四跨悬索桥的结构特征及其可应用性

对一座两主跨跨长为2 000 m的四跨悬索桥的变形特征进行了研究。通常,四跨悬索桥的变形性状受到中间桥塔刚度的巨大影响。本文着重研究了加劲梁的弯曲和扭转刚度、垂跨比和恒载的特性。本研究的结果澄清了与三跨悬索桥相比较,四跨悬索桥加劲梁在活载作用下的较低刚度是因为主跨主缆的弹性刚度系数只有边跨的1/6造成的。然而,这个趋势是稳定的并且能得到加强中间桥塔刚度的帮助,用加强中塔弯曲系数的方法来使加劲梁的活载挠度能够减到主跨长度的1/200以下是有用的和经济的。而且,对于主跨为1 000 m的情况,设挠度比相同,2 000 m跨度的较低的中塔刚度也是足够的,主缆的三维垂度几何外形对于限制加劲梁的扭转变形是有效的,这对于中塔受扭引起的四跨悬索桥加劲梁的扭转变形是特别重要的。     

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.     

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。     

公铁两用斜拉-悬索协作体系桥结构参数研究

为探究结构参数对公铁两用斜拉-悬索协作体系桥受力性能的影响,确定结构参数的合理取值,以甬舟铁路西堠门公铁两用大桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立该桥杆系有限元模型,计算分析辅助墩、吊跨比、矢跨比及交叉索数量等参数变化对结构竖向刚度、端吊杆活载轴力幅、桥塔弯矩等的影响,提出各结构参数的合理取值建议。结果表明:在边跨设置辅助墩能提高结构的竖向刚度、降低桥塔顺桥向弯矩和端吊杆活载轴力幅;吊跨比越大,结构的竖向刚度越小;矢跨比越大,结构的竖向刚度越大;增加交叉索对数可以降低端吊杆的活载轴力幅,但交叉索数量增至一定数量,端吊杆活载轴力幅值降低趋势趋于稳定;推荐大桥采用边跨设置2个辅助墩、跨中纯悬吊段吊跨比0.3、主缆中跨矢跨比1/6.5、交叉索9对的结构布置。     

大跨度双链式悬索桥受力特性影响因素研究

为探索理想的大跨度双链式悬索桥布置形式,以某在建过江通道主桥(主跨1760 m的单跨简支钢箱梁悬索桥,加劲梁采用扁平流线型钢箱梁,梁宽31.5 m,梁高4.0 m)为工程背景,利用大跨度悬索桥几何非线性计算软件SNAS建立有限元模型,分析不同恒载分配系数μ和矢跨比λ对结构受力特性的影响。结果表明:随着μ减小,结构竖向非对称刚度提高,但主缆最大拉力增大;随着λ减小,结构竖向刚度提高,但塔底纵向弯矩与主缆最大拉力增大;当μ=0.3且λ=1/9.0对应的大跨度双链式悬索桥布置形式较优,结构具有较好的抵抗对称及非对称活载的竖向变形能力,且颤振临界风速最大。     

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。     

一种自锚式悬索桥主缆线形的解析法

在传统的地锚式悬索桥主缆线形方程的基础上，引入了自锚式悬索桥主缆、加劲梁和索塔的变形协调方程，得到一种自锚式悬索桥主缆线形的解析方法：该方法可以在不进行有限元分析的情况下，仅给出自锚式悬索桥的跨度、矢跨比以及主缆、加劲梁和索塔的截面属性，通过求解主缆线形方程和变形协调方程所组成的方程组，就能够求出主缆的初始线形和成桥线形、主缆的无应力长度、索鞍偏移量。该方法简单、准确、高效，已经成功地应用在金华康济桥的施工监控中，建成后主缆的成桥线形与设计线形非常接近，最大误差只有27mm，由于该方法能方便而快速地计算出索鞍的偏移量和主缆线形，对优化自锚式悬索桥边跨与主跨的比例提供了一种高效的算法。     

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。     

大跨窄梁悬索桥结构体系对静动力刚度的影响研究

大跨度窄梁悬索桥,结构轻柔、整体刚度低,抗风问题突出。结构静动力刚度是大跨度桥梁抗风的基础参数。该文以一座大跨窄梁悬索桥为工程背景,基于空间缆索分段悬链线理论和桥梁三维有限元模型,多工况系统对比分析加劲梁刚度、主缆垂跨比、主缆间距和吊点宽度等参数对静动力刚度的影响。研究发现：加劲梁刚度对大桥的整体刚度贡献较大,与结构的静动力刚度呈正相关,尤其对结构的竖向和扭转静动力刚度影响明显;主缆垂跨比对大桥扭转静动力刚度影响较大;主缆间距和吊点宽度对大桥的静动力特性影响有限。     

襄阳庞公大桥主桥加劲梁架设施工技术

襄阳庞公大桥主桥为2×378m三塔两跨悬索桥,两主跨关于中塔对称布置。加劲梁采用钢-混凝土结合梁结构,由钢梁通过剪力钉与混凝土桥面板结合而成。全桥共分为84个节段。加劲梁采用梁段内桥面板与钢梁厂内结合、梁段间桥面板放置于已结合桥面板上进行整体吊装的思路。两主跨各布置两台300t液压提升式缆载吊机分节段起吊架设,由跨中向边塔同步对称进行,其中最大节段吊重约260t。受塔区无吊索、地形限制、梁段发运等影响,现场搭设存梁支架及存梁台座,利用起重船提前进行塔区存梁及场内滑移存梁,对于起重船吊装性能不足梁段采用矮支架存梁+缆载吊机"荡移法"架设。最后,在塔柱两侧采用"预偏+顶推"方式合龙。吊装过程中考虑中塔鞍槽抗滑稳定性及塔底应力情况,进行加载控制及索鞍顶推复位。     

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。     

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。     

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。     

单主缆悬索桥抗倾覆稳定性研究

为寻求合适的结构设计参数,解决单主缆悬索桥倾覆失稳问题,以南宁英华大桥为背景,考虑斜吊索数量、边跨长度及两者的耦合作用,建立全桥有限元模型进行抗倾覆稳定性计算,分析偏载作用下的支座受力、抗倾覆稳定系数和加劲梁跨中扭转变形。结果表明:设置斜吊索能有效提高抗倾覆稳定系数,并能减小加劲梁跨中扭转变形,但无法消除支座拉力;增加边跨长度能有效提高抗倾覆稳定系数,并能消除支座拉力,但对加劲梁跨中扭转变形影响不大;同时设置斜吊索和适当增加边跨长度可提高抗倾覆稳定系数、消除支座拉力、减小加劲梁跨中扭转变形,能较好地解决单主缆悬索桥倾覆失稳问题。     

三塔悬索桥适应性及结构参数分析

针对建筑高度限制的要求,采用非线性分析软件BNLAS,分析了三塔悬索桥的适应性,讨论了支承体系、中塔刚度及形式,以及主缆矢跨比等主要参数对结构整体刚度、中塔主缆抗滑移和中塔强度的影响,并研究了中塔刚度的优化设计。分析表明,塔高限制条件下,三塔悬索桥具有较好的适应性;支承体系、中塔刚度及形式对三塔悬索桥的力学行为影响较大;塔高限制条件下,宜采用较大的矢跨比;依据相关分析,可确定中塔刚度的最优值。     

武汉鹦鹉洲长江大桥上部结构施工监控技术

武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为(200+2×850+200)m三塔钢-混凝土结合梁悬索桥。为保证该桥的成桥线形和结构受力安全满足设计要求,主缆架设时,提出了考虑温度、跨度和塔顶高程影响的基准索股跨中位置参数影响公式,并采用索股分层定位技术架设一般索股;吊索无应力下料长度计算结果采用正装和倒拆2种计算手段相互验证;加劲梁采用4台缆载吊机,按照"从两中跨靠近中塔开始架设,而后再从边塔向边墩、跨中方向架设"的顺序吊装;混凝土桥面板采用"工厂预制、桥上结合"的方式施工;在加劲梁所有梁段就位、节段间正式连接后,再浇筑混凝土湿接缝;在两主跨各吊装27个加劲梁节段后,主索鞍共分6次顶推到位。采取以上监控技术后,该桥的成桥线形及桥塔偏位均满足要求。     

单塔空间索自锚式悬索天桥设计与施工控制

桐柏停车区天桥采用(18+38+66+18)m四跨单塔自锚式悬索桥方案。桥塔为钢筋混凝土拱形,加劲梁采用钢筋混凝土肋板式结构,主缆采用预制平行丝股,吊索采用空间布置,鞍座采用铸焊结构。采用MIDAS Civil程序建立有限元模型,进行成桥结构分析,结果表明该桥结构刚度满足规范要求。该桥采用先梁后缆法施工,采用倒拆法进行施工计算,在施工过程模拟计算后得到吊索下料长度。吊索分5次张拉到位完成结构体系转换,以吊索无应力长度为控制指标,控制吊索张拉力和加劲梁变形。监控结果表明,该桥成桥线形较好,主缆和吊索受力均匀。     

马鞍山长江公路大桥三塔悬索桥结构体系选择

马鞍山长江公路大桥左汊主桥为主跨2×1 080 m的三塔悬索桥,为解决该桥在不平衡活载作用下引起中塔两侧主缆缆力差值较大的问题,需要选择合理的结构体系,对塔梁固结、支座约束、半飘浮与全飘浮4种结构体系进行对比分析.采用有限元软件BNLAS分析4种结构体系的力学特性,计算结果表明:塔梁固结结构体系抗滑安全系数最高、结构刚度最大、中塔钢结构段应力在容许范围内、抗风与抗震性能优于飘浮体系、不需要设置支座;4种结构体系在缆索受力方面差异很小;塔梁固结体系加劲梁受力较大但可以通过调整梁高来控制应力.经综合比选,该三塔悬索桥最终采用塔梁固结的结构体系.     

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。     

五峰山长江特大桥铁路二期恒载加载时机方案比选

五峰山长江特大桥主桥为主跨1 092m的钢桁梁公铁两用悬索桥,该桥加劲梁恒载集度大、铁路二期恒载占比高,加劲梁采用整节段吊装施工。针对该桥特点,提出了铁路二期恒载在加劲梁合龙后加载(吊重约1 450t,采用2台900t缆载吊机,方案1)和铁路二期恒载与加劲梁整节段同步架设(吊重约2 100t,采用2台1 300t缆载吊机,方案2)2种方案,并采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,从加劲梁线形及节段下弦间开口的闭合时机、边跨钢梁合龙位移调整量和节段间上弦临时铰受力等方面进行综合比选,选择方案1。方案1满足加劲梁整节段架设要求,同时显著降低了缆载吊机的起吊能力,在经济性上有较大的优势。