铁路高低塔斜拉桥受力特性研究

高低塔斜拉桥结构新颖，国内主要应用在公路斜拉桥中，一般在以下情况下采用：(1)在某些适宜的水文、地质、地形(包括水底地形)等条件下采用高低塔的型式往往可以获得合理而又经济的桥跨布局[1-2]；(2)从桥梁景观方面考虑，高低塔给人以错落多变的印象，克服千篇一律、呆滞的格局，使人有新颖感，富有景观的效果[3]。

结合铁路特点，铁路高低塔斜拉桥的选择有如下情况：(1)特殊地形限制：铁路桥在主跨跨越峡谷，且受地形限制一侧引桥即将入隧道导致边跨长度较短。(2)通航要求：为满足特殊通航要求，可能会出现一侧桥塔位于水中，一侧桥塔位于岸上的情况，水上施工费用较岸上施工费用高，从经济性出发，增加岸上工程量，减少水中工程量。(3)景观要求：当与既有桥梁并行时，特别是在城市区域内，有时为满足景观要求或为与周边区域环境协调[4-5]。

目前，高低塔斜拉桥体系在铁路桥梁上采用较少，相应的研究较少。本文为研究铁路高低塔斜拉桥的受力特性，以新建广州南沙港铁路西江特大桥的高低塔斜拉桥方案为工程背景，进行铁路高低塔斜拉桥受力特性及静、动力特性的研究。

1 工程概况

新建广州南沙港铁路西江特大桥位于西江与古镇水道的分流口处跨越西江，紧邻在建的广中江高速西江特大桥，下游为水源保护区，铁路桥位于河道弯道内侧。根据通航安全要求，大里程侧需要一跨上岸，主桥主跨达600 m，与公路400 m主跨并行布置，若铁路桥采用等高塔斜拉桥，立面景观上与公路桥协调性较差，如图1(a)所示，因此，采用高低塔斜拉桥的结构形式，使公路桥桥塔及索面投影在铁路桥索面之内，如图1(b)所示，以达到区域景观环境的协调统一，同时也最大程度地减小了对水源保护区的影响。

图1 等高塔与高低塔的立面景观效果对比

主桥采用(57.5+172.5+600+107.5+3×60)m钢箱混合双主梁高低塔斜拉桥方案。岸上采用混凝土主梁，水中部分采用钢箱主梁。低塔采用H型桥塔，桥塔顺桥向在中横梁处变为双肢单箱单室截面，桥面以上塔高119 m，桥面以下塔高41 m。高塔同样采用H型桥塔，桥塔顺桥向在上横梁处变为双肢单箱单室截面，桥面以上塔高234 m，桥面以下塔高33 m。拉索为双索面布置，斜拉索规格为PES7-127～PES7-301型拉索。主梁约束方式：① 边墩及辅助墩设置竖向及横向约束支座；② 低塔设置固定支座，高塔设置竖向支座，两桥塔均设置横向抗风支座；③ 高塔设置黏滞阻尼器，满足温度作用下自由伸缩，减小地震响应及减小制动力作用下纵向位移的要求。桥式布置如图2所示。

利用角色动画表现这样一种引领式的交互方式将设计理念中重要的部分呈现出来，当进入到室内环境中，角色的任务也就此完成，从而让用户成为唯一的角色。

图2 全桥结构布置图(单位：m)

主桥钢主梁采用Q345qD钢材；斜拉索采用强度等级为1 770 MPa的φ7 mm镀锌平行钢丝成品索；边跨混凝土主梁采用C60混凝土；主塔采用C50混凝土；承台采用C50混凝土。本桥材料主要物理特性见表1。

表1 本桥材料主要物理特性

材料弹性模量E/GPa热膨胀系数/(10-5 ℃-1)C5035.51.0C6036.51.0Q345qD210.01.2镀锌高强钢丝205.01.2

该桥梁技术标准如下。

铁路等级：Ⅰ级。

正线数目：双线。

在全面深化改革时期，随着法治进程的加速，执政党依法执政意识逐渐强化，人民的法治观念基本得以确立，宪法适应性有所增强，但在宪法适应性机制与实践方面仍存在不足之处。

轨道型式：货运线，有砟轨道。

注：按水稻价格（2.8 元 /公斤）、肥料中化（23∶10∶15）价格 3700 元 /吨、中化（21∶15∶16）2980 元 /吨计算。化肥片生产力=产量/化肥纯量

正线线间距：4.0 m。

速度目标值：120 km·h-1。

地震基本烈度：场地地震基本烈度为Ⅶ度，基本地震动峰值加速度0.1g。

职业技能是指在职业环境中人所需的技术和能力。学生是否具备良好的职业技能也是能否顺利就业的前提，随着建筑业施工新技术、新材料、新工艺和新设备不断出现,对一线操作人员的职业技能要求不断提高，为此充分调动学生学习职业技能的积极性，帮助学生提高职业技能就显得尤为重要。

2 有限元分析模型

研究分析采用Midas/Civil有限元程序进行空间分析，主塔、主梁、纵横梁采用梁单元，斜拉索采用索单元，承台采用梁单元，基础采用6自由度弹性约束模拟。主桥三维模型如图3所示，整体结构共计1 886个节点，梁单元2 809个，索单元192个。

计算荷载组合如下：

(1)主力组合：恒载+活载；

(2)主力+附加力组合：主力+纵向附加力(制动力、风力、温度力)、主力+横向附加力(风力、温度力)。

除每年大量现场演出之外，巴尔迪还致力于钢琴唱片的录制。他曾录制《格里格钢琴及室内乐作品全集》《拉赫玛尼诺夫钢琴协奏曲全集》《舒曼钢琴作品全集》等大型录音合辑，以及《普朗克歌曲改编曲》《“李斯特读后感”》等单张专辑。目前，他正在录制《胡梅尔钢琴奏鸣曲全集》，其中前两张业已问世。

专家指出，开设“单元教学课”符合学生的认知规律。人类学习的一般规律为：先进行“前建构”，再到局部的深入研究，然后形成整体认识，最后通过反思形成“后建构”。这种课型关注学生核心素养的形成与关键学科能力的培养，把隐藏在显性数学知识背后的隐性知识挖掘、抽取出来。譬如，“分式”单元教学课要着力解决好三个核心问题：为什么要学习分式？学习分式的哪些内容？我们如何学习分式内容？

图3 空间三维有限元分析模型

3 高低塔斜拉桥受力特性

3.1 等效跨度

定义高、低塔的等效跨度LEQ-H和LEQ-L分别为活载作用下高、低塔至主梁最大下挠变形点A距离的2倍；高低塔斜拉桥的等效跨度L等效=max(LEQ-H，LEQ-L)。高低塔斜拉桥的等效跨度L等效是衡量其构造及受力是否合理的关键参数，L等效越接近中跨长度L，梁体受弯曲效应越小、索力也越均匀。

术后7d观察组在对照组治疗基础上，加予通窍鼻炎颗粒（成都迪康药业有限公司生产，批准文号：国药准字 Z10980073，规格：2g×9 袋），2g/次，口服，3次/d，持续治疗2个月。

图4为本桥的等效跨度分析结果。结果表明，本桥最大下挠变形点位于中跨L/2和高低塔拉索分界点B之间，本桥最大下挠点位于高塔侧RM27号斜拉索处，LEQ-H=2×334=668(m)，LEQ-L=2×266=532(m),因此L等效=668 m。本桥等效跨度L等效接近于中跨长度L，因此，本高低塔斜拉桥结构体系合理。

图4 高低塔斜拉桥等效跨度结果(单位：m)

3.2 边跨设置合验

高低塔斜拉桥在结构布置和受力上均是不对称的，高低塔斜拉桥边中跨比例应以等效跨度为基准进行设置，若按常规斜拉桥设置，将导致低塔侧边中跨比值偏小，高塔侧边中跨比值偏大。

由于本桥小里程受到通航及道路影响，边跨需与紧邻公路桥对孔布置，小里程侧边跨采用57.5+172.5=230 (m)布孔，边跨跨度与低塔等效跨度比值为230/532=0.432。大里程边跨在满足高塔斜拉索布置的前提下，尽量缩短边跨长度，以使边跨与高塔等效跨度比例适中，大里程侧边跨采用107.5+60+60+60=287.5(m)布孔，边跨与高塔等效跨度比值为287.5/668=0.430。对于混合梁斜拉桥来说边中跨适宜比例为0.35～0.45[6-8]，因此，本桥边中跨比例是合适的。

图5 高低塔斜拉桥边跨布置图(单位：m)

3.3 桥塔刚度对最大下挠点的影响

为分析桥塔刚度对最大下挠点的影响，以主梁活载最大下挠点位置及最大下挠值为研究对象，开展以下4个桥塔刚度工况的对比分析。

(1)原设计；

(2)方案1：高塔刚度增加2.5倍，低塔刚度不变；

(3)方案2：高塔刚度增大10倍，低塔刚度不变；

(4)方案3：低塔刚度增大10倍，高塔刚度不变。

计算结果见表2。

表2 不同桥塔刚度下主梁最大下挠度及下挠点位置

工况主梁最大下挠度/m最大下挠点位置原设计1.085RM26方案1 0.985RM26方案2 0.816RM27方案3 1.005RM25

研究结果表明：高低塔的最大下挠点位置基本由结构体系决定，即由高塔与低塔的斜拉索布置范围所决定，而桥塔刚度变化基本不会改变最大下挠点位置；一侧桥塔刚度增加，最大下挠点将产生向另一侧桥塔移动的趋势；高塔刚度增加将使其刚度与低塔刚度接近，增加高塔刚度使结构下挠减小相比增加低塔刚度更加明显，合理的高低塔刚度匹配是高低塔斜拉桥的关键参数之一。

3.4 斜拉索刚度对最大下挠点的影响

为分析斜拉索刚度对最大下挠点的影响，以主梁活载最大下挠点位置及最大下挠值为研究对象，开展以下4个斜拉索刚度工况的对比分析。

(1)原设计；

(2)方案1：低塔最外侧4根索的编束由475根降到409根；

(3)方案2：高塔最外侧4根索的编束由313根增到337根；

(4)方案3：高塔最外侧4根索的编束由337根增到367根。

综上所述，在电气工程的进一步技术优化与发展下，电气安装工程在建筑工程中的作用愈发突出，社会对建筑电气安装工程的要求也在不断发生改变，建筑电气安装工程只有严格安装规定要求进行相应质量控制与管理，才能促使建筑电气安装工程的质量得到保障。对此，有效加强建筑电气安装工程的质量控制与管理水平，不仅利于保障建筑电气安装工程的整体质量，发挥建筑电气工程的良好功能性作用，且其对于满足建筑电气安装工程的使用需求也具有较多有利之处。

计算结果见表3。

表3 不同斜拉索刚度下主梁最大下挠度及下挠点位置

工况主梁最大下挠度/m最大下挠点位置原设计1.085RM26方案11.089RM26方案21.086RM26方案31.084RM26

研究结果表明，斜拉索刚度变化基本不会改变主梁最大下挠点位置，斜拉索刚度对主梁最大下挠点影响不明显。由于低塔侧斜拉索较高塔侧斜拉索长度要短，接近高塔侧斜拉索长度的1/2，同等规格下低塔侧斜拉索刚度为高塔侧斜拉索刚度的2倍，并且由于结构体系影响，低塔侧斜拉索承担的活载比例较大，斜拉索活载索力及应力幅较大。因此，合理的斜拉索规格也是高低塔斜拉桥的关键参数之一。

3.5 主要静力计算结果

利用有限元程序进行全桥空间分析，得到的主桥主要静力结果见表4和表5，其中，表5中拉应力为正值，压应力为负值。

表4 主要刚度计算结果

梁体竖向位移/mm梁端竖向转角/‰塔顶水平位移/m小里程侧大里程侧高塔低塔1 0620.8230.6020.3280.277

表5 主要应力计算结果 MPa

结构主力组合下应力(主+附)组合下应力计算值容许值计算值容许值斜拉索 637.0708.0钢主梁 170.0191.2196.0229.0混凝土主梁-16.8-20.0-17.2-22.0低塔 -15.2-16.8-16.8-20.2高塔 -16.2-16.8-17.9-20.2

计算结果表明，活载挠跨比=1.062/600=1/565<1/500，梁端竖向转角均小于2‰，结构应力均在容许范围之内。因此，主桥的刚度指标及强度指标均满足TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》的要求。

稳定分析表明，最大悬臂阶段稳定系数为5.25，大于4，模态为高塔横桥向弯曲失稳；运营状态下的全桥稳定系数为5.32，大于4，模态为高塔横桥向弯曲带动主梁纵飘失稳。因此，满足JTG/T D65-01—2007《公路斜拉桥设计细则》关于结构稳定性安全系数大于4的要求。

4 车桥动力响应

利用所建桥梁的动力分析模型，进行桥梁自振特性分析。表6列出了西江特大桥主桥前10阶的自振特性分析结果。

表6 西江特大桥主桥自振特性

阶次自振频率/Hz自振周期/s振型10.1835.464桥塔横弯20.2174.609梁体1阶横弯30.2633.802梁体、桥塔横弯40.3133.195桥塔横弯50.3342.994梁体1阶竖弯70.4952.020梁体2阶竖弯80.5041.984梁体2阶横弯90.6281.592梁体竖弯100.6631.508梁体横弯

参照其他线路桥梁动力特性仿真分析中相关内容[9-10]，车桥动力分析中列车类型、编组及速度等级选取如下。

采用陇川县农村居民点质心数据为基础，测算区域平均最临近指数(ANN)以判定其分布类型；做空间核密度估计(KDE)，将农村居民点空间分布状况进行可视化表达，揭示其数量分布空间差异，并以农村居民点斑块面积为属性进行空间“热点”探测(Getis-Ord Gi*)，探测农村居民点规模在空间的高低值聚集特征；最后运用Fragstats 4.0软件，选用数个景观指数，从自然环境、社会经济两方面选取6个影响因素测算各分级区域内景观指数差异，揭示各影响因素对农村居民点数量分布、规模特征及形状的影响程度。

(1)由C70型货车组成的货物列车。列车编组为10节重车+10节空车+10节重车+10节空车，共40节；速度等级取80，100和120 km·h-1；轨道不平顺采用美国五级谱生成的轨道不平顺数据。

1.1 一般资料 入选2016 年以前从医院经规范化治疗的冠心病患者并转至广西壮族自治区民族医院秀湖社区、相思湖社区居家治疗的冠心病患病人群共87例。基本情况如下：年龄53～85岁，男性78例(89.66%) ，女性9例(10.34%) ，体重超重39例(44.83%)，吸烟人数19例(21.84%)，高血脂患者44例(50.57%)，高血压患者78例(89.66%)，糖尿病患者28例(32.18%)，有冠心病家族史31例(35.63%)。

(2)SS8型机车牵引的旅客列车。列车编组为1节SS8型机车+17节25K客车，共18节；速度等级取80，100，120和140 km·h-1；轨道不平顺采用美国五级谱生成的轨道不平顺数据。

西江特大桥主梁跨中位移及加速度响应见表7。

2.掩护部队行动。海上民兵运用海上民船、漂浮物、岛礁、烟雾、复杂气象、海况等作掩护，将民船与部队合编，采取形体掩护、噪音覆盖、民船佯动等方法，掩护小型作战舰艇、潜艇航行，使敌人的侦观通系统难以发现，提高战斗舰艇作战的隐蔽性、突然性、精确性，保障部队对敌实施隐蔽突然的打击。

表7 西江特大桥振动性能

列车类型横向竖向最大位移/mm最大加速度/(m·s-2)最大位移/mm最大加速度/(m·s-2)旅客列车1.2000.053130.7700.641货物列车2.1830.065259.9800.442

桥梁动力响应限值：桥梁竖向振动加速度限值为0.35g(半幅、有砟轨道)；桥梁横向振动加速度限值为0.14g(半幅)。

1.加强对养殖户圈舍修建的技术指导，力争实现冬暖夏凉，空气流通顺畅，降低养殖户的隐性成本。同时也是降低粪污处理成本的重要环节。

结果表明：西江特大桥跨中典型断面的最大动力响应小于规范规定的限值，桥梁动力性能良好。

西江特大桥主桥在旅客列车以速度80～140 km·h-1、货物列车以速度80～120 km·h-1通过时，机车与车辆的脱轨系数≤0.8、轮重减载率≤0.6，安全性指标均在限值以内；说明列车运行的安全性得到保障。

西江特大桥主桥在旅客列车以速度80～140 km·h-1通过时，车辆横向舒适性仅在车速140 km·h-1时达到“良”，竖向客车舒适性指标在车速80～140 km·h-1范围内为“优”。在C70货车以速度80～120 km·h-1通过时，车辆的竖向和横向运行平稳性均达到“优”。

5 结 论

(1)高低塔斜拉桥在结构布置和受力上均是不对称的，高低塔斜拉桥边中跨比例应以等效跨度为基准进行设置。

(2)桥塔刚度变化基本不会改变最大下挠点的位置；一侧桥塔刚度增加，最大下挠点将产生向另一侧桥塔移动的趋势；增加高塔刚度使结构下挠减小相比增加低塔刚度更加明显；合理的高低塔刚度匹配是高低塔斜拉桥的关键参数之一。

1.3.2 不良反应评价 患者的不良反应包括放疗引起的不良反应和化疗引起的不良反应，放疗引起的不良反应主要包括骨髓抑制（白细胞、血小板减少等）、患者皮肤黏膜改变和胃肠道反应等；化疗引起的不良反应主要包括骨髓抑制（白细胞、血小板减少）、消化道反应（如恶心、呕吐、腹泻、口腔溃疡等）、毛发脱落、血尿、免疫功能减低，容易并发细菌或真菌感染等。分析对比两组患者的不良反应发生情况。

(3)斜拉索刚度变化基本不会改变最大下挠点的位置，并且对结构刚度影响不明显；低塔侧斜拉索承担的活载比例较大，斜拉索活载索力及应力幅较大；合理的斜拉索规格是高低塔斜拉桥的关键参数之一。

(4)铁路高低塔斜拉桥静、动力受力合理可靠，技术可行，在特殊建设条件下具有较高的应用价值。

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