云桂铁路南盘江特大桥主拱圈非线性稳定性评估

为探讨大跨度劲性骨架拱桥主拱圈的非线性稳定性能,以云桂铁路南盘江特大桥为工程背景,运用西南交通大学自主研发的LSB软件建立主拱圈有限元模型,考虑几何与材料非线性的影响,计算施工全过程共46个工况下的结构非线性稳定系数,并评估主拱圈在施工过程中的变化趋势。结果表明:钢管骨架拼装阶段主拱圈非线性稳定系数在2.2～26.3,拼装与拱顶合龙段相邻的19#节段时非线性稳定系数为2.2,钢管骨架合龙时非线性稳定系数为3.9;灌注钢管内混凝土阶段主拱圈非线性稳定系数在2.6～3.8,灌注下弦外侧钢管内混凝土时非线性稳定系数为2.6,随着钢管内混凝土逐渐达到其设计强度,非线性稳定系数保持相对稳定;浇筑外包混凝土阶段非线性稳定系数在2.1～4.6,浇筑边箱底板第3,6,9段外包混凝土时非线性稳定系数为2.1,是施工全过程主拱圈非线性稳定系数的最小值;施工全过程主拱圈失稳形态以面内失稳为主,其非线性稳定系数均大于安全临界值2.0,非线性稳定性能满足要求。     

600 m钢管混凝土劲性骨架拱桥主拱圈混凝土浇筑方案研究

主拱圈混凝土浇筑是建造600 m跨径钢管混凝土劲性骨架铁路拱桥的关键环节，为此提出某600 m跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥的主拱圈混凝土浇筑方案，具体为：采用四工作面法，主拱圈截面分为6环，并设1组斜拉扣索辅助调载，适当调整1环混凝土在各工作面上的浇筑顺序和节段长度。采用有限元法对施工全过程进行模拟分析，验证该方案可行性。结果表明：在主拱圈拱脚和控制性截面应力过程线峰值处分别设置工作面，且首先在第二工作面上浇筑一定长度的混凝土节段，再同时浇筑第一、第二工作面混凝土节段，可有效降低浇筑过程中结构的瞬时应力；通过在主拱圈拱脚附近设置斜拉扣索并适时调整索力作为辅助调载措施，可达到调整拱脚截面应力和保持拱轴线合理下挠的目的；通过合理设置工作面和辅助措施，适当确定混凝土浇筑顺序和节段长度，可保证主拱圈外包混凝土浇筑期间结构应力和变形控制在容许范围内。     

铁路大跨度劲性骨架拱桥外包混凝土浇筑方案分析

为保证一座新建铁路主跨337 m上承式劲性骨架混凝土拱桥主拱圈外包混凝土安全顺利施工,采用MIDAS/Civil建立施工阶段三维有限元模型,分析了不同纵向分段、横向分环浇筑方案对劲性骨架受力及挠度的影响.研究结果表明:采用多工作面浇筑可显著降低拱脚应力,改善主拱变形,但增加工作面对拱顶受力有利也有弊;增加截面横向分环可有效降低结构应力;综合考虑外包混凝土浇筑过程中的结构应力、变形、建设工期和大型临时设施的成本,采用三环六面法浇筑外包混凝土方案.     

劲性骨架长度对主拱刚度的影响

悬臂浇筑与劲性骨架组合施工法是一种新型的钢筋混凝土拱桥施工方法。相对于悬臂浇筑施工,该方法不仅可以缩短拱圈悬臂浇筑段的长度,减少悬臂的质量,降低对扣锚系统的要求,而且能够尽快形成拱结构,从而减少施工风险,缩短工期,提高钢筋混凝土拱桥的经济性,特别适用于200~400 m跨径的拱桥。用组合单元法计算了H型钢劲性骨架和钢管混凝土劲性骨架拱圈截面的刚度,建立有限元模型分析了不同劲性骨架长度对拱顶竖向位移的影响。结果表明:H型钢劲性骨架和钢管混凝土劲性骨架对拱圈截面拉压刚度增幅约为5. 66%,竖向抗弯刚度增幅约为6. 54%,且H型钢劲性骨架增幅稍大于钢管混凝土劲性骨架;劲性骨架长度在70~130 m时,拱圈刚度几乎不随劲性骨架长度变化而变化。综合各种因素得出悬臂浇筑与劲性骨架组合施工法的劲性骨架长度在跨径的0. 33~0. 62倍之间是较为合适的。     

“X”型三维曲面构造钢箱结构风撑制造及高空拼装施工关键技术研究

阜阳市向阳路颍河大桥主桥为(47+148+47)m三跨下承式梁拱组合体系钢结构拱桥,为保证主拱圈的横向稳定,在两片主拱圈顶部设置一道"X"型三维曲面构造钢箱结构风撑,采用搭设支架辅以高架龙门吊在离桥面31.5 m高空进行风撑拼装。运用计算机建模,三维测量放样等技术在车间建立胎架整体制造,然后切割成方便汽运的运输节段,将运输节段在施工现场组拼成大块吊装节段,采用起重量75 t高架龙门吊全覆盖拼装施工;利用三维空间坐标系采集每个吊装节段控制点的三维坐标,通过调节砂箱三维坐标控制风撑定位。为保证风撑拼装顺利合龙,先对称拼装四角处节段,后拼装中间合龙节段,合龙节段预留50 mm的收缩量,根据合龙当天气温现场切割合龙段。实践证明,该桥施工采用一系列关键技术有效解决了施工难题,保证了大桥施工安全及工程质量,缩短了工期。     

劲性骨架混凝土拱桥主拱圈箱形截面分环和浇筑方式

针对劲性骨架混凝土拱桥主拱圈常用的箱型截面，总结归纳主拱圈混凝土主要分环和浇筑方式及其影响因素，提出分环和浇筑的基本原则，并采用有限元法模拟分析分环浇筑方式对单箱三室截面劲性骨架混凝土拱桥内力与变形的影响。结果表明：箱形截面能较好地满足劲性骨架拱桥主拱圈受力和构造的要求，是大跨度桥梁的理想截面形式；主拱圈混凝土分环和浇筑方式主要由劲性骨架结构承载能力、施工操作性、结构整体性和经济性4个因素决定；进行分环和浇筑应遵循的基本原则包括减少分环数量，对称分环和浇筑，尽快完全包裹劲性骨架弦管，尽快形成完整箱室以及将截面复杂部分划分至易于施工混凝土环内等；跨径416 m劲性骨架拱桥的三室箱形截面主拱圈采用合理的分环和浇筑方式，可以分别降低5.9%的劲性骨架钢管应力和16.8%的管内混凝土应力，减少7.8%的拱顶下挠位移。     

基于最优化原理的大跨度劲性骨架拱桥外包混凝土分环分段浇筑分析

针对大跨度劲性骨架拱桥施工阶段受力复杂、外包混凝土浇筑方案对劲性骨架受力影响较大的特点，提出基于最优化理论的外包混凝土分环分段数量设置方法。将主弦管应力与目标应力差值的平方设为目标函数，分环分段数量为设计变量，利用最优化原理建立外包混凝土分环分段浇筑状态下，可测变量之间的性态约束关系。以某在建主跨600 m的上承式钢管混凝土劲性骨架拱桥为例，通过最优化原理求取外包混凝土分环分段数量设置的最优解，并进一步对肋间横联结构及混凝土浇筑顺序进行优化计算。结果表明：提出的基于最优化计算理论的外包混凝土分环分段设计方法是可行的；原设计方案主弦管压应力为342.6 MPa,优化后主弦管压应力仅为309.1 MPa,降低幅度可达9.8%;原设计方案拱顶最大下挠值为654 mm,优化后拱顶最大下挠值仅为629 mm,下挠值减少25 mm;肋间横联设计方面，建议采用X形空间横联而非采用I形平面横联，因前者在外包混凝土浇筑阶段的稳定性明显优于后者。     

钢筋混凝土拱桥悬臂现浇施工控制分析

在采用悬臂现浇法施工拱桥时 ,利用塔架斜拉索法将斜拉索扣住拱圈节段 ,用设在已浇筑完的拱段上的悬臂挂篮逐段悬臂浇筑拱圈混凝土 ,施工中控制主拱圈施工阶段的内力与变形非常重要。文章以土地潭特大预制拱桥为例 ,分析采用塔架斜拉索法悬臂现浇施工时拱圈的内力与变形控制     

郑万高铁梅溪河大桥拱圈外包混凝土浇筑方法探讨

为了探讨大跨度劲性骨架混凝土拱桥拱圈外包混凝土的合理浇筑方法,针对目前常采用的平衡浇筑与连续浇筑两类方法,以主跨为340 m的郑万高铁梅溪河大桥为研究背景,首先,依托劲性钢骨架的扣索系统,提出采用敏感性分析确定拉索合理位置及索力张拉大小的新方法;其次,采用Midas Civil软件建立主拱圈梁-板组合分析模型,并对分段平衡浇筑和连续浇筑法的结果进行探讨;最后,进一步分析不同工作面数量对于拱桥结构应力、挠度和稳定性的影响。研究结果表明:利用敏感性分析结果,平衡加载法和连续浇筑法均能够有效控制主拱圈截面应力和变形大小;当纵向工作面数量相同时,平衡浇筑法更有利于拱桥施工阶段的稳定性。研究成果可为大跨度混凝土拱桥的修建提供技术支撑。     

赣龙铁路吊钟岩主桥钢骨架及转体设计

赣龙铁路吊钟岩特大桥主桥为劲性钢管骨架钢筋混凝土上承式拱桥,设计跨度140 m。拱肋采用劲性钢管骨架,转体合龙,挂模施工外包混凝土,较好地解决了桥梁施工对桥下公路行车的干扰。介绍劲性钢管骨架计算方法、结构设计及骨架转体构造。     

单线大跨度简支钢箱梁系杆拱设计研究

钢管混凝土拱桥在钢管拱肋混凝土灌注过程中存在爆管的可能性,当邻近既有线施工时须考虑其风险。为研究单线大跨度拱桥拱肋内不灌注混凝土的可行性,以丹佛(丹灶-佛山)西站联络线上一160 m简支钢箱梁系杆拱为研究对象,建立空间有限元模型对大跨度简支钢箱梁系杆拱桥进行静力和动力计算,分析结构的受力情况和变形状态。结果表明,该桥的静力和动力特性均满足规范要求。该桥为邻近既有线的单线铁路桥,可选择拱肋内不灌注混凝土,从而使得施工更加方便。     

高速铁路(110+208+110)m连续梁-钢管混凝土拱屈曲分析

以高速铁路桥梁比较方案(110+208+110) m连续梁-钢管混凝土拱组合结构桥为背景,探求几何非线性及几何-材料双重非线性对大跨度钢管混凝土拱屈曲失稳的影响程度,研究考虑上述非线性因素后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子的衰减系数。结合相关规范和文献,采用空间有限元软件CSIBridge,以钢管混凝土统一理论为材料本构模型建立全桥空间模型,对结构按实际作用荷载工况进行弹性及弹塑性屈曲分析。结果表明:材料非线性对钢管混凝土拱屈曲失稳的影响比几何非线性的影响大得多,考虑几何-材料双重非线性后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子衰减系数约为0.55。桥式方案中钢管混凝土拱弹性及弹塑性稳定系数均满足国家标准及行业标准要求。     

钢-混凝土结合桁架拱桥施工控制技术

为了使钢-混凝土结合桁架拱桥成桥后达到合理的内力和线形状态,以成都—贵阳铁路鸭池河特大桥为例介绍了大桥施工全过程控制技术.拱肋钢桁架拼装阶段,重点控制预拼场内胎架上拱肋节段组拼线形和桥位处拱肋节段悬臂拼装线形;拱肋混凝土浇筑阶段,根据模拟分析结果优化拱肋施工过程中的受力,并对关键受力部位进行重点监测;主梁大节段浇筑阶段...     

云桂铁路南盘江特大桥扣锚索系统施工设计

南盘江特大桥是云桂铁路全线的重难点控制性工程,也是世界铁路中斜拉扣挂+分环分段组合法模注拱圈混凝土最大跨度的混凝土拱桥,主桥为单跨416m上承式钢管外包混凝土拱桥。扣锚索系统主要由扣塔、扣点、扣索、锚索及锚碇系统组,扣塔由主体5号、6号交界墩、0号段及其上部钢塔组成;扣点利用Q345B钢板在劲性骨架上弦管节点位置焊接而成;扣锚索均采用75 mm(j15.24,Rby=1 860 MPa)钢绞线束;锚碇采用岩锚和桩基承台锚碇两种形式。利用此系统进行劲性骨架单节段整体斜拉扣挂悬臂拼装、斜拉扣挂+分环分段组合法模注外包混凝土,为解决高山深谷条件下大跨度钢管外包混凝土拱桥的安全快速施工提供了参考。     

水柏铁路北盘江大桥主桥设计特色

水柏铁路北盘江大桥主桥为 2 3 6m上承式钢管混凝土提篮拱。着重介绍该桥主桥结构设计中采用的钢管混凝土提篮拱 ,钢管拱肋上下弦管与腹杆连接节点板 ,拱肋横联Ж形横联 ,拱上刚架墩支座 ,拱顶带肋钢筋混凝土П形刚架等有特色的技术 ,以及转体施工 ,转体球铰 ,拱肋内混凝土灌筑次序 ,拱脚临时转动铰等设计     

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站的结构方案及其关键节点受力和变形

针对北京地铁14号线将台车站结构方案存在的不足,提出1种基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站的塔柱式结构方案,并建立三维非连续接触模型,研究塔柱式结构关键节点的受力和变形。结果表明:盾构隧道和车站2边主体结构的施工,对管片纵缝的张开和错台影响显著,但对管片环间错台影响不明显;横通道施工对管片纵缝的张开和错台影响较小,开口环管片的环间错台不明显,但塔柱环和开口环管片的环间错台急剧增加,最大错台量为2.73 mm;管片接头压应力在扩挖施工阶段均明显增大,尤其在横通道施工阶段,由于部分管片的拆除,塔柱环管片的拱腰处节点压应力剧增,最大值为19.31 MPa;管片和现浇混凝土连接节点的张开和错台均不明显,此类节点压应力小于塔柱环管片相同位置节点的压应力;管片接缝面的剪轴比均大于摩擦系数0.5,但管片接头斜直螺栓的轴向拉力均小于其所能承受的最大抗拉荷载,满足抗拉强度要求。     

大跨度钢管混凝土拱桥施工稳定性分析

阐述了钢管混凝土拱桥稳定性的计算方法,然后根据江西吉安赣江大桥分析了钢管混凝土拱桥施工过程的线性和非线性稳定性,得到了各个施工阶段的稳定安全系数。分析结果表明,在钢管中混凝土已经灌注但是还没有形成强度的时候,整体稳定性最低;当混凝土刚度形成以后,整体稳定性最高;成桥以后,因为自重增加,稳定性略有降低;考虑非线性,尤其是材料非线性以后,稳定安全系数降低较大,因此,在施工过程的稳定性分析中应该考虑非线性的影响。     

朔准黄河桥极限承载力分析

研究目的:大跨度钢管混凝土拱桥以其特有的自重轻、强度大、抗变形能力强、施工方便和外形美观等优点,被大量地的用于桥梁结构中。本文以一座在建360 m钢管混凝土拱桥为例,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分别对该桥进行裸拱状态和考虑拱上建筑共同作用状态下的特征值屈曲稳定性分析、考虑几何和材料双重非线性的极限承载力分析,并对计算结果进行比较分析,给出拱桥极限桥承载力计算的一般性方法。研究结论:(1)考虑拱上结构的特征值屈曲分析结果最小值为13.477,裸拱的特征值屈曲分析结果最小值为6.673,均大于规范要求的4～5,拱肋截面满足面内和面外的稳定性要求;(2)拱桥极限承载力计算结果最小值为2.252,表明在双重非线性及结构初始缺陷的影响下,主力工况下,全桥结构的安全系数为2.252,满足考虑结构的非线性影响弹塑性稳定安全系数不得小于2的要求,结构设计合理;(3)拱上墩柱等拱上结构对全桥的计算刚度有较大的贡献,但对全桥的极限承载力影响较小;(4)特征值屈曲分析结果是非保守的计算结果,在实际结构设计过程中,必须考虑双重非线性及初始缺陷等对结构极限承载力的影响。     

钢管拱混凝土顶升浇注施工技术

结合工程实例,详尽的论述钢管拱混凝土顶升浇注的工艺特点、适用范围、工艺原理、施工工艺流程及操作要点,该技术在拱桥中使用率较高,也常被大跨径结构所采用,还可部分用于其他泵送混凝土施工。