燕矶长江大桥约束体系设计

燕矶长江大桥为主跨1 860 m双层桥面钢桁梁悬索桥,主缆采用不同垂度四主缆布置,针对该桥结构特点,采用MIDAS Civil软件进行有限元静力计算,采用SAP2000软件进行有限元地震响应计算,对该桥纵、横、竖向约束体系进行设计。通过对比研究中央扣、纵向弹性约束、纵向限位挡块方案的可行性及减少伸缩装置规格的程度,确定采用纵向限位挡块进行纵向限位,伸缩装置规格可由D3 000 mm减小为D2 000 mm;采用电涡流-摩擦组合型纵向阻尼装置减小地震作用下梁端纵向位移,有效抑制梁端高频往复运动,改善支座和伸缩装置工作环境。横向约束采用球型钢支座限制加劲梁梁端横桥向摆动。通过分析梁端支座负反力消除措施适用性,竖向约束采用塔连杆方案,改变传统竖向约束方案的工作模式,更好适应反复的拉压力和纵向高频往复位移。     

三塔地锚式空间缆悬索桥纵向约束体系研究

为探讨三塔地锚式空间缆悬索桥的合理纵向约束方式，以浔江特大桥(153 m+2×520 m+210 m)为研究对象，选取3种纵向约束体系(纵向飘浮、纵向限位及固结约束),拟定6种静、动力荷载工况(包含5种静力荷载工况组合和地震动),基于Midas有限元软件平台开展三塔悬索桥静、动力受力特性分析、纵向约束体系比选及约束刚度合理取值研究。结果表明，三塔地锚式空间缆悬索桥的静、动力荷载效应存在差异，且静力荷载工况组合(恒载+温度+汽车活载+活载风+制动力、恒载+温度+百年风)下的响应明显高于动力荷载(地震动);考虑构造复杂性和施工难易性、塔底受力及梁端位移，三塔地锚式空间缆悬索桥推荐采用纵向限位体系；纵向限位体系推荐采用带有摩擦阻尼器(阻尼力为200 kN)的纵向限位支座，其纵向约束刚度值建议取为1.9×10⁵ kN/m,纵向限制位移为±10 mm,可满足桥梁结构受力性能及支座设计构造的要求。     

大跨度三塔斜拉桥纵向约束体系设计研究

针对三塔斜拉桥温度效应显著、整体刚度不足的特点,以黄茅海大桥[主桥为(100+280+720+720+280+100) m独柱塔双索面三塔斜拉桥,采用分体钢箱梁]为背景,采用非线性时程分析方法,对比分析不同纵向约束体系下斜拉桥的静、动力响应。结果表明:中塔通过设置弹性索实现弹性约束,单侧弹性约束刚度6.5×10~5 kN/m,可起到塔梁固结的效果;在中塔采用弹性约束基础上,边塔采用纵向放松体系,每个边塔设置4个粘滞阻尼器[阻尼系数C为2 500 kN/(m/s)~α,速度指数α为0.3],明显改善了斜拉桥的静、动力响应;采用的中塔设置弹性约束-边塔设置阻尼器的组合结构体系,与全飘浮体系相比,梁端最大位移减小69%,边、中塔塔底弯矩分别减小40%、15%,与中塔固结体系相比,地震作用下组合结构体系梁端位移减小44%,中塔塔底弯矩减小51%,边塔塔底弯矩变化幅度较小,该组合结构体系合理。     

基于模糊逻辑的异形拱塔斜拉桥黏滞阻尼器参数优化研究

为研究黏滞阻尼器参数对异形斜拉桥抗震性能的影响及该黏滞阻尼器的参数优化,以某蝴蝶兰异形拱塔斜拉桥为对象,建立全桥三维有限元模型,结合模糊逻辑控制方法,研究在地震作用下35种工况组合的阻尼系数C与速度指数α对该桥抗震性能的影响。研究结果表明:在塔梁交接处设置一个纵向黏滞阻尼器后,该桥关键位置地震反应明显减小;变化规律为:随阻尼系数的增大,塔顶位移及塔底弯矩均减小;随速度指数的增大,塔顶位移及塔底弯矩均增加;经Matlab模糊逻辑优化得出:在阻尼系数C取4500 kN·(s/mm),速度指数α取0.2时,塔顶位移及塔底弯矩综合平衡减震效果达到最佳。     

考虑碰撞效应的混凝土连续梁桥纵向挡块参数分析研究

以中小跨度典型梁式桥为工程背景,利用有限元软件建立桥梁结构的多尺度模型,基于接触单元理论,提出能考虑碰撞过程中能量消耗的碰撞模型,考虑地震作用下桥梁结构梁体与纵桥向限位挡块间的碰撞效应,对比分析是否设置挡块,以及墩高、碰撞刚度、碰撞阻尼等对桥梁结构地震响应的影响。结果表明:设置纵向挡块之后,过渡墩的墩底剪力和墩顶位移有所增加,但墩梁相对位移大幅度降低,可很好地防止纵向落梁震害的发生;碰撞刚度的增大,会增大墩底剪力和墩顶位移,减小主梁位移和墩顶相对位移,对于与本文分析类似规模的桥梁,建议纵向挡块的碰撞刚度取10~8N/m较合适;纵向挡块的碰撞阻尼对桥梁的地震响应影响相对较小,在设计时可不予特别考虑。     

独塔混合梁斜拉桥阻尼器参数敏感性分析

为研究阻尼器参数对独塔混合梁斜拉桥关键节点位移和关键截面内力的影响规律,获得最优阻尼参数组合及其减震效果,以某主跨260m的铁路独塔混合梁斜拉桥为工程背景,对阻尼器力学参数进行研究。采用MIDAS Civil软件建立全桥结构地震响应模型,在塔梁交接处设置2个粘滞阻尼器,考虑桩-土相互作用,选择合适的地震时程函数,进行了阻尼器参数敏感性分析。结果显示:阻尼指数α和阻尼系数C对独塔混合梁斜拉桥关键节点位移、关键截面内力的影响呈相反趋势;该桥最佳阻尼器参数组合为α=0.3和C=4 000kN/(m/s)α;设置粘滞阻尼器后,桥塔塔顶位移、钢-混结合部位移和主梁梁端位移分别减小了69.8%、72%和72.9%,桥塔塔底截面弯矩减小了16.34%。     

云南双河特大桥纵向抗震体系研究

以主跨320m的云南双河特大桥为工程背景,采用非线性时程分析方法,基于塔梁弹性约束体系和粘滞阻尼体系的减隔震机理,优选塔梁间弹性约束装置和阻尼器关键参数,对比分析了弹性约束体系、粘滞阻尼体系及其组合体系的减震效果,探讨了强震作用下西部山区高低塔组合梁斜拉桥的合理纵向抗震体系。结果表明:阻尼约束体系减震效果优于弹性约束体系和组合体系,可有效控制梁端纵向位移,同时减小塔底剪力和弯矩;弹性约束体系虽然对梁端纵向位移有一定的控制作用,但塔底剪力和弯矩随之增大,且矮塔内力及其增幅大于高塔,增加了高低塔受力的不均匀性。     

超高墩大跨度刚构-连续梁桥抗震性能研究

为指导超高墩大跨度刚构-连续梁桥的抗震性能优化设计,以墩高超过100m、主梁总长达480m的预应力混凝土刚构-连续梁桥——厄瓜多尔瓜亚萨明特大桥为研究对象,采用SAP2000有限元软件建立全桥模型,在动力分析的基础上,针对结构抗震性能进行阻尼器参数优化设计分析。结果表明:设置粘滞阻尼器可有效减小该桥墩底截面的纵向弯矩、横向弯矩和梁端的纵向地震位移,在两侧梁端布置默认速度指数为0.3的阻尼器,阻尼器的阻尼系数取12 000kN·(s/m)0.3为最优设计方式;在优化方案下,各桥墩的墩底、墩顶控制截面的抗弯、抗剪能力需求比均大于1,结构处于弹性工作范围内,抗震性能满足规范要求。     

改变支座模型对梁式桥地震反应的影响分析

针对一座4跨梁式桥在地震作用下的反应,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立4种模型进行了动力特性分析;并选取3条地震波,进一步对比分析了支座模型改变后连续梁桥和简支梁桥内力和位移的地震反应。结果表明:改变梁式桥支座模型,上部结构在桥台和梁端间伸缩缝处及相邻梁和桥墩间伸缩缝处相对位移的地震反应会明显变大,但桥墩内力和位移的地震反应明显减小,隔震效果显著;合理选择台梁间、墩梁处和相邻梁体间伸缩缝处限位弹簧装置的刚度可以有效地减小上部结构在地震中的相对位移,防止其发生梁端碰撞和落梁破坏。     

黄茅海跨海通道工程高栏港大桥结构体系设计

黄茅海跨海通道工程高栏港大桥为主跨700m大跨径斜拉桥,需克服强台风、高烈度地震、强海水腐蚀、高船撞力等不利的建设条件。在设计过程中,研究了其在百年风、温度、活载、地震等作用下的受力特点,确定了其合理的结构体系。纵向在塔梁连接处设置动力阻尼加刚性限位装置以控制塔身内力以及塔顶、梁端位移。横桥向在辅助墩、过渡墩处设置摩擦摆减隔震支座,使辅助墩、过渡墩墩身及基础在静、动力荷载作用下内力及位移均较为合理。通过合理的梁段划分、拉索布置及索力调整,不设塔梁连接处竖向支撑,降低了施工难度,提升了桥梁景观及经济性。     

大跨度缆索承重桥梁限位型减震结构体系研究

大跨度缆索承重桥梁由于其结构刚度较小,在运营或极端荷载下产生较大的塔梁相对位移和主塔内力。为了优化其结构受力,减小伸缩缝规模,提出了大跨度缆索承重桥梁纵向限位型减震结构体系。其主要思想是:在塔梁间设置纵向阻尼器,实现缆索承重桥梁纵向减震耗能;在塔梁间设置纵向限位,改变结构传力路径,改善结构受力及塔梁间相对位移及变形。通过具体实例介绍了该结构体系的设计方法及过程。结果表明:纵向限位型减震结构体系有效减小塔梁间相对位移,进而减小大跨度缆索承重桥梁伸缩缝、阻尼器的规模,有效改善主塔内力,提高结构耐久性。     

连续梁桥抗震措施优化组合及抗震效果研究

为研究采用不同组合抗震措施时,在防止连续梁桥梁体碰撞和落梁方面的抗震效果,以2联5×30m预应力混凝土连续梁桥为背景,分别采用伸缩装置(无阻尼)、伸缩装置(有阻尼)、伸缩装置(有阻尼)+限位装置、伸缩装置(有阻尼)+限位装置+连梁装置作为抗震措施,运用有限元软件建立全桥模型,比较分析超越概率水平为63.2%、10%、2%的地震波下结构的地震响应。结果表明:对桥梁结构逐步增设有阻尼伸缩装置、限位装置及连梁装置,可有效减小桥梁结构在地震作用下的过大位移,防止相邻梁桥碰撞,同时能够提高结构整体刚度、合理分配地震荷载。     

塔梁连接方式对多塔悬索桥地震反应的影响

悬索桥塔梁间的连接方式对其静力和动力响应具有很大的影响,采用不同的塔梁连接体系以及设置不同性能的纵向约束装置,都会对悬索桥地震作用下的内力和位移产生不同的效果。作为大跨度的桥梁典型形式,对悬索桥进行抗震性能的研究十分重要。以某多塔悬索桥为背景,建立了桥梁的空间动力模型,对模型进行非线性时程计算,研究了中塔与梁体的连接方式对多塔悬索桥地震反应的影响,总结了黏滞阻尼器的减震效果及其参数对多塔悬索桥地震响应的影响规律。通过对比不同塔梁连接方式的地震反应,提出了多塔悬索桥塔梁间的合理连接方式和黏滞阻尼器设计参数。结果表明:中塔固接体系多塔悬索桥的梁端位移可以得到有效控制,但其中塔受力最为不利。对于中塔固结、边塔设置阻尼器的体系,随着阻尼系数增加,主梁位移减小趋势减缓,阻尼器参数应参照造价、效益综合选择。中塔放开,边塔设置阻尼器体系与全阻尼器体系响应基本一致,在保证结构安全的情况下,可适当考虑中塔处放开,依靠边塔阻尼器和纵向滑动支座来限制主梁位移。对于中塔固接、边塔设阻尼器体系,当阻尼器参数较小时,减震效果不明显,主要依赖中塔固接来限制梁端位移。阻尼器参数的合理取值也受到结构自身刚度的影响。     

客货共线铁路连续梁桥墩顶纵向线刚度限值研究

基于桥上无缝线路线-桥-墩-基础一体化计算模型,利用ANSYS有限元优化技术研究了40 m+64 m+40 m客货共线铁路连续梁桥墩顶纵向水平线刚度的限值,以制动力作用下的梁、轨快速相对位移作为控制标准,得出该梁型墩顶每线纵向水平线刚度不宜小于1 000 kN/cm的结论。     

曲线梁桥旋转顶升改造施工控制

厦门市金尚路跨线桥第一联为5×30m预应力混凝土连续曲线梁桥,根据该桥提升改造要求,左、右幅最高顶升分别为952.717mm、969.145mm。该桥采用PLC控制液压同步系统,按刚体转动的要求同比例旋转顶升梁体,并设置纵横向限位装置。为保证该桥旋转顶升施工顺利,采用有限元软件建立全桥及局部有限元模型,计算梁体强迫位移和局部应力,给出强迫位移和应力增量安全预警值;对梁体的强迫位移和混凝土拉应力增量进行监测,利用全站仪和偏移量监测装置监控梁体竖向线形及梁体横向偏移量。施工控制及模态试验结果表明,梁体未发生明显横向偏位和纵向滑移;顶升过程中个别行程横向强迫位移、拉应力增量超出预警值(在下一行程中调偏纠正),纵向强迫位移未超限,梁体被安全顶升到位;顶升后桥梁具有良好的静、动力性能。     

高烈度区纵横向抗震体系比选分析

高烈度区斜拉桥的地震响应较大,选择合理的纵横向约束体系是十分关键的.基于一座混凝土双塔斜拉桥实例,分别建立索塔和主梁纵横向固结、自由和设置阻尼约束体系的有限元模型,得到纵桥向设置粘滞阻尼器、横向设置钢阻尼器是相对最优约束体系的结论,并通过参数比选设置合理的阻尼器参数,使得大桥关键截面内力和位移都能得到较好的控制.另外,由于大跨度斜拉桥与相邻引桥自振周期相差较大,强震作用下容易发生碰撞或落梁,在模型梁端设置碰撞接触单元,并分别讨论碰撞刚度和初始间隙对截面受力和碰撞力的影响.结果表明,设置适当参数的弹性限位装置可减弱过渡墩处的地震反应.     

限位吊索对双塔双跨悬索桥的受力影响

为了解限位吊索对双塔双跨悬索桥受力的影响,以西江特大桥为工程背景,建立了该桥设置与不设置限位吊索的两种计算模型,并分别进行了结构静力和动力特性的分析。通过与该桥实际成桥荷载试验的内力、位移及结构振动模态的对比,结果表明:限位吊索对悬索桥整体刚度影响较小,但对减小边跨主梁内力及边跨主梁挠度的作用较明显。     

棋盘洲长江公路大桥主桥约束体系研究

棋盘洲长江公路大桥位于黄石市和黄冈市境内,主桥采用主跨1 038m单跨吊钢箱梁悬索桥一跨跨越长江。考虑大桥变形特点,设计采用纵向限位挡块降低伸缩装置规格和支座纵向滑动量;采用黏滞阻尼器减少动力响应,以保护结构安全。结合计算分析提出了基于频遇组合的挡块间隙量的初步确定方法,伸缩装置由原来不考虑纵向限位的D2 000 mm左右减小为D1 200mm;结合黏滞阻尼器力学机理和该桥结构特点,运用参数分析方法给出了纵向阻尼参数的相对合理取值。相关计算结果较好地满足了棋盘洲大桥结构设计需求。该文的结论可直接适用于单跨吊钢箱梁悬索桥,关于纵向挡块间隙和纵向阻尼参数的确定思路对其他类型桥梁设计也有一定的参考价值。     

某桥梁伸缩装置更换选型分析研究

桥梁伸缩装置影响桥梁结构使用寿命和行车安全。该文以某大桥伸缩装置破损更换选型为例,应用Midas有限元软件建立桥梁模型,模拟计算温度变化、混凝土收缩徐变、汽车制动力、车辆荷载、纵向坡度等因素对梁端位移影响。结果表明:伸缩量可由体系温差、混凝土收缩徐变和汽车制动力三者引起的梁端位移之和乘以相应的增大系数求得;汽车制动力主要影响主梁顺桥向位移,按规范计算的伸缩量仅是板式橡胶支座剪切变形引起的梁端位移,应加上桥墩弯曲变形引起的梁端位移,特别是桥墩较高,刚度比较小的桥梁;对运营10年以上桥梁,可不考虑混凝土收缩徐变对伸缩装置的影响。理论计算和有限元分析表明:该桥引桥建成时安装美国万宝系列SD-160型伸缩装置不合理,伸缩量应满足ΔL≥379.2mm;运营15年后,伸缩量应满足ΔL≥292.2mm,建议选择320型模数式伸缩装置。     

塔梁弹性支座刚度对三跨连续悬索桥结构体系影响的研究

为研究塔梁竖向弹性支座刚度对三跨连续弹性支承钢箱梁悬索桥结构静动力特性的影响,以主跨926 m的浙江秀山大桥为依托,采用有限元通用软件midas Civil 2013建立4种方案模型,并对比4种方案结构静动力特性,提出合理的塔梁竖向弹性支座刚度控制因素。结果表明,随着塔梁弹性支座刚度增大,梁端和塔梁支座处钢箱梁转角、钢箱梁塔梁支座处和跨中位移也随之减小,但塔梁支座处钢箱梁的弯矩和应力会随之增大;成桥恒载状态下塔梁弹性支座反力也逐渐增大,其相邻的长吊索索力减小60%,但只有合适的塔梁弹性支座刚度,才可显著减小相邻长吊索的应力幅;钢箱梁底板应力和长吊索应力幅是塔梁弹性支座刚度取值的控制因素;结构基频有轻微减小,结构横向刚度有所降低。