Concrete-Filled Steel Tube Arch Bridges in China

In the past 20 years, great progress has been achieved in China in the construction of concrete-filled steel tube (CFST) arch bridges and concrete arch bridges with a CFST skeleton. The span of these bridges has been increasing rapidly, which is rare in the history of bridge development. The large-scale construction of expressways and high-speed railways demands the development of long-span arch bridges, and advances in design and construction techniques have made it possible to construct such bridges. In the present study, the current status, development, and major innovative technologies of CFST arch bridges and concrete arch bridges with a CFST skeleton in China are elaborated. This paper covers the key construction technologies of CFST arch bridges, such as the design, manufacture, and installation of steel tube arch trusses, the preparation and pouring of in-tube concrete, and the construction of the world’s longest CFST arch bridge—the First Hejiang Yangtze River Bridge. The main construction technologies of reinforced concrete arch bridges are also presented, which include cable-stayed fastening-hanging cantilever assembly, adjusting the load by means of stay cables, surrounding the concrete for arch rib pouring, and so forth. In addition, the construction of two CFST skeleton concrete arch bridges—the Guangxi Yongning Yong River Bridge and the Yunnan–Guangxi Railway Nanpan River Bridge—is discussed. CFST arch bridges in China have already gained a world-leading position; with the continuous innovation of key technologies, China will become the new leader in promoting the development of arch bridges.     

武汉天兴洲公铁两用长江大桥关键技术研究

天兴洲公铁两用长江大桥是北京至广州客运专线在武汉跨越长江的重要桥梁,其主桥为主跨504m的双塔三索面三主桁斜拉桥,铁路、公路分上下两层布置。重点介绍武汉天兴洲公铁两用长江大桥结构体系、主桁结构、基础选型和施工等关键技术及研究成果。     

不同主梁竖曲线下大跨度斜拉桥的车桥耦合振动分析

由于混凝土收缩徐变、材料特性及施工荷载与设计值有差异等各方面因素的影响 ,大跨度桥梁在成桥状态下主梁的实际竖曲线往往与设计理论竖曲线不一致 ,这可能给通车后的行车安全性与舒适性带来影响。本文运用文献[1]提出的车桥耦合振动分析理论与方法 ,针对京沪高速铁路南京长江大桥主跨 84 160 4 88 4 88 160 84m三塔斜拉桥方案 ,采用空间杆系单元建立桥梁有限元模型 ,分析了 4种不同主梁竖曲线下ICE高速列车通过桥梁时的车桥耦合振动响应 ,讨论了不同主梁竖曲线对车桥动力响应的影响 ,得到一些有益的结论。     

南京长江二桥南汊桥地震反应的主动控制及AMD系统参数设计

基于模态空间法对结构运动方程进行降阶,运用经典最优控制理论,提出了采用主动质量阻尼系统AMD对大跨度斜拉桥地震反应进行主动控制的方法。以南京长江二桥南汊桥为例,对其在EL-Centro波和人工地震波作用下桥梁横向地震反应的AMD控制进行了仿真计算,分析了控制模态数目和使用的作动器数目;同时,对AMD系统的参数进行设计,分析了不同质量块质量和弹簧刚度对优化目标函数和作动器最大出力的影响,推荐出适合南京长江二桥南汊桥的AMD系统基本参数。     

大跨度钢拱桥结构极限承载力分析

随着拱桥跨径的不断增大,拱桥的极限承载力问题已引起了人们的广泛重视。回顾了三种分析大跨度拱桥极限承载力方法,然后,以上海在建的主跨550m的中承式钢拱桥为例,运用大型有限元分析软件ANSYS详细分析了该桥的极限承载力。计算结果表明,只有采用综合考虑结构几何和材料非线性的方法才能准确评估出结构的极限承载力。最后,探讨了不同荷载分布方式对结构极限承载力的影响。     

铁路大跨连续刚构桥动力性能研究

使用桥梁动力分析程序BDAP,对遂渝铁路主跨128m的薛家坝涪江特大桥进行车桥耦合动力仿真分析,得到桥梁及列车的动力响应。为检验桥跨结构的实际动力性能,进行全桥动力试验,测试其自振特性以及列车以不同速度通过桥跨时桥跨结构的动力响应。将试验结果与车桥耦合振动分析结果进行了比较,二者基本相符。结果表明,该桥具有良好的竖向刚度、横向刚度和结构强度,列车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用,而列车行车具有良好的安全性与舒适度。     

京沪高速铁路南京长江大桥列车走行性分析

运用桥梁结构动力学与车辆动力学的研究方法,将车桥作为联合动力体系,建立了高速列车与大跨度斜拉桥的车桥耦合动力分析模型。以京沪高速铁路南京长江大桥3塔斜拉桥方案为例,分析了大跨度斜拉桥在ICE高速列车作用下的车桥动力响应特点;同时,基于合理的列车走行性评价指标,对高速列车通过大跨度斜拉桥时的走行安全性与舒适性进行了详细分析,初步探讨了大跨度斜拉桥用于高速铁路的可行性。     

Introduction to steel pylon hoisting of Taizhou Yangtze Bridge

Taizhou Yangtze River Bridge is the first three-pylon two-span suspension bridge in the world. The middle pylon adopts deep water caisson foundation. The superstructure of the middle pylon employs herringbone shape along the bridge, and portal shape in the transverse direction for the first time in China. In this paper, the basic construction procedure, equipment, construction steps, the key construction technologies and methods of steel pylon are introduced.     

循环荷载作用下钢桥面铺装疲劳损伤失效行为研究

针对钢桥面铺装工程中普遍采用的改性沥青(Stone Matrix Asphalt,SMA)、浇筑式沥青(Guss asphalt,GA)、环氧沥青(Epoxy asphalt,EP)混合料双层铺装结构,进行了循环车载作用下钢桥面与沥青混凝土铺装疲劳损伤特性理论分析与试验研究。基于疲劳损伤度,研究了钢桥面铺装疲劳损伤失效行为和疲劳开裂过程中损伤场、应力和应变场动态演变机制,推导出疲劳失效时的损伤场、应力和应变场计算表达式,并给出钢桥面铺装疲劳寿命理论公式。以三座钢箱梁桥桥面铺装(润扬长江大桥2005,南京长江三桥2005,苏通大桥2008)为例,对不同铺装结构组合方案下的复合梁进行疲劳试验分析和使用寿命理论预测。实例研究结果表明,钢桥面铺装疲劳损伤失效行为预估模型合理可行;相较于改性沥青、浇筑式沥青,环氧沥青混合料具有较强高的强度低变形能力,更适合于大跨径钢桥面铺装抗疲劳的设计要求;由环氧沥青混合料组合而成的“双层环氧沥青混凝土”和“浇注式沥青混凝土(下层)+环氧沥青混凝土(上层)”的抗疲劳性能优于其它沥青混合料铺装结构组合方案,同等厚度组合情况下疲劳使用寿命可延长1倍~2倍以上;“双层环氧沥青混凝土”已应用于润扬长江大桥、南京长江三桥和苏通长江大桥钢桥面工程,并已成功运行10年以上,其跟踪观测结果良好。     

撞击荷载作用下高速铁路桥梁的动力响应及列车运行安全分析

建立了“列车-桥梁-撞击荷载”系统动力分析模型,通过在松花江大桥进行的现场试验,得到了流冰撞击力时程,施加到桥墩上作为系统的激励。编制了分析程序,以高速铁路5×32m预应力混凝土简支单线箱梁桥为算例,通过计算机模拟,对流冰撞击作用下桥梁结构的动力响应及桥上高速列车的运行安全问题进行了研究。分析了在有流冰、无流冰撞击作用两种情况下,桥梁结构关键部位的位移和加速度响应,以及桥上高速运行列车的车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标。计算结果表明:流冰撞击作用对桥梁结构以及高速列车的动力特性具有较大的影响,撞击作用使桥梁和车辆的动力响应大幅度增大。当流冰撞击荷载峰值达到4000kN时,车辆减载率已经超过了0.6的限值。撞击荷载作为一项特殊的作用力,在高速铁路桥梁的动力设计中应予以重视。     

跨长江黄河的高速铁路大跨度桥梁

建设中的京沪高速铁路和京广客运专线铁路,跨长江、黄河的4座大跨度桥梁都采用了钢桁梁结构,且均为多线铁路桥或公铁两用大桥,承载能力大、列车运行速度高。诸多新材料、新结构、新工艺获得运用。     

以疲劳评估为目标的大跨钢箱梁桥车桥耦合动力分析方法

以润扬长江公路大桥北汊斜拉桥为工程背景,基于有限元软件ANSYS和数值计算软件MATLAB研究了以疲劳评估为目标的大跨钢箱梁桥车桥耦合动力分析方法中的一系列技术问题,包括以疲劳分析为目标的车桥耦合振动模型的建模方法和动应力分析方法、基于车桥耦合动应力的桥梁疲劳状态评估方法、不同桥梁应力分析方法的比较,以及路面不平度对桥梁疲劳状态的影响。研究结果表明,以疲劳评估为目标的桥梁车桥耦合动力分析方法能够有效地应用于大跨钢箱梁桥的疲劳状态评估,满足结构局部疲劳损伤累积仿真计算的需要。通过分别对不同应力计算方法下以及不同路面不平度下的桥梁动应力响应的对比分析,表明车辆载荷对桥梁作用的影响是局部的,对局部的桥梁疲劳累积有显著影响,在桥梁疲劳状态评估中采用车桥耦合动力分析方法能得到更为准确的结果。     

两座大型斜拉桥索塔锚固区模型试验及对比研究

简要介绍了两座大型斜拉桥（南京长江第二大桥南汊桥和润扬长江公路大桥北汊桥）索塔锚固区的节段足尺模型试验，研究了索塔锚固区的抗裂安全系数和极限承载力；同时，还对索塔锚固区预应力索的合理布置形式、索塔节段模型对索塔整体的仿真效果等进行了研究，对于斜拉桥索塔设计具有理论指导意义和实用价值。     

基于车-桥耦合振动的铁路钢管混凝土系杆拱桥冲击系数研究

为合理评估铁路钢管混凝土(concrete-filled-steel-tubular,CFST)系杆拱桥在移动列车荷载下的冲击系数,以我国高速铁路客运专线某计算跨径为136 m的钢管混凝土系杆拱桥为例,基于车-桥耦合振动的分析方法,建立了考虑桥梁桩-土效应的列车-桥梁动力相互作用模型,基于概率统计学假设检验方法,分析了2种车重、30组轨道不平顺、126种行车速度组合工况下系杆拱桥系梁、吊杆、拱肋的冲击系数。结果表明,系杆拱桥主要受力构件的冲击系数存在差异,其中拱肋的冲击系数最大,系梁的冲击系数次之,吊杆最小。冲击系数的概率分布服从极值I型,在95%的保证率下,算例系杆拱桥的系梁、吊杆和拱肋冲击系数分别约为1.05,1.04和1.08,均大于现有规范的取值。在进行大跨度高速铁路系杆拱桥设计时,应考虑对冲击系数进行必要的放大,以利于桥梁安全。     

苏通大桥5800t钢吊箱整体沉放技术

苏通大桥是我国在长江河口地区建设的世界首座跨径超千米的斜拉桥,主塔基础位于深水潮汐急流河段,采用钻孔灌注桩群桩基础,是规模最大的群桩基础。对于深水急流条件下的群桩基础,为承台提供施工条件的钢吊箱的高精度施工是一个关键难题。从沉放方案选择、结构方案设计、制作和安装、整体沉放工艺、同步性控制及定位等方面阐述了苏通大桥主塔基础5 800 t钢吊箱的整体沉放技术与工艺。其中,将钻孔桩施工平台与钢吊箱底板结合的结构方案和钢吊箱整体沉放工艺、同步性控制和定位技术具有明显的创新性。     

既有铁路钢桁梁桥基准有限元模型建立与验证

为了评估既有铁路钢桁梁桥的工作状态和使用安全，需要建立能够精确模拟结构目前状态的有限元模型。以南京长江大桥为例，根据灵敏度的物理意义，从简单实用的角度出发，充分利用现有的大型有限元分析程序，以结构设计参数为修改参数，以结构自振频率为目标函数对初始结构有限元模型进行修正，最后以结构主要杆件应力时程响应为验证参数建立了能够表征该桥目前状态有限元基准模型，为大桥的状态和疲劳寿命评估提供了科学基础。     

300km/h高速铁路PC槽型梁动力试验研究

介绍北方交通大学与比利时鲁汶大学、布鲁塞尔自由大学、比利时铁路公司合作,在巴黎至布鲁塞尔之间高速铁路线上的Antoing大桥进行的二次高速铁路桥梁动力试验。试验桥梁由跨度50m的多跨预应力混凝土简支槽型梁构成,试验中列车速度达265-310km/h。通过现场试验和实验结果分析,得到了桥梁的频率、振型、阻尼等自振特性,以及桥梁在高速列车作用下的动挠度、梁和桥墩的横向和竖向加速度、橡胶支座的相对位移、梁体的动应变等动力响应特性。试验经验和测试结果对于充实高速铁路桥梁动力分析理论、改进数值分析模型、验证计算结果、提高高速铁路桥梁的动力设计水平、保证行车安全,具有重要的意义。     

深水钢围堰基坑水下爆破设计与施工

田家坪舞水河特大桥是新建长沙至昆明铁路客运专线湖南段的重点项目,主桥采用大跨度连续箱梁结构,7#主墩桩基、承台采用圆形双壁钢围堰施工,为将双壁钢围堰下沉就位,需进行基坑水下爆破施工。对该基坑进行了水下爆破设计与施工。实践证明,该水下爆破设计合理、施工方便,可为类似工程提供借鉴和参考。     

深水钢围堰基坑水下爆破设计与施工

田家坪舞水河特大桥是新建长沙至昆明铁路客运专线湖南段的重点项目,主桥采用大跨度连续箱梁结构,7#主墩桩基、承台采用圆形双壁钢围堰施工,为将双壁钢围堰下沉就位,需进行基坑水下爆破施工。对该基坑进行了水下爆破设计与施工。实践证明,该水下爆破设计合理、施工方便,可为类似工程提供借鉴和参考。