多层大跨度桁框结构体系及优化设计-山东建筑大学学报

工程建设2023/08CHINA RAILWAY 跨营运铁路双层公路钢桁腹-板桁组合桥施工方案设计陈健（中国铁路广州局集团有限公司 计划统计部，广东 广州 510088）摘要：以某上跨营运铁路2×85 m 双层公路连续钢桁腹-板桁组合桥为背景，针对混凝土与钢结构施工先后顺序提出3种主梁施工方案：方案一为先浇筑混凝土，再拼装钢结构；方案二为先拼装全部钢结构，再浇筑混凝土；方案三为先拼装钢主桁，再浇筑混凝土，最后安装钢桥面板。

通过建立有限元模型，对比分析3种方案在施工及运营阶段结构的受力性能，并对其转体施工安全性及临近既有线防护进行设计分析。

结果表明：（1）方案一受力性能最优，但3种方案混凝土及钢结构应力均能满足规范要求，且应力水平差别较小；（2）综合考虑施工难易程度、施工风险、施工经济性、对铁路运营安全影响等因素，本桥采用方案二施工；（3）转体施工选用竖向承载力2.9万t 级球铰，转体过程中结构的强度、刚度及稳定性均满足要求；（4）本桥采用的地基加固处理、防倾覆措施等一系列设计，确保临近既有线施工的安全性，可为后续此类临近既有线双层转体桥施工提供参考。

关键词：营运铁路；双层公路桥；桥梁施工；转体法；稳定性；钢桁梁中图分类号：U448.14；U445.465 文献标识码：A 文章编号：1001-683X （2023）08-0015-09DOI ：10.19549/j.issn.1001-683x.2023.03.29.0010 引言随着我国铁路与城市交通的不断发展，城市道路与铁路交叉日益增多［1-3］。

当有多个距离相近的通道同时上跨既有铁路时，为节省土地资源、节约投资、降低对运营期既有铁路安全影响，通常考虑采用共线双层桥方案跨越［4-6］。

双层公路钢桁腹-板桁组合桥可以很好地解决前述问题，是一种新型组合桥［7-8］。

双层公路钢桁腹-板桁组合桥上层桥面采用正交异性钢桥面板，由纵肋（梁）、横肋（梁）及其加劲的钢桥作者简介：陈健（1973—），男，高级工程师。

钢框建筑模板体系的力学分析及优化设计
钢框建筑模板体系作为一种先进的建筑施工技术，具有高效、节能、环保等特点，被广泛应用于建筑工程中。

本文将对钢框建筑模板体系的力学分析及优化设计进行探讨。

首先，钢框建筑模板体系的力学分析是理解其结构和性能的基础。

该体系由框架结构和模板面板组成，框架结构通常由钢材制成，具有较高的强度和刚度。

模板面板则起到分散荷载、支撑混凝土浇筑和保持混凝土形状的作用。

通过对钢框建筑模板体系进行力学分析，可以确定其受力状态、变形情况和承载能力等重要参数，为后续的优化设计提供依据。

针对钢框建筑模板体系的优化设计，主要包括结构优化和材料优化两个方面。

在结构优化方面，可以通过调整框架结构的截面形状、尺寸和布置方式，以及优化模板面板的支撑方式，实现结构的轻量化和强度的提高。

例如，在框架结构中采用空心钢管替代实心钢材，可以减少材料用量，降低自重，提高整体刚度。

在模板面板的支撑方式上，采用间隔支撑而非连续支撑，可以减少材料的使用量，提高施工效率。

材料优化主要包括选用适宜的钢材和模板材料。

钢材的选择应考虑其强度、刚度、耐腐蚀性和可焊性等因素。

模板材料的选
择应具备良好的平整度、耐磨性和耐久性，以满足工程要求。

此外，可以考虑使用可回收材料，降低资源消耗和环境污染。

综上所述，钢框建筑模板体系的力学分析及优化设计是提高其施工效率和工程质量的关键。

通过合理的结构优化和材料优化，可以降低材料成本，提高承载能力，减少施工时间，并具备较好的经济效益和环境效益。

因此，钢框建筑模板体系的力学分析及优化设计在建筑工程中具有重要的应用价值。

第３５卷第３期２０２０年６月山东建筑大学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＤＯＮＧＪＩＡＮＺＨＵＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２０２０收稿日期：２０２０－０３－１５作者简介：边广生（１９７４－），男，副教授，博士，主要从事施工技术等方面的研究．Ｅ ｍａｉｌ：８４７０６１８５＠ｑｑ．ｃｏｍ［ 通讯作者］ＤＯＩ：１０．１２０７７／ｓｄｊｚ．２０２０．０３．００４大跨度空腹桁架结构的静力性能分析边广生 ，郝夏晖（山东建筑大学土木工程学院，山东济南２５０１０１）摘要：大跨度建筑通过采用空腹桁架结构，可以降低框架梁弯矩幅值、减小构件截面尺寸、增加结构净空高度，为实现较小截面尺寸构件建造大跨度建筑的可能提供理论依据。

文章结合工程实例，采用ｓａｐ２０００对空腹桁架的不同方案进行静力分析，并与普通框架结构进行对比，通过分析空腹桁架不同方案的静力性能，确定合理的腹杆布置方法，分析腹杆与框架梁的内力和变形随两者线刚度比的变化情况，研究腹杆与框架梁的线刚度比对空腹桁架静力性能的影响。

结果表明：当空腹桁架两端各设置一根腹杆时，腹杆的刚心应位于距支座０．２Ｌ处；当空腹桁架两端各设置两根腹杆时，每端腹杆的对称中心应分别位于框架梁的０．２Ｌ和０．８Ｌ处，且对称中心距两侧腹杆的刚心为０．０８Ｌ；为提高空腹桁架结构的静力性能，腹杆与框架梁的刚度比应控制在１．６～３．８；腹杆主要承受弯矩和剪力，承受的轴力较小。

关键词：大跨度；空腹桁架；静力性能；弯矩幅值中图分类号：ＴＵ３７５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－７６４４（２０２０）０３－００２１－０７Ｓｔａｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｏｎｇ ｓｐａｎｏｐｅｎｗｅｂｔｒｕｓｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅＢＩＡＮＧｕａｎｇｓｈｅｎｇ，ＨＡＯＸｉａｈｕｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｒｇｅ ｓｐａｎｂｕｉｌｄｉｎｇｓａｄｏｐｔａｎｏｐｅｎ ｗｅｂｔｒｕｓｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｆｒａｍｅｂｅａｍｓ，ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎｓｉｚｅｏｆｍｅｍｂｅｒｓ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｈｅａｄｒｏｏｍ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｌａｒｇｅ ｓｐａｎｂｕｉｌｄｉｎｇｓｗｉｔｈｓｍａｌｌｓｅｃｔｉｏｎｓｉｚｅ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｃｏｍｂｉｎｅｓｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅｓ，ｕｓｅｓｓａｐ２０００ｔｏｐｅｒｆｏｒｍｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｈｅｍｅｓｏｆｏｐｅｎ ｗｅｂｔｒｕｓｓｅｓ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｓｔｈｅｍｗｉｔｈｏｒｄｉｎａｒｙｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｈｅｍｅｓｏｆｏｐｅｎ ｗｅｂｔｒｕｓｓｅｓ，ａｒｅａｓｏｎａｂｌｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｒｒａｎｇｉｎｇｗｅｂｍｅｍｂｅｒｓｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｏｎｅｏｆｔｈｅｓｃｈｅｍｅｓｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｅｂｍｅｍｂｅｒａｎｄｔｈｅｆｒａｍｅｂｅａｍｗｉｔｈｔｈｅｌｉｎｅａｒｓｔｉｆｆｎｅｓｓｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｔｗｏ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｌｉｎｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｗｅｂｍｅｍｂｅｒａｎｄｔｈｅｆｒａｍｅｂｅａｍｏｎｔｈｅｓｔａｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｏｐｅｎｗｅｂｔｒｕｓｓｗａｓｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｏｎｅｗｅｂｂａｒｉｓｓｅｔａｔｅａｃｈｅｎｄｏｆｔｈｅｏｐｅｎｗｅｂｔｒｕｓｓ，ｔｈｅｒｉｇｉｄｃｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅｗｅｂｂａｒｓｈｏｕｌｄｂｅｌｏｃａｔｅｄ０．２Ｌａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔ．Ｗｈｅｎｔｗｏｗｅｂｂａｒｓａｒｅｓｅｔａｔｅａｃｈｅｎｄｏｆｔｈｅｏｐｅｎｗｅｂｔｒｕｓｓ，ｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｃｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅｗｅｂｂａｒａｔｅａｃｈｅｎｄＴｈｅｙｓｈｏｕｌｄｂｅｌｏｃａｔｅｄａｔ０．２Ｌａｎｄ０．８Ｌｏｆｔｈｅｆｒａｍｅｂｅａｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｓｙｍｍｅｔｒｙｉｓ０．０８Ｌｆｒｏｍｔｈｅｒｉｇｉｄｃｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅｗｅｂｍｅｍｂｅｒｓｏｎｂｏｔｈｓｉｄｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔａｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｏｐｅｎｗｅｂｔｒｕｓｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｗｅｂｂｅａｍｔｏｔｈｅｆｒａｍｅｂｅａｍｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄａｔ１．６～３．８．Ｔｈｅｗｅｂｒｏｄｍａｉｎｌｙｂｅａｒｓｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔａｎｄｓｈｅａｒｆｏｒｃｅ，ａｎｄｔｈｅａｘｉａｌｆｏｒｃｅｉｔｂｅａｒｓｉｓｓｍａｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｎｇｓｐａｎ；ｏｐｅｎ ｗｅｂｔｒｕｓｓ；ｓｔａｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅ２２ 山东建筑大学学报 ２０２０年　０　引言随着经济水平的不断提高，人们对建筑的使用要求越来越高，建筑物朝着大跨度、大空间的方向不断发展。

大跨度悬挑混凝土桁架结构优化过程探讨作者：李冬林金平李谷康陈步云来源：《丝路视野》2017年第19期【摘要】本文以南宁江南万达广场A1A4大跨度悬挑混凝土桁架结构为工程实例，依据结构设计优化理论，以大悬挑的截面尺寸和纵向配筋为变量，通过大型有限元软件ABAQUS进行建模，确保结构安全性、稳定性的前提下进行优化，为今后类似工程优化设计提供思路。

【关键词】大跨度；悬挑；优化设计；有限元模拟一、前言近年来，随着建筑技术的飞跃发展，建筑造型奇特、结构形式复杂的大跨度悬挑结构得到了广泛的应用。

但是由于本工程属超长悬挑混凝土结构，自重大且无先行设计案例，因此对此类工程进行设计优化控制成本是很有必要的。

另外，有限元软件优化设计模块和优化理论的成熟也为工程优化创造了条件，其原理是在分析软件计算时，通过调整设计参数，使结构达到经济性、稳定性的平衡，最终得到优化方案。

本文以南宁江南万达广场A1A4大悬挑为研究对象，采用有限元分析软件ABAQUS进行分析，根据软件分析结果对结构截面、配筋优化，并根据优化方案进行经济性分析。

二、工程概况此结构位于南宁江南万达项目A1A4区，为双层钢筋混凝土空间桁架体系。

主悬挑梁为六榀钢筋混凝土梁，并在层间大梁设置交叉撑和斜撑增强稳定性。

最长悬挑长度为13.2m，最大梁截面700x1800mm，悬挑跨度为45m，悬挑区域面积约400m2，最大高度为25.4m，国内外建筑使用钢筋混凝土材料施工如此超长的悬挑结构实属罕见。

其效果图和模型图见图1、2。

三、有限元优化过程（一）优化设计思路在用ABAQUS软件优化过程中，为设计出符合要求的钢筋混凝土桁架结构，本文在对钢筋混凝土桁架结构建立初始方案模型之后进行ABAQUS优化设计。

主要目的为保证钢筋混凝土桁架结构满足强度和刚度要求的基础上，节省钢筋和混凝土量，降低造价。

因此，在优化过程中选择合理的设计变量、状态变量及优化目标，最后查看优化分析结果。

空腹桁架型钢砼结构在大跨度连接体建筑中优化设计提要：本文通过对36米大跨度连接体建筑中采用何种结构形式，进行了多方案计算分析比较，从结构受力的合理性和造价的经济性等方面综合考虑，最终选用空腹桁架型钢砼结构。

对空腹桁架型钢砼结构进行了SATWE、PMSAP和MIDAS的结构计算和内力比较；进行了结构优化设计，提出了结构设计中的要点和构造措施，一方面巧妙地利用二层三层梁做为空腹桁架的上下弦杆，提高了一层净空实现大跨度结构使用功能，另一方面也提高了结构的抗震性能,受到用户的好评。

关键词：连接体建筑大跨度空腹桁架型钢砼结构结构优化设计设计要点一. 工程概况随着城市建设日新月异，特别是进入21世纪以后得到了更加迅猛的发展，建筑功能和结构形式也更趋多样化。

在大跨度连接体中空腹桁架型钢砼结构的应用也逐渐多起来，我们在成都国际商贸城市场中也应用了此技术。

成都国际商贸城市场位于成都市北部新区总建筑面积约260万平方米，在一、二期与三、四期间有一条宽约36米的城市道路穿过，因此在道路上方设置一个跨度36米共四层的连接体建筑，建筑长度约126米宽度约128米，建筑面积约6.5万平方米。

通过多方案技术、经济比较、优化设计，采用空腹桁架型钢砼结构，利用2层和3层作为空腹桁架型的上下弦杆，3、4层9米柱子加回去用普通的钢筋砼结构，通过设计优化取得了较好的效果。

为了便于推广,我们在此作一些归纳总结。

二.多种连接体结构形式的方案比较与分析结构计算是用中国建筑科学研究院的PKPM PMSAP进行的。

1．二~屋面层梁与柱整体按无斜杆混凝土桁架6米柱间距（二层用预应力梁）。

经计算二层混凝土梁高需做到2米以上，且目前软件无法实现预应力和空间结构协同计算，存在一定的风险；并且下部净高不能满足交通要求。

2．二~屋面层梁与柱整体按无斜杆钢结构桁架6米柱间距。

通过分析比较，显示具有可行性。

主钢梁1200x600x30x40,次梁500x250x14x16,局部12米开间处主梁为主钢梁1200x600x34x45，次梁为600x300x14x16。

基于多向张弦梁结构的大跨度建筑体系优化设计策略大跨度建筑体系是现代建筑领域的重要研究方向之一，为了提高建筑结构的承载能力和稳定性，设计师们常常采用多向张弦梁结构。

在这篇回复中，我将从优化设计策略的角度，探讨基于多向张弦梁结构的大跨度建筑体系。

首先，对于大跨度建筑体系的优化设计，我们可以从梁的材料选择入手。

选择适当的材料可以提高整体结构的性能和稳定性。

常见的材料包括钢材、混凝土等，按照不同的工况要求和经济性考虑，可以合理选择材料。

同时，合适的材料还能够减轻整体结构的自重，并提高结构的抗震性能。

其次，考虑梁的几何形状对于建筑体系的优化设计起着重要的作用。

多向张弦梁结构可以采用不同的形状，如直线、曲线、折线等。

这些形状的选择可以通过参数化设计方法进行优化，以满足建筑体系的功能需求和美学要求。

此外，合理选择梁截面形状，可以在保证结构强度的前提下减少用材量，降低总体造价。

第三，大跨度建筑体系的布置和连接方式也需要优化设计。

合理的布置方式可以使整个体系达到更好的承载和稳定性能，并减少结构材料的使用。

在连接方式上，采用高强度连接件可以提高整体结构的抗拉和承载能力。

另外，在大跨度建筑体系的设计过程中，考虑到结构的自振频率是非常重要的。

通过适当的调整结构参数和减振措施，可以有效地避免共振现象的发生，提高结构的稳定性和安全性。

此外，建筑体系的动态性能也是需要优化考虑的。

设计师可以通过结构动力学分析和模拟，评估建筑在顶风、地震等外界力作用下的响应，进一步优化设计。

相对较轻的结构质量和适当的阻尼系统可以有效减小结构的振动幅度，提高建筑的舒适性和使用寿命。

另一个重要的优化设计策略是考虑建筑的可持续性。

大跨度建筑体系可以通过优化设计降低能耗，增加建筑节能效果。

例如，在结构设计中，可以采用太阳能利用、雨水收集等技术，利用自然资源来增加建筑的供能效果。

此外，结构设计中的材料选择也可以注重环保性能，降低对环境的污染和资源消耗。

最后，大跨度建筑体系的优化设计还需要考虑施工的可行性和经济性。

基于优化串−并联模型的钢桁拱桥系统易损性研究钢桁拱桥具有自重轻，跨越能力强等优点，近年来我国在高速铁路和公路领域修建了大量的钢桁拱桥。

但是由于我国钢桁拱桥的修建起步较晚，目前相关的抗震研究也不够成熟，相关规范也仅仅给出了部分指导性的设计原则。

而基于概率论与数理统计的地震易损性分析，因其能充分考虑地震动的不确定性影响，是目前主流的桥梁抗震分析方法之一。

地震易损性是指在不同的地震动强度下，结构反应超过某一规定破坏极限状态的概率。

目前桥梁地震易损性分析主要集中在构件易损性分析及系统易损性分析2个方面。

ZHONG等[1]以某(156+430+156)m的斜拉桥为背景，研究了桥塔、桥墩、支座、拉索等构件的构件易损性，王晓伟等[2]以某(80+336+80)m的中承式钢桁拱桥为研究对象，分别采用支座位移、墩底弯矩、拱脚立柱的应力为损伤指标研究了该桥的构件易损性。

卓卫东等[3]以(40+450+40)m的无推力拱桥为研究对象，研究了盆式橡胶支座和钢筋混凝土交界墩的易损性。

但是上述研究均停留在桥梁的构件易损性层面，并没有从桥梁系统层面进行地震易损性研究。

PAN等[4]以(30+36+30)m连续梁桥为例，研究了桥墩、支座等的构件易损性，并基于串联模型按照一阶界限法得到了桥梁系统的易损性曲线。

WU等[5−6]基于串联模型按照一阶界限、PCM和MONTE-CARLO等方法研究了桥梁结构的系统易损性。

宋帅等[7]基于串−并联模型，采用copula法对4×25.5 m连续梁桥进行了系统易损性分析。

现有的系统易损性研究表明，目前在进行桥梁系统易损性研究时多把桥梁体系视为串联模型，虽然部分文献采用串−并联模型对小跨径的梁式桥进行了系统易损性研究，但基于串−并联模型的钢桁拱桥的系统易损性研究却相对较少。

实践性强是医学学科的一大特点。

模拟医学教学的主要特点是教学场景高仿真、可重复。

在医学诊断学，医学解剖学等领域已取得了显著效果[18]。