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城市轨道交通桥梁在承受较大活载的同时,还需兼顾安全、耐久、美观等因素.连续梁桥属静不定体系,属轨道交通常见桥梁类型.设计前需充分理解设计边界条件,深入掌握连续梁桥结构受力特点,了解规范相关要求,并在此基础上准备大量的基础数据,相应计算结果还应结合相关轨道交通规范进行合理选择.文章选用工程项目中已完成的设计实例进行计算结果分析,对轨道交通连续梁桥设计中的孔跨布置及线型处理、横断面梁高及挠跨比、桥面布置及横向荷载分布、索力布置及次内力、施工方法对设计影响等问题进行了系统梳理.
轨道交通连续梁结构强度预拱度
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为进一步提高钢-混组合梁桥在桥梁建设中的竞争力,提出密梁式型钢组合梁这一新结构形式.然而,目前对于这种新型组合梁的力学性能尚缺乏系统性研究.鉴于此,文章依据跨径30 m的实桥设计尺寸,制作15 m长的足尺模型,并进行静载试验.试验涵盖4片梁试验模型的跨中偏载工况和2片梁试验模型的跨中正载工况.试验中测试组合梁跨中截面荷载-位移曲线、全截面应变分布,同时记录试验模型桥面板裂缝分布和破坏过程.研究表明:试验模型的受力阶段分为弹性段、塑性段和下降段,结构延性较好,破坏后不致突然垮塌;结合4片梁与2片梁试验模型的破坏过程,密梁式型钢组合梁的全过程受力行为特征表现为钢梁底板首先受拉屈服,再是桥面板混凝土压溃,随后钢梁顶板局部屈曲,最后腹板出现鼓突变形;腹板鼓突变形出现在荷载-位移曲线的下降段,说明其稳定问题不是极限承载力的控制因素;根据4片梁试验模型的4#梁上拱变形和桥面板裂缝分布特征,可看出组合桥面板有效发挥横向传力作用;为便于在工程设计中计算,提出了波形桥面板的简化截面构造,简化前后组合梁的结构刚度、特征荷载、中和轴位置等关键力学指标偏差均小于5％;基于简化截面构造和全截面应变分布特征,提出组合梁极限抗弯承载力计算方法.
桥梁工程抗弯承载力试验研究钢-混组合梁数值分析
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为探究重车荷载下大跨度碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)索斜拉桥的车桥耦合振动特性,基于车桥耦合振动理论,选取桥面不平度、车重、车速及车辆偏载距离为敏感参数,对比分析 CFRP 索斜拉桥与传统钢索桥的动力响应及冲击系数敏感性.结果表明:桥面不平度是2 类桥梁动力响应的主导因素,而车速影响则呈现共振敏感特征;CFRP 索斜拉桥的冲击系数随车重增加呈非线性递减趋势,随路面等级降低而显著增大,车辆偏载距离对宽幅桥面跨中截面影响较小.CFRP 索斜拉桥冲击系数普遍高于《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)中基于桥梁基频确定的计算值,表明仅依靠基频确定冲击系数的方法未能充分考虑多因素耦合效应,在重载及复杂路况下偏于不安全.2 类桥梁冲击系数的构件类型敏感性排序呈反向特征:CFRP 索斜拉桥为 CFRP 索>桥塔>主梁,钢索桥为主梁>桥塔>钢索,反映了材料特性对桥梁振动敏感构件的主导影响.2 类桥梁主梁冲击系数的敏感性核心差异体现在车重与车速的排序反转:CFRP 索斜拉桥为桥面不平度>车速>车辆偏载距离>车重,钢索桥为桥面不平度>车重>车速>车辆偏载距离;2 类桥梁拉索冲击系数的敏感性排序与主梁一致,CFRP 索对车速的敏感性显著高于钢索,而对车重的敏感性较低,但两者均对桥面不平度最为敏感.
CFRP索斜拉桥钢索车桥耦合动力响应冲击系数参数分析
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茅塘桥是一座拥有 600 余年历史的城墙砖砌筑板拱桥.受历史战事影响,该桥第 4 孔炸毁缺失,且桥梁本体与防洪堤连为一体.此次改造严格遵循不改变结构总体外观及受力模式的核心原则.施工前期,临时开挖防洪堤坝,为桥梁加固提供作业空间;桥梁主体结构改造方案采用主拱圈拱背增大截面、拱上填料替换为轻质泡沫混凝土、桥面铺设采用钢筋混凝土板等结构补强措施;同时,采用原制式城墙砖复原损毁的第 4 孔,并配套实施栏杆更换、文物外立面修复等工作.桥梁加固恢复后,进行堤坝分层回填及加固.该工程实现了堤坝防洪加固、桥梁结构补强、文物原状保护三重需求,使三者协同统一.
砖砌拱桥堤坝开挖文物保护改造设计
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以某市环城高架桥维修工程为案例,探讨温拌沥青混合料在桥面铺装养护中的应用.针对原桥面车辙、裂缝等病害及城市施工交通压力大的限制,采用WMA⁃13C型温拌沥青混合料,通过表面活性剂类温拌技术将施工温度较热拌沥青降低30～40℃.室内配合比设计确定了最佳油石比为5.2％.现场施工严格控制拌和、运输、摊铺、碾压及接缝处理等关键工序.工程检测结果表明:压实度平均值达98.6％,平整度最大偏差1.05 mm,渗水系数平均值45 mL/min,层间抗拉强度0.45 MPa;在经济效益方面,每吨混合料节约成本约45元,总造价降低约15％,同时极大地缩短了封闭时间.
温拌沥青混合料桥梁路面WMA-13C维修配合比
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[目的]为探究钢桥面板横隔板弧形切口处母材疲劳裂纹的萌生与扩展机制,建立全寿命评估框架,提出一种多尺度耦合分析方法,旨在揭示裂纹萌生与扩展的力学机制并建立疲劳寿命预测模型.[方法]针对传统方法难以量化裂纹萌生阶段随机性问题,基于循环内聚力模型和改进 Voronoi 图法,构建考虑微观晶粒随机分布及各向异性特征的裂纹萌生模型,并联合 ABAQUS-FRANC3D 数值模拟方法,实现从微裂纹萌生到宏观裂纹扩展的全阶段仿真.分析初始缺陷形状比与荷载幅值对长裂纹扩展速率的影响,并基于广义等效结构应力建立 S-N 曲线,提出以 1 倍板厚为临界长度的疲劳寿命评估准则,为钢桥面板弧形切口疲劳设计提供理论依据.[结果]研究结果表明,弧形切口处裂纹萌生阶段以沿晶断裂为主,裂纹萌生至临界深度 0.5 mm 时,因晶粒分布的随机性萌生寿命呈现离散性,但扩展方向大致与水平方向呈 18°夹角;初始缺陷几何形态对裂纹扩展速率具有非线性调控作用,细长型缺陷显著加速深度方向扩展,当荷载从 1 MPa 增至 3 MPa 时,裂纹扩展至 10 mm,寿命降低 27.16 倍.[结论]通过模拟数据并基于横隔板 1 倍板厚临界条件拟合弧形切口 S-N 曲线,贴近文献试验数据,获得的 S-N 曲线可以用于预测弧形切口疲劳寿命.
钢桥面板弧形切口多尺度仿真循环内聚力模型裂纹扩展广义等效结构应力S-N曲线
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针对独柱墩曲线梁桥在大件运输车辆作用下易发生横向倾覆的问题,为评估车辆横向位置对桥梁抗倾覆稳定性的影响,并提出可行的安全提升措施,该文以某(20+2×30+20)m预应力混凝土连续箱梁独柱墩匝道桥为工程背景,采用Midas Civil建立三维梁格有限元模型,模拟装载99 t、长29.4 m的装配式箱梁的大件运输车列(牵引车+前后液压轴线车)以5 km/h匀速通过桥面的运输过程.基于时程分析,分别考虑车辆外侧、居中、内侧行驶3种典型工况,获取支座反力、桥梁稳定效应、失稳效应,分析了3种横向位置的结构响应.结果表明:大件运输车辆经过独柱墩曲线梁桥时,独柱墩纵向两侧支座是抗倾覆验算的关键部位,外侧行驶为最不利工况,但该项目中车辆作用全过程的最小横向抗倾覆稳定系数仍大于2.5,满足安全要求;车辆外侧、居中、内侧行驶3种典型工况中,居中行驶对结构的倾覆影响最小.建议大件运输车辆采取居中行驶方案,研究成果可为类似桥梁编制大件运输专项通行方案与加固设计提供参考.
大件运输独柱墩曲线梁桥抗倾覆稳定性有限元分析支座反力
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文中基于桥梁铺装层典型裂缝病害的成因分析,结合其破坏形态与形成机制,系统对比了传统钢筋混凝土材料的力学性能与耐久性局限,提出采用玄武岩纤维复合筋作为增强材料以改善铺装层的抗裂性能与使用寿命.通过开展公路桥梁铺装层中玄武岩纤维复合筋与普通钢筋的对比性能试验,分析其在重复荷载与环境耦合作用下的力学行为演变规律,进一步揭示铺装层内部筋网的应力分布特征与传力机制,有利于桥面铺装层的设计与维护.
玄武岩复合筋钢筋公路桥梁铺装层
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随着高铁建设规模的不断增大,面临的地形、地质、环境条件也越来越复杂,一条高铁线路既有双线预制箱梁架设又有单线预制箱梁架设的情况.现有的架梁作业需要架桥机在单线架设及双线架设时原地调头180°,传统方法是通过拆卸整个架桥机重新组拼的办法实现其调头作业,不仅费时费力费钱,严重影响施工效率,而且在桥面上拆卸会增加事故的风险;同时运梁车引导架桥机梁场内调头需要场地空间较大,致使梁场建设成本过高.鉴于此,文中研发了一种安全可靠且单双线模式下均可使用的架桥机调头装置,合理地解决了空间布局及接口问题,并结合有限元分析使结构满足各项使用要求.
架桥机驮架单双线架梁原地调头装置有限元设计
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为确定斜向预应力桥面铺装的合理结构设计参数,本文以典型公路箱梁桥桥面铺装为研究对象,结合实体工程建立有限元模型,采用控制变量法系统分析预应力筋布设角度、间距及铺装层厚度对铺装结构受力特性的影响规律,最终得出最优参数组合:预应力筋布设角度40°～45°、间距50～60 cm、铺装层厚度12～14 cm.该参数组合能够协同保障铺装抗裂耐久性能与主梁结构受力安全,可应用于同类公路桥梁铺装设计与改造工程,也可为斜向预应力铺装体系标准化参数选用提供技术支撑.
斜向预应力桥面铺装结构设计参数受力性能
