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墩顶转体法施工的大跨度曲线钢桁梁桥总体设计及创新——以国道109新线高速公路安家庄特大桥主桥设计为例

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铁道标准设计 2024年第3期68卷 1-7,55页

作者：李艳明徐升桥彭岚平李辉中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055 中国中铁桥梁专业研发中心-桥梁标准设计分中心北京100055

国道109新线高速公路安家庄特大桥为全线的控制性工程,左右幅主桥分别位于半径1600 m和1500 m的圆曲线上,依次跨越丰沙铁路、永定河和现状109国道,桥梁施工安全、河道防洪和环保要求均较高。为解决上跨铁路需采用转体法施工以及桥墩阻... 详细信息

国道109新线高速公路安家庄特大桥为全线的控制性工程,左右幅主桥分别位于半径1600 m和1500 m的圆曲线上,依次跨越丰沙铁路、永定河和现状109国道,桥梁施工安全、河道防洪和环保要求均较高。为解决上跨铁路需采用转体法施工以及桥墩阻水比偏高的问题,创新提出了大跨度曲线钢桁梁桥墩顶转体法施工以及大直径厚壁钢管混凝土桥墩的设计方案,左右幅主桥分别采用(248.95+248.95)m钢桁斜拉桥和(171.95+171+75.25)m连续钢桁梁,转体长度分别为(248+248)m和(171+171)m,水中墩采用钢管混凝土桥墩。结合桥位处相关工程建设条件,对桥梁孔跨布置、桥式方案、水中墩结构的选择依据进行分析,简要介绍主桥上部结构、下部结构及基础、转体系统等主要设计内容。该桥突破钢桁梁不宜采用墩顶转体施工的技术瓶颈,扩大了连续钢桁梁桥和墩顶转体技术的使用范围;采用大直径厚壁钢管混凝土桥墩,有效降低了墩柱截面尺寸,拓宽了钢管混凝土结构的应用范围;大跨度曲线钢桁梁构造及受力特性较为复杂,采用BIM正向设计技术,实现了复杂结构信息和设计意图的精准表达,提高了设计效率。

关键词：高速公路公路桥曲线桥钢桁斜拉桥连续钢桁梁墩顶转体法钢管混凝土桥墩 BIM正向设计总体设计

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低真空环境下水泥砂浆干缩性能及机理研究

铁道科学与工程学报 2023年第7期20卷 2530-2538页

作者：陈月上官明辉龙广成徐升桥高策中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055

为掌握低真空环境对水泥基材料变形的影响规律,确保服役于类似环境下水泥基材料的性能稳定性,通过水泥砂浆干燥收缩试验,研究低真空干燥条件下掺不同矿物掺合料和外加剂水泥砂浆的干缩变形和水分散失的经时变化规律。结合热重分析、氮... 详细信息

为掌握低真空环境对水泥基材料变形的影响规律,确保服役于类似环境下水泥基材料的性能稳定性,通过水泥砂浆干燥收缩试验,研究低真空干燥条件下掺不同矿物掺合料和外加剂水泥砂浆的干缩变形和水分散失的经时变化规律。结合热重分析、氮气吸附测试方法,分析低真空环境对不同组成试件水化与微结构的影响及其机理。试验结果表明,相对于标准干燥试验条件,低真空环境显著增加了水泥砂浆的干缩变形和失水率,并导致收缩随处理时间的延长而缓慢增加。粉煤灰和减缩剂有利于降低低真空环境下砂浆的干缩变形,而掺硅灰、高吸水树脂则会增加此条件下试件的干缩变形。结合水泥净浆样品水化进程和微观结构分析结果可知,低真空环境对28 d龄期各试件水化程度造成不利影响,水泥水化产物减少,证实低真空环境导致了试件严重的水分蒸发。此外,在低真空条件下,与基准组相比,粉煤灰在砂浆中可继续发挥火山灰效应,促进水泥水化,掺入高吸水树脂的试件也表现出较高的水化程度。此外,在低真空暴露后,凝胶孔体积分数减少,而中孔体积(10~50 nm)及小于50 nm孔径增加,且各试件累积总孔体积显著增加。显著的水分散失和干缩变形是影响水泥基材料长期耐久性能及微结构变化的原因。

关键词：砂浆低真空环境干缩机理质量损失

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跨座式单轨钢混组合后浇带合理分析方法

铁道工程学报 2022年第2期39卷 79-84页

作者：周帅于鹏曾永平徐升桥聂建国中国建筑第五工程局有限公司长沙410004 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055 清华大学北京100084

研究目的:以全国首例跨座式单轨简支转连续梁桥为例,其负弯矩区后浇带为“混凝土梁上覆钢板”的断面形式,后浇带纵筋采用绑扎长度短于规范的“帮条钢筋”。上述构造明显有别于常规结构,为明确其受力性能,本文对多种相关的有限元模拟理... 详细信息

研究目的:以全国首例跨座式单轨简支转连续梁桥为例,其负弯矩区后浇带为“混凝土梁上覆钢板”的断面形式,后浇带纵筋采用绑扎长度短于规范的“帮条钢筋”。上述构造明显有别于常规结构,为明确其受力性能,本文对多种相关的有限元模拟理论开展不同参数下的比较,重点研究结构承载力和抗裂性能,并给出合理的分析方法。研究结论:(1)相比弥散裂缝和断裂力学模型,离散裂缝模型为钢混组合后浇带开裂模拟的最合理方法;(2)相比含钢筋的实体混凝土单元或钢筋采用桁架元但未设钢混界面的模型,在桁架元基础上增设植入式界面单元的模型为“帮条钢筋”模拟的最合理方法;(3)后浇带主筋应力随其直径增大而减小,但强度安全系数则先增大后减小,故直径并非越大越好;(4)采用本文的建模方法和裂缝公式,可直接指导该类结构的设计并减少建模分析工作量。

关键词：混凝土梁上覆钢板帮条钢筋离散裂缝植入式界面

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超大吨位转体斜拉桥墩梁构造关键技术研究

铁道标准设计 2022年第7期66卷 70-78页

作者：姚君芳徐升桥焦亚萌中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055

为了解决转体斜拉桥支座受力不确定性以及桥墩自重较大的问题,提出横向双排支座的低高度预应力横梁以及上转盘较薄的预应力空心墩优化设计方案。以乐凯大街跨保定南站转体斜拉桥为背景,采用通用有限元程序ANSYS建立横梁与主塔桥墩局部... 详细信息

为了解决转体斜拉桥支座受力不确定性以及桥墩自重较大的问题,提出横向双排支座的低高度预应力横梁以及上转盘较薄的预应力空心墩优化设计方案。以乐凯大街跨保定南站转体斜拉桥为背景,采用通用有限元程序ANSYS建立横梁与主塔桥墩局部分析模型,对横梁在运营阶段及施工阶段、对桥墩在转体及称重阶段受力状态作了详细分析。研究结果表明:横梁在运营阶段及各施工阶段顶底板应力满足规范要求,运营阶段表面有4 MPa主拉应力,设计中应在横梁表面加强普通钢筋配置。主塔桥墩采用两点协同称重方案可保证结构受力安全。横向双排支座的低高度预应力横梁及上转盘较薄的预应力空心墩在大跨度转体斜拉桥设计中具有良好的适用性。

关键词：斜拉桥转体法局部应力横梁称重桥墩

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大瑞铁路澜沧江大桥设计及关键技术研究

铁道标准设计 2023年

作者：任为东徐升桥魏宇金正凯中铁工程设计咨询集团有限公司

大瑞铁路澜沧江特大桥为双线铁路桥梁，大桥跨越澜沧江峡谷。结合桥位处的地质、地形及运输条件，经过方案比选，最终确定主桥结构为342m上承式混凝土提篮拱桥，拱肋箱形混凝土截面由钢管混凝土桁架作为劲性骨架。围绕大桥的设计和施工... 详细信息

大瑞铁路澜沧江特大桥为双线铁路桥梁，大桥跨越澜沧江峡谷。结合桥位处的地质、地形及运输条件，经过方案比选，最终确定主桥结构为342m上承式混凝土提篮拱桥，拱肋箱形混凝土截面由钢管混凝土桁架作为劲性骨架。围绕大桥的设计和施工技术开展一系列研究。采取梁-板单元模拟拱肋复合截面，对全桥进行静力、动力分析，确保全桥结构在列车活载、风荷载和地震荷载作用下受力安全；采取实体元建立拱肋内填外包钢管混凝土复合截面短柱模型，以全桥计算截面内力做外部荷载进行分级加载，最终确定拱肋拱顶复合截面受力安全系数为2.98，大于2.0。研发二次竖转的新型钢拱肋施工工艺，充分适应陡峭的地势，减少拱肋钢劲性骨架施工期间空中大悬臂状态时间。2022年7月22日，澜沧江大桥开通运营，围绕其开展的系列研究成果得以验证。研究成果中钢管混凝土参数体系与分析方法纳入《铁路桥梁钢管混凝土结构设计规范》；研发拱桥拱肋二次竖转施工新工艺，确保澜沧江大桥每岸质量2500t的拱肋钢劲性骨架通过二次竖转实现合拢，为后期拱肋混凝土及桥面系的施工奠定基础。

关键词：混凝土提篮拱桥钢管混凝土劲性骨架短柱模型二次竖转

高速铁路常用跨度32m预应力混凝土简支箱梁优化设计研究

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铁道标准设计 2023年第9期67卷 76-82页

作者：陈海涛邓运清徐升桥中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055

我国高速铁路桥梁以常用跨度32 m预应力混凝土简支梁桥为主,在充分吸收前期设计、工程实践和科研成果的基础上,对时速350 km和时速250 km系列的32 m跨度简支箱梁,从梁高、预应力体系、细部构造尺寸等方面进行优化设计研究。通过优化箱... 详细信息

我国高速铁路桥梁以常用跨度32 m预应力混凝土简支梁桥为主,在充分吸收前期设计、工程实践和科研成果的基础上,对时速350 km和时速250 km系列的32 m跨度简支箱梁,从梁高、预应力体系、细部构造尺寸等方面进行优化设计研究。通过优化箱梁结构尺寸、应用高强度预应力钢绞线和大吨位锚具等方法,减小了箱梁的腹板厚度,减少了梁体的材料用量和梁体质量,同时也简化了箱梁的施工工序;对优化前后的简支箱梁进行车桥耦合计算及对比,在德国低干扰谱下,梁高3.0 m满足1.2倍设计速度的检算要求,梁高2.8 m满足1.1倍设计速度的检算要求;对不同梁高箱梁在设计时速400 km高速铁路下的适应性进行分析,仅3.0 m梁高方案可满足1.1倍设计速度的检算要求;开展经济性对比研究,一孔32 m简支箱梁优化后造价减少5万元左右,减少7.17%~7.46%,梁高2.8 m的造价略低于梁高3.0 m的造价。

关键词：高速铁路铁路桥梁预应力混凝土简支箱梁优化设计预应力体系大吨位锚具动力性能经济性

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混凝土曲线箱梁顶推施工的两点限位新方法

铁道工程学报 2014年第5期31卷 53-58页

作者：徐升桥中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055

研究目的:由于工程场地条件的限制,大跨度曲线混凝土桥梁有时只能采用顶推施工方法,对于重250 000 kN、顶程达213 m、半径920 m的混凝土箱梁,其顶推过程中的中线轨迹和临时墩水平反力大小的控制是大吨位、长顶程曲线箱梁顶推设计和施工... 详细信息

研究目的:由于工程场地条件的限制,大跨度曲线混凝土桥梁有时只能采用顶推施工方法,对于重250 000 kN、顶程达213 m、半径920 m的混凝土箱梁,其顶推过程中的中线轨迹和临时墩水平反力大小的控制是大吨位、长顶程曲线箱梁顶推设计和施工必须解决的关键问题,本文意在找出解决这些问题的方法。研究结论:通过对北京市京新上地桥独塔单索面预应力混凝土曲线斜拉桥主梁顶推过程中受力和运动轨迹的研究,得出以下结论:(1)提出混凝土复杂曲线箱梁顶推施工新方法,该方法简化了滑道和限位装置的设计,解决了复杂曲线主梁顶推轨迹不易控制的难题;(2)两点限位的结构在水平面为静定体系,可以准确计算顶推过程各工况的水平限位力,临时墩水平反力大幅降低仅为顶推重量的1.2‰,为复杂曲线主梁顶推的施工安全提供了技术支撑;(3)两点限位方法适用于采用顶推法施工的公路、铁路和市政工程等大型复杂曲线预应力混凝土箱梁桥。

关键词：曲线箱梁混凝土顶推施工两点限位水平力动态纠偏

耐候钢-混凝土组合结构加劲梁悬索桥的技术创新

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铁道标准设计 2023年第7期67卷 1-6页

作者：徐升桥邹永伟金令高静青中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055

怀来县官厅水库特大桥是北京冬奥会的配套工程,全国首座采用免涂装耐候钢的组合结构加劲梁悬索桥,720 m主跨为我国北方地区最大跨度桥梁。采用钢-混组合结构作为悬索桥的加劲梁,可从根本上解决钢桥面板开裂、桥面铺装病害等问题,同时大... 详细信息

怀来县官厅水库特大桥是北京冬奥会的配套工程,全国首座采用免涂装耐候钢的组合结构加劲梁悬索桥,720 m主跨为我国北方地区最大跨度桥梁。采用钢-混组合结构作为悬索桥的加劲梁,可从根本上解决钢桥面板开裂、桥面铺装病害等问题,同时大幅降低运营维护费用;免涂装耐候钢,具有经济、环保的特点,但国内缺少大规模成功应用的工程范例,也没有免涂装耐候钢桥设计及施工标准。结合大桥建设的条件和要求,对大跨度悬索桥钢-混组合结构加劲梁、高性能耐候钢轧制及焊接、耐候钢桥梁锈层稳定化及制造架设等三大难题开展了技术研究。研究结果表明:钢-混组合梁采用密横梁结构,设置2道次纵梁作为下稳定板,外侧设置风嘴,颤振临界风速达到51.5 m/s,钢-混组合结构加劲梁与抗风措施对千米级悬索桥具有较好的疲劳受力性能和经济适用性;耐候桥梁钢采用“微合金化、热机械轧制”生产工艺,研制的配套焊材与焊接方法具有“耐候性、高韧性”特点,焊缝耐候指数大于6.2,实现了钢结构桥梁低碳建造、绿色环保;采用免涂装耐候钢,与“普通钢材+涂装”相比,全寿命周期成本降低约55%;耐候桥梁钢采用加速锈层稳定化工艺,以及钢-混组合结构加劲梁架设方法,满足了大跨度悬索桥建设与运营的要求。

关键词：悬索桥公路桥免涂装耐候钢钢-混组合梁抗风措施疲劳焊接锈层稳定化

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高强钢筋疲劳性能试验研究

铁道工程学报 2016年第11期33卷 69-74页

作者：徐升桥林辉中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055

研究目的：我国设计规范因缺少高强钢筋疲劳设计参数，给高强钢筋在铁路工程中的推广应用带来困难。为贯彻落实国家产业政策，充分发挥高强钢筋技术经济性能以及为标准修订提供技术支撑，开展铁路工程应用高强钢筋的试验研究。针对两种... 详细信息

研究目的：我国设计规范因缺少高强钢筋疲劳设计参数，给高强钢筋在铁路工程中的推广应用带来困难。为贯彻落实国家产业政策，充分发挥高强钢筋技术经济性能以及为标准修订提供技术支撑，开展铁路工程应用高强钢筋的试验研究。针对两种生产工艺（微合金化、细晶粒），两个强度级别（400MPa、500MPa），四种直径（16mm、20mm、25mm、32mm）的高强钢筋进行研究。系统进行高强钢筋母材及连接接头的疲劳性能试验，疲劳试验的截止循环次数为10^7次。研究结论：（1）采用动态标定措施后，母材、接头的对比试验均表明高频疲劳试验机与低频疲劳试验机试验结果无明显差异，高频疲劳试验机可用于高强钢筋的疲劳试验；（2）摸索出适用于不同强度级别高强钢筋母材和接头的夹持端处理方法，解决了钢筋疲劳试件在夹持端易于断裂的技术难题，避免了钢筋疲劳试件的定制，实现了钢筋试件的随机取样；（3）通过对大量试验数据的统计分析，提出了高强钢筋母材及闪光对焊、电弧焊、直螺纹三种连接接头的应力循环次数达10^7次的P—S—N曲线和疲劳抗力方程，填补了国内空白，为高强钢筋在我国的推广应用提供了依据；（4）根据10^7次高疲劳寿命区的特点，采用双对数双折线方法进行试验数据的分析处理，并综合考虑了置信度、保证率等因素，使P—S—N曲线适用于不同样本条件，较好地反映了高强钢筋疲劳试件的统计特征，为高强钢筋疲劳抗力试验成果的总结提供了理论依据；（5）提出的铁路工程混凝土结构高强钢筋设计规定，其高强钢筋疲劳承载能力计算方法综合考虑了应力比、直径、强度等级、疲劳损伤、疲劳构造细节类型的影响，且形式上为与国际主流规范接轨的应力幅计算公式，便于设计者使用；（6）该研究成果可广泛应用于我国混凝土结构设计中。

关键词：高强钢筋母材连接接头疲劳强度 p-S-N曲线