大跨径钢管混凝土桁架拱桥稳定性分析

对小三峡大桥主桥即中承式钢管混凝土桁架拱桥的空间稳定性进行了分析。采用Midas/civil有限元程序建立该拱桥的空间有限元计算模型,对其进行了空间稳定性计算与分析。计算结果表明:该拱桥拱肋的横向刚度较小,可以通过优化拱肋截面尺寸与改善横撑结构形式达到提高拱肋横向刚度的目的;桥面系面外刚度略小,需要加强预制小T梁与横梁的连接,同时加大边纵梁的截面尺寸并与横梁固结,以提高桥面系的面外刚度,使桥面系形成强大的梁格体系,共同抵抗外荷载的作用。     

新型上承式拱桥动力特性研究与试验验证

为解决大跨上承式拱桥结构刚度小、自振频率低等问题,提出一种新的拱桥结构.具体做法是:把立柱改为带副拱的三角网,形成双层桁架结构,提高结构的刚度,进而改善结构的动力特性.为研究新型上承式拱桥动力特性,修建2座跨径10 m的试验桥并进行环境激振试验,测出结构首次发生面内振动的自振频率;利用有限元软件计算结构的刚度和动力特性.试验及有限元结果表明,新型上承式拱桥首次发生面内振动的自振频率较传统上承式拱桥明显提高,且所测振型与有限元分析吻合;用钢量相同时,新型上承式拱桥首次出现面外、面内及扭转振型时的自振频率均高于传统上承式拱桥;新型上承式拱桥刚度大幅提高,列车活载作用下,主梁最大上下挠度绝对值之和大幅减小.     

新型上承式拱桥动力特性研究与试验验证

为解决大跨上承式拱桥结构刚度小、自振频率低等问题,提出一种新的拱桥结构.具体做法是:把立柱改为带副拱的三角网,形成双层桁架结构,提高结构的刚度,进而改善结构的动力特性.为研究新型上承式拱桥动力特性,修建2座跨径10 m的试验桥并进行环境激振试验,测出结构首次发生面内振动的自振频率;利用有限元软件计算结构的刚度和动力特性.试验及有限元结果表明,新型上承式拱桥首次发生面内振动的自振频率较传统上承式拱桥明显提高,且所测振型与有限元分析吻合;用钢量相同时,新型上承式拱桥首次出现面外、面内及扭转振型时的自振频率均高于传统上承式拱桥;新型上承式拱桥刚度大幅提高,列车活载作用下,主梁最大上下挠度绝对值之和大幅减小.     

钢桁拱桥非线性及面内极限承载力分析

以实桥为例,研究大跨度钢桁拱桥在面内荷载作用下的非线性结构行为,矢跨比、布载形式、温度荷载、钢材屈服强度对钢桁拱桥极限承载力的影响以及提高钢桁拱桥极限承载力的措施。结果表明:在活载半跨布载时,拱肋的破坏始于拱脚下弦的屈服,拱肋由无铰拱逐渐转化为三铰拱,最后由于拱脚塑性铰的破坏而导致拱肋失去承载能力;钢桁拱的工作过程可分为弹性段、位移稳定发展段及位移快速增长段,位移稳定发展段仍表现出弹性工作的特点;拱轴线的面内初始偏移控制在L/1000左右时,拱肋的极限承载力不会有明显降低;矢跨比越大承载能力越高;钢材屈服强度与钢桁拱极限承载力呈线性关系;温度的变化与承载力系数的变化大致呈线性关系;提高拱脚上、下弦杆处钢材的屈服强度和增大拱脚、L/4处截面的方式是提高钢桁拱桥极限承载的有效措施。     

下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性参数敏感性分析

为研究下承式悬链线钢管混凝土拱桥空间稳定性及影响该种桥型结构稳定的参数敏感性,以运城市某省道上一座27+60+27 m下承式悬链线钢管混凝土拱桥为背景,采用Midas/Civil 2012有限元软件对该桥进行建模,在成桥状态及成桥运营状态2种工况下对其进行稳定性分析。结果表明,该种桥型拱肋结构存在"面内失稳"和"面外失稳"2种失稳状态,拱肋面外刚度小于面内刚度,拱肋结构失稳模态首先表现为拱肋面外侧弯失稳。同时选取拱肋间连接形式、拱肋钢管壁厚t、拱肋单侧吊杆布置数量n、拱肋管腔混凝土弹性模量E、拱肋矢跨比f/L、拱肋拱轴系数m等影响结构稳定性的参数进行对比分析,得出影响结构稳定性的敏感参数,可供同类型桥梁在结构稳定性设计时参考借鉴。     

韩江北桥主桥动力特性研究

以韩江北桥主桥主跨钢管混凝土拱桥初步设计方案为对象,采用ANSYS有限元程序,考虑边跨对主跨的弹性约束作用,建立了该中承式钢管混凝土拱桥主跨的整体动力计算有限元模型,分3种工况（实桥模型;在实桥模型的拱肋间增设横向风撑;将实桥模型的端横梁的顶板、底板和腹板厚度增大1倍）计算了桥梁的振动特性.计算结果表明：实桥模型的拱肋面外刚度较小,在桥梁振动中首先出现拱肋的面外振动,且桥梁前10阶振型中有6阶为拱肋的面外振动;桥梁拱肋面外自振基频明显小于桥梁整体竖向自振基频,说明桥梁拱肋面外刚度与全桥竖向刚度相差较大;桥面系面外刚度相对较弱,桥梁前10阶振型中出现了扭转振动形式.增设横向风撑后,拱肋面外刚度明显增大,对该桥梁动力特性的影响较为明显;增大端横梁截面尺寸对该桥梁动力特性影响不大.计算结果为该桥梁的设计修改提供了参考.     

400m级铁路CFST拱桥合理拱肋内倾角研究

《钢管混凝土拱桥技术规范》中拱肋内倾角的建议取值对特大跨径钢管混凝土(CFST)拱桥不再完全适用.以一座400 m级铁路CFST拱桥为例,研究其拱肋内倾角的合理取值范围.采用Midas/Civil2015建立空间有限元模型,分析计算不同拱肋内倾角取值下结构的自振特性、线弹性稳定安全系数以及静力荷载和强震作用下结构的内力、位移响应以及控制截面应力.研究结果表明:当拱肋内倾角控制在3.5°～4°时,结构第4和8阶自振频率获得大幅提升,可以改善拱肋横向抗弯和抗扭转性能,同时前2阶稳定安全系数也达到较优状态,还避免了横向最不利荷载作用下拱肋横向位移的大幅增长,并且在考虑罕遇地震作用情况时,位移、轴力峰值以及降低拱肋混凝土拉应力方面均达到较优状态.综合各项指标,建议此类400 m级铁路CFST拱桥拱肋内倾角取值范围宜为3.5°～4°.     

中、下承式拱桥自振特性分析

以平行式、提篮式和斜靠式3种中、下承式混凝土拱桥为工程实例,采用有限元程序MIDAS/Civil建立桥梁空间有限元计算模型,对其进行自振特性分析,比较3种不同桥型自振特性的特点,计算结果表明:中、下承式混凝土拱桥的振型主要有拱肋面外横向振动、结构整体竖向振动和扭转振动,高阶振型才出现桥面系的横向振动;3种拱桥都是首先出现拱肋的面外横向振动,低阶振型均以拱肋面外横向振动为主,拱肋的横向自振频率小于竖向自振频率;斜靠式拱桥的振型密集,横向振动基频比平行式和提篮式拱桥的横向振动基频大;3种拱桥的竖向振动都表现为桥梁结构整体竖向振动;3种拱桥的扭转振动都出现较晚.     

铁路大跨度连续梁拱组合桥结构参数研究

为了解结构设计参数对铁路大跨度连续梁-拱组合桥受力特性的影响,进而对今后同类桥梁设计提供引导作用,以兰渝线广元嘉陵江特大桥为工程背景,研究矢跨比、拱轴线形状、拱梁刚度比这3个设计参数对桥梁结构力学特性的影响。分析结果表明:矢跨比对拱肋轴力和拱脚、主梁中跨弯矩影响显著,取值在1/4~1/5时较为合理;1.6次抛物线、2.4次抛物线及圆弧线作为拱轴线时,拱脚截面弯矩过大,2次抛物线或悬链线作为此类桥型的拱轴线较为合理;拱梁刚度比对结构轴力影响较小,对拱肋弯矩影响较大,随拱梁刚度比的增大,拱肋分担的弯矩显著提高。     

半穿式钢管混凝土拱桥设计研究

常规的大跨度钢管混凝土提篮拱桥,由于拱上立柱较高,导致上部结构的纵向与横向刚度大幅度降低,这一问题制约了该桥型在铁路桥梁中的应用。采用半穿式提篮拱结构,使拱上立柱高度降低约10 m;同时由于拱顶140 m范围内两侧拱肋由混凝土梁实现了刚性连接,每处立柱下拱肋之间也设有刚性横梁,从而大幅度提高了结构整体横向刚度。     

宜万铁路特殊结构桥梁动力特性及列车走行性分析

宜万铁路全线共有桥梁195座,其中特殊结构桥梁26座,特殊结构桥梁形式主要有复合结构刚构拱桥、双线大跨度上承拱桥、大跨度连续梁桥、非对称拱桥、大跨度“T”构桥、大跨度简支梁桥、大跨度连续刚构桥、单拱连续钢桁梁桥等。目前国内外规范对桥梁设计关于桥梁刚度限值的规定只适用于单跨和多跨简支梁等小跨度常规桥梁,上述特殊结构桥梁都超出了目前我国各种规范和暂规所能涵盖的范围,它们的修建对我国铁路桥梁的设计和建造技术都提出了新的要求,本文选取几座有代表性的特殊结构桥梁为研究对象,对各桥的动力特性和列车走行性进行分析与研究,以期对宜万铁路特殊结构桥梁设计中关于桥梁刚度的考虑提供理论参考。     

客货共线铁路双拱肋大跨度钢桁拱桥设计研究

目前我国钢桁拱桥建设技术已达到国际先进水平,但是大跨度的钢桁拱桥多用于公路,专用于铁路的比较少,以国内单孔跨度最大的双线铁路钢桁拱桥——贵广铁路主跨286 m的东平水道大桥为工程实例进行研究。对其进行平面及空间分析,比较在不同荷载工况下,钢桁拱桥选择不同拱轴线、矢跨比时的内力和应力变化,深入了解铁路大跨度钢桁架拱桥的受力特性。研究表明,该类桥梁结构的拱轴线采用圆曲线和二次抛物线比较合理,并且在合理的范围内,上、下拱肋矢跨比越大,且二者差值越大越经济。     

下承式铁路钢桁结合桥的桥式结构比较

下承式钢桁结合桥刚度大,建筑高度低,行车噪声小,舒适度高,拟在我国客运专线、高速铁路建设和既有线路提速改造中应用。目前我国大陆还没有一座下承式钢桁结合桥。世界上已有一些成功应用的经验,但相关资料较少。本文介绍了日本北陆新干线、法国高速铁路地中海线以及我国台湾正在修建的高速铁路上几座有代表性的下承式钢桁结合桥和笔者等正在进行的下承式钢桁结合桥试验模型资料;将这些桥式结构按其与主桁和桥面系的结合方式分为三类;对桥式结构、受力特点、横向刚度、建筑高度等进行分析研究和比较;提出了下承式钢桁结合桥需要进一步深入研究的一些问题。这些工作将有助于下承式钢桁结合桥在我国的应用。     

重载铁路大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计研究

对某重载铁路一座大跨度上承式钢管混凝土拱桥设计的桥梁布置、拱肋截面及线形、拱肋横撑形式、拱上桥墩方案、施工方法等若干关键问题展开研究,通过有限元对桥梁的承载力、刚度、自振特性等方面进行计算分析,得出以下主要结论:(1)上承式钢管混凝土拱桥能很好地适应桥址地形、地质条件;(2)拱肋采用四肢桁式截面,横向内倾6.5°,拱轴线形采用m=3.0悬链线,具有较好的受力性能;(3)腹杆采用H形钢构件,与拱肋弦管采用大节点连接方式,能满足重载铁路疲劳性能要求。(4)钢筋混凝土排架式桥墩在受力、景观等方面是最优选择。     

连盐线灌河连续钢桁拱特大桥设计

连续钢桁拱桥作为国内一种新兴的桥梁结构,具有外形雄伟壮观、跨越能力大、承载能力高等优点。与其他同跨度桥梁类型相比,其刚度大,稳定性和抗震性好。灌河大桥选用了跨度为（120＋228＋120）m的连续钢桁拱桥,主梁设计中采用整体节点式梁拱与正交异性桥面板的组合结构,采用大节段制造安装的方案。介绍了该桥的结构体系、关键节点、关键设计与施工技术等。     

大跨PC组合结构在高速铁路无砟轨道桥梁中的应用研究

为了促进PC组合桥式结构在高铁桥梁中的应用,以西延高铁王家河特大桥为工程背景,分别对连续刚构加拱组合桥式、连续刚构部分斜拉桥、连续刚构加劲钢桁组合桥式在高速铁路无砟轨道大跨桥梁中的应用进行探讨,建立有限元模型进行分析,研究并总结各组合桥式方案的受力特点、设计难点、关键力学性能、结构设计等方面。研究结果表明,通过合理的结构设计,组合桥式结构能够充分发挥梁、索、拱结构的受力优势,进而满足高速铁路无砟轨道大跨桥梁对于梁端转角、徐变变形等控制条件的要求。     

我国高速铁路桥梁技术的发展与实践

我国高速铁路的快速发展推动了高速铁路桥梁技术的飞速提升。本文从常用跨度简支箱梁建设、大跨度混凝土桥徐变控制及极限跨度、混凝土梁拱组合结构、大跨度桥无砟轨道技术、大跨度钢桥及拱桥技术、斜拉桥及悬索桥在铁路中的运用等方面对我国高速铁路桥梁技术的发展进行分析总结,回顾了我国高速铁路桥梁的发展历程和建设成就,探讨了我国高速铁路桥梁新技术,提出了开展新材料、新设备研究等中国特色高速铁路桥梁建设的发展方向和途径。     

钢拱桥极限承载力的综合三因素检算方法

通过钢拱桥非线性计算及结果的分析,得出结论,钢拱桥极限承载力的实质是拱肋截面的材料屈服,随着塑性区的扩展,截面刚度降低,从而导致整体非线性位移的急剧增加。运用统计回归,逐一分析横向初始缺陷与横向位移因素指标R1l、拱圈整体横向刚度因素指标R2l和拱桥非保向力因素指标R3l,提出考虑上述三因素的综合因素指标Rl。依此建立钢拱桥极限承载力的综合三因素检算方法。经试验数据的初步验证以及用此方法对4座大跨钢拱桥进行检算的结果表明,该方法综合考虑了横向初始缺陷、横向位移、拱圈整体横向刚度和非保向力等影响钢拱桥极限承载力的主要因素,可简便且准确地检算钢拱桥的极限承载力。     

新建风陵渡黄河特大桥空腹式箱梁连续刚构设计

对于高烈度地震区大跨桥梁的设计推荐了一种全新的桥式方案——空腹式箱梁连续刚构,该结构是钢管桁架和预应力混凝土板的组合结构。与常规钢桁梁及混凝土连续刚构桥相比,该组合结构具有较大的优势,是一种极具潜力的桥梁结构形式。