双缆多塔悬索桥主缆垂跨比的合理取值

为了明确双缆多塔悬索桥主缆垂跨比的合理取值,为结构设计提供依据,以主缆与中塔鞍座的抗滑安全系数和加劲梁挠度为控制指标,拟定满足主缆抗滑及结构变形要求的三塔两跨悬索桥设计参数,建立双缆及传统多塔悬索桥有限元模型,分析双缆体系主缆垂跨比对结构变形、主缆抗滑稳定性及主缆用钢量的影响。结果表明:双缆体系的结构刚度主要取决于主缆垂跨比而非中塔刚度,结构变形随着上缆垂度的减小和下缆垂度的增大而减小;主缆抗滑安全系数随着桥塔刚度的增大而减小,随着下缆垂度的增大而减小;上缆垂度对抗滑安全系数的影响与桥塔刚度有关,桥塔刚度较小时,主缆抗滑安全系数随着上缆垂跨比的增大而增大,桥塔刚度较大并且下缆垂跨比较小时,随着上缆垂跨比的增大,主缆抗滑安全系数先增大后减小;与传统悬索桥体系相比,双缆多塔悬索桥加劲梁变形和主缆抗滑稳定性受桥塔刚度的影响较小,桥塔刚度的可行性范围远大于传统多跨悬索桥。双缆体系悬索桥主缆用钢量与传统体系用钢量基本一致,主缆用钢量随着上、下缆垂度的增大而减小;下缆垂跨比适宜取值为1/8～1/6,上缆垂跨比适宜取值为1/14～1/11,当桥塔刚度较小时,应增大上下缆垂度差值。     

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.     

武汉鹦鹉洲长江大桥桥塔设计

鹦鹉洲长江大桥设计为三塔四跨钢-混结合加劲梁悬索桥,跨度布置为(200+2×850+200)m,两主跨主缆跨度均为850m,主缆矢跨比为1/9,边跨主缆跨度均为225m。三塔不等高,中塔为钢-混混合结构,高152m;边塔为混凝土结构,高126.2m。桥塔横向均为框架结构,塔柱之间均设置上下2道横梁。中塔混凝土下塔柱纵向采用台阶式的I形结构,钢上塔柱纵向采用人字形结构;边塔纵向采用I形塔结构。桥塔塔柱根据位置的不同分别采用单箱单室和单箱三室截面;横梁采用预应力混凝土结构。桥塔施工采用泵送混凝土工艺。分别对桥塔进行稳定及纵、横向静力计算分析,结果表明结构强度、刚度、稳定性均满足规范要求。     

三塔悬索桥中塔适宜刚度数值解析算法

为实现三塔悬索桥在设计阶段中塔适宜刚度的精细化计算，提出一种数值解析算法。基于悬链线理论及索塔变形协调关系建立主缆迭代方程组，基于力学平衡条件建立加劲梁平衡方程组，基于主缆吊点与加劲梁吊点间变形后几何关系建立吊索变形协调方程组，根据吊索力与吊索倾斜角闭合条件为收敛准则，建立联合迭代计算方程组。最后，基于最不利活载作用下中塔索鞍抗滑性及加劲梁挠跨比规范要求分别迭代求解中塔刚度上下限值，并对主跨跨度、矢跨比及恒活载比对于中塔适宜刚度限值的影响进行对比分析。将所提算法与有限元法进行比较分析，结果表明：当主跨垂跨比为1/9时，中塔刚度上限计算值与有限元计算值分别为31.5、29.4 kN·mm^-1,计算值相对误差为7.1%;中塔刚度下限计算值与有限元计算值分别为6.5、6.7 kN·mm^-1,计算值相对误差为-3.0%,有限元模型中塔刚度计算限值较所提算法计算值偏保守。中塔适宜刚度上限值随着跨度增加而增加，而下限值随着跨度增加而降低；在合理的相同恒活载比条件下，中塔刚度上限值随着主跨矢跨比减小而增加，下限值变化幅度相对较小；设计阶段应选择适宜的主跨矢...     

基于有限元法的大跨度索桥钢结构受力分析

利用MIDAS/Civil有限元软件构建了大跨度悬索桥单缆结构和双缆结构体系下有限元模型,针对两种结构模型在汽车活载、横风荷载、自振频率结构特性和受力特征进行了模拟分析。研究结果表明:汽车活载作用下,双缆体系下的竖向挠度包络曲线位于单缆体系内侧,双缆结构加劲梁竖向挠度较单缆结构有所减小;横风荷载下,两种结构体系下的横向弯矩、挠度下的变化曲线较为类似,且双缆结构下的极值更大,在桥塔和跨中处加劲梁横向弯矩取得最大值,跨中处边跨挠度取得最小值,且主跨段挠度远大于边跨段挠度值;双缆结构的大跨度索桥一阶纵飘频率、横弯频率和扭转频率有所下降;一阶竖弯频率有所增加。从两种模型的分析结果表明,双缆结构大跨度悬索桥具有更优的受力特性和安全使用性能。     

三塔四跨悬索桥合理结构布置形式研究

为明确不同结构布置形式应用在三塔四跨悬索桥中的合理性,构建了主跨600～1 400m范围内的5座三塔四跨悬索桥,对汽车荷载作用下结构竖向刚度及主缆抗滑系数这两项控制指标进行了计算分析,并深入探讨了不同主跨跨径下塔梁连接形式、缆梁连接形式及缆索系统布置形式对结构产生的影响。研究表明:三塔四跨悬索桥在单跨满布汽车荷载下,随主跨跨径的增大,"中塔效应"越易缓解;当对鞍座进行适当改进以提高主缆与鞍座间的名义摩擦系数后,三塔四跨悬索桥桥跨布置可大幅拓宽;塔梁连接形式对"中塔效应"的影响体现在其纵向约束存在与否,无纵向约束体系的竖向刚度及主缆抗滑系数显著降低;缆梁连接形式对"中塔效应"的影响非常明显,但其导致了中央扣及部分吊索的疲劳、锚固及索夹滑移问题;缆索系统布置形式对"中塔效应"影响较弱,协作体系仅会产生不利的影响。综合对比分析表明:从缓解"中塔效应"的角度出发,不设置中央扣,塔梁间设置纵向约束的平面缆体系更适用于三塔四跨悬索桥。     

多塔悬索桥中间桥塔结构顺桥向弹性稳定简化分析方法

为解决多塔悬索桥中间桥塔顺桥向线弹性稳定性简化分析问题,以一座两主跨相等的三塔两跨悬索桥为背景,提出单主跨满布活载和两主跨满布活载2种极限加载工况下中间桥塔顺桥向弹性稳定简化分析方法。该方法将主缆结构对中间桥塔的约束作用等效为一对非线性弹簧,基于加载条件下缆索刚度的变化规律及梁的平衡微分方程,分析了单主跨满布活载和两主跨满布活载2种极限加载工况下中间桥塔的弹性稳定性问题,并将分析结果与有限元计算结果进行了对比。结果表明:多塔悬索桥中间桥塔结构在单主跨满布活载工况下,不会发生整体弹性屈曲失稳;两主跨满布活载工况下,稳定验算解析公式求得的稳定系数与有限元计算结果相差约7%,且偏于安全,能够满足初步设计和结构选型的要求。该方法具有一定的精度,适用于桥塔结构的结构选型和初步设计。     

温州瓯江北口大桥主桥设计关键技术

温州瓯江北口大桥主桥为主跨2×800m的三塔双层桥面钢桁梁悬索桥,上层通行6车道高速公路,下层通行6车道一级公路。针对该桥多塔、大跨、双层桥面的特点,对其支承体系、加劲梁、中塔及其基础设计关键技术进行研究。基于结构受力合理性以及运营安全等因素,该桥支承体系采用纵向在加劲梁梁端设置阻尼器;竖向在桥塔及边墩处设置竖向支座,并对桥塔处进行压重;横向在加劲梁与塔柱间设置抗风支座。综合考虑运输及安装、抗风稳定性、使用功能及经济性等因素,加劲梁采用正交异性钢桥面板与主桁结合的整体式钢桁梁,全桥4跨连续。为节省造价、降低后期维养工作量,中塔采用纵向A形钢筋混凝土结构,在中塔主缆鞍槽中设置多道竖向隔板,以提高主缆钢丝与鞍槽间的摩擦力,保证主缆抗滑移安全。为提高结构刚度、降低造价,中塔基础采用防撞能力强的大型沉井基础。     

韩国新千禧大桥设计

韩国新千禧大桥为全长1750 m的三塔两跨悬索桥,两主跨各长650 m,两边跨各长225 m.设计中通过参数研究确定合适的中塔刚度,解决主梁挠跨比过大及中塔主鞍座的抗滑移稳定性不足的特殊结构问题.加劲梁采用气动稳定性良好的五角形断面,风洞试验结果表明,大桥的颤振和涡振稳定性能均较好.主缆采用强度达1960 MPa的高强钢丝,使自重降低6％,同时减小了横向风阻力.加劲梁采用高强钢材HSB500,减小了自重.与单主跨悬索桥相比,新千禧大桥的主缆材料重量和锚碇尺寸都有所降低,经济性较好.     

智利查考大桥

正查考大桥(Chacao Bridge,见图1)是一座3塔双主跨悬索桥,全长2.75km,2个主跨长度分别为1 155m(北)和1 055m(南),建成后将成为南美最长的悬索桥,也将是世界上第一座纵向非对称多跨悬索桥。该桥加劲梁采用正交异性钢箱梁,梁宽22.5m,按照4车道设计。主缆采用PPWS法架设施工。3座桥塔均为混凝土结构,其中南桥塔和北桥塔为普通门形塔;中塔为类门形塔,两侧塔柱采用     

A形混凝土中塔多塔悬索桥设计与拓展应用研究

为提升悬索桥的连续跨越能力,以瓯江北口大桥为背景,结合长江上已建成的3座三塔悬索桥,对三塔悬索桥的设计理念、设计要点、适用性等进行研究。在此基础上,对采用A形混凝土中塔的不同跨数和不同主跨跨度的多塔连跨悬索桥方案进行受力分析和拓展应用。研究发现:三塔悬索桥的性能关键在于中塔,中塔的刚度对桥梁整体刚度起决定性作用;采用增设全竖隔板的新型中主索鞍,主缆钢丝与鞍槽间名义摩擦系数可达到0.3;采用A形混凝土中塔的三塔悬索桥大幅提高了结构整体刚度和抗风稳定性能;A形混凝土中塔应用于多塔连跨悬索桥时,其主要力学指标变化幅度有限,影响主缆滑移的显著因素是恒载与活载的比率。     

三塔双层悬索桥中塔结构选型研究

中间桥塔结构选型是多塔悬索桥设计的关键技术问题,以世界首座三塔双层悬索桥——温州瓯江北口大桥为依托工程,分别对采用A形混凝土中塔、I形钢-混组合中塔及人字形钢结构中塔时的中塔偏位、主跨挠度、主缆抗滑安全性及经济性等关键控制指标进行了综合研究。研究表明,在主缆与鞍座间的名义摩擦系数取为0.2时,I形钢-混组合中塔及人字形全钢中塔可满足中塔结构受力和主缆抗滑移安全系数达到2.0的要求;在主缆与鞍座间的名义摩擦系数取为0.3时,A形混凝土中塔可满足中塔结构受力和主缆抗滑移安全系数达到2.0的要求,并具有明显的经济性。     

多跨悬索桥中塔纵向刚度研究

为了研究多跨悬索桥中塔纵桥向刚度,将主缆对桥塔的约束等效为弹簧,选定主缆及加劲梁的位移模式,通过虚功原理推导了主缆对中塔纵向弹簧约束刚度的表达式,建立有限元模型对公式进行验证,并与已有公式进行了对比。研究结果表明：弹簧刚度仅与主缆垂跨比及单位长度桥重有关,且与单位长度桥重呈线性关系,而受垂跨比影响较大;垂跨比减小时,主缆弹簧刚度迅速增大;推导得出的公式精度高,可以为初步设计阶段各参数的合理取值提供理论依据。     

瓯江北口大桥中塔设计及索鞍施工预偏量影响研究

温州瓯江北口大桥主桥为缆跨布置(230+800+800+348)m的三塔四跨连续弹性支承体系悬索桥。该桥中塔采用四柱式钢筋混凝土A形刚性塔,总高142m,纵向为A形,横向为门形。由于刚性中塔的采用,在提高中塔自身抗推刚度的同时,提高了结构的整体刚度,活载作用下加劲梁挠跨比1/588,中塔单根主缆的最大不平衡力达到35 003kN;与此同时,结构扭转基频提高到0.486Hz,颤振临界风速达到113.9m/s,抗风性能得到很大改善。采用BNLAS软件对中塔索鞍预偏与否进行分析,结果表明:中塔顶主鞍座的理论预偏量为0.239m,预偏与否对中塔受力影响很有限、对边塔受力基本无影响,因此设计建议取消中塔索鞍预偏及顶推。     

大跨人行悬索桥非线性静风失稳发展过程分析

为研究大跨人行悬索桥非线性静风失稳的内在原因,以主跨420m天蒙人行悬索桥为背景进行分析。综合考虑几何非线性与静风荷载非线性,采用内、外双重迭代算法从定性与定量的角度分析该桥非线性静风失稳发展过程及失稳临界形态。结果表明:大跨人行悬索桥静风失稳发展路径为,不断非线性增大的加劲梁位移牵连主缆和抗风缆产生相对于加劲梁的竖向位移,使主缆和抗风缆逐渐消减拉应力,直至抗风缆接近松弛而失稳;静风失稳临界形态是以加劲梁扭转变形为主、竖弯变形为辅的复杂弯-扭耦合空间变形状态;静风失稳内在原因为,静风升力和升力矩随附加风攻角的增长不断增大,加劲梁和缆索系统的静风位移持续增大并产生相对竖向位移,导致缆索系统刚度大幅卸载。     

减小三塔悬索桥中塔顶主缆不平衡力的设计思路

针对大跨度三塔悬索桥在不利工况下中塔两侧主缆不平衡力较大的问题,以泰州长江大桥、马鞍山长江大桥、武汉鹦鹉洲长江大桥3座大跨度公路三塔悬索桥为例,分析该问题的解决思路。经分析,对于大跨度三塔悬索桥,中塔采用钢塔或钢-混凝土叠合塔;加劲梁在中塔处设置纵向约束;鞍槽内主缆抗滑安全系数K在1.5~2之间取值(实际K≥1.2已足够安全)的设计思路对减小该类桥梁中塔顶主缆不平衡力有利。另外,建议对极端加载工况(一个主跨满布活载、另一个主跨空载)的活载进行额外的合理折减;不连续主缆的设计也是可以考虑的思路。     

五峰山长江大桥上部结构施工控制技术

五峰山长江大桥主桥为主跨1092 m的钢桁梁公铁两用悬索桥,加劲梁采用板桁结合钢桁梁,主缆采用预制平行高强钢丝索股结构,直径1.3 m。边跨加劲梁采用支架顶推法施工,中跨加劲梁采用缆载吊机由跨中向两侧对称架设,并在中跨侧靠近桥塔位置处合龙;主缆采用平行钢丝索股法架设。主缆制造时,采用无应力长度法计算各索股的无应力下料长度,并在主缆锚固区每处预留长度为±26 cm的垫板空间;主缆架设时,采用4根索股作为基准索股进行架设线形控制,并将主缆长度误差控制在-18~30 cm,均在误差控制范围内;加劲梁施工时,通过分析各因素对加劲梁线形的影响规律,提出控制二期恒载的措施;加劲梁合龙时,采取中跨钢梁不动、起顶边跨钢梁的合龙控制措施;在加劲梁合龙后加载二期恒载。加劲梁合龙后标高误差为-5^+63 mm,线形控制较好。     

韩国李舜臣大桥设计与施工方法创新

韩国李舜臣大桥,主跨为1 545m,目前为世界第四大悬索桥.主跨较长且桥塔位于陆地上将会减小船撞的风险,保证了18 000 t EU集装箱船的通航.矢跨比1/9,塔高270m,减小了锚碇的尺寸,降低了造价.主缆采用1 860 MPa高强钢丝,减小了自重,同时降低了造价.采用双幅钢箱梁,保证了结构的气动稳定性能.通过风洞试验确定了可抑制涡激振动且使风阻系数最小的加劲梁断面.采用漂浮体系,桥塔处无竖向支承,塔上限位装置和加劲梁端缓冲器有效地控制了结构的纵向位移.采用改进的空中编缆法进行主缆架设,减少了垂度调整的工作量.     

地锚式独塔悬索桥的极限跨径研究

推导了地锚式独塔悬索桥的主、边跨极限跨径计算公式,为验证超大跨径的地锚式独塔悬索桥在结构受力方面是否依然满足要求,试设计了一座主跨为2 000 m的地锚式独塔单跨悬索桥方案,建立结构有限元模型进行结构受力计算分析,结果表明:主缆应力以及加劲梁挠度均满足要求.     

独塔单跨地锚式悬索桥上部结构施工监控技术

香丽高速虎跳峡金沙江大桥为主跨766 m的独塔单跨地锚式悬索桥,该桥仅设1个桥塔,中跨加劲梁跨度小于主缆跨度.为保证上部结构施工安全,提高主缆和加劲梁线形控制精度,在主缆架设过程中,基准索股架设时,通过测点切线角度、温度和跨度的变化换算实际跨中测点标高;一般索股架设时,每层设置相对基准索股,通过温差计算该层其余索股的标...