郑万铁路上跨郑西客专联络线特大桥主桥转体结构分析

郑万铁路上跨郑西客专联络线特大桥为主跨138 m独塔斜拉桥,该桥位于半径1 400 m曲线上,采用国内最大横向偏心球铰(偏心距0.847 m),其可靠性与稳定性对保证施工安全至关重要。基于空间有限元软件Midas FEA分析转体结构在施工过程中的局部应力分布,并研究预应力筋对转体结构力学性能的影响。结果表明:(1)转体结构整体处于较低的应力状态,局部存在应力集中,可通过构造措施保证其力学性能;(2)预应力筋的配置可大幅减小由于局部承压而产生的拉应力,确保转体施工中上下转盘的结构安全;(3)通过设置预偏心,实现了转体施工在大跨度小曲线斜拉桥上的成功运用,降低了桥面配重和转体重力。上述研究成果可为同类型桥梁转体施工提供重要借鉴。     

大跨度薄壁槽形梁支架现浇质量控制技术研究

研究目的:沪昆客专西北上行和南西联络线特大桥主桥紧邻运营高铁,结构为(32+80+112)m非对称槽形梁独塔双索面斜拉桥,总体采用"整体支架预制梁体、水平转体跨越武广高铁"的方案;按照总体施组安排,主梁采用国内高铁建设首次应用的薄壁槽形结构,针对主梁腹板薄、大开口、浇筑方量大等特点,在一次整体支架现浇施工中混凝土浇筑方法不当、养护不合理等因素导致梁体产生裂纹等问题。为确保大跨度薄壁槽形梁的现浇施工质量,本文从现浇支架体系安全、早期温度场防护开裂、现浇施工工艺等方面研究槽形梁支架现浇质量控制技术。研究结论:(1)本桥大跨度薄壁槽形梁采用一次整体现浇的方法是不可行的,通过仿真计算分析,提出了"分三段现浇+两道后浇带"的纵向浇筑方案;(2)横向浇筑方法是薄壁槽形梁局部质量控制的重要环节,为此提出了"先浇筑槽形梁底板、再浇筑箱形边主梁"的横截面浇筑方案;(3)针对紧邻运营高铁支架结构体系的高度高、跨度大、梁体坡度大等施工难点,通过对高支架结构的稳定性分析,提出了"整体连接、贝雷梁搭接固定、设置刚性墩"的构造措施;(4)提出的槽形梁支架现浇质量控制技术适用于紧邻运营高铁的大跨度混凝土槽形梁及类似梁型的现浇施工。     

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。     

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。     

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。     

公路跨铁路桥梁转体施工设计

提出一种适用于跨铁路桥梁的挂篮现浇转体施工设计思路。介绍某上跨铁路立交桥的孔跨布置原则及横断面设计要求,采用Midas Civil软件,建立曲线、直线模型进行分析计算,得到桥梁转体前的不平衡弯矩;结合挂篮现浇施工方案,提出转体系统偏心设置及砂箱布置的方法,并总结了该类桥梁转体系统的设计步骤。梁体的曲线设计对桥梁的应力、扭矩影响较大,且转体时不平衡弯矩较大,在转体系统设置偏心后,最大不平衡弯矩会出现在梁体挂篮现浇施工的过程中。通过对各施工阶段砂箱施加压力,保证了结构的安全。研究成果可为同类桥梁设计提供借鉴。     

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。     

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。     

金海公铁两用斜拉桥方案设计

研究目的:本文以金海特大桥跨磨刀门水道主跨480 m公铁两用斜拉桥方案设计为背景,针对大跨度公铁两用混合梁斜拉桥设计所应考虑的各项因素,建立不同形式的主桥空间有限元模型,目的是对比不同跨度辅助墩、不同塔高以及主梁类型对该结构力学性能的影响,从而确定合理的结构布置形式。研究结论:(1)主跨480 m斜拉桥采用公铁同层建造,具有结构合理,分建过渡时灵活方便,结构刚度大,车桥动力性能好,抗风、抗震性能好等优势,能够按照规范满足各种设计荷载组合下的结构强度、刚度等要求;(2)边跨必须设置辅助墩,以提高结构刚度,减少索、梁疲劳,而边跨布墩的多少、辅助墩之间的间距大小将取决于边跨的施工方案及整体结构的造价;(3)分离式扁平钢箱梁截面的扭转刚度较大,抗风稳定性好,经风车桥耦合振动分析,主梁结构能够提供较高的舒适性和安全性;(4)本研究成果对今后公铁合建斜拉桥结构选型工作具有一定的指导意义。     

预应力张拉对现浇支架受力影响的计算分析

研究目的:预应力张拉时,混凝土梁与现浇支架相互作用。混凝土梁的变形引起支架上的荷载重分布,在工程实际中很少考虑对此工况的计算。由于计算不全面,设计的支架结构安全储备不足,有可能出现因现浇支架局部受力不够而发生安全事故。本文以某斜拉桥现浇支架施工计算为例,研究纵、横向预应力张拉对现浇支架受力影响的计算方法,分析预应力张拉引起现浇支架上荷载重分布的原因,为预应力混凝土梁的施工方法提供理论依据。研究结论:通过建立预应力混凝土梁与现浇支架的整体有限元模型,按施工阶段分析计算了混凝土浇筑、达到设计强度、张拉纵向预应力、张拉横向预应力各施工阶段下现浇支架受力的变化情况,计算结果表明对于纵、横向预应力张拉时,混凝土梁发生变形,导致作用在现浇支架上的荷载传递到支架两侧;张拉预应力钢束越多,荷载重分布的现象越明显,而重分布的荷载对支架局部结构产生较大不利影响。     

商合杭铁路1-140m先拱后梁法平行系杆拱结构设计

新建商合杭铁路西苕溪右线特大桥跨越长兴港采用1-140 m系杆拱方案,为预应力混凝土平行钢管混凝土拱桥,采用先拱后梁方法施工。介绍采用无砟轨道时系杆拱设计方案,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及先拱后梁施工工序,计算拱肋、系梁、吊杆等结构应力、刚度、稳定性等设计参数。分析结果表明:(1)该桥主体结构应力、变形等均满足规范要求;(2)系杆拱应用于无砟轨道时,静活载梁端转角引起钢轨上拨及下压量宜按1 mm限值控制;(3)先拱后梁系杆拱采用施工阶段分批张拉钢绞线系杆形式,实现无支架施工,满足不中断通航要求。     

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。     

跨海湾大跨度双线高速铁路斜拉桥方案研究与关键技术分析

沿海海湾主航道一般通行海轮,当高速铁路跨越海湾主航道时,为满足较高的通航净空标准需要采用大跨度铁路桥梁结构。由于高速铁路行车对桥梁性能要求高,主通航孔大跨度桥梁结构方案在技术及经济上是否合理可行成为值得重点研究的问题。结合沿海某海湾西航道通行10万t海轮的通航要求,重点研究双孔通航主跨2×460 m三塔斜拉桥和单孔通航主跨812 m两塔斜拉桥两种桥式方案。建立结构计算模型,对结构静力计算结果及技术经济指标进行综合对比分析,最后推荐西航道桥采用2×460 m三塔斜拉桥方案。进一步分析三塔斜拉桥结构主要静力动力结构行为,研究三塔斜拉桥结构设计中的主梁结构形式、体系刚度控制、主梁长联温度问题、拉索恒载应力与疲劳、结构抗风性能等关键技术的工程解决措施。研究表明:通过中跨采用钢混结合梁﹑边跨采用混凝土箱梁以及增大中塔及其两侧主跨斜拉索重力刚度和中塔采取塔梁固结体系等措施,能较大地提高三塔斜拉桥体系刚度,将三塔斜拉桥应用于高速铁路在技术经济上是合理可行的。对跨海湾大跨度双线高速铁路斜拉桥结构的设计研究具有一定的参考价值。     

高速铁路连续梁拱桥拱肋施工方案对比分析

一座高速铁路桥梁跨越南水北调主干渠,桥型为梁拱组合体系拱桥,其钢管拱肋施工方案由原来的竖向转体施工转变为支架施工。根据高速铁路梁拱组合体系桥梁的结构特点,设计了一种适用于拱肋支架施工的支架结构。结合拱肋竖向转体和支架拼装2种施工方案,采用MIDAS/Civil模拟施工过程,并对各阶段的关键截面内力、应力和竖向位移进行分析。结果表明:设计的支架结构强度、刚度和稳定性验算结果均满足规范和设计要求;与拱肋支架拼装施工方案相比,竖向转体施工方案中拱肋的内力、应力以及竖向位移较大,但亦满足规范和设计要求,2种施工方案均合理可行;从拱肋受力、施工难易程度、经济性、安全性等方面考虑,支架拼装施工方案比竖向转体施工方案更具有优越性。     

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。     

铁路矮塔斜拉桥主梁现浇中贝雷梁支架承载力分析

以津保铁路矮塔斜拉桥为工程背景,采用大型有限元软件 Midas/Civil对主梁现浇中贝雷梁支架建立了空间有限元模型,通过计算和分析对其稳定性进行了深入研究。结果表明,支撑系统承载力均满足要求,同时通过实际施工情况对支撑体系进行了优化分析,优化后的结构形式能在保证工程质量的前提下,缩短工期,减少施工成本。研究结果可为类似的桥梁施工及设计提供参考。     

斜拉桥主梁挂篮悬臂施工控制

邯武快速路邯武大桥主梁采用挂篮悬臂现浇法施工,为确保结构受力合理,避免施工中主梁截面出现应力过大,使合龙后桥面线形顺畅、美观,本斜拉桥主梁施工中采用反馈监控方法。通过对施工监控量测得出的实测数据进行仿真计算,得出调整量,纠正偏差,指导后续施工,使最终斜拉桥的线形、内力满足设计要求。     

大吨位转体桥称重方法及结果分析

沪杭城际高速铁路跨沪杭高速公路（88.8＋160＋88.8）m自锚上承式转体拱桥采用＂支架现浇,转体就位＂的方案施工,转体重量16 800 t。转体结构的自平衡或配重平衡对施工过程的安全性起着至关重要的作用。在转体施工之前需进行称重实验,测定转体结构的不平衡力矩、摩阻力矩、偏心距及静摩阻系数,为转体结构的配重及转体施工牵引力计算提供相应的参数,从而确保转体结构在转体过程中平衡稳定、灵活转动并精确就位。     

开口截面主梁斜拉桥的动力分析

考虑开口形式叠合梁主梁的截面翘曲变形影响 ,推导薄壁梁单元的刚度和质量矩阵 ,建立开口叠合梁主梁斜拉桥的空间动力分析模型。该模型可以有效地模拟桥面系的刚度和质量系统 ,且可以大大减少结构自由度和计算工作量。采用提出的薄壁主梁模型计算一座斜拉桥的动力特性 ,计算结果与实桥测试良好吻合 ,表明本文方法和模型的正确性     

复杂条件下顶推小半径连续弯梁设计研究

研究目的:小半径连续弯梁位于变曲率平曲线上,同时纵断面位于竖曲线范围,采用顶推法施工,结构受力复杂,设计施工难度大。本文以朔山铁路32 m+48 m+32 m预应力混凝土连续梁为背景,对采用顶推法施工的弯梁结构受力分析、平竖曲线顶推构造处理措施、桥墩结构尺寸及检算等关键设计问题进行深入研究,以保证顶推施工的可行性和安全性。研究结论:(1)小半径曲线预应力混凝土连续梁采用顶推法施工,应建立空间模型进行结构受力分析,顶推施工过程中应考虑牵引力、导向力、纠偏力引起的主梁水平横向弯矩;(2)顶推梁宜位于平坡或同一坡度上,当主梁位于竖曲线上时,应结合具体情况选择处理方案,对于矢高较小的情况,建议竖向曲梁直做;(3)变曲率小半径曲梁顶推过程中,应根据各控制施工阶段确定主梁在各墩顶的横向偏移值,以确定墩顶滑道及桥墩结构尺寸;(4)弯梁顶推施工过程中,桥墩承受较大的纵横向水平力及弯矩,应对桥墩的强度、刚度进行检算,铁路桥一般采用结构尺寸较大的实体墩,具有足够的抗推刚度,不会发生公路桥柔性墩顶推梁时的爬行状况;(5)本研究成果对今后复杂条件下顶推桥梁设计具有一定的指导意义。