全桥范文10篇

全桥范文篇1

关键词：全桥变换器；零电压开关；零电流开关；软开关；脉宽调制

引言

移相全桥零电压PWM软开关（PSFBZVS）变换器与移相全桥零电压零电流PWM软开关（PSFBZVZCS）变换器是目前国内外电源界研究的热门课题，并已得到了广泛的应用。在中小功率的场合，功率器件一般选用MOSFET，这是因为MOSFET的开关速度快，可以提高开关频率，采用ZVS方式，就可将开关损耗减小到较为理想的程度[1]。而在高压大功率的场合，IGBT更为合适。但IGBT的最大的缺点是具有较大的开关损耗，尤其是由于IGBT的“拖尾电流”特性，使得它即使工作在零电压情况下，关断损耗仍然较大，要想在ZVS方式下减少关断损耗，则必须加大IGBT的并联电容。然而由于轻载时ZVS很难实现（滞后臂的ZVS更难实现），因此ZVS方案对于IGBT来说并不理想。若采用常规的移相全桥软开关变换器，其优点是显而易见的，即功率开关器件电压、电流额定值小，功率变压器利用率高等，但是它们却也存在着各种各样的缺点：有的难以适用于大功率场合；有的要求很小的漏感；有的电路较为复杂且成本很高[2][3][4][5][6]。

本文提出了一种新颖的ZVZCSPWM全桥变换器，它能有效地改进以往所提出的ZVZCSPWM全桥变换器的不足。这种变换器是在常规零电压PWM全桥变换器的次级增加了一个辅助电路，此辅助电路的优点在于没有有损元件和有源开关，且结构简单。次级整流二极管的电压应力与传统PWM全桥变换器相等，而ZCS具有最小的环路电流值。电流环能够根据负载的变化情况自动进行调整，从而保证了负载在较大范围内变化时变换器同样具有较高的效率。

1工作原理

该ZVZCSPWM全桥变换器主电路如图1所示。它是在传统的零电压PWM全桥变换器的次级增加了一个辅助电路，同时，该变换器还采用了移相控制方式。在图1中，S1和S3分别超前于S4和S2一个相位，称S1和S3组成的桥臂为超前臂，S2和S4组成的桥臂为滞后臂。C1和C3分别是S1和S3的外接电容。Lr是谐振电感，它包括了变压器的漏感。每个桥臂的两个功率管成180°互补导通，两个桥臂的导通角相差一个相位，即移相角，通过调节移相角的大小来调节输出电压。超前臂开关管实现零电压导通和关断的工作原理与ZVSPWM全桥变换器相同，而滞后臂开关管是通过辅助电路来实现零电流导通和关断的，由于输出电感的储能用来实现超前臂开关管的ZVS，所以可以用外接电容来减小开关损耗。通过对Ch放电，流过变压器的原边电流在谐振周期内减小到零，从而实现了滞后桥臂的ZCS。

为了便于分析变换器的稳定工作状态，而作如下假设：

——所有开关管、二极管、电容、电感均为理想元器件；

——输出滤波电感Lf足够大，在一个开关过程中可以等效为一个恒流源。

图2

在半个工作周期内，变换器有8种开关模态。因为，电流环能够根据负载的变化而作相应的调整，所以，这些开关模态在负载较轻的情况下变化很小。

1.1变换器在满载条件下工作

假定变换器工作在满载条件下，其各个模态的等效电路及主要波形图如图2和图3所示。

1）开关模态1[t0，t1]在t0时刻，开关管S1及S4导通，输入电压Vs加到了变压器的漏感Lr上，原边电流ip从零开始线性增加，在t1时刻，电流ip增加到与输出电感电流值相等。电流ip的变化式如式（1）所示。

ip(t)=(Vs/Lr)t（1）

2）开关模态2[t1，t2]t1时刻后，开关管S1和S4继续导通，输入功率传到了变压器的次级。辅助线圈的漏感Llks与吸持电容Ch产生谐振，给Ch充电，Ch上的电压及电流可由式（2）及式（3）得到。

在t2时刻，Ch上的电压达到最大值VH，同时电流减小为零。为了防止二极管Dd在该工作模态下导通，Ch的最大电压值VH应当设计得比输入电压反射到次级的电压Vs/n小。

3）开关模态3[t2，t3]当Ch的充电电流减小到零的时候，Dc零电流关断，Ch上的电压保持在VH。原边电流仍被传递到输出端。

4）开关模态4[t3，t4]在t3时刻，S1关断，原边电流给电容C1充电，使C3放电，变压器原边电压vAB开始线性下降，即

vAB(t)=Vs－(Io/nCeq)t（5）

式中：Io为输出电流；

Ceq=C1＋C3。

变压器的次级电压vsec以相同的速率下降，直到t4时刻其值与Ch上的电压值相等为止。

5）开关模态5[t4，t5]当vsec下降到VH时，二极管Dd导通，vsec被箝位在Ch的电压值。变压器的原边电压vAB还以与先前同样的速率下降到零，而vsec则缓慢地下降。在该模态下，因为与原边电压相比，vsec的下降非常缓慢，因此可以把vsec看作常数。变压器次级电压反射到初级上的电压值和初级电压值之差加在了谐振电感Lr上，变压器原边电流和电压分别按式（6）及式（7）规律下降。

到t5时刻，C3上的电量被完全释放，C3电压下降到零，同时开关管S3零电压导通。原边电压vAB也下降到零。

6）开关模态6[t5，t6]该模态下，变压器次级电压反射到初级上的电压加到了变压器的漏感上，原边电流以更快的速率下降到零.

变压器次级电压按式（9）规律下降。

vsec(t)=VHcos(ωct)（9）

7）开关模态7[t6，t7]原边电流复位，整流二极管关断。电容Ch通过Dd放电，向负载提供电流。变压器次级电压按式(10)规律下降到零。

vsec(t)=VHcos(ωctm6)－(iO)t（10）

式中：tm6=t6－t5。

8）开关模态8[t7，t8]Ch完全放电，输出感应电流通过续流二极管Df续流。在t8时刻，开关管S4的驱动脉冲下降为零，S4零电流关断。

1.2变换器在轻载条件下工作

假定变换器工作在轻载条件下，随着负载电流的降低，Ch在模态7时不能完全放电，其上电流在t10时刻以前连续地提供给负载，其电压的最大值与最小值之间的差值可通过对自身的放电电流积分来获得，如式（11）所示。

式中：Ts为开关周期。

由式（11）可以看出，在带轻载的条件下，式（3）

所表示的Ch上的电流产生如下变化。

从式（12）可以看出，环路电流对吸持电容的充放电随着负载电流的降低而降低，也就是说电流环可根据负载的情况自动进行调整。

2电路设计

2.1超前臂的ZVS条件

为了实现超前臂的ZVS，开关电压应当在死区时间内下降到零，即：

tdead>tm4＋tm5（13）

式中：

从式（15）可以看出，保证开关管实现ZVS的最小电流可由式（16）得到。

不同的吸持电容Ch数值与最大电压值VH所对应的ZVS范围如图4所示。开关管超前臂的关断损耗可通过给IGBT增加外接缓冲电容来减小。从图4还可以看出大电容Ceq对ZVS范围的限制。因此，Ceq的选择应综合考虑ZVS范围和超前臂的开关关断损耗。

2.2滞后臂的ZCS条件

吸持电容的归一化值如式（17）所示。

图5所示为吸持电容不同归一化值所对应的原边电流的复位情况。为了实现滞后臂的ZCS，Ch的能量应该足够大，从而通过Lr使原边电流复位，且原边电流应当在滞后臂关断之前减小到零。从式（11）、式（12）、式（15）、式（16）、式（17）可得到式（18）。

从式（18）和图5可以看出，为了确保ZCS，应当增加Ch或VH的值。但是，VH的最大值不能高于输入电压反射到次级的电压Vs/n；同样，大电容Ch增大了环路电流，而环路电流又通过Ch间接加到了负载。综合考虑，软开关在变换器功耗方面的效果不仅与开关损耗的减小有关，还与由软开关引起的附加导通损耗有关。为了获得预期的效率，要求在设计时Ch的值取得越小越好，从而使附加导通损耗最小化。

2.3输出耦合电感

为了保证辅助电路二极管Dc的软变换，输出耦合电感的漏感Llks应当满足式（19）。

式中：Dmin为最小占空比。

给Ch充电的谐振电流也耦合到了输出电感电流中，从而增加了输出电容的电流纹波。因此，Llks应当在满足式（19）的条件下尽量取大，以减小谐波电流的有效值。

3实验结果

为了验证ZVZCSPWM全桥变换器的工作原理和性能，在实验室完成了一台80V/50A，80kHz的样机，其电路如图6所示，参数如下：

输入直流电压Vs=630（1±10％）V；

图3

输出直流电压Vo=80V；

变压器原副边匝比N1∶N2=5.33，变压器原边漏感Lr=9μH；

输出滤波电容Co=10000μF(电解电容)；

输出滤波电感Lf=20μH，N3∶N4=1.12，漏感Llks=1.8μH；

开关管S1～S4(IGBT)IRGPH50KK2(1200V，30A)；

输出整流二极管Dc，Dd，Df，DrecC60P40FE(400V，60A)；C1=C3=1nF；Ch=0.47μF(电解电容)；R=30Ω，C=2.2nF，C′=6.6nF；

开关频率f=80kHz。

图7给出了实验波形。从图7（a）可以看出，在谐振周期内，原边电流减小到零，从而消除了原边的拖尾电流。从图7（c）可以看出，通过S4的电流在驱动脉冲下降为零之前已经减小到零，从而S4实现零电流关断。从图7（d）可以看出，在死区时间内，S1的电压减小到零，从而S1实现零电压导通。从图7（e）和（f）可以看出，在一个谐振周期内，Ch在满载时完全放电，而在轻载时却没有完全放电，使得环路电流根据负载条件变化作适应性调整。

图8给出了根据原理样机得到的效率曲线。满载时效率最高，达到94％。

图7

4结语

本文提出了一种新颖的ZVZCSPWM全桥变换器，并具体分析了它的工作原理、电路设计及性能。最后通过一台4kW的原理样机的试验结果，证明了该变换器具有以下主要优点：

——所采用的辅助电路无有源开关；

——次级整流二极管具有与传统的全桥PWM变换器相同的电压应力值；

——对吸持电容充放电的环路电流可根据负载的变化进行自适应调整；

全桥范文篇2

关键词：全桥驱动器；高压IC；UBA2032T/TS；HID灯驱动电路

1概述

飞利浦公司推出的UBA2032高压单片IC是采用EZ－HVSO1工艺制造的一种高压全桥驱动器。UBA2032在全桥拓扑中通过外部MOSFET可以驱动任何一种负载，尤其适用于驱动高强度的放电HID灯如高压钠灯和金卤灯换向器等commutator。UBA2032的主要特点如下：

●内置自举二极管和高压电平移位器；

●桥路电压最高可达550V，并可直接从IC的HV脚输入高压，以为内部电路产生低工作电压，而无需附加低压电源；

●带输入启动延时，可利用简单的RC滤波器或来自处理器的控制信号产生延迟；

●振荡器频率可调节；

●只要BD脚上电压超过桥路截止门限1．29V，所有MOSFET都将被关断；

●为保证50％的占空因数，振荡器信号在馈送到输出驱动器之前应通过除法器；

●非交叠non－overlap时间可由自适应非交叠电路控制，最小非交叠时间可在内部固定；

●采用24脚SO封装UBA2032T和28脚SSOP封装UBA2032TS，引脚排列如图1所示。

图2UBA2C32T/TS内部结构方框图

2内部结构及工作原理

2．1内部结构及引脚功能

UBA2032片内集成有电压稳压器、振荡器、输入信号延迟和桥路禁止电路、控制逻辑、高／低压电平移位器、高端左／右驱动器和低端左／右驱动器等单元电路，图2所示是其内部结构框图。表1所列是UBA2032的各引脚功能。

表1UBA2032的引脚功能

符号引脚功能

UBA2032TUBA2032TS

-LVS11逻辑输入负电源电压

EXTRD22振荡器信号输入

+LVS33逻辑输入正电源电压

n.c4,6,16,19,214,5,7,18,19,22,24,25空脚

HV56内部低电源电压产生引脚

VDD79内部低电源电压

SU810启动延时输入信号

DD911除法器禁止控制输入

BD1012桥路禁止控制输入

RC1113内部振荡器RC输入

SGND1214信号地

GHL1315高端左边MOSFET栅极

FSL1416左边浮置电源电压

SHL1517高端左边MOSFET源极

GLL1720低端左边MOSFET栅极

PGND1921功率地

GLR2023低端右边MOSFET栅极

SHR2226高端右边MOSFET源极

FSR2327右边浮置电源电压

GHR2428高端右边MOSFET栅极

表2逻辑关系

器件状态输入（脚）输出（脚）

BDSUDDEXTDRGHLGHRGLLGLR

启动HXXXLLLL

LXXXLLHH

振荡HXXXLLLL

LLXXLLHH

LHHGLHHL

LHLLH

LHLLHLLH

LHHLLH

HHLLH

HLLHHL

备注：H为高电平；L为低电平；X表示无关

2．2工作原理

UBA2032既可从HV脚施加电压以产生内部低电源电压VDD11．5±2V，也可将低压电源直接连接到VDD脚此情况下HV脚必须连接到脚VDD或SGND。当VDD脚或HV脚上的电压高于释放功率驱动电平典型值分别为9V和12．5V时，桥路输出电压将由EXTDR脚上的控制信号来决定。表2列出了IC的状态及输入／输出之间的逻辑关系。一旦脚VDD或HV上的电压降至功率驱动复位电平分别为6．5V和10V以下，IC将进入再次启动状态。

当脚HV电压穿越释放功率驱动电平时，桥路将按照以下两点确定状态换向：

（1）高端左边和低端右边MOSFET导通，高端右边和低端左边MOSFET截止；

（2）高端左边和低端右边MOSFET截止，高端右边和低端左边MOSFET导通。

UBA2032可以在三种不同模式下产生振荡：

第一种是内部振荡器模式。在该模式下，桥路转换频率由外部电阻ROSC和电容COSC来决定。为实现50％的占空比，内部除法器应通过连接脚DD到SGND被赋能同时脚EXTDR必须与脚＋LVS、－LVS和SGND或VDD连接在一起。

第二种是不经内部除法器的外部振荡器模式。在该模式下，将脚RC短路到SGND可使内部振荡器截止。当外部信号源连接到脚EXTRD时，桥路频率将等于外部振荡器频率，而不是像内部振荡器模式那样，桥路频率为内部振荡器频率的1／2。

第三种为内部除法器的外部振荡器模式。在该模式时，为使内部除法器使能，脚RC、DD和脚SGND必须连接在一起，而此时全桥输出频率为外部振荡器频率的1／2，桥路换向则通过EXTRD脚信号的下降沿触发。

图3基本应用电路

3应用电路

3．1HID灯基本驱动电路

UBA2032主要是为驱动HID灯而设计的，图3所示是由UBA2032T组成的HID灯全桥驱动电路。在这个基本应用拓扑结构中，IC的桥路禁止、启动延时和外部驱动功能均未被利用，IC脚的－LVS、＋LVS、EXTDR和BD都短接到SGND。脚DD连接到SGND，内部2分频除法器被使能。由于使用了内部振荡器，桥路换向频率可由ROSC和COSC的数值决定：

fbridge＝1／Kosc．Rosc．Cosc

式中，常数Kosc为1．02。当IC脚HV上的电压超过12．5V（典型值）（时，振荡器开始工作。一旦脚HV上的电压降至10V（典型值）以下，那么，UBA2032T将进入启动状态。

像高压钠灯这类HID灯，通常需要3～6kV的高压脉冲才能使其启动引燃。因此，在全桥驱动器电路中，应附加点火启动器电路。在普通荧光灯电子镇流器中，灯启动通常利用LC串联谐振在电容两端产生一个1kV以上的高压施加到灯管上，以使灯管击穿而点燃。而HID灯启动电路则通常由带负阻特性的开关元件（如硅AC双向开关）、电容和升压电感器等元件组成，该电路可用来产生数千伏的高压点火脉冲。

图4汽车前灯驱动电路

3．2汽车前灯驱动电路

全桥范文篇3

关键词：建筑信息模型；桥梁工程；全生命周期；一体化管理

桥梁作为主要的基础设施之一，直接影响到沿线人民的出行，关乎国民经济的发展，无论在前期设计建造还是后期运营维护均应给予足够的重视。由于桥梁工程项目往往较为复杂，无论在设计规划、施工作业还是后期的运营维护阶段常需要多专业、多部门的协同工作，使得各部门间信息实时共享难度大，桥梁各阶段的控制与管理均较困难［1］。近年，随着计算机、通信和智能检测等领域的不断发展，为工程项目实时信息收集、共享与传递提供了必要条件，BIM技术也因此得到了越来越多的应用。BIM技术具有信息高度集成的特点，可以提供信息实时共享的数据平台，应采用合适的技术路线与应用流程为项目设计、施工、运营维护等各阶段提供较为全面的信息数据支持和方案可行性验证，实现工程全生命周期的数据共享与传递，使各部门对工程项目情况的实时追踪成为可能。

1BIM在桥梁工程中应用的技术框架

通过将地理环境、材料造价、设备清单等信息载入BIM技术平台，利用Revit、Fuzor等软件综合处理，将BIM技术与桥梁生命周期的各个阶段相结合，建立BIM技术的桥梁工程全生命周期一体化的技术路线和基本框架（如图1所示）。图1中展示了BIM技术在桥梁工程项目主要阶段的应用示例，首先将地理信息载入BIM平台，根据环境信息，进行桥梁选线，再根据设计信息，在Revit中进行三维模型设计，并载入Lumion中进行效果展示以便于方案比选。在确定桥梁方案后，再进行配筋等施工图的设计；随后，根据BIM虚拟施工平台进行施工模拟，确保施工过程的安全合理；最后，将桥梁信息进行集成，实现对运维阶段的管理。该基本框架通过传统设计手段与BIM软件的有机结合，有地的提升了工程效率和信息利用率。

2工程案例

2．1工程概况

1）桥梁方案。本桥梁项目，全长33．58m，桥梁按直线布设，墩台平行布置，且桥台处设有伸缩缝。桥梁上部结构采用3×10m变截面预制混凝土箱梁，如图2所示；桥梁下部结构中，桥墩采用柱式墩，每个桥墩下连接2根钻孔灌注桩；桥台为柱式台，台下设置2根钻孔灌注桩。横坡为单向2％。桥梁模型如图3所示。2）施工要点。有关施工工艺的标准，除了按照相关规范处理外，还应注意的是：施工前应进行坐标数据核算，在桥梁墩、台处定位并对桩距进行校核，确定校核无误后方可进行施工；施工过程中，应确保施工工艺流程准确与安全，规避潜在的风险；墩、台、桩基础施工时，如发生地质情况与设计采用的钻孔资料有出入时，应及时进行反馈；最后由于桥梁施工环境复杂，应注意施工场地的布置，避免出现场地施工隐患。本工程作为BIM技术在桥梁全生命周期中的应用探索，将对其设计、施工、运维阶段进行研究。

2．2规划设计阶段

BIM技术在桥梁设计阶段的应用主要集中在设计方案的建模与信息反馈上。要想将BIM与桥梁设计有效的结合在一起，Revit建模是前提。建立“族”是Revit建模的核心思想，族库的强大在于“参数化”，在族样板中预先建立参数化模型，模型涵盖了构件尺寸、材质、施工周期、厂家等信息。借助BIM技术平台，采用Lumion程序实现全桥三维动画，可实现造价、景观等更为全面的桥式方案比选，以确定合适的桥梁方案。通过Revit三维模型与Midas、桥绘通等结构设计软件相结合，确定材料强度、配筋数量等参数，并直接生成二维建筑图纸与用量明细［2］，有效保证出图的质量与效率。本文中桥梁项目模型的创建以变截面混凝土箱梁为例，首先应在轮廓族中建立箱梁轮廓并进行相应的参数化设置，进行尺寸约束和材质赋予；随后将轮廓载入公制结构框架族样板中，进行参数关联并根据载入的轮廓进行放样融合；最后进行变截面尺寸设定以建立箱梁模型，如图3所示。箱梁创建完成后，在Revit族样板中，依次对桥墩、桥台、基础等采用相同步骤进行创建并载入至项目中，并对盖梁、桩基、附属设施等进行配筋，如图4～5所示，最后在项目中根据实际地形调整构件位置，得到完整的桥梁模型。在前期规划设计完成后，利用BIM技术平台的信息反馈优势，较为便利地对设计方案进行不断优化和设计校核，提高了设计人员的工作效率。

2．3施工阶段

在桥梁工程中，对施工进行模拟与优化的目的在于针对施工环境的复杂性与预制构件的多样性，确保其施工的可行性，同时实现降低施工风险、提升管理水平的目标，从而为施工提供参考。基于BIM技术的施工模拟与优化是将项目模型信息与施工信息相关联，进而通过直观的可视化模拟，分析进度安排是否合理、施工工序是否可行、资源管理是否协调、项目构件是否发生碰撞等，进而不断优化施工方案［3］。施工阶段的信息化模拟，具体包含以下内容。1）施工过程模拟。桥梁施工过程的模拟，主要通过将桥梁、附属设施的三维信息模型与施工信息、场地信息相集成。一方面，以三维模型为基本，根据施工信息，进行直观的过程模拟，分析各个施工阶段的合理性；另一方面，可进行施工过程的场地协调性验证，有针对性地进行场地空间共享、施工机械配置、材料运输堆放等施工过程中场地的优化，如图6所示。一旦发现施工过程中存在不合理情况，可及时进行方案修改并再次进行模拟，从而确保施工过程安全合理。2）进度模拟优化。基于BIM技术的施工模拟，可将模型信息与进度计划相集成，建立基于时间维度的进度模拟。BIM平台可以按照详细的时间节点进行施工进度模拟，本文将其精度精确到“天”，并将模拟对象精细到分项工程，并根据施工现场的实际情况进行实时调整，这样大大提高了进度管理的精细化程度［4］。此外，通过对施工计划与实际进度的追踪和对比，能够得出最佳施工方案，以获得合理的进度安排，实现资源优化的目的。3）碰撞检测。桥梁碰撞检测包括整体桥梁项目检测和构件间的检测。所谓整体检测，是根据施工模拟，检测在施工过程中运动的构件是否发生碰撞；构件间的碰撞检测，是验证构件内部是否发生碰撞，如图7所示。在碰撞检测完成后，软件会高亮显示有碰撞冲突的对象，同时生成碰撞冲突报告。设计人员可以根据高亮显示的构件与冲突报告进行相应修改，以达到正确的设计，避免了施工问题的发生。

2．4运维阶段

基于BIM的桥梁运维管理平台是一个集成多专业、多维度的数据管理平台，可实现数据共享与分析，从而建立完整的监测系统［5］。在桥梁运维阶段，通过定期的检测和布设的传感器将桥梁各构件或测点的信息实时反馈到BIM平台中，集成桥梁信息进行耐久监测和安全可靠度评价，依靠安全性分析结果，结合桥梁安全规范，统筹桥梁的整体与局部构造，评价桥梁安全性并进行安全预警。一旦发现桥梁问题，系统将发出警报，管理人员可对突发问题进行快速处理，实现桥梁安全运营。与此同时，在项目初期确定以全生命期成本最优化的设计准则，可以减少运维期间的成本、提高工程质量，从而实现低能耗的战略目标。

3结论

1）本文提出基于BIM技术的桥梁工程全生命周期一体化的技术框架和各主要生命阶段的BIM应用示例。以某实际工程为例给出了工程各个阶段的BIM技术应用与需求，包括从设计阶段建立信息模型，并将其交互于施工阶段的施工过程模拟和分析管理，运维阶段的耐久性监测和安全性评估以及成本分析与资源管理。2）Revit软件建立的项目参数化信息模型，其中可涵盖项目相关信息，并服务于设计、施工、运营等整个生命周期，为提高工作效率、保证工程质量、节约工程成本、缩短工期等发挥出巨大优势。3）将设计阶段建立的模型进行交互与扩展，并应用于施工阶段的3D施工模拟与管理、运维阶段的耐久性监测和安全性评估与预警，建立基于模型层面与数据层面的管理结构，进行实时的追踪与管理，确保施工与运维阶段的安全。

参考文献：

［1］宋福春，谢利斌，李孟臣，等．基于BIM技术的复杂立交桥协同设计［J］．沈阳工业大学学报，2018，40（6）：92－96．

［2］刘智敏，王英，孙静，等．BIM技术在桥梁工程设计阶段的应用研究［J］．北京交通大学学报，2015，39（6）：80－84．

［3］王占飞，冯瑾，梁伟，等．BIM虚拟施工技术在装配式钢结构桥梁中的应用研究［J］．北方交通，2020，43（7）：9－13．

［4］龙腾．基于BIM的变截面桥体可视化施工技术应用研究［D］．武汉：武汉科技大学，2015．

全桥范文篇4

关键词：桥梁工程；球形钢制作者；全寿命设计

随着我国桥梁等基础设施工程规模的不断增加，出现了越来越多的超大宽幅桥梁工程项目，大型、超大型桥梁工程的建设对支座的设计水平、施工质量，均提出了较高的要求。在桥梁工程球形钢支座的设计中，应积极运用全寿命设计理念，对桥梁工程结构特点以及荷载挠度等多种影响因素进行综合考虑，不断优化桥梁工程球形钢支座的设计方案。施工单位在球形钢支座的施工过程中，应严格按照施工规范和设计要求合理选择施工方法，准确把握各项施工技术的要点，提高施工质量，推动我国桥梁工程建设事业的现代化发展。

1桥梁球形钢支座全寿命设计分析

1.1概述桥梁球形钢支座。桥梁工程球形钢支座包括上下支座板、上下平面和球面耐磨板、导轨、锚固组件、球冠衬板、活塞等部分。其主要是滑动和转动的分离设计方法，提高桥梁工程支座的承载能力、受力稳定性。目前球形钢支座被广泛应用于多种类型的桥梁工程建设中，在球形钢支座的设计中应积极运用全寿命设计理念，充分考虑球形钢支座在桥梁工程全寿命周期内的各项影响因素，提高设计的水平、质量，为桥梁工程建设奠定良好的基础。施工单位应准确掌握球形钢支座的施工方法、技术要点，保证施工的质量符合设计标准。1.2桥梁工程球形钢支座全寿命设计方法。1.2.1严格遵守桥梁工程支座设计技术规范。在桥梁球形钢支座全寿命设计中，设计人员应严格按照桥梁工程支座设计规范的要求，合理确定各项设计参数，以保证设计方案的质量。例如，在设计中应将球形钢支座结构的竖向压缩变形量控制在支座高度的1%以内。在桥梁工程抗震支座的设计中，应将其上拔力控制在竖向荷载的20%以上，且横向承载应达到其竖向承载的20%以上[1]。在设计单向、固定支座时，其非滑移方向上的水平承载应达到其竖向承载的10%以上。1.2.2科学分析球形钢支座荷载。在桥梁球形钢支座全寿命设计中，应在传统球形支座设计理念的基础上对其具体受力进行科学分析，优化设计方案，提高球形钢支座的水平承载性能。在设计中应合理选择盆钢等材质结构，在盆钢内设置球冠，且球冠应弧面向上保持水平。当球形支座受竖向荷载影响转动时，其主要荷载为水平荷载，此时球冠在盆钢内并未承受水平荷载，水平力主要作用于盆钢结构的钢盆壁部分，使球冠底部受力能够保持均匀，且水平状态稳定。1.2.3球形钢支座密封结构设计。球形支座转动弧面的密封设计是设计中的重点环节之一。在桥梁工程球形钢支座的设计实践中，可以采用在其活塞部分增设橡胶密封圈的方式，以提高其密封性。设计人员可以将橡胶密封圈设置于盆腔内壁、活塞外壁，从而实现对球形支座盆腔结构的全封闭目的，防止处于盆腔内部的耐磨板、球冠等受到灰尘等杂质的影响，提高支座转动可靠性，延长支座使用寿命。1.2.4球形钢支座耐耗设计。在桥梁工程球形钢支座全寿命设计中，设计人员应积极采用具有较好耐磨性能和承压能力的材料，通过试验检测对其耐耗性能进行验证分析。通过试验发现，改性聚四氟乙烯材料在耐耗性能、耐高温性能方面较为突出，具有自润滑功能。因此，在球形钢支座全寿命设计方案中，可以结合桥梁工程的实际情况合理选择该类型材质。1.3桥梁工程球形钢支座全寿命设计方案。某桥梁工程为矮塔三塔四跨斜拉桥结构，该桥梁工程的主桥部分包括水中主墩3个，分别采用了临时以及永久性固结体系。该桥梁结构支座宽度、长度均约为3m，并有单双向两类活动形式。根据该桥梁工程结构特点，在支座设计中采用了球形钢支座。结合该桥梁工程的结构特点，在本次设计中采用了盆式球形钢支座，其在主体结构部分的设计中，采用由钢盆、滑板构成的盆式橡胶支座，以提高其密封性，延长支座滑动部分的使用寿命。将传统支座的橡胶垫改为球冠设计，并采用支座转角设计，可有效减少由橡胶老化产生的风险隐患。在本次设计中采用了滑动部件与转动部件相分离的设计方法，其中，球形支座的转动设计通过球冠与活塞间的相对转动实现，应确保球冠部分的下滑动面位移的同步性，以达到弯矩释放的目的，利用活塞的上滑动实现其水平位移。在该桥梁工程球形钢支座的耐磨滑板设计中，采用了改性聚四氟乙烯材质滑板结构，在其球冠部分选择了铸造合金铝材质，有效提高了支座的耐磨性能。在球形支座全寿命设计中通过冷喷锌工艺的运用提高其防腐性能，使桥梁工程球形钢支座的使用寿命得到进一步延长。

2桥梁球形钢支座施工方法分析

2.1处理垫石施工要点。在处理垫石施工前，施工人员应首先检查地脚螺栓，在确认其孔位、深度和规格均符合设计标准后，再开展清理作业。清理时可以利用电锤、电动风镐等工具凿除孔内预留塑料管等，并凿毛混凝土表面。在彻底清理垫石顶面后，应对其进行磨平处理，将其顶面高差控制在2mm以内。在用水冲洗垫石后，应通过空压机等工具吹干其表面，确保其表面干燥。2.2支座拆分施工要点。在施工现场分拆支座组件时，应按照其出厂说明、栈桥承载性能等，将其拆分成上下支座板、相关组件、锚固组件三个主要部分，为后续的组装施工创造便利条件。在拆分施工时，应首先将连接板螺栓拧松，为上支座板的起吊做好准备工作。再通过汽车吊钩组上支座板板组件，起吊施工时应采取对角吊装方式，并注意采取相应的保护措施，将支座板放置于枕木、垫板上，防止上支座板表面被划伤。在依次将球冠、活塞和下支座板分别拆分起吊，并做好相关的防尘保护措施。2.3吊装支座施工要点。在吊装施工时，施工单位应首先进行测量放样，以准确确定吊装位置，再利用汽车吊、平板拖车等专业吊装运输设备将各支座组件运抵现场。施工单位应根据支座组件大小、施工要求进行吊装设备、操作人员的配置，并应指派专业技术人员对吊装作业进行指挥调度。应对支座四角吊点的设置情况进行严格的检查监督，以确保吊钩和支座中心能够在起吊过程中保持一致。在吊装作业时，施工人员应首先起吊锚固组件，并将其放置于墩台顶面垫石位置，以便后续的锚固安装作业的开展。在对球冠、活塞和下支座板进行吊装时，应保证吊机准确达到起吊作业点，应将钢丝绳吊牢安装于下支座板的吊点上，应对其受力中心和安装的牢固性进行检验，确认合格后再进行起吊作业。吊装时应保持缓慢匀速，并应在球冠、活塞、下支座板组件与垫石顶面相距0.6m处进行下锚固组件的安装施工。在安装过程中应利用全站仪等测量仪器对其平面位置进行观测调整，再缓慢将其下放，置于垫石顶面上。最后吊装上支座板，在将其吊装到位后，应调整顶面水平度，将临时连接板安装到位。应对支座连接的牢固性、整体性进行检查，以保证施工的质量安全。当支座吊装到位后，施工人员应将千斤顶分别设置于其四角垫石顶面处，以顶高支座，顶高高度应控制在3cm左右，以便于后续灌浆作业的开展[2]。应通过水准仪或全站仪等，对支座标高和水平位置进行复核，调整到位后应在下支座板下方设置钢楔块。2.4管道和模板安装施工要点。施工单位应将型钢模板设置于下支座板周围，利用膨胀螺栓将其固定牢固。应根据现场实际情况合理选择软管、注浆管材质和设置数量。施工人员应在垫石和支座底板间插入注浆管的一端，注浆管的另一端应与软管相连，在注浆泵上连接好引入软管。在安装出气管时，应将其两端分别连接再软管、插入垫石与支座底板间，软管的竖向长度应控制在1.5m以上。当出气管、注浆管安装就位后，应使用发泡剂封端，以保证其密封性。2.5注浆施工要点。在注浆作业前，施工人员应对球形钢支座标高和中心进行认真详细的复核，检验合格后再开始注浆。注浆时应选择强度较高且无收缩性的灌浆材料，以确保支座空隙灌浆的密实度。施工时应通过注浆泵从支座中心处开始注浆，并逐步向四周推进，以填满垫石与下支座板空隙、锚栓孔，确保下支座板紧贴垫石顶面上。施工人员应严格检测注浆过程中的桨叶压力，应控制在0.2MPa左右。应对出气管是否有浆液溢出情况进行监测，一旦发现浆液溢出时，应及时封闭出气管。当所有出气管均有浆液溢出并完成封闭后，在0.2MPa条件下保持5min持压状态，再封闭注浆管。2.6拆除模板施工要点。施工人员在拆模前应对砂浆强度进行检测，确认其符合设计标准后再拆除模板，再割除出气管、注浆管。如果在检查中发现有漏浆现象存在时，应及时采取补浆措施。当各项检测合格确认无质量缺陷存在后，施工人员应将下支座板锚栓紧固。

3结语

在桥梁工程的建设中，支座是重要的传力结构，对桥梁工程整体结构的安全性、稳定性具有重要的影响。因此，在桥梁工程的支座设计中，应积极运用先进的设计理念和技术方法，科学分析支座荷载等各种影响要素，合理选择支座结构形式，提高支座设计的水平和质量，以延长桥梁工程支座结构使用寿命。施工单位应按照设计要求严格遵守相关的技术规范，准确掌握支座施工的各项技术要点，保证施工质量能够符合设计标准，为桥梁工程整体结构的质量安全奠定坚实的基础。

参考文献

[1]陈俐光，陈峰，于艺林，等.桥梁球型钢支座全寿命设计及施工方法[J].企业技术开发：学术版，2018，37（10）：57-62.

全桥范文篇5

第一，大型桥梁工程在建设时，需要耗费的人力、物力、财力是巨大的，我国的桥梁建设单位已经逐渐重视桥梁建设时的成本控制与管理。但是，目前的桥梁工程在进行成本控制时总是以减少工程整体结算价格为目的，过分重视在桥梁施工过程中的资金运算与成本控制，对于桥梁工程开始前的投资计划与全寿命周期成本控制的重视程度较低。

第二，在进行桥梁工程的成本管理时，总是以被动的形式根据相关的设计图纸计算桥梁工程的成本。这样缺乏主动性的计算与研究，就会忽略在桥梁建设中利用工程的成本控制去影响工程整体设计，从而不能够有效地对工程的成本进行合理的控制与管理。

第三，桥梁工程在进行成本控制时，各个阶段之间相互脱节，桥梁的投资估算、整体的设计概算、工程的合同价、竣工的结算价、最终的决算价格，这六个阶段的相关内容由不同的部门进行不同的管理，可以说这六个部门各自为政，没有有效地连接在一起，无法形成一个行之有效的桥梁建设成本管理体系。

第四，相关的企业管理人对于成本控制在认识上存在着一定的误区。目前，有很多桥梁工程建设的项目经理与其他管理人员简单地将成本控制管理的责任归结于成本管理部门的主管或者是财会人员身上，但是在实际的操作中，工程的财务人员仅仅是进行成本管理的一个组织者，而无法充当主体。思想上的误区如果没有彻底地更正，那么桥梁的成本控制工作将无法达到预期的效果，甚至会造成一定的损失。

第五，桥梁工程在进行建设时缺乏系统的管理体制。要想促进桥梁建设企业健康有序地发展，保证桥梁整体的施工质量，就必须按照责任、权利、利益相结合的原则，建立起奖罚分明的成本管理机制。但是，现在的部分桥梁建设企业，其各个部门、各个岗位的责任、权利并不对应，无法真实地考察其优劣，到头来这种不考核整体工作效果的行为就会使得成本控制与管理工作的效率降低。第六，桥梁工程在进行成本控制时缺乏相应的控制依据。桥梁工程的建设属于建筑企业自行生产的一种特殊产品，因此应当针对桥梁工程建设的具体项目制定相应的成本控制制度，这一点至关重要。很多桥梁建设企业在制订成本目标时过于简单与表面，忽略了桥梁建设工程的具体施工环境、施工条件及施工的工期要求，这样的成本目标没有与实际的施工工序相结合，使得整体的可操作性差，没有起到相应的控制效果，最终使得成本控制工作无法发挥其真实的作用。

二、桥梁建设项目全寿命周期成本控制的相关内容

（一）全寿命周期成本控制的相关概念

建设项目的全寿命周期成本主要指的是建设工程项目从设计阶段到拆除阶段的整个寿命周期内的各个阶段产生的全部费用，主要包括项目的整体决策、工程的施工设计与施工过程，以及后期的运营与维护的费用。项目的全寿命周期成本控制的主要目的在于对工程建设项目的各个阶段进行改进与创新，从而使全寿命周期的成本最优化。

（二）全寿命周期成本控制的具体意义

第一，在全寿命周期内进行成本控制能够真正地实现项目工程整体成本的最优化，还能够指导相关人士从建设全寿命周期的角度出发，综合分析项目建设整体的运营成本及后期的维护成本，从而最大限度地节约建设成本，创造更大的经济利益与社会效益。

第二，全寿命周期期间进行的成本控制能够使资源的浪费得到有效的控制。因为原有的成本控制只关注工程建设施工期间的成本控制，对于运营维护及后期拆除阶段并没有过多地进行成本的控制与管理。全寿命周期成本控制可以对大桥的整体及建设的各个阶段进行系统的分析，提出成本控制的措施，将成本控制贯彻到整个工程建设当中。

第三，我国的“绿色化”战略实施需要靠全寿命周期成本控制给予帮助。绿色化主要强调的是建筑物本身对环境的污染影响应当减少至最低，建筑物要符合可持续发展的要求。在桥梁建设的过程中要充分考虑对于资源与能源的使用情况。我们应当认识到如果在桥梁建设上灌输绿色建筑的理念，那么在施工时可能会提高相应的成本，但是带来的绿色效应是意想不到的。因此，在进行桥梁的建设时，应充分认识到全寿命周期成本控制的重要性，对每一个阶段都进行综合的分析，有效地减少相应的浪费，降低成本，从而让绿色建筑能够有效地推广与实施，最终加速我国建筑领域的“绿色化”。

三、大型桥梁进行成本控制与在全寿命周期下进行成本管理的建议

（一）对大型桥梁进行成本控制时可以选择BOT模式

对于那些建成后承担着巨大车流量的大桥，可以采用BOT模式。BOT模式即建设-经营-转让模式，在这个模式下企业只能依照全寿命周期成本进行相应的管理与控制。具体的措施如下。

第一，桥梁的寿命设计应当是100年或者120年，绝不是现在的50年。这主要是为了避免头50年的维护让桥梁的使用状况良好，但之后的50年会出现大量的质量问题而需要投入大量的资金进行维修的状况发生。

第二，在BOT模式下，桥梁的运营过程中产生相关的过桥费用应当是政府统一征收，个别企业不得随意制定相关的费用标准。

第三，在BOT的模式下要建立相关责任制度，让所有参与建设的人员明确地了解我国法律规定的桥梁建筑工程质量责任终身制度。成本控制可以说是每个员工的责任，在工程项目开始之前要对每个部门及每个建设施工环节下达责任成本控制目标，让每个员工对于工程的整体成本造价有一定的了解。相关的施工人员在完成相应的施工工作的过程中要格外注意成本与质量兼顾的问题，尽量在保证桥梁质量的前提下降低相应的成本，但是不能为了降低成本而削弱工程的整体质量。管理者要在施工期间明确的将施工的各个环节所用的资金进行记录，以便日后出现问题有一定的依据去追求相关责任人的责任。

（二）注重成本控制工作，将全寿命周期成本控制理念贯彻到整个工程当中

我国桥梁工程建设在成本控制上的最大问题就是没有在每一个环节都注重成本的管理，为此应当在桥梁建设的过程中贯彻全寿命周期成本控制理念。例如，在项目的决策阶段，应当切实做好市场发展前景的分析、投资产生的不定向式风险的分析等。同时，要加强地质、水文等方面的研究，保证生产要素的充足，减少成本风险的产生，最后实事求是地编制具体的投资估算计划表，防止成本的增加。在设计阶段，注重设计整体周期及对设质量方面的审核，制订各个阶段切实可行的资金使用计划，从而减少成本风险的发生。在施工阶段进行的成本控制是最为重要的，首先应当做好施工材料的准备工作，严把质量关，杜绝不法事件的发生，同时在施工结束时要严格把握财政支出状况。在桥梁的运行阶段，主要做的是桥梁的维护与保养，延长桥梁的使用年限，同时要做好节能环保的相关工作，加强运营的综合治理，从而更好地贯彻全寿命周期成本控制的理念。在拆除回收阶段，主要采用环保的手段进行桥梁的拆除，第一时间将产生的建筑垃圾及其他的污染最大化地进行控制。这一环节的成本控制切不可忽视，务必要及时地做好资源回收及降低污染的工作。

全桥范文篇6

关键词：变频调速；单相电机；拓扑；控制策略

引言

变频调速技术在异步感应电机调速系统中，以其优异的调速和启动性能、高功率因数和节电效果，而被公认为最具发展前途的调速手段。

只有两套绕组的单相交流异步电动机，结构简单，生产成本低廉，使用维护方便，在小功率电机应用方面，如电冰箱、洗衣机、电风扇、空调等家用电器，汽车附件等领域占据主导地位。但是其工作效率低，仅为60％～70％，运行性能差，启动转矩小，一般不能应用在需要调速的场合，其转速的调节主要采用调节端电压和改变电机极对数的方法，调速效果已经越来越不能满足生产和生活的需要。为了弥补单相电机调速方面的缺陷，追求更高的性能，人们把更多的目光投向了无刷直流电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等。尽管这些电机在工作效率、稳定性和出力等方面表现出众，然而他们共同的致命缺点就是成本太高，难以普及。随着变频调速技术的日渐成熟，其在单相电机中应用的研究也逐渐开展起来。

尽管三相电机的变频调速技术已经日渐成熟，但是，单相电机的变频调速技术却还面临着以下一些问题：

1）单相电机的绕组不同于三相电机，其主副绕组多为不对称绕组，副绕组通常串联了运转电容，给合成圆形旋转磁场带来新的问题；

2）单相电机用的变频调速逆变主电路结构同样有其独特的一面，存在如何获得合理，高效的逆变电路的问题；

3）针对单相电机变频调速，存在采用什么样的控制技术，才能使得单相电机获得与三相电机，甚至与直流电机一样优良的调速效果的问题。

本文将主要依据以上3个问题，就单相电机绕组，主电路结构及其控制技术，对国内外单相电机变频调速技术的最新发展进行了较为详细的分析和综述，并在此基础上对其发展方向加以探讨。

1单相电机绕组分析

根据单相电机合成磁场的分析[1]，单相电机的定子上嵌放有两相绕组，设两相绕组轴线在空间相距β电角度，两相绕组中通入相位差为θ的电流，两相合成圆形旋转磁势的条件是

式中：FM为主绕组磁势幅值；

FA为副绕组磁势幅值。

在单相电机中，定子两相绕组轴线通常相距90°，为了获得圆形旋转磁势，总希望两相电流相位差等于90°。

参考文献[2]给出了不对称绕组单相电机的等效电路，依据此等效电路，当空间电角度β和相位差θ均为90°时，电机在以下条件下满足圆形旋转磁场的要求，获得最佳性能：

式中：Imain为主绕组电流；

Iaux为副绕组电流；

a为副绕组与主绕组之间的匝数比。

继而得出Imain=αIaux。

实际上，在电机的运行过程中，时刻保持主副绕组电流比值恒定相当困难，通常以Vaux=aVmain来近似实现电流比值的恒定。

单相电机多为电容运转式电动机，副绕组中串联的电容值，在工频条件下能使电机获得较好的运行性能。当电机运行在低频时，随着电容容抗的增大，副绕组中流过的电流相位与主绕组不再成正交关系，于是电机出现过热，转矩降低，脉动转矩增大等问题[3]。所以，目前采用的变频电路均采用去掉电容，两相绕组分别控制的方案。但是，去除电容也就意味着要增大加在副绕组上的电压值。

2逆变器主电路结构拓扑

2.1半桥逆变电路

由于只需要输出两相电压，使得单相电机半桥逆变电路结构简单，仅仅需要4只功率变换器件组成两个桥臂即可，如图1所示。半桥逆变电路具有结构简单，功率开关器件数目最少，成本低廉，稳定性高等优点。

但是，对于单相电机，采用半桥逆变电路面临这样一个问题：由于电机的两相电流I1及I2在相位上相差90°，因而流向中性点N的两相电流之和I是两相电流的矢量和。

对于用两只电容串联构造中点的电源，回馈电流I会使得前级变频电源输出电压波动加大，迫使电源加大输出电容；同时，由于负载不对称带来的直流偏量还会使得中点电位向正（或负）方向持续漂移，给供电带来极大影响。所以，如何获得高质量的双极性直流电源是采用半桥逆变电路的关键所在。在参考文献[4]中，提出了一种采用Cuk和Sepic电路并联方式，来获取双极性直流电源的方式。但受到功率开关容量的限制，功率和输出电压的大小都有待提高，整个电路的实用性还有待验证。

2.2全桥逆变电路

普通全桥逆变电路每相由4只功率开关器件组成，两相绕组共需8只功率开关器件，如图2所示。同半桥逆变电路相比，功率开关器件数量比为2：1，结构上变得复杂，在稳定性和经济适用方面都不如半桥电路。但是，全桥逆变电路不再需要对称正负输出电源，而只需要单路稳压电源即可。两相绕组的电流也不再对电源形成大的干扰。同时全桥电路的直流电压利用率也比半桥电路要高。

鉴于开关器件的数目较多，在实际应用中将图2中中间两只桥臂合二为一，成为两套绕组的公共桥臂，就得到了图3所示的两相三桥臂全桥逆变电路[5]。其中的公共桥臂分别同左、右桥臂组合，构成两相全桥逆变。

两相三桥臂全桥逆变电路继承了全桥逆变电路的优点，同时有效地减少了开关器件的数目。在直流电压Ud相同的情况下，其输出电压值可达到全桥电路的70％以上。在逆变桥结构上，两相三桥臂电路同三相半桥逆变电路完全一致，因此，容易从已有的六单元功率模块移植过来使用，其输出也可在三相同两相之间灵活转换。而目前三相逆变电路用的六单元功率模块的发展已经颇为成熟，尤其是在小功率应用场合。

3控制技术

单相电机采用半桥逆变电路时，由于主电路结构类似，诸如SPWM和SVPWM等调速技术可以方便地移植到单相电机调速中来。以下讨论控制技术时，为了分析方便，均假设电机的两相绕组对称，即两相绕组相同，空间上相互垂直。同时假定正负电源对称，幅值恒定，中性点N不因电流I的注入而浮动。

3.1半桥SPWM控制

单相电机采用SPWM控制技术时，由于要保证两相绕组中的电流相位差为90°，所以，两路调制信号的相位相应地也要设定为相差90°。SPWM控制的优点是谐波含量低，滤波器设计简单，容易实现调压、调频功能。但是，SPWM的缺点也很明显，即直流电压利用率低，适合模拟电路，不便于数字化方案的实现。半桥SPWM控制技术的研究已经相当成熟，有关的文献资料也比较多，在此不再做过多的分析。

3.2半桥SVPWM控制[6]

依据电机学的知识可知，电压空间矢量同气隙磁场之间存在如下关系：

U=dφ/dt（4）

通过控制电压空间矢量来控制电机气隙磁场的旋转，所以SVPWM控制又称为磁链轨迹控制。

开关器件S1和S2，S3和S4的开关逻辑互补，则4只开关器件只能产生4个电压矢量。依据参考文献[6]的作图方法可得到图4所示的电压矢量图。

从矢量图来看，在两相半桥逆变电路中，不会产生零电压矢量。为了合成一个幅值为Uα，相角为α的电压矢量，在矢量分解时，其X轴的分量要有E1和E2共同完成，而Y轴分量要由E3和E4共同完成。

在一个开关周期T内，E1作用的时间为t1，则E2作用的时间为T－t1。E3作用的时间为t2，而E4作用的时间为T－t2。根据矢量分解可以得到式（5）和式（6）（矢量E1，E2，E3，E4的大小均为Ud/2）

又因t1(t2)T，所以Ud/2。即半桥逆变电路在采用SVPWM控制时，输出相电压的最大值为Ud/2。

3.3两相三桥臂全桥逆变SPWM控制[7]

采用SPWM控制时，由N1及N2构成的公共桥臂要同时接入电机的两相绕组中，所以在调制时，公共桥臂的调制波就不同于A及B桥臂的调制波。

整个逆变电路具体调制方法为：在载波相同的情况下，A及B相调制波为正弦波，相位上A相超前B相90°（电机正转，反之，B相超前A相90°，则电机反转）；公共桥臂则采用恒定占空比的方法调制，上下桥臂占空比均为50％，如图5所示。

根据图示的电路工作波形，在一个开关周期内输出电压的平均值：

在SPWM调制中，D=(1＋msinωt)，代入式(7)可得：(t)=mUdsinωt。当开关频率远大于输出电压频率时，输出电压的瞬时值uo(t)≈(t)。

如此在A及B绕组上得到幅值相等，相位相差90°的正弦电压。电压幅值与调制度m成正比。当m=1时，输出电压峰值达到最大，为Ud/2。依据电机的V/f曲线和输出电压与m的关系，即可实现两相电机的变压变频调速控制。

3.4两相三桥臂全桥逆变SVPWM控制[5]

逆变电路中，功率器件的每一种通电模式，都能在电机中生成一支空间电压矢量。对于两相三桥臂逆变电路，根据同一桥臂上下开关互补导通的原则，三个桥臂共产生8种开关组合模式，可以在电机绕组上得到8支空间电压矢量，它们以V(A，N，B)来表示。其中A=1时，表示A1导通，A2关断；A=0时，表示A1关断，A2导通，其余类推。8支矢量如表1所列。

表18支空间电压矢量关系组合

V

非零矢量

零矢量

无用

A

1

1

1

1

N

1

1

1

1

B

1

1

1

1

忽略绕组电阻压降时，非零电压矢量的幅值为

|V(1,0,0)|=|V(0,0,1)|

=|V(0,1,1)|=|V(1,1,0)|=Ud（8）

|V(1,0,1)|=|V(0,1,0)|=Ud（9）8支矢量中，两个零矢量位于坐标原点，其余6支根据绕组轴线以图6所示方式分布。电压空间矢量都可以由与之相邻的两个基本矢量和零矢量组合而成。矢量V(1,0,1)和V(0,1,0)在矢量合成时可有可无。为了计算的方便，只使用4只位于坐标轴上矢量和两只零矢量来合成电压空间矢量。（10）

t0=T－t1－t2由t1＋t2T，得Ud/，即输出相电压最大值为Ud/。

4结语

1）单相电机逆变主电路的结构主要分为全桥和半桥两种。半桥电路结构简单，成本低廉，要求前级电源能稳定提供正负对称输出。

2）全桥逆变电路，由于两相三桥臂需要的开关器件相对较少，易于采用三相电路中六单元功率模块，比起8只开关器件组成的全桥逆变电路优势明显。

全桥范文篇7

本文所述需要拆除的桥梁为一座空腹式石拱桥，主拱跨径为3-净16m，腹拱跨径为净2m。主拱圈厚度为0.8m、腹拱圈厚度为0.3m。主拱圈为无铰拱；主拱圈顶最大填料厚度为135cm，最小填料厚度为65cm；腹拱圈顶最大填料厚度为120cm，最小填料厚度为65cm。下部结构为重力式墩台，扩大基础，拱圈、立墙及墩台身材料为浆砌块石。该桥本次需要拆除的部位为全桥桥面系及拱上填料均全部拆除，主拱圈及部分腹拱圈进行加固处理。

2拱上填料拆除方案

限于篇幅，仅对该桥拱上填料的拆除过程进行优化分析，初步拟定以下3种拆除方案。

2.1方案一

主要考虑到节约时间、方便施工。具体实施方案：从中跨跨中依次向两桥台处对称拆除拱上填料，横桥向一次性拆除。

2.2方案二

主要考虑到全桥拆除过程中各阶段受力均衡，方便施工。具体实施方案：从中跨跨中依次向两桥台处对称拆除拱上填料，横桥向分3次拆除。

2.3方案三

同时考虑到全桥、每跨及腹拱跨的受力均衡。具体实施方案：从主跨每跨跨中依次对称向拱脚处拆除拱上填料，横桥向分3次拆除。

3计算图示及单元划分

为了模拟全桥拱上填料拆除过程，本次分析采用Midas杆系进行拆除施工模拟，材料的容重、弹模等计算参数按规范取值。其中每孔主拱圈纵桥向划分为20个单元，从第一跨到第三跨依次编号为1～60号单元；每孔腹拱圈划分为8个单元，依次编号为61～156号。

4拆除施工计算结果及分析

方案一拆除施工阶段划分少，计算简单，主要考虑全桥对称拆除，主拱圈及墩身受力均衡，但未考虑到墩顶立墙局部的受力状态；方案二主要考虑采用分块拆除的方案，对方案一进行了优化，横桥向分3次拆除，尽可能降低施工过程中的应力变化，但应力依然较大；方案三同时考虑每一跨拆除过程上的对称性，以及墩顶腹拱和立墙受力的均衡性，横桥向同样分3次拆除，结构整体及各部件受力状态更加合理，拉应力水平比其他两种方案有明显的降低。

5结论

全桥范文篇8

关键词：钢管混凝土结构;拱桥；设计与施工；徐变控制;

1概述

苏州河桥位于上海城市轨道交通明珠线跨越既有沪杭铁路苏州河桥桥位，与苏州河正交。桥梁需跨越苏州河及两岸的万航渡路和光复西路。河道通航标准为通航水位3.5m，Ⅵ级航道，净宽20m，净高>=4.5m；两岸滨河路规划全宽20m（机非混行），其中机动车道宽8m；两侧非机动车道宽各3m；人行步道宽各3m；两岸滨河路机动车道净高>=4.50m，非机动车道净高>=3.50m，人行道净高>=2.5m。桥式采用25+64+25m三跨中承式钢管混凝土梁-拱组合体系桥，桥梁全长114m，宽12.5m。外部结构体系为连续梁，即拱脚与桥墩处以支座连接，内部为由主纵梁、小纵梁和横梁及钢管混凝土拱肋的组合结构体系。

2钢管混凝土拱桥设计

2.1桥型选择

本方案设计的主导思想是在现有桥梁结构的技术水平发展的基础上有所创新，桥梁造型与周围环境相协调，桥式方案力求新颖独特，并充分体现现代化大都市的节奏与气派。

拱桥是一种造型优美的桥型，它的主要特点是能充分发挥材料的受压性能，而钢管混凝土的特点是在钢管内填充混凝土，由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。

苏州河桥的桥型方案经过研究分析、结构优化及评估论证，最后采用25+64+25m飞鸟式钢管拱桥的设计方案。以抗压能力高的钢管混凝土作为主拱肋，以抗拉能力强的高强钢绞线作为系杆，通过边拱肋的重量，随着施工加载顺序逐号张拉系梁中的预应力筋以平衡主拱所产生的水平推力，最终在拱座基础中仅有很小的水平推力。拱脚与桥墩的连接由固接改为铰接，以避免由于轨道交通无缝线路产生的纵向水平力和温度应力引起拱脚过大的推力而导致拱脚处混凝土开裂，克服了拱桥对基础的苛刻要求。

全桥总布置如图1：

2.2上部结构

主桥为中承式拱桥，主拱理论轴线为二次抛物线，矢跨比为1:4，其中桥面以下部分采用C50钢筋混凝土结构，截面为带圆角的矩形截面。桥面以上部分采用钢管混凝土结构，钢管截面为圆端形，采用A3钢，钢管壁厚16mm，外涂桔红色漆，内填C55微膨胀混凝土。

边拱矢跨比为1:7.4，理论轴线为二次抛物线，截面采用钢筋混凝土矩形截面，按偏心受压构件设计。拱上立柱采用圆形截面钢管混凝土立柱，下端与边拱肋固结，上端设聚四氟乙烯球冠形铰支座，与边纵梁铰接。

主拱每侧设7根吊杆，间距约6.4m，吊杆采用挤包双护层大节距扭铰型拉索，吊杆钢索双护层均为高密度聚乙烯护层（PE+PE桔红色），锚具为冷铸墩头锚。吊杆上端锚固在钢管混凝土拱肋内，下端锚固在横梁底部。

主拱桥面以上部分共设三道一字型风撑，每侧边拱设三道横撑，主拱设一道横撑，以增加全桥的稳定性。拱座采用钢筋混凝土结构，每墩设两个拱座。通过横撑相连。拱座施工时应预先埋好立柱钢管、主拱及边拱伸入拱座内的钢筋，准确对位。

桥面系为由边纵梁、横梁、小纵梁及现浇桥面板组成。边纵梁为箱形断面，边孔与边拱肋相接部分及中拱与边纵梁连接部分为矩形断面，采用C50级部分预应力混凝土结构，在恒载及自重作用下为全截面受压构件。横梁采用C50级预应力混凝土结构，全桥共设小横梁15片，端横梁2片，中横梁与边纵梁接合处2片。全桥共设四片小纵梁（全桥通长）与横梁固结在一起形成格构体系。桥面板采用C40级钢筋混凝土板，桥面板采用在格构系上现浇的方法处理。桥面板的钢筋布置应采取防迷流措施。

桥面排水原则上采用“上水下排”，即横坡加导水槽方式，在桥梁横断面内设0.5%的横坡。承轨台每隔一定的距离断开，向两侧排水。

桥面上部建筑设施包括混凝土道床及轨道、通信信号电缆支架、隔音屏、防噪柱及接触网腕臂柱。桥面布置有：聚氨脂防水层、0.5%双向排水坡、落水管、承轨台及钢轨、I字形钢筋混凝土柱、防噪屏及电缆支架等。每隔30~50m设接触网立柱一对，每隔1000m左右布置一组接触网锚固立柱。桥上不设人行道及照明。

支座采用QGPZ盆式橡胶支座和QGBZ板式橡胶支座。

2.3下部结构

拱桥主墩基础采用桩基础，将⑨层粉细砂层作为桩基持力层，为满足桥梁上部钢轨对基础沉降的要求，经分析计算比较，采用桩径为D=0.8m的钻孔灌注桩，桩长67m，每个主墩12根桩，承台4.8×17.0×2.0m，边墩基础采用8根桩径D=0.8m钻孔灌注桩，桩长67m,承台4.35×16×2.0m，边墩及盖梁为双柱式钢筋混凝土结构。

3结构分析

结构分析采用有限元程序SAP91进行三维空间计算，包括整体分析、稳定分析等，用桥梁专用平面分析程序PRPB和BSACS分别进行了验算。在计算时桥面以上主拱拱肋除按钢管混凝土设计外，还用类似于钢筋混凝土构件的方法进行施工计算，在截面形成阶段采用应力叠加法设计。钢管的套箍系数取0.8。

3.1施工阶段计算

本桥施工体系转换分五个阶段进行，施工中中孔利用既有铁路钢桥作支架，待新桥建成后拆除既有桥。

第一阶段：在支架上现浇两边段（立柱、拱、横梁）及全桥边纵梁，待混凝土达到强度后每片边纵梁内张拉两根预应力束。

第二阶段：将工厂内制造的主拱肋钢管，每侧7段，运到工地，在边纵梁上搭设支架拼装就位。空钢管拱肋合拢后即封住主拱、纵梁结合处，再形成钢管混凝土截面。待主拱内混凝土达到设计强度后即开始张拉吊杆，给吊杆以初始张拉力，后锚固于主拱肋内。现浇中段横梁，待混凝土达到设计强度的90%后，张拉横梁预应力筋，浇全桥小纵梁，待混凝土达到设计强度后，张拉小纵梁内的预应力束。在每片边纵梁两端施加预应力，张拉两根预应力束。

第三阶段：张拉边纵梁内T2及B2各一束，铺装中孔桥面板后，拆除中拱支架。

第四阶段：拆除边拱支架，浇注全桥桥面板，张拉边纵梁内三根预应力束。

3.2成桥阶段计算

进行以下几方面的计算:

1.二期恒载按换算均布荷载分担到横梁和纵梁上；

2.支座沉降计算；

3.温度变化计算；

4.活载为轻轨列车荷载，每列最多八节，每节8轴，重车轴重170kN，轻车轴重80kN，双线荷载；

5.计算承轨台在成桥后三个月、六个月、一年、三年的徐变变形量。

3.3稳定性分析

在本桥的稳定性方面，设计时考虑两片主拱之间加设三道一字型风撑，拱肋基础连成整体。全桥整体稳定分析采用SAP93曲屈稳定分析程序进行计算，弹性稳定系数10-12。

3.4桩基计算

桩基设计从三方面控制：

1.地基承载力控制：Nd=(up?fili+fipAp)/K;

2.桩身强度控制：s?0.2R；

3.沉降控制：满足轨道变形的要求，控制在2cm。

最终沉降量采用分层总和法计算，将桩基承台桩群与桩之间土作为实体深基础，且不考虑沿桩身的压力扩散角，压缩层厚度自桩端全断面算起，至附加压力等于土的自重压力的20%处。

沉降计算结果

4施工关键问题

4.1与既有铁路桥关系及处理

苏州河桥桥位选择的目的即是利用旧沪杭铁路上的旧铁路桁架作为施工架桥的临时支架，新桥完成后即拆除旧桥。

经调查得知：沪杭铁路内环线上既有的苏州河桥，建于1907年，基础桩采用木桩，上部结构于1994年更换新钢桁梁，钢桁梁为一孔跨度44.34m的简支梁，其全长45.4m，桁高5.5m，采用高强螺栓连接。一孔重量为132.98t（包括东侧人行道及上弦检查走道，人行道1.5m）。该桥为单线桥，设计活载为中活荷载。苏州河桥其南端接万航渡路平交道口，铁路通讯、信号电缆从桥下穿过，市区电线、高压线由桥侧上空跨过。

因此桥梁设计时应考虑两个问题，其一，如何使新桥在施工的各个阶段施加于支架上的荷载不超过旧有铁路桥的设计承载力，其二，保证旧桥拆除时不影响新桥的安全稳定。

设计时，每个施工阶段的计算均增加了一项，即验算旧桥的承载力，对支架拆除顺序进行了准确规定。但在施工时，有遇到以下问题：

1．根据现场量测结果，新桥纵轴线偏离老桥轴线（南端82mm，北端73mm），使得老桥偏心受力。

2．由于新桥全宽12.5m，而老桥全宽5.9m。新桥的两侧边纵梁均位于老桥的外面，故施工支架必须伸出老桥之外，采用I字钢横向架设于老桥顶上，以满足立模的需要和刚度要求。

3．由于老桥桁梁的两端为斜焊，上面不能架设I字钢，另外，既有人行道在施工期内又不能封闭，故必须对老桥进行接长处理，以满足架设I字钢和桥上支架与岸上满堂支架连接的需要，老桥接长采取在上弦杆用2根并列的I200mm接出，梁端部和岸上的竖杆均采用Φ300mm的钢管，在梁的斜杆中间另加一根竖杆，各杆件的连接均采取满焊的方式，并在纵横向加设斜拉杆以增加稳定。

4．由于轨顶标高限制，老桥梁顶与新桥边纵梁底的间距较小，架设施工支架I55I字钢后，仅剩32cm左右的间隙，故边纵梁底模下的纵向隔栅只能采用10X20cm的方木，在纵向隔栅与I字钢之间垫楔形木，用以调整梁底标高，同时便于以后拆模。

5．I字钢分别架设在老桥钢桁梁的节点及两节点间1/3处，两端各挑出4.03-4.12m和2.48-2.57m，为保证I字钢的稳固，在老桥桁梁处采用U形钢筋将I字钢与老桥上弦杆焊接，同时在I字钢下部，用75X75角钢纵向连接成整体，该纵向角钢又可作为斜撑的支撑点。

6．在老桥的梁底与桥台的支承垫石、台帽间均用硬木和钢板等加以塞死，以增加老桥钢梁的稳固。

由于施工时采取的施工方法使得施工荷载超过设计荷载，故设计单位根据施工方式及拆模顺序的要求，重新验算了老桥承载力、老桥上弦杆挠度、老桥横向倾覆稳定、施工支架I字钢悬臂端挠度及I字钢稳定。

4.2预应力梁张拉

预应力张拉时，应力应变实行双控，张拉程序为：0初应力（0.1σk）1.0σk持荷5分钟锚固。设计取值已考虑锚固损失，故不采用超张拉。从0.1σk至1.0σk的伸长量数值为控制值，该值与0.9σk的设计伸长值相比较，判断是否超标。施工单位也实测弹性模量，核算伸长量。

预应力张拉时按强度、龄期实行双控。强度要求达到100%，龄期控制在9-19天。

锚具供货厂家提供的夹片需片片检验硬度，并控制在允许范围内，现场按规定抽检。

4.3钢管拱的吊运和安装、钢管内混凝土灌注

由于在旧桥上搭设施工支架，施工场地有限，钢管拱肋安装采取边纵梁上支设管排、排架中部铺上钢轨滑道，以及滑辘提升措施的施工方案，取保安全施工。由于中承式拱与桥面连接处需三方向固接，即此处的结点需连接钢管拱、边纵梁、横梁与桥面以下钢筋混凝土拱肋，而边纵梁、横梁为预应力梁，钢管拱内有加劲肋和钢筋，三者相连形成固接，要求强度和质量非常高，而钢管拱的安装精度控制为6mm，施工难度非常大。

同时，由于在同类型桥梁中，该桥的跨度较小，钢管断面不会很大，为方便混凝土灌注，同时考虑到景观问题，钢管断面选择为椭圆形断面，在混凝土灌注时要求严格控制骨料规格的要求，确保混凝土灌注均匀、饱满。

4.4基础施工

苏州河桥主墩距老桥基础很近，南主墩中心与老桥台边相距6.5m，北主墩中心与老桥台边相距5.8m，由于老钢桥将作为新建桥的临时施工支架，因此施工中老桥不能受到扰动。同时进入汛期后，在主墩基础施工时也需确保防汛的要求，最后主墩施工采取如下措施：

a.采用沉井施工法，确保对土体的围护。

b.采用超长护筒（河床以下2.0m），确保不因渗水而产生塌孔。

c.采用沉井封底，克服因渗水而出现沉陷。

主墩总体施工顺序如下：沉井制作、沉井下沉、钻机操作平台布置、埋设护筒、沉井封底、钻孔桩施工、承台和拱墩施工。

4.5施工监测

由于该桥结构形式复杂，施工难度大，因此，施工时进行了以下监测：

1.徐变变形

对梁、拱的徐变变形进行跟踪量测。分别在桥面边跨端部、边跨跨中、中墩支点处桥面、纵横梁与拱相交处、中跨中和拱顶处设8个测试断面，共23个点。

2.拱肋钢管截面应力监测。

3.施工过程中各个阶段拱脚实施变位、倾角监控。

4.现场实测钢管混凝土弹性模量发展曲线。

5经济技术指标

该桥全长114米，宽12.5米，桥梁面积1425m2，桥梁总概算1216万元，综合经济指标为8300元/m2。

6综合分析

钢管混凝土拱桥首次在轨道交通桥梁中(尤其是在上海这种软土地区)应用，是一种大胆的尝试，它主要有以下几个特点：

1.桥梁造型优美:飞鸟式钢管拱桥横跨苏州河，形成明珠线的一道风景；

2.以抗压能力高的钢管混凝土作为主拱肋，以抗拉能力强的高强钢绞线作为系杆，通过边拱肋的重量，随着施工加载顺序逐号张拉系梁中的预应力筋以平衡主拱所产生的水平推力，最终在拱座基础中仅有很小的水平推力。克服了拱桥对基础的苛刻要求。

3.利用旧沪杭铁路上的旧铁路桁架作为施工架桥的临时支架，新桥完成后即拆除旧桥，解决了水上施工的难点。

参考文献

1.上海城市轨道交通明珠线苏州河桥施工设计总说明，1998年4月。

全桥范文篇9

关键词：组合小箱梁桥高架桥预应力盖梁挖孔灌注桩

一、项目概况

灵山高架桥是龙(游)-丽(水)高速公路龙游改建段上的一座高架桥，位于龙游县灵山乡。龙丽高速公路是在龙丽一级公路的基础上改建。由于一级公路改高速后，对一级公路实施时占用的50省道灵山段必须恢复。通过多种方案论证比较后决定采用全线高架桥跨越50省道，桥下的50省道按二级公路标准修建。高架桥上部构造为(45×25)m部分预应力砼组合小箱梁，先简支后连续，全桥分8联。该桥左右幅分离，单幅桥梁宽度为11.75m，全桥长1130m。桥址处地质岩层较浅，岩性单一，属片麻岩。桥位处属亚热带季风气候，极端最高气温41.8℃，极端最低气温-11.4℃，年平均气温在16.3～17.3℃。

二、设计标准

1．公路等级：高速公路；

2．设计荷载：公路-I级；

3．计算行车速度：80km/h；

4．桥梁横断面：整体式路基宽24.5m，桥梁比路基两边窄0.25m，桥梁左右幅分离，单幅桥梁宽度为11.75m，横断面布置为0.5m(钢筋砼防撞护栏)+10.5m(行车道)+0.75m(波形钢护栏)；

5．地震动峰值加速度系数：0.05g，重要性修正系数1.3，抗震构造措施按七度设防。

三、总体设计

桥址处地形平坦，两边为灵山乡村民居住区，人员比较密集。已建成的龙丽一级公路为双向四车道，交通量较大。要求施工过程中不能中断龙丽一级公路、50省道的通行，因而桥梁规模、施工难度都比较大。桥型方案设计，力求做到技术可靠、经济合理、施工方便、施工周期短、维护费用低，并且尽量减少对相关工程正常运营的影响。结合初步设计专家评审意见，上部构造选择预制的预应力砼组合小箱梁，先简支后连续。

桥跨布置为：(6×25+5×25+3×(6×25)+2×(5×25)+6×25)m，墩台均按法向布置。全桥分为8联，左右幅布跨相同。下部构造为：矩形墩、肋式台，矩形挖孔灌注桩基础。

四、上、下部结构设计

1．上部结构

本桥上部结构采用25m部分预应力(A类)混凝土组合小箱梁，5～6孔为一联，采用多箱单独预制，简支安装，现浇连续接头的先简支后连续的结构体系。梁高140cm，顶板厚18cm，底板厚从跨中至根部由18cm变化为25cm，腹板厚从跨中至根部由18cm变化为25cm。半幅桥每孔布置4片箱梁，箱梁梁间距为285cm，悬臂长160cm，箱梁之间设18cm厚横向湿接缝。箱梁连续处设1道厚35cm的中横梁，边跨梁端设1道厚25cm的端横梁。小箱梁采用C50混凝土预制。

2．下部结构

下部结构的特点是桥墩类型多，是本桥设计的难点，也是本文要重点介绍的内容。为了保证桥下50省道的通行净空要求，本桥采用二柱或者三柱式桥墩。二柱式墩有37个，其中柱间距为14m的有35个，柱间距为12.4m的有1个，柱间距为15.2m的有1个；三柱式墩有7个。全桥合计有10种不同类型的桥墩。

桥墩盖梁统一采用矩形截面，高为200cm，宽为180cm。其中预应力盖梁设计又是本桥最复杂的部分。盖梁采用C50混凝土，按全预应力砼构件设计。采用ASTMA416/A416M－98标准的低松驰钢铰线，其标准强度1860MPa，直径15.24mm，公称面积140mm2，弹性模量Ey=1.95×105MPa，所使用的预应力锚具应符合国家标准GB/T14370—2000中规定的I类锚具要求。管道采用预埋金属波纹管成型。

桥墩墩身采用等截面矩形实心墩，墩高为600～700cm。两柱式和三柱式中墩的墩身截面尺寸为：180cm(横)×150cm(纵)；三柱式边墩为：150cm(横)×150cm(纵)。墩柱按普通钢筋砼构件设计，采用C30混凝土。

为了加快施工进度和减少施工过程中对龙丽一级公路、50省道正常运营的影响，建设单位要求设计单位对桥墩下部桩基进行优化设计。桥址处弱风化岩层比较浅，如果按嵌岩桩设计，桩长只有15～25米，完全可以采用人工开挖。采用这种施工方法每个桥墩之间互相独立不受影响，作业面广，可以同时大面积施工。经过综合分析比较，桥墩下部桩基并没有采用以往通常的做法：群桩加承台；而是采用等截面大尺寸矩形挖孔灌注桩。两柱式和三柱式中墩的桩基截面尺寸为：240cm(横)×180cm(纵)，三柱式边墩为：180cm(横)×180cm(纵)；采用C25混凝土。桥墩构造见图1和图2。

图1二柱式桥墩一般构造

图2三柱式桥墩一般构造

五、结构计算

1．组合小箱梁

小箱梁内力计算采用平面杆系有限元程序桥梁博士3.0进行计算，荷载横向分配系数采用刚接板(梁)法计算，并用梁格法进行检算，桥面板计算按单向板和悬臂板计算。本设计为部分预应力(A类)混凝土结构，故跨中底板和支点处顶板根据承载能力极限状态设置受力钢筋。此种结构在高速公路上比较常用，有较成熟的设计、施工方法，本文不再赘述。

2．盖梁桥墩盖梁施工及运营阶段的内力计算采用桥梁博士3.0进行计算。预应力混凝土现浇盖梁施工工艺流程为：下部桩基、立柱施工完成后，搭设支架浇筑盖梁砼；盖梁砼达到设计强度后张拉第一批钢束；然后进行上部小箱梁的架设，再张拉第二批钢束；最后进行桥面系施工。按此流程分4个主要工况计算结构各截面内力、应力和位移。成桥运营计算包括恒载、活载、支点沉降和温度等工况，按规范进行最不利荷载组合。温度荷载按体系升温5°C及降温5°C计算；不均匀沉降按10mm计算。

计算结果：在最不利荷载组合下，盖梁上缘最小应力为压应力1.2MPa，盖梁上缘最大应力为压应力5.5MPa，盖梁下缘最小应力为压应力0.5MPa，盖梁下缘最大应力为压应力6.6MPa，均满足规范要求。

3．盖梁与墩柱连接方式对比计算

一般桥墩盖梁与墩柱都是采取直接固结的连接方式，本桥设计中两柱式桥墩也是采用这种方式，见图1。但是在三柱式桥墩盖梁计算中，发现离中柱距离比较大的边柱如果采用梁柱固结，计算很难满足规范要求，因此采取盖梁与墩柱之间设置单向活动盆式支座，见图2。

为弄清2种连接方式对盖梁的影响，在设计中，针对梁柱设置支座和固结2种情况进行对比计算。取5号墩盖梁靠边墩的部分单元在运营阶段的截面应力进行比较，其结果见表1。

单元号

截面号

下缘应力(MPa)

表1说明梁柱之间设置支座可有效增加截面下缘的压应力，对预防盖梁下缘开裂有明显的作用。因此，在该桥设计中，对三柱式桥墩盖梁均设置有盆式支座。其中3、4、39和40号墩两侧边柱设盆式支座，5、6和38号墩单侧边柱设盆式支座。

六、结语

灵山高架是龙丽高速公路上的控制性工程之一，施工工期短、施工场地受限制、下部桥墩构造复杂是该桥的特点也是设计和施工的难点。通过精心设计，努力创新，大胆采用新技术、新工艺，使该桥上下部结构尺寸合理、比例协调，全桥气势宏大，庄重沉稳又不失轻盈美观，符合安全、经济、适用、美观的原则。本工程对类似高架桥工程日后的设计和施工具有一定的参考价值。

参考文献

[1]JTGD60-2004．公路桥涵设计通用规范[S]．

全桥范文篇10

关键词：组合小箱梁桥高架桥预应力盖梁挖孔灌注桩

一、项目概况

灵山高架桥是龙(游)-丽(水)高速公路龙游改建段上的一座高架桥，位于龙游县灵山乡。龙丽高速公路是在龙丽一级公路的基础上改建。由于一级公路改高速后，对一级公路实施时占用的50省道灵山段必须恢复。通过多种方案论证比较后决定采用全线高架桥跨越50省道，桥下的50省道按二级公路标准修建。高架桥上部构造为(45×25)m部分预应力砼组合小箱梁，先简支后连续，全桥分8联。该桥左右幅分离，单幅桥梁宽度为11.75m，全桥长1130m。桥址处地质岩层较浅，岩性单一，属片麻岩。桥位处属亚热带季风气候，极端最高气温41.8℃，极端最低气温-11.4℃，年平均气温在16.3～17.3℃。

二、设计标准

1．公路等级：高速公路；

2．设计荷载：公路-I级；

3．计算行车速度：80km/h；

4．桥梁横断面：整体式路基宽24.5m，桥梁比路基两边窄0.25m，桥梁左右幅分离，单幅桥梁宽度为11.75m，横断面布置为0.5m(钢筋砼防撞护栏)+10.5m(行车道)+0.75m(波形钢护栏)；

5．地震动峰值加速度系数：0.05g，重要性修正系数1.3，抗震构造措施按七度设防。

三、总体设计

桥址处地形平坦，两边为灵山乡村民居住区，人员比较密集。已建成的龙丽一级公路为双向四车道，交通量较大。要求施工过程中不能中断龙丽一级公路、50省道的通行，因而桥梁规模、施工难度都比较大。桥型方案设计，力求做到技术可靠、经济合理、施工方便、施工周期短、维护费用低，并且尽量减少对相关工程正常运营的影响。结合初步设计专家评审意见，上部构造选择预制的预应力砼组合小箱梁，先简支后连续。

桥跨布置为：(6×25+5×25+3×(6×25)+2×(5×25)+6×25)m，墩台均按法向布置。全桥分为8联，左右幅布跨相同。下部构造为：矩形墩、肋式台，矩形挖孔灌注桩基础。

四、上、下部结构设计

1．上部结构

本桥上部结构采用25m部分预应力(A类)混凝土组合小箱梁，5～6孔为一联，采用多箱单独预制，简支安装，现浇连续接头的先简支后连续的结构体系。梁高140cm，顶板厚18cm，底板厚从跨中至根部由18cm变化为25cm，腹板厚从跨中至根部由18cm变化为25cm。半幅桥每孔布置4片箱梁，箱梁梁间距为285cm，悬臂长160cm，箱梁之间设18cm厚横向湿接缝。箱梁连续处设1道厚35cm的中横梁，边跨梁端设1道厚25cm的端横梁。小箱梁采用C50混凝土预制。

2．下部结构

下部结构的特点是桥墩类型多，是本桥设计的难点，也是本文要重点介绍的内容。为了保证桥下50省道的通行净空要求，本桥采用二柱或者三柱式桥墩。二柱式墩有37个，其中柱间距为14m的有35个，柱间距为12.4m的有1个，柱间距为15.2m的有1个；三柱式墩有7个。全桥合计有10种不同类型的桥墩。

桥墩盖梁统一采用矩形截面，高为200cm，宽为180cm。其中预应力盖梁设计又是本桥最复杂的部分。盖梁采用C50混凝土，按全预应力砼构件设计。采用ASTMA416/A416M－98标准的低松驰钢铰线，其标准强度1860MPa，直径15.24mm，公称面积140mm2，弹性模量Ey=1.95×105MPa，所使用的预应力锚具应符合国家标准GB/T14370—2000中规定的I类锚具要求。管道采用预埋金属波纹管成型。

桥墩墩身采用等截面矩形实心墩，墩高为600～700cm。两柱式和三柱式中墩的墩身截面尺寸为：180cm(横)×150cm(纵)；三柱式边墩为：150cm(横)×150cm(纵)。墩柱按普通钢筋砼构件设计，采用C30混凝土。

为了加快施工进度和减少施工过程中对龙丽一级公路、50省道正常运营的影响，建设单位要求设计单位对桥墩下部桩基进行优化设计。桥址处弱风化岩层比较浅，如果按嵌岩桩设计，桩长只有15～25米，完全可以采用人工开挖。采用这种施工方法每个桥墩之间互相独立不受影响，作业面广，可以同时大面积施工。经过综合分析比较，桥墩下部桩基并没有采用以往通常的做法：群桩加承台；而是采用等截面大尺寸矩形挖孔灌注桩。两柱式和三柱式中墩的桩基截面尺寸为：240cm(横)×180cm(纵)，三柱式边墩为：180cm(横)×180cm(纵)；采用C25混凝土。桥墩构造见图1和图2。

图1二柱式桥墩一般构造

图2三柱式桥墩一般构造

五、结构计算

1．组合小箱梁

小箱梁内力计算采用平面杆系有限元程序桥梁博士3.0进行计算，荷载横向分配系数采用刚接板(梁)法计算，并用梁格法进行检算，桥面板计算按单向板和悬臂板计算。本设计为部分预应力(A类)混凝土结构，故跨中底板和支点处顶板根据承载能力极限状态设置受力钢筋。此种结构在高速公路上比较常用，有较成熟的设计、施工方法，本文不再赘述。

2．盖梁桥墩盖梁施工及运营阶段的内力计算采用桥梁博士3.0进行计算。预应力混凝土现浇盖梁施工工艺流程为：下部桩基、立柱施工完成后，搭设支架浇筑盖梁砼；盖梁砼达到设计强度后张拉第一批钢束；然后进行上部小箱梁的架设，再张拉第二批钢束；最后进行桥面系施工。按此流程分4个主要工况计算结构各截面内力、应力和位移。成桥运营计算包括恒载、活载、支点沉降和温度等工况，按规范进行最不利荷载组合。温度荷载按体系升温5°C及降温5°C计算；不均匀沉降按10mm计算。

计算结果：在最不利荷载组合下，盖梁上缘最小应力为压应力1.2MPa，盖梁上缘最大应力为压应力5.5MPa，盖梁下缘最小应力为压应力0.5MPa，盖梁下缘最大应力为压应力6.6MPa，均满足规范要求。

3．盖梁与墩柱连接方式对比计算

一般桥墩盖梁与墩柱都是采取直接固结的连接方式，本桥设计中两柱式桥墩也是采用这种方式，见图1。但是在三柱式桥墩盖梁计算中，发现离中柱距离比较大的边柱如果采用梁柱固结，计算很难满足规范要求，因此采取盖梁与墩柱之间设置单向活动盆式支座，见图2。

为弄清2种连接方式对盖梁的影响，在设计中，针对梁柱设置支座和固结2种情况进行对比计算。取5号墩盖梁靠边墩的部分单元在运营阶段的截面应力进行比较，其结果见表1。

单元号

截面号

下缘应力(MPa)

表1说明梁柱之间设置支座可有效增加截面下缘的压应力，对预防盖梁下缘开裂有明显的作用。因此，在该桥设计中，对三柱式桥墩盖梁均设置有盆式支座。其中3、4、39和40号墩两侧边柱设盆式支座，5、6和38号墩单侧边柱设盆式支座。

六、结语

灵山高架是龙丽高速公路上的控制性工程之一，施工工期短、施工场地受限制、下部桥墩构造复杂是该桥的特点也是设计和施工的难点。通过精心设计，努力创新，大胆采用新技术、新工艺，使该桥上下部结构尺寸合理、比例协调，全桥气势宏大，庄重沉稳又不失轻盈美观，符合安全、经济、适用、美观的原则。本工程对类似高架桥工程日后的设计和施工具有一定的参考价值。

参考文献

[1]JTGD60-2004．公路桥涵设计通用规范[S]．