大跨度铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑桥面系受力特性研究

传统铁路钢桁梁纵横梁桥面系的横梁面外受力显著,而改进的密肋横梁桥面系又会导致主桁下弦杆节间受力。针对大跨度铁路钢桁梁斜拉桥桥面系的受力与传力问题,以贵广铁路思贤窖特大桥为背景,研究带水平K撑新型桥面结构的受力特性。首先建立全桥杆系有限元模型,分析各种工况下桥面结构受力特性、变形特征,并与密肋横梁桥面系方案对比分析;然后,在其基础上研究带水平K撑桥面结构的传力机理;最后通过模型试验研究带水平K撑桥面结构的的受力特性。结果表明:K撑构件主要传递纵向力而极少传递竖向力及弯矩,能够降低节点横梁的面外弯矩并避免下弦杆节间弯矩;试验实测K撑构件应力较小,以受轴向应力为主,但因两端偏心连接而存在一定的弯矩应力。     

钢桁梁桥面系第一体系纵向力分配情况

为了考察钢桁梁桥面系第一体系纵向力的分配情况,为钢桁梁计算的简化提供可靠依据,任取钢桁梁的一个节间进行分析。将横梁的面外变形模型简化为一个含弹性支座的三跨连续梁(桥面系中含4片纵梁)或单跨梁(桥面系中含2片纵梁)。根据弦杆和桥面系纵梁、横梁的变形协调条件,假设钢桁梁弦杆各杆轴力之比与相应平面桁架弦杆各杆轴力之比相同,推出钢桁梁桥第一体系纵梁轴力与弦杆轴力之比值的公式,并通过一个算例说明了本文公式的可靠性。计算结果表明,纵梁上的轴力远较按刚度EA之比分配的值要小,下弦杆的轴力则远较上述比值要大;桥面系参与承担纵向力的程度,由端部节间向中部节间逐渐增大。     

思贤窖大桥四线铁路宽桁斜拉桥关键技术研究

研究目的:贵广铁路思贤窖特大桥主桥为(58.5+109.25+230+109.25+58.5)m四线铁路斜拉桥,为国内首座四线铁路采用两片主桁的大跨度宽桁斜拉桥。主梁采用两片主桁,桁宽24 m,主桁采用三角形桁式,桥面系采用带边纵梁和水平K撑的密横肋体系。本文对宽桁断面、桁式以桥面系构造和动力性能等关键技术进行了研究,为类似工程提供参考。研究结论:四线铁路宽桁斜拉桥,四线横梁跨度大,梁跨中、端部弯矩巨大,传递给主桁的面外弯矩较大。研究表明:无吊杆无竖向K撑横断面的三角形主桁桁式,有效地减小横梁跨度,同时每个下弦节点处的两根腹杆共同承受面外较大弯矩。带水平K撑和边纵梁的桥面系,通过改变力的传力途径,使主桁只受节点力,改善了横梁和主桁的受力。通过对宽桁断面、桁式以及对带边纵梁和水平K撑密横肋体系桥面系的创新性研究,成功地解决了四线铁路宽桁斜拉桥设计中的技术难题。     

高速铁路下承式钢桁梁桥面系形式比较研究

高速铁路钢桁梁不允许采用明桥面,铺设道砟轨道(或无砟轨道)桥面系有多种结构方案。以某高速铁路96m下承式简支钢桁梁为研究对象,建立了对不同桥面系形式进行分析计算的整体有限元模型,通过分析计算,得出其受力特点,并提出了推荐方案。研究表明:桥面系与主桁的共同作用很明显,故设计时须充分考虑其不利和有利两方面因素。对中小跨度钢桁梁建议采用不设断缝纵横梁混凝土板桥面系,而对于更大跨度的钢桁梁,建议使用密横梁钢板桥面体系。     

中俄同江铁路桥钢桁梁桥面系结构形式研究

研究目的:通常情况下,钢桁梁长度超过80 m时,桥面系应设置纵梁断缝,以减小桥面系参与结构主体的共同受力作用。同江黑龙江铁路特大桥中108 m钢桁梁桥面系采用纵横梁栓接先张法预应力混凝土套轨道床板的轻型桥面结构。为适应套轨道床板布置、提高轨道的平顺性及减少桥梁结构养护维修工作量,通过建立有限元模型进行对比分析,研究在该桥钢桁梁桥面系中设置连续纵梁的可行性。研究结论:(1)采用连续纵梁时,桥面系参与钢梁整体受力的作用增强,可缓解主桁特别是下弦杆的受力状态;(2)纵梁的轴拉力明显增加,从而引起横梁特别是端横梁的面外弯矩增大,水平挠度增大;(3)端节间撑架的设置,引起纵梁轴拉力小幅增加,但却大幅度减小横梁的面外弯矩及水平挠度,纵梁截面需适当增大,以适应其自身强度的需要;(4)按中、俄两国规范检算的结果表明,桥面系杆件受力满足两国规范要求,在本工程中设置连续纵梁可行;(5)本研究成果对桥面系设置连续纵梁的钢桁梁桥的设计具有一定的参考意义。     

桁梁正交异性整体钢桥面结构受力分析

以京沪高速铁路上一座拟建的五跨刚性梁柔性拱桥为工程背景,分析研究该桥钢桁架主梁采用的正交异性板整体桥面结构的受力情况。利用有限单元法,对桥面系部分构件的受力情况进行分析研究,并介绍带K撑的横断面结构形式对桥面各构件受力的影响。计算结果表明:该桥的整体桥面结构满足高速行车要求,桥面系各构件受力合理,带K撑的横断面结构形式改善了主桁竖杆的面外弯矩和桥面系构件的受力状态。     

空间薄壁结构应力测试与分析

研究目的:以焦柳线4 m×128 m连续钢桁梁桥荷载试验为依托,论述空间薄壁结构应力测试的理论和方法,在理论计算和试验数据的基础上,分析主桁杆件的受力性能、传力特点、应力状态以及次应力影响。研究结论:通过分析表明:钢桁梁桥的主桁杆件主要承受轴向力作用,受力性质与设计理论一致;桥梁的空间传力作用与杆件间的连接刚度、杆件的位置以及荷载的作用点有关,按杠杆原理简化计算2片主桁间的荷载分配是偏于安全的;按空间梁单元模型计算的下弦杆应力比平面模型计算应力小9.9%~16.4%,"桥检规"中按平面杆系模型计算统计的结构校验系数通常值仅具有参考意义;主力组合下各测试杆件的实际应力小于设计允许应力,并有一定的强度储备;杆件的次应力与节点板和杆件本身的刚度成正比。     

单线钢桁梁桥桥面系,主桁架相互作用问题研究

本文对全桥、横梁采用分步有限元离散计算方法，考虑桥面系、主桁架相互作用问题，研究了单线铁路钢桁梁桥纵、横梁的实际受力状态和设计者通常采用的简化计算方法存在的问题，对《铁路桥跨结构设计规范》（初稿）中有关纵、横梁的计算条文提出了建议。     

重载铁路大跨度钢桁梁桥面系选择及分析

为选择适合重载铁路大跨度钢桁梁的桥面系形式,Midas/Civil程序建立有限元空间模型,通过对山西中南部108 m双线下承式钢桁梁两种不同桥面系的理论计算分析和综合比较,得出大跨度钢桁梁桥面系选用密横梁钢桥面板体系,既回避了混凝土桥面板的裂缝控制难题,又减小了结构自重,节约了用钢量,还增加施工过程的安全性。     

纵梁(肋)高度对正交异性板钢桥面系受力影响分析

正交异性板各个构件的选用关系着钢桥面系的安全性及经济性,通过有限元分析软件,建立桥面系板单元模型,对正交异性板多横梁体系纵梁、纵肋高度变化时桥面系各部分受力分析,总结纵梁(肋)高度变化对桥面板、横梁以及横梁与纵梁(肋)相交处挖孔部位受力的影响趋势,得出结论:增加纵梁高度,纵梁自身正应力逐渐增大,U肋正应力逐渐减小;横梁U肋挖孔处主拉应力增大,横肋相应处主拉应力减小,但减小或增大的幅度较小。改变T形纵梁高度,对横梁整体受力及桥面板影响甚小,可忽略不计,T形纵梁的合理取值范围为横梁高度的0.35~0.4倍;U肋高度过大或者过小,桥面板应力的均匀性均不好,且主拉应力均较大。增大U肋高度,纵梁正应力逐渐减小,U肋自身应力并未成线性变化趋势,而是呈"锯齿"形变化趋势。改变U肋高度对桥面板应力影响均较小,可忽略不计,U肋的合理高度取值范围为240~280 mm。     

大跨度钢桁梁柔性拱桥明桥面无缝线路计算分析

以某在建大跨度钢桁梁柔性拱桥为研究对象,运用梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立桥上无缝线路计算模型,提出4种扣件铺设方案并分析其梁轨相互作用。结果表明:(1)对于明桥面无缝线路,桥梁温度跨度和扣件纵向阻力是影响无缝线路纵向力的决定性因素,大跨度钢桁梁柔性拱桥的纵梁体系对无缝线路纵向力的影响有限。(2)若不设置钢轨伸缩调节器,无缝线路钢轨强度检算不能满足规范要求。(3)应根据桥梁梁端最大伸缩位移,选择相应的梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器。     

杆端缩尺钢桁架桥梁结构静力计算与优化分析

以某下承式铁路钢桁架简支梁桥的单榀Warren桁架为研究对象,对杆端缩尺钢桁架桥梁结构及其端部缩尺压杆进行有限元分析和用钢量优化,重点研究杆端缩尺参数对杆件内力、截面应力、结构刚度、结构弹性稳定、压杆极限承载力、最小用钢量等的影响.结果表明:杆件截面高度缩尺是最理想的杆端缩尺方案;随着缩尺幅度的增大,桁架结构的杆件轴力变化很小,但杆端次弯矩和剪力显著减小,且结构竖向刚度和弹性稳定性有所降低.通过适当提高缩尺段的钢材强度等级,端部缩尺压杆的极限承载力将不低于未缩尺压杆,并可在满足结构强度、刚度及稳定性要求的前提下,进一步通过杆件截面优化,得到比未缩尺设计更小的结构用钢量.     

铁路钢箱梁正交异性桥面加劲肋疲劳性能研究

甬江特大桥是国内首座铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥。目前国内外大部分疲劳模型试验研究都仅针对单一纵肋形式下正交异性钢桥面板的疲劳特性,不同纵肋形式下的对比研究较少。因此,结合弗拉索夫薄壁杆件理论,提出了加劲肋疲劳敏感部位面内疲劳应力的解析公式,分析了解析公式各疲劳影响因素的影响程度及作用机理,并同有限元模拟及2U+2V模型测试结果进行对比分析。研究表明:解析公式结果同有限元模拟以及试验测试结果一致,其中V型加劲肋疲劳敏感部位疲劳应力小于U型加劲肋,模型试验中U型加劲肋疲劳敏感部位出现裂纹,因此,在铁路列车荷载作用下,V型加劲肋疲劳敏感部位比U型加劲肋具有更好的抗疲劳性能。     

高速铁路下承式钢桁结合桥研究

下承式钢桁结合桥跨度大、建筑高度低、刚度大、噪声小、施工快捷,在法国和日本高速铁路上已有应用,我国目前还没有一座这样的桥梁。本文通过有限元分析和模型试验,对下承式钢桁结合桥的结构体系、桥面系结合形式、有限元分析方法、节间长度及纵梁根数对桥面系受力状态的影响、混凝土板裂缝宽度控制等问题作了研究,认为因地制宜地选取下承式钢桁结合桥的合理结构形式用于我国高速铁路建设和既有线提速改造可收到较好的经济效益和社会效益。     

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1:3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究.结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面...     

基于轨道极限状态法的过渡板受力分析和配筋设计研究

京张高铁官厅水库特大桥为简支拱型大跨度钢桁梁桥,为防止梁端转角或错台量过大,降低梁端扣件系统受力,梁缝处设计采用了过渡板结构。为保证过渡板设计合理性和安全性,建立过渡板有限元实体模型进行受力分析,并首次运用轨道极限状态法对过渡板结构进行配筋设计。分析表明:(1)温度梯度作用对过渡板(420 mm厚)受力影响较大,在设计荷载中占据主导因素,在正温度梯度下,过渡板底部弯矩达到124.155 kN·m/m;(2)过渡板底部纵向弯矩在荷载基本组合作用下达到最大值,且实配配筋率最大,配筋时应注意以裂缝宽度为控制指标进行设计。     

某大跨度钢桥纵向约束体系锚固结构设计与优化

大跨度钢桥常采用弹性索体系作为大桥的纵向约束,其锚固结构的局部应力较大、传力路径复杂,设计中需要针对其进行专门的计算分析,以保证锚固结构的可靠性。对某大跨度异型拱桥的弹性索锚固结构建立有限元模型,计算分析了钢锚箱结构在最大索力作用下各板件的应力分布。计算结果表明,钢锚箱在最大索力作用下各板件的各项应力值均满足规范要求,结构处于弹性工作状态。同时,针对钢锚箱各板件的布置情况进行优化计算分析,得到合理的锚箱加劲板布置形式。     

吊钟岩特大桥劲性骨架拱桥转体施工控制技术

结合吊钟岩特大桥实际施工情况,对劲性钢骨架拱桥采用改进的平面转体合拢施工技术,再以骨架为支架进行拱上结构施工。大桥采用的平面转动轴心体系由平面转动轴心、内外保险腿和平面环形滑道组成。根据大桥实际结构,建立空间有限元模型,采用有限元分析软件ANSYS,按照桥梁结构实际施工加载顺序,进行结构应力和变形计算。在实际施工过程中,将大桥一定位置各阶段的应力和变形实际测量值与计算值对比分析,进行应力监控,使实际结构应力和变形均在合理控制范围内。实测值与计算值基本吻合,说明结构应力及变形在施工过程中得到了良好的控制。施工结果表明,平面转体施工技术对劲性骨架拱桥具有良好的适用性。     

简支下承式桁梁结合梁的模型试验

设计制作一个4节间下承式桁梁结合梁模型。分3个阶段10种荷载工况进行模型的力学性能试验,研究简支下承式钢桁结合梁桥的受力性能。结果表明:主桁的挠度和内力可以按平面桁架计算;桥面系中存在起控制作用的横梁,设计中应特别关注;纵梁主要受轴向拉伸和竖向弯曲作用,最大拉应力出现在每节间正中截面的下翼缘,内侧和外侧无多大区别;混凝土板的受力状态以竖向荷载作用下的弯曲为主;竖向偏载和水平偏载都不控制设计。     

简支梁桥上纵连板式轨道无缝道岔温度力研究

桥上纵连板式轨道借助底座板的纵连解决梁端转角对轨道结构的不利影响,通过设置滑动层来削弱梁轨相互作用,这种设计思想对桥上铺设无缝道岔具有积极的借鉴意义.基于梁轨相互作用原理和有限元方法,采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层,建立桥上纵连板式轨道无缝道岔纵向力计算模型,对多跨简支梁桥进行温度力计算,分析轨道板和底座板伸缩刚度变化、滑动层摩擦系数的影响.