山区大跨度窄桥面加劲梁悬索桥静动力特性分析

为了掌握山区大跨窄悬索桥在荷载作用下的力学特性,文章以某山区大跨度加劲梁窄悬索桥为研究对象,设计多种不同桥梁结构方案,考虑抗风缆、垂跨比、加劲梁宽度和中央扣的影响,采用大型通用结构有限元分析程序,建立山区大跨窄悬索桥有限元模型,对比分析多种方案下静力特性指标与动力特性主要参数的变化规律。     

具有刚性中央扣的大跨度悬索桥随机地震响应研究

为分析刚性中央扣对悬索桥地震响应的影响,以一座具有刚性中央扣的大跨度悬索桥为例,建立大跨度悬索桥的空间有限元模型,基于随机振动法对比分析刚性中央扣对悬索桥动力特性的影响、地震动功率谱密度函数的选择对地震响应的影响以及悬索桥在三向地震作用下的地震响应。结果表明:刚性中央扣减少了加劲梁纵飘及与主缆振动相关振型出现的次数并增大了相应的频率;在纵向地震作用下,中央扣减小了加劲梁的位移,但是明显增大了加劲梁的内力;地震动功率谱密度函数模型采用Clough-Penzien模型时所得到的随机地震响应要较杜修力模型大,且两者的计算结果均大于采用规范反应谱的计算结果;在三向地震作用下,导致加劲梁在中央扣位置处形成内力集中,地震响应也更为不利,桥塔最大纵向弯矩位于塔底,最大横向弯矩位于横梁交界处和塔底。     

大跨度悬索桥合理抗震结构体系研究

为探索大跨度悬索桥的合理抗震结构体系,以主跨1 490m的润扬长江公路大桥为背景,采用多振型地震反应谱分析方法,分析了桥跨布置、主缆矢跨比、边主跨比、加劲梁高度、中央扣设置以及加劲梁支承方式等主要结构设计参数对大跨度悬索桥地震反应的影响。研究结果表明:三跨悬吊连续布置是大跨度悬索桥理想的抗震结构布置形式;采用大的主缆矢跨比可以明显改善结构抗震性能,主缆矢跨比以1/10较合理;短边跨布置可以显著增强悬索桥的抗震性能;增大加劲梁高度不利于悬索桥的抗震性能;跨中位置缆梁间设置刚性中央扣有利于增加结构刚度及其抗震性能;加劲梁采用三跨连续支承方式时结构抗震性能最优。     

中央扣对小格拉钢桁梁悬索桥动力特性影响研究

以小格拉钢桁加劲梁悬索桥为研究背景,用MIDAS2012分析软件建立该桥空间有限元模型,采用子空间迭代法对该桥自振特性进行分析,研究了设置不同种类中央扣对该桥动力特性的影响。结果表明中央扣的设置增强了结构的整体刚度,各阶自振频率值均不同幅度增大,其中刚性中央扣对结构振动特性的影响比柔性中央扣大。     

柔性中央扣对大跨悬索桥动力特性的影响

针对拟建的主跨1800m某特大悬索桥,利用ANSYS软件建立了4种空间动力计算模型,并采用子空间迭代法对其进行了自振特性分析,研究了柔性中央扣对特大跨度悬索桥动力特性的影响。得到柔性中央扣的设置使得悬索桥刚度有所增加,其中以提高结构的反对称抗扭刚度和纵飘刚度最为显著;设置3对斜拉索或1对斜拉索的柔性中央扣的性能无明显区别,研究结果可为今后柔性中央扣结构在大跨悬索桥中的应用提供参考。     

中央扣对独塔地锚式悬索桥动力特性及地震响应的影响

为了研究中央扣对独塔地锚式悬索桥动力特性及地震响应的影响,该文以云南丽江-香格里拉高速公路金沙江大桥为研究对象,分别建立无中央扣、柔性中央扣、刚性中央扣3种模型,采用多重Ritz向量法和反应谱法分别计算3种模型的动力特性和地震响应,对比3种模型计算结果得出结论:中央扣的设置对限制加劲梁纵桥向振幅效果显著,同时改变了纵向地震力在两岸的分配,直接锚于山体一岸锚碇纵向地震力增加,独塔纵向地震力降低。     

中央扣对悬索桥动力特性及短吊索车载激励响应的影响

为实现运营阶段中央扣对悬索桥动力特性及车载激励下短吊索响应影响的量化分析,进而为悬索桥设计及维养策略提供参考,基于已编制的车-桥耦合分析系统,引入制动惯性力及俯仰力矩模拟车辆制动力,建立了考虑车辆制动过程的车-桥耦合分析系统;以一座单跨地锚式悬索桥为工程背景,建立无、有中央扣2种缆梁连接体系的全桥空间有限元模型,研究中央扣对悬索桥动力特性及行车激励下短吊索缆梁相对位移响应的影响;采用建立的分析系统,考虑不同制动位置、初速度及减速度研究中央扣对短吊索制动激励响应的控制作用;考虑短吊索因缆梁相对错动产生的弯曲应力,建立车流激励下短吊索疲劳损伤的分析流程,研究中央扣对短吊索的等效疲劳应力幅值及疲劳损伤度的影响。分析结果表明：中央扣提高了悬索桥的纵飘及扭转刚度,改变了缆梁间的相对运动特性,减小了缆梁错动循环次数及位移幅值,可有效控制行车激励下60.3%以上的短吊索缆梁相对位移响应;考虑不同制动位置、初速度及减速度的取值,中央扣对短吊索缆梁相对位移幅值的减弱率可分别达92.9%、85.1%及85%以上,有效降低了短吊索制动激励响应对3个制动参数的敏感性;中央扣对随机车载下短吊索轴向应力幅值的影响较小,而对因缆梁相对错动产生的弯曲应力幅值影响较大,减弱了短吊索的等效疲劳应力幅值及疲劳损伤度,尤其是距中央扣位置最近的短吊索,疲劳损伤度降低了近71.4%;因此,中央扣可有效控制运营阶段悬索桥短吊索的车载激励响应。     

结构参数对三塔悬索桥空气动力稳定性的影响分析

以在建主跨为1080m的三塔双跨悬索桥--泰州长江公路大桥为工程背景,采用三维非线性空气动力稳定性分析方法,分析主缆矢跨比、加劲梁恒载集度、加劲梁支承方式、中塔型式、缆索体系等结构参数对三塔悬索桥空气动力稳定性的影响,并探讨了具有良好抗风稳定性的三塔悬索桥的结构布置形式.结果表明:三塔悬索桥主缆的矢跨比在1/10～1/11范围内,主梁跨中设置刚性中央扣,增强中间桥塔的纵桥向刚度以及采用空间缆索体系或平面双缆体系时,可以获得较好的空气动力稳定性.     

移动荷载作用下特大悬索桥的行车舒适性

为研究移动荷载作用下特大悬索桥的动力响应和行车舒适性问题,用正交异性矩形板单元弯曲形函数的6次Hermitian插值函数,通过Matlab编程把车辆移动过桥时的荷载转换成加劲梁各节点的荷载时程,用通用有限元程序ANSYS,对移动荷载作用下特大悬索桥动态响应进行了时程分析,给出了悬索桥在不同荷载作用下的数值分析结果。实例分析表明,该方法具有很好的适用性和很高的精度,加劲梁最大位移响应位于桥梁中跨的跨中位置,发生在移动荷载通过桥梁跨中位置前后。最后,通过对某悬索桥动力响应的时程结果进行小波变换,研究了该悬索桥的行车舒适性。     

中央扣对大跨度空间缆索悬索桥静动力特性影响研究

为探讨不同中央扣联结形式对空间缆索悬索桥静、动力特性的影响,以宝塔坪特大桥为研究背景,建立了该桥3种不同联结模式下的三维空间静、动力计算模型,针对3种不同中央扣联结形式下结构静、动力响应做了对比分析。研究结果表明:静力方面,中央扣对活载下加劲梁的竖向挠度影响较小,但会减小梁端纵向位移,并将增大跨中加劲梁轴力;动力方面,中央扣的设置提高了结构的反对称扭转频率,推迟了纵漂振型的出现,增大了结构的抗扭转刚度和纵向刚度。     

设柔性中央扣的特大跨度悬索桥纵向抗震体系研究

为针对设有柔性中央扣的特大跨度悬索桥选择合理的纵向抗震体系,以设有柔性中央扣的南京仙新路特大跨度悬索桥(主跨1760 m的双塔单跨地锚式悬索桥)为背景进行研究。采用SAP 2000软件,考虑柔性中央扣只能受拉不能受压的力学特性建立该桥非线性有限元模型,对柔性中央扣、粘滞阻尼器以及两者组合作用的减震效果进行对比分析,在此基础上提出合理的减震体系,并确定合理的体系参数。结果表明:粘滞阻尼器的减震效果远好于柔性中央扣;在设有柔性中央扣的特大跨度悬索桥中,由于柔性中央扣在地震作用下会被拉断而失效,因此建议将柔性中央扣的销钉设计为“熔断”部件,同时在塔、梁连接处设置粘滞阻尼器减小加劲梁地震位移;粘滞阻尼器的参数应综合考虑静力和地震响应优化确定。     

基于挠度理论的自锚式悬索桥受力特性分析

基于挠度理论,分析了矢跨比、边中跨比、加劲梁竖向抗弯刚度、加劲梁纵坡和整体升降温对两塔三跨自锚式悬索桥结构受力特性的影响。此外,还讨论了加劲梁在轴向压力作用下的稳定性及其极限跨径。分析结果表明：矢跨比越小,主缆拉力越大、加劲梁的轴向压力也越大,而结构的整体刚度越低;边中跨比越大,结构的整体刚度越低,加劲梁在轴向压力作用下的横向稳定性也越差;主缆抗拉刚度或者加劲梁的竖向抗弯刚度越大,结构的整体刚度越大;加劲梁纵坡和整体升降温对结构受力的影响通常较小,可以忽略不计;自锚式悬索桥的极限跨径由加劲梁的横向第一类失稳及其屈服强度共同控制。     

随机风、车流联合作用下大跨公路悬索桥纵向振动特性研究

为了研究随机风、车流荷载联合作用下大跨公路悬索桥纵向振动特性,基于元胞自动机原理建立了随机交通流模型,采用平稳高斯过程模拟风荷载,同时考虑随机风、车流与桥梁的相互作用,利用ANSYS和MATLAB混合编程技术建立了风-车-桥空间耦合振动分析平台,并基于该平台对随机风、车流荷载单独作用以及联合作用下某大跨公路悬索桥加劲梁的纵向位移时程、纵向位移极值和纵向累积位移等特性进行了深入的研究。研究结果表明：低风速下（5 m·s^-1）由单风引起的加劲梁纵向位移极值要远小于由单车（流）引起的加劲梁纵向位移极值（不足5.0%）。当风速增加至20 m·s^-1时,风致加劲梁纵向位移极值分别为稀疏交通流和轻微拥堵交通流引起加劲梁纵向位移极值的57.7%和24.2%。此外,还发现风-车-桥耦合效应显著,若不考虑风-车-桥耦合效应的影响而采取单个荷载效应线性叠加的方法,将明显低估加劲梁纵向位移的极值响应。风荷载单独作用下加劲梁纵向位移极值的概率分布均服从对数正态分布;车流荷载单独作用以及风、车流荷载联合作用下加劲梁纵向位移极值的概率分布均服从广义极值分布。虽然风荷载对加劲梁纵向位移极值的贡献与车流荷载相比要小很多,但由于风致加劲梁纵向振动的频率较高,风荷载对加劲梁纵向累积位移的贡献要比对纵向位移极值的贡献显著。     

空间缆索自锚式悬索桥动力特性及刚度影响规律

空间缆索自锚式悬索桥的主缆直接锚固在加劲梁上,同时由于主缆的空间特性,与地锚式悬索桥及传统平面索相比,其动力性能存在很大的差异.针对青岛海湾大桥大沽河航道桥建立非线性空间有限元模型,对其动力特性及结构刚度影响规律进行了分析.结果表明,该桥振型基本合理,具有密布的频谱;作为自锚式悬索桥其整体刚度较低,固有周期较长;单柱式桥塔的横向刚度较弱,横向振动出现较早;另外,由于缆索横向间距较小,刚度较小,前10阶振型中有5阶索振.各振型受结构刚度的影响不同,主缆刚度主要影响悬索桥的1阶竖弯及扭转,加劲梁竖向刚度对加劲梁1阶竖弯及加劲梁扭转振型影响较大,横向刚度主要影响悬索桥的加劲梁横向振型,扭转刚度主要影响悬索桥的1阶扭转振型;主塔纵向刚度主要影响悬索桥的纵飘振型;横向刚度主要影响索塔的1阶横向振型.     

中央扣对大跨径自锚式悬索桥动力特性的影响

为了研究不同形式中央扣对大跨径自锚式悬索桥地震反应的影响,结合某主跨406 m的自锚式悬索桥为工程实例,利用Midas/Civil程序建立其未设中央扣、设置刚性和柔性中央扣的三种有限元模型,使用多重Ritz向量法分别得出三种模型前180阶自振频率及振型,分析对比中央扣对三种模型动力特性的影响。研究表明：中央扣的设置提高了自锚式悬索桥整体刚度;该自锚式悬索桥的竖弯刚度、主塔横向侧弯刚度都明显增大;设置刚性中央扣比柔性中央扣更能提高结构的刚度。     

中央扣对大跨悬索桥动力特性的影响

基于ANSYS软件建立了润扬长江公路大桥南汊悬索桥的三维有限元计算模型,并采用子空间迭代法对其进行了自振特性分析,研究了刚性中央扣的多精度模拟技术及其对大跨度悬索桥动力特性的影响。研究结果表明,中央扣的不同精度模拟对该桥动力特性的影响很小;与跨中短吊索相比,中央扣的设置使得结构刚度有所增加,相应的各阶频率增大,但各类振型受影响的程度不同,其中以缆索振动为主的频率增加最为明显。研究结果为该桥的健康监测提供了必要的信息和研究基础。     

大跨径悬索桥桁架加劲梁节段的安装研究

大跨径悬索桥桁架加劲梁节段拼装连接是主梁安装的关键工序,固结时机选择不好,会在加劲梁节点处产生较大次应力,降低结构安全储备,甚至影响桥梁的使用寿命,以湖北沪蓉西四渡河大桥为背景,研究加劲梁在4种不同固结方案状态下的受力特征,得到了加劲梁截面应力及各相邻加劲梁截面之间开口距离的变化规律,提出了加劲梁施工过程中的临时连接及永久固结的最佳时机。     

四渡河大桥钢桁梁节点板局部应力分析

四渡河大桥主桥为单跨900 m双铰钢桁梁悬索桥.主桥加劲钢桁梁的节点板处构造及受力均较复杂,采用通用有限元软件对代表性的节点板处局部应力进行空间分析,为设计提供了参考.     

自锚式悬索桥结构体系的关键技术

通过世界上首座独塔单跨混合梁自锚式悬索桥—佛山平胜大桥的方案构思及结构设计,介绍了其采用的整体桥塔分离式加劲梁桥型结构、混合加劲梁、钢-混凝土结合段构造型式、钢箱梁顶推技术、吊索调索技术等原创性工程技术成果,综述了自锚式悬索桥设计的关键和创新技术。