江大桥是一座超大跨度、超大体量、超大活载的公铁两用斜拉桥。采用U.L空间非线性有限元分析方法,以主跨跨中挠度最大的活载工况为例,研究3种几何非线性效应对该桥的变形和受力状态的影响。结果表明,3种几何非线性对桥梁的变形和受力状态的综合影响最大达到12.60%(增大);3种几何非线性效应中,斜拉索的垂度效应对于桥梁变形和受力状态的影响最大,达到7.73%,超过了大位移效应和梁柱效应的综合影响;用Ernst公式修正拉索弹模考虑拉索垂度效应的影响时,可用恒载+活载线弹性分析得到的索力,得到的结果较准确而避免了迭代计算;若用恒载索力修正拉索的弹模,将成倍夸大垂度效应的影响,因而是不可行的。     

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。     

地铁沉降地段易修复板式无砟轨道限位方案研究

为研究易修复板式无砟轨道在地铁中应用的可行性,通过建立2种限位方案的非线性有限元模型,分析该结构在直、曲线段的承载能力,并在此基础上考虑大沉降地段填充后对轨道结构安全性的影响。研究表明:(1)"中心排水沟+顶升预埋件"的易修复板式无砟轨道能更好地应用于富水软土沉降地段的运营环境,并便于后期维护施工;(2)正常情况下2种结构设计方案均能满足强度设计要求,但发生沉降填充修复后,限位结构受力受横向荷载影响较大,其安全性检算是该类轨道设计的关键;在相同大沉降填充条件下,从限位结构受力方面来看,板下4凸台方案明显优于2凸台方案;(3)在进行地铁易修复板式无砟轨道结构设计时,应保证在最不利荷载工况下单块轨道板范围内限位结构受力对称均匀,并考虑长期使用条件下轨道板的横向稳定性,推荐采用板下4凸台方案。     

跨度128m铁路简支系杆拱桥设计及吊杆优化分析

为研究恒载及活载在简支系杆拱桥结构中的分布,介绍1座128 m铁路简支系杆拱桥的设计,探讨拱脚截面有限元模拟时的处理方法,建立该桥的有限元分析模型,对比分析吊杆刚度对结构在恒载和活载下受力的影响。研究结论为:吊杆刚度对系杆拱桥的荷载分配及梁、拱应力有着较大的影响,且在吊杆刚度较小时影响显著,影响率随着吊杆刚度的增加而减小;对于系杆拱桥,吊杆起着重要的联系作用,设计时需要根据梁和拱的承载能力进行整体合理设计。     

铁路大跨度钢管混凝土拱桥弹性稳定性分析

以银吴(银川—吴忠)铁路银川南特大桥128 m钢管混凝土系杆拱桥为背景,建立空间有限元模型,分析了恒载及恒载+最不利活载2种荷载工况下该桥的稳定安全系数及失稳模态。着重分析了拱肋横撑形式、矢跨比、吊杆非保向力对稳定性的影响。研究结果表明:结构的失稳主要为拱肋面外失稳,满足稳定安全系数大于4～5的要求,且活载对全桥稳定性的影响远小于自重和二期恒载的影响。采用K形横撑时稳定安全系数相较于I形横撑提高了198%,对稳定性提高最为明显,采用米字形横撑稳定性最好,因此,在选择横撑形式时优先考虑米字形横撑和K形横撑。矢跨比从1/7增大至1/3时,稳定安全系数呈先增大后减小的趋势,在1/5～1/4时达到峰值,1/4.5时最大;吊杆非保向力对拱桥稳定性有一定影响,吊杆将拱肋与系梁连接成整体可以提高拱桥整体稳定性。     

重载铁路预应力混凝土梁桥设计及经济性分析

针对国内首条重载铁路山西中南部铁路通道工程的建设,结合系列简支T梁和连续梁的工程设计和经济性分析,得出重载预应力混凝土梁桥的合理设计,通过中活载与重载两种荷载模式下常用跨度简支T梁和系列连续梁的设计、研究,对比分析桥梁上部及下部结构的材料用量和延米造价,确定山西中南部铁路通道工程采用的混凝土梁桥线通图,主要结论如下:(1)预应力混凝土梁部设计在活载采用重载列车时,其材料用量提高值小于其承载能力提高值;(2)活载采用重载列车对下部结构的影响比值较小。     

高墩大跨连续刚构桥的稳定性分析

研究目的:西部地区及偏远地区受地形条件的限制,修建公路时常需要跨越河流、沟谷等复杂地形,因此高墩大跨连续刚沟桥的修建日益增多,其墩高也由原来的几十米提升到了上百米的高度,随着墩高的增大、跨径的增长,对该类桥型稳定性问题的研究就显得尤为重要。研究结论:本文以山西省某(90+168+90)m高墩大跨连续刚构桥为工程背景,分别进行了高墩自体稳定性分析、施工阶段最大悬臂状态稳定性分析以及成桥阶段稳定性分析。通过计算可知:(1)高墩自体稳定性分析中,温度效应对高墩稳定性的影响较小;(2)施工阶段最大悬臂阶段的稳定性分析中,各向风荷载中顺桥向的风荷载对结构的稳定性最为不利;(3)成桥阶段的稳定性分析中,当车道荷载和人群荷载的均布力布置于中跨时对成桥的稳定性最为不利,风荷载对成桥阶段的稳定性影响较小,而温度效应对稳定性的影响则不可忽略;(4)该桥在施工过程中以及成桥阶段均具有良好的稳定性,计算分析过程对实际工程中高墩大跨连续刚构桥梁的稳定性分析具有一定的参考价值。     

蝴蝶拱桥稳定性多参数影响研究

以某蝴蝶拱桥为工程背景,建立该桥的空间有限元计算模型,分4个工况计算了该桥的稳定安全系数。通过改变拱肋外倾角度、拱肋刚度、端横梁刚度以及吊杆布置形式计算了不同设计参数下结构在恒载工况以及恒载+活载工况的失稳特征值。结果表明,拱肋的刚度对稳定性起着决定性作用;吊杆的布置形式只改变拱肋的面内刚度,对于面外刚度没有影响。     

京沪高铁(90+180+90)m连续梁拱桥结构性能分析

研究目的:探讨京沪高铁大跨桥梁中连续梁拱桥组合结构的结构性能,以京沪高铁沿线最大跨度(90+180+90)m连续梁拱桥为背景,建立其空间杆系有限元模型,进行详细的计算分析,研究成桥阶段内力和变形、活荷载效应、长期徐变变形、承载能力及结构动力特性等,并与不考虑拱的单独连续梁结构对比,掌握组合结构的受力特性。研究结论:先梁后拱施工的连续梁拱组合结构具有整体受力特性,拱能主动承担主梁自重,并能改善结构的活荷载效应、徐变效应,提高极限承载力,增加结构安全度并改善结构长期运营性能。拱脚推力使结构轴向受力和变形增大,同时,由于拱平面外刚度较低,使得组合结构前几阶振型多次出现拱平面外振动。     

武汉市杨泗港快速通道转体斜拉桥设计

武汉市杨泗港快速通道转体斜拉桥为我国首座半漂浮体系独柱塔转体斜拉桥,孔跨布置为(40+88+252+88+40) m。主桥按双向八车道设计并考虑两侧设置人行道,转体质量约1. 75万t,转体半径124 m。主梁为整幅钢箱梁,采用中央双索面,桥塔为独柱形钢筋混凝土结构,斜拉索采用高强度平行钢丝。对主桥地理位置、桥型方案选择、结构设计构造及计算分析进行详细阐述,使用有限元软件对主桥进行整体静力计算、转体结构计算、抗震分析及稳定分析。计算结果表明:本桥各构件受力良好,结构安全可靠,桥梁具有良好的静动力性能。独柱宽幅中央索面转体钢箱梁斜拉桥具有良好的经济性和美观性,可为上跨铁路桥梁桥式方案提供借鉴并可进一步推广。     

端横撑位置对钢拱桥面外极限承载力的影响

针对主跨428 m的广州新光大桥设计方案,采用大型有限元软件ANSYS建立全桥三维有限元模型,分析横撑的数量和位置对弹性稳定和面外极限承载力的影响。结果表明,在端横撑位置确定的情况下,极限承载力随横撑数量增加先增大后降低;在横撑数量相同的情况下,端横撑位置对大跨度钢桁拱的弹性稳定和面外极限承载力影响显著,且端横撑的位置对弹性稳定的影响大于对面外极限承载力的影响。因此,在景观要求允许的情况下,端横撑应尽量向拱脚靠近。     

TPZ/48钢箱梁式架桥机施工状态下屈曲稳定性研究

采用有限元软件ANSYS建立某大跨度钢箱梁式架桥机在浇筑施工状态下弹塑性有限元模型。基于非线性屈曲理论,采用位移控制的弧长法加载跟踪结构平衡路径,对含初始几何缺陷的架桥机结构进行非线性屈曲分析。通过对失稳特征点的荷载—位移曲线分析,确定该型架桥机施工状态下的极限承载力、局部稳定和整体稳定的安全系数。架桥机的极限承载力为3 755t,大于设计施工荷载1 600t,整体稳定安全系数为2.35,但局部稳定安全系数仅为1.32;失稳位置发生在支座以及跨中的底板、横隔板、腹板等处。由非线性屈曲分析结果与特征值屈曲分析结果的对比分析得到:对于复杂结构,由于结构内局部发生屈曲后荷载会发生转移,其结构并未失去整体承载能力,因此由非线性屈曲分析得到的临界载荷可能大于由特征值屈曲分析得到的临界载荷。     

高速铁路矮墩大跨连续刚构拱桥设计研究

商合杭高速铁路跨越亳州涡河、阜阳颍河等多处特殊工点,需要选择一种跨度较大,而墩高较矮的桥式,根据铁路桥梁既有的设计成果,对连续刚构、V形墩连续刚构及连续刚构拱桥3种方案分别进行研究,从适用、经济、受力性能、轨道长波不平顺等方面,对3种方案的轨道长短波不平顺性进行对比分析,最终确定(88+168+88)m连续刚构拱桥方案为最佳方案。通过对连续刚构拱桥梁高、刚壁墩间距、刚壁墩壁厚、拱肋截面等结构尺寸的计算调整,使结构的受力得到了很大的改善,并且使长短波不平顺值满足规范要求,成功地实现了矮墩大跨连续刚构拱桥在高速铁路桥梁设计中的运用。     

普速铁路单线独塔斜拉桥总体设计及创新

潜江铁路支线属于江汉平原货运系统的重要组成部分,岳口汉江特大桥是潜江铁路支线跨越汉江的控制性重点工程。为提高结构通航安全性,更好地满足防洪要求,主桥采用(32.7+50+93.7+260+38.2) m的独塔双索面混合梁斜拉形式,实现大跨独塔结构体系在国内铁路桥梁上的跨度突破。考虑到建造铁路大跨度独塔混合梁斜拉桥面临着疲劳活载大、动力指标及刚度要求高等诸多难题,且非对称铁路独塔斜拉桥具有设计技术复杂、建设标准高等特点,对主桥的桥型方案选取、桥梁设计难点、桥塔、主梁形式、钢混结合段、索塔索梁锚固形式等进行详细介绍,给出相关结构刚度、应力强度、疲劳应力幅、风车桥耦合等计算结果,并阐述主桥设计时所采用的创新性技术构思。     

贵广铁路东平水道特大桥抗震设计研究

东平水道特大桥主桥双线铁路(85.75+286+85.75)m钢桁架拱桥,为国内首座该类型铁路桥梁。桥位处抗震设防烈度为7度,主桥的地震设防为设计关键。建立主桥三维有限元抗震模型,详细研究在33号活动墩墩顶不设置或设置液体黏滞阻尼器装置对主桥的抗震影响效果,采用反应谱和时程两种分析方法,对抗震分析结果进行比较。结果表明:(1)地震反应不控制钢桁架拱桥和桥墩身结构设计,仅控制桩基础设计;(2)33号活动墩墩梁间设置纵向减隔震液体黏滞阻尼器,对32号固定墩纵向抗震响应影响不大,效果不明显;(3)给出的最小配筋率均能满足各桥墩桩基础抗震验算及预期的抗震要求。     

重载铁路桥梁设计的几点思考

简要介绍重载铁路特点及煤运通道蒙华铁路三荆段自然环境、桥涵分布情况;结合煤运通道重载铁路桥梁设计,从活载标准的选择、桥式、桥型方案的确定、常用跨度简支梁的选型、特殊跨度桥梁设计、桥墩设计等方面阐述重载铁路桥梁设计思路。结合煤运通道城烟特大桥对高桥桥型选择进行综合分析,桥墩设计应结合合理刚度选择、施工、景观等因素综合确定。最后对煤运通道三荆段桥梁设计进行反思和总结。