渝贵铁路夜郎河大桥主桥设计

渝贵铁路夜郎河大桥主桥采用一跨370m上承式钢筋混凝土提篮拱桥。主拱圈采用提篮式箱形断面拱圈,由劲性钢管混凝土骨架外包C55混凝土构成。主拱圈劲性骨架上、下弦杆采用钢管混凝土构件。拱上立柱采用钢筋混凝土结构,箱形截面,横向两立柱之间设置钢K撑。拱上主梁采用(4×38+3×38+4×38)m钢-混结合梁,连续体系。拱座基础采用倾斜式独桩结构。为使结构性能最优,对结构主要参数进行比选,最终将矢跨比取为1/4.431、悬链线拱轴系数取为5.0、拱脚横向中心距取为33m。采用有限元软件对该桥的静、动力性能进行分析,结果表明各项指标均满足规范要求。该桥采用劲性骨架法施工,劲性骨架采用节段缆索吊装+斜拉扣挂的方式进行拼装。     

钢管混凝土拱梁组合桥整体架设施工受力性能分析

针对钢管混凝土拱梁组合桥在整体架设过程中,钢系梁稳定性差、混凝土系梁需配置较多预应力钢束的缺点,提出采用钢管劲性骨架系梁的整体架设施工方法。为研究钢管劲性骨架系梁在施工过程中对拱梁组合桥各主要构件的内力分配影响效果,以某公路下承式钢管混凝土拱梁组合桥为背景,采用MIDAS Civil和Abaqus软件分别建立实际桥梁的整体杆系有限元模型和拱脚结点实体有限元模型,对施工阶段各主要构件进行受力性能分析。结果表明:通过分批张拉钢管劲性骨架中的系杆,可以减小各施工阶段钢管劲性骨架的钢管应力;钢管劲性骨架可以有效分担施工过程中的拱肋应力,使拱肋和钢管劲性骨架受力均匀;拱脚结点以纵向受压为主;拱肋受力均匀,稳定计算满足要求;靠近拱脚的吊杆应力稍大于跨中的吊杆应力,吊杆应力满足要求。     

钢管混凝土桁式拱桥稳定承载力的参数分析

利用高效高精度线弹性迭代方法,分析了几何和材料参数对钢管混凝土桁式拱桥稳定承载力的影响规律。首先,结合钢管混凝土构件齐次广义屈服函数和弹性模量调整策略,建立了钢管混凝土结构稳定承载力分析的线弹性迭代方法;进而通过与桁式拱模型试验结果对比,验证了线弹性迭代方法的准确性和高效性;最后利用线弹性迭代方法探讨了矢跨比、钢管和混凝土强度、含钢率、弦杆和腹杆刚度比等参数对拱稳定承载力的影响。研究结果表明:建立的线弹性迭代方法能够准确高效地预测钢管混凝土桁式拱稳定承载力,矢跨比、钢管强度、含钢率和弦杆与腹杆刚度比对稳定承载力影响较大,对混凝土强度影响较小,建议矢跨比范围为0.20～0.25,钢管强度和含钢率选择需要考虑经济性,弦杆与腹杆的刚度需要匹配使用。     

大跨径钢管混凝土劲性骨架拱肋施工阶段受力与稳定分析

向莆铁路尤溪大桥为一座上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥,拱肋结构刚度大,跨越能力强,但拱肋结构的形成过程体系多变,受力复杂,为了研究该桥施工过程中钢管混凝土劲性骨架拱肋的内力和稳定性,建立了空间有限元分析模型,模拟施工过程中钢管混凝土截面和钢筋混凝土箱形截面的形成过程。根据计算结果可知,弦杆钢管内灌注混凝土的顺序对弦杆应力影响不大,拱肋外包混凝土分层浇筑方案对混凝土的应力有较大影响,该桥三环浇筑方案外包混凝土没有出现拉应力,实际施工中应确保每一层混凝土浇筑过程中的各段混凝土的浇筑同时进行,尽可能达到实际施工与计算模型两者吻合。施工过程中钢管骨架最大悬臂阶段及钢管骨架合龙灌注混凝土后的稳定系数均大于4,满足规范要求。     

波形钢腹板——双管弦杆——混凝土板连续梁桥试设计

提出由混凝土顶板(CS)、哑铃形钢管混凝土(CFST)下弦通过波形钢腹板(CSW)连接组成的新型组合梁结构(简称CSW-CFST-CS-组合梁),可减轻结构自重,同时消除腹杆与下弦杆间连接形成的节点,有助于提高结构承载力.该文以四川干海子大桥为对象,进行波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板连续梁桥试设计研究,其承载能力极限状态与施工阶段的受力计算结果表明:试设计桥梁能满足设计要求,新型结构用波形钢腹板代替钢管腹杆,具备一定的应用前景.     

装配式空心钢管混凝土拱桥可行性研究

为减小大跨度钢管混凝土拱桥自重,提高大跨度钢管混凝土拱桥的施工便利性,提出使用预制空心钢管混凝土构件代替实心钢管混凝土构件作为大跨度钢管混凝土拱桥拱肋的新思想。该文采用有限元分析方法对某特大桥进行了试设计研究,建立空心钢管混凝土拱桥模型和实心钢管混凝土拱桥模型,在不同工况组合条件下,对两者拱肋内力、挠度进行了分析比较,使用现有规范的计算公式进行承载力验算。结果显示:空心钢管混凝土方案与原实心钢管混凝土方案相比,拱肋各杆轴力有明显减少,不同杆件、不同主拱圈截面弯矩有减少亦有增加,不同方案对挠度的影响不大,空心钢管混凝土构件均满足承载力要求。分析结果表明空心钢管混凝土代替钢管混凝土的新思想具有可行性,可以减小大跨度拱桥整体自重,减少混凝土用量,降低拱肋上、下弦杆轴力,在提高大跨度拱桥整体力学性能和经济性方面具有一定优势。     

大跨度钢管混凝土桁拱桥拱脚外包段受力分析与优化设计

为研究大跨度钢管混凝土拱桥拱脚结构的复杂构造和受力问题,该文以一座主跨为280 m钢管混凝土桁拱桥为背景,采用Midas/FEA建立基于拱脚和桥面板与钢横梁详细组合单元的全桥模型,详细计算了外包混凝土拱脚结构各构件在恒载和最不利车道荷载作用下的应力响应规律,分析了外包混凝土对拱脚各构件的受力影响。进一步对比分析了加大拱脚钢管混凝土构件直径和加厚拱脚外包钢管壁厚两种优化方案对无外包混凝土拱脚各构件的受力影响规律。计算结果表明:①外包混凝土可有效减小拱脚各构件的应力;②对于无外包混凝土拱脚结构,拱脚下弦杆是控制设计的关键;③增加钢管混凝土拱脚上下弦杆的管径和外包钢管壁厚均可有效减小无外包混凝土拱脚下弦杆的应力;④考虑施工效率和成本,实际工程中建议采用增加钢管壁厚的无外包混凝土拱脚设计方案。     

郑万铁路大宁河大桥设计关键技术

郑万铁路大宁河大桥主桥采用一跨282 m的中承式钢筋混凝土拱桥。主拱拱脚采用新型大直径斜桩+竖桩基础,能更好地与地形地质匹配,结构更经济、更环保;主拱圈采用2个平行单箱单室拱肋,由劲性钢管混凝土骨架外包C55无收缩混凝土构成,拱圈劲性骨架采用钢管混凝土桁架拱结构,通过外包混凝土特殊分层分段方案改善拱圈各构件的内力;主梁采用钢-混连续结合梁,双纵肋形截面;桥面由预制混凝土板和现浇混凝土层两部分组成,既可以省去桥面现浇层的模板,又能加强主梁的整体性;吊杆采用?7 mm平行钢丝成品索;在拱肋横梁支座处设置专门研发的钢棒式阻尼器,在正常使用及地震作用下对结构进行适度约束。采用有限元法对全桥及各结构进行受力分析,结果表明:全桥满足安全及舒适性要求;主拱桩顶及承台应力分布较复杂,与普通群桩基础有很大不同;拱圈强度及裂缝宽度满足规范要求;拱圈外包混凝土、劲性骨架钢管及管内混凝土的承载能力均得到充分发挥。     

大跨径上承式劲性骨架箱型拱桥施工技术

劲性骨架拱桥施工顺序为加工骨架、吊装合拢、灌注管内混凝土、外包混凝土。现以玻璃沟大桥为对象,介绍大跨径钢管混凝土劲性骨架拱肋的拼装、吊装、灌注混凝土、外包混凝土施工要点。     

菱形断面钢管混凝土拱肋创新设计

安徽芜湖市弋江路袁泽桥主桥为中承式钢管混凝土复合拱桥,采用4根钢管组合的菱形断面钢管混凝土拱肋,设计中通过钢管之间增设横联杆、腹板和腹板加劲肋有效解决了拱肋的自身稳定问题,实现了菱形断面钢管混凝土拱肋在拱桥总体受力中的功能。     

渝黔铁路夜郎河大桥主桥设计关键技术

渝黔铁路夜郎河大桥主桥采用一跨370m的上承式钢筋混凝土拱桥。拱脚采用等截面实心超大桩径倾斜桩基础(截面长22.502 m、宽16.388 m),工程量及边坡开挖量小且施工安全、环保。主拱圈采用2个单箱单室拱肋相交组成的X形拱圈,极大地提高了桥梁的横向刚度,主拱圈外包混凝土分层(可减少对劲性骨架的强度要求)分段(可增加工作面)浇筑。钢管混凝土劲性骨架采用由通长钢管组成的桁架拱,钢管内灌注泵送混凝土,采用扣挂法节段拼装施工;通过扣索调整上、下弦钢管中的应力,管内混凝土替代了部分钢材。桥面系采用每孔跨径38m的钢-混连续结合梁,采用大节段吊装拼装钢梁、现场分段浇筑桥面混凝土的施工方案。     

广安官盛渠江大桥设计

广安官盛渠江大桥主桥跨度320 m，是已建成的世界最大跨度中下承式钢筋混凝土肋拱桥[1]。大桥主拱肋采用等宽变高度梯形截面构造、箱形截面横撑构造，结构稳定、轻盈，兼顾了受力及景观；主拱采用超高强钢管混凝土强劲骨架外包混凝土成拱，骨架主弦钢管内首次灌注C100超高强混凝土，骨架腹杆采用空心钢管替代传统型钢腹杆，解决了传统骨架强度弱、稳定性差的技术难题；拱肋混凝土分两环成拱，大大节省了工期，提高了施工安全性。该桥技术新颖，为300 m及以上级别的钢筋混凝土肋拱桥建造提供了新的思路。     

大跨度CFST劲性骨架拱桥外包混凝土浇筑施工研究

为使钢管混凝土劲性骨架拱桥的拱圈在成桥后受力更加均匀,基于传统的先拱脚后拱顶和先拱顶后拱脚的外包混凝土浇筑施工方法,提出了一种新的先拱脚、后拱顶、最后于四分跨处合龙的外包混凝土施工方法。以在建的叙古高速公路磨刀溪大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥为研究对象,借助大型空间有限元计算程序,对比分析了传统方法与该文提出的施工方法的差异,并基于施工过程中采集的应力和挠度的监测数据,研究了该文方法的有效性。结果表明:该文提出的施工方法浇筑顺序合理,相比传统方法具有较为明显的优势;理论分析数据与实测结果变化趋势基本一致,而且吻合较好;施工过程中结构稳定性始终在可控范围之内,并具有较高的安全储备。     

180m跨有平衡重平转钢筋混凝土拱桥施工

四川省巴中市化湖一号桥是一座净跨180.0 m的上承式钢筋混凝土箱形拱桥。主拱圈成拱工艺按"拱桥有平衡重平转施工"设计,转出的半跨桥体为带混凝土底板的小直径钢管混凝土劲性骨架。介绍了该桥的两岸基础施工,磨心、磨盖施工,上转盘、背墙施工,劲性骨架的加工制作和组装,主拱圈施工,拱上建筑施工等施工技术和工艺。目前该桥运营状况良好,达到了预期目的。     

支管缺陷对钢管混凝土空间相贯节点承载能力影响

为确定支管设置切割孔和混凝土亏空的钢管混凝土空间相贯节点的承载力和破坏模式,以某上承式钢管混凝土劲性骨架拱桥为背景,针对其拱肋钢管混凝土空间KK形相贯节点,采用Abaqus软件建立有限元模型,分析带切割孔和混凝土亏空的节点的承载力和破坏模式,并研究切割孔参数对节点承载力的影响。结果表明:支管壁设置切割孔会导致钢管混凝土空间节点的承载力降低,破坏模式由支管屈服变为支管局部屈曲;钢管混凝土空间节点的承载力随切割孔直径的增大而降低,切割孔位置对承载力的影响较小;支管内混凝土亏空会导致钢管混凝土空间节点的承载力降低,破坏模式由支管屈服变为主管壁冲剪破坏。     

800m级钢-UHPC组合桁式拱桥概念设计与可行性研究

提出了一种特大跨径钢-UHPC组合桁式拱桥新体系。新体系拱桥用UHPC箱型拱肋承受巨大的轴力,采用钢腹杆钢横联规避开裂的风险;相比传统混凝土拱桥,新体系拱桥自重大幅度降低;相比钢拱桥,其不存在厚板焊接困难的问题;采用斜拉扣挂分多次悬臂合龙施工法,扣索只需承受单次合龙的主拱自重并多次循环利用,施工临时措施费用大大降低,因而具有良好的经济性。通过对跨径800m的钢-UHPC组合桁式拱桥的试设计,结果表明:主拱分3次合龙时,斜拉扣挂只需承担36%的主拱自重,拱肋最大压应力为64.9 MPa,无拉应力,各施工阶段的稳定性、应力、刚度等均满足要求。平均每平米桥面主拱圈材料用量指标为:钢材380kg,UHPC 0.61m3,自重2.03t。对比研究表明新型钢-UHPC组合桁式拱桥具有显著的技术经济优势,可适用于500~1 000m级跨径的拱桥。     

夜郎湖特大桥设计与施工

夜郎湖特大桥是贵州省织金至普定高速公路上的一座控制性桥梁工程,主跨采用210m上承式钢筋混凝土拱,是目前中国国内高速公路上采用悬臂浇筑施工工艺最大跨径的混凝土拱桥,是一座具有创新性设计和施工工艺的大桥。主拱圈采用单箱单室截面,跨中24.65m采用悬臂浇筑与劲性骨架外包混凝土组合的施工工艺。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架拱桥设计

为避免或缓解拱肋钢管与混凝土界面的脱粘或脱空,对钢管混凝土拱桥中的拱肋和节点受力性能的不利影响,提出在钢管混凝土拱肋中设置PBL纵肋,形成一种新型的PBL加劲型钢管混凝土拱桥形式。结合青海省西宁市采用"PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架拱桥"结构形式的某在建桥梁,首先从下层拱肋、桁架-拱组合体系两个层面对该桥进行受力分析;根据主桥结构的受力特点,采用有限元数值模拟方法,分别建立腹杆受力较大的节点的局部精细化有限元模型、典型拱肋节段模型,研究节点的局部受力情况、太阳辐射下拱肋钢管与混凝土的界面受力性能。研究表明:梁肋在靠近拱顶附近时的轴向压力最大,此后其轴力迅速变小;拱顶处的拱肋轴向压力最小,此后迅速增大,并在拱脚处达到最大;腹杆作为梁肋与拱肋之间的传力构件,将整个结构连接成整体,使整个桁架结构共同受力;靠近拱顶、且腹杆受力较大的节点受力较为复杂。设置PBL纵肋能明显减小节点的传力长度、缓解节点的应力集中和变形程度,从而改善节点的受力性能;能明显缓解太阳辐射作用下钢管与混凝土的脱粘和脱空,从而保证拱肋的运营安全;该桥不仅满足使用功能的要求,与环境协调、造型美观,且受力较为合理,整体应力水平不高,满足安全的要求。     

钢管混凝土节点承载力计算方法

钢管混凝土桁式结构广泛应用于桥梁工程中。为探明钢管混凝土节点的破坏机理,得到其承载力计算方法,系统汇总了国内外报道的圆形和矩形钢管混凝土节点试验数据,并根据节点形状和支管受力形式,分为139个受压节点、16个受拉节点和38个K型节点,分析主管内填混凝土对节点构造、破坏模式和承载力的改善,提出钢管混凝土节点设计流程和承载力计算方法。研究结果表明:在满足节点构造和焊接要求前提下,主管表面钢板层状撕裂破坏、焊缝破坏和受拉支管背面主管顶板局部屈曲破坏可以有效避免。对于受压节点,空钢管节点可能发生主管侧壁屈曲或表面屈服线破坏,而主管内填混凝土后,其破坏模式变为横向局部承压破坏,承载力平均提高8.3倍,不需要进行受压节点验算;对于受拉节点,管内混凝土能提高节点受拉刚度,破坏模式趋于主管表面冲剪破坏;对于K型节点,承载力以受拉支管控制,主要发生主管表面冲剪破坏,其强度与支管有效宽度破坏相当,即实现节点和钢管杆件等强设计,此外,考虑主管混凝土抗剪贡献后,主管抗剪承载力提高1.1~1.3倍;提出了钢管混凝土节点设计流程,并给出其节点承载力计算方法,圆形和矩形钢管混凝土节点均以受拉支管控制,需进行主管表面冲剪破坏和支管有效宽度破坏验算,同时,矩形钢管混凝土节点还需进行主管间隙处剪切破坏验算。     

钢管腹杆-混凝土K形组合节点试验及仿真分析

为研究钢桁腹-混凝土组合梁中钢管腹杆与混凝土弦杆K形组合节点的传剪机理,开展K形节点区抗剪试验及节点区键销钢筋、连接螺栓的直剪试验,得到K形节点区的破坏形态,并通过试验提出的钢筋及螺栓直剪的多折线荷载~位移本构模型,进行K形节点区的精细化三维非线性仿真分析。研究结果表明,K形节点区的竖向剪力来自于相邻节间弦杆的轴力差,键销钢筋及连接螺栓的直剪破坏是节点区受剪失效的主要原因,其抗剪承载力主要由键销钢筋及连接螺栓提供;所建立的K形节点区非线性仿真模型能够较好地反映节点区的破坏形态,极限承载力及荷载~位移曲线与试验结果吻合良好。