七塔预应力混凝土部分斜拉桥结构性能研究

采用有限元法分析多塔预应力混凝土部分斜拉桥的结构性能。同斜拉桥一样,部分斜拉桥可以通过优化拉索初张力,确定其合理成桥状态,并通过优化施工方案,保证结构安全、受力合理。部分斜拉桥的拉索主要承担恒载,活载主要由主梁承担;活载作用下斜拉索最大应力幅位于边跨最外侧的斜拉索,已接近斜拉桥拉索应力幅;塔顶水平位移与相邻塔的变形相互影响较小。以大广高速公路开封黄河大桥为例,通过改变结构为连续梁桥和斜拉桥体系后,对比分析3种结构体系活载作用下的结构性能,得知:从连续梁桥、部分斜拉桥到斜拉桥,结构体系整体刚度逐渐增大,主梁承受的弯矩逐渐减小、结构变位逐渐减小、结构各阶自振频率逐渐增大。     

山区超高三塔斜拉桥结构设计探讨

三塔斜拉桥结构体系刚度相对较弱,提高体系竖向刚度、控制拉索应力幅、满足索塔受力要求是三塔斜拉桥结构设计的关键。以建设中的山区超高三塔结合梁斜拉桥为背景,运用空间有限元方法进行全桥多方案对比,研究索塔刚度、塔-梁支承体系对山区超高三塔斜拉桥结构力学行为的影响。结果表明,加大中塔刚度是提高三塔斜拉桥结构整体刚度的理想方式;边塔刚度对三塔斜拉桥结构整体刚度的影响较小;中塔塔-梁铰接、边塔竖向支承的结构体系对减小活载作用下的主梁挠度及温度作用下的塔底弯矩效果均较明显。     

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。     

三塔斜拉桥结构刚度参数敏感性研究

针对三塔斜拉桥在活载作用下的结构刚度问题,以5种跨径三塔斜拉桥为分析对象,通过改变主梁、斜拉索、索塔等主要构件刚度值,计算结构在活载作用下的结构刚度差异,研究了三塔斜拉桥竖向刚度及边塔、中塔纵向变位刚度的影响。研究结果表明:增加索塔刚度尤其是中塔刚度对提高大跨径三塔斜拉桥的结构刚度更经济有效,而对于小跨径的三塔斜拉桥来说,则可通过改变主梁或斜拉索的刚度来实现。斜拉索的刚度对边塔纵向变位刚度的影响较为明显,主梁次之。中塔刚度对中塔纵向变位刚度的影响较为明显,而边中塔刚度同时增加与仅增加中刚度的影响效应相差不到5%。     

平塘特大桥主桥抗震性能研究

平塘特大桥主桥为(249.5+550+550+249.5)m三塔双索面钢-混叠合梁斜拉桥。15号塔(边塔)、16号塔(中塔)、17号塔(边塔)分别高320,328,298m。该桥位于山区,桥址处为地震区,为了解地震作用对桥塔内力和桥塔、主梁位移的影响,采用SAP2000软件建立有限元模型,分别采用反应谱法和非线性时程分析法对其进行地震反应分析,并分析塔高差异对抗震性能的影响。结果表明:在地震作用下,中塔的塔底弯矩和塔顶位移大于边塔的塔底弯矩和塔顶位移;对于2座边塔,较高的15号塔的塔底弯矩及塔顶位移更大;主梁的纵向振动与横向振动基本不耦合,相对于纵向地震,主梁的竖向位移受横向地震的影响更大;2种方法的计算结果接近,但非线性时程分析考虑了支座的非线性,建议采用时程分析结果作为抗震设计的依据。     

三塔斜拉桥设计参数分析

为研究三塔斜拉桥结构的力学行为特征,为三塔斜拉桥设计提供参考,结合三塔结合梁斜拉桥工程设计实例,建立三塔结合梁斜拉桥的有限元模型,对斜拉索重叠布置、塔间斜拉索、提高桥塔刚度及采用辅助墩等措施进行参数分析,总结其受力行为的变化规律。计算结果显示:设置重叠索、设置塔间加劲索、边跨设置辅助墩可有效改善中塔、主梁、斜拉索受力,减少塔顶水平位移值及跨中主梁挠度值;提高中塔刚度可以减少塔顶位移;提高边塔刚度对结构影响很小;提高中塔的塔高可以改善桥塔内力,但会增大塔顶位移。计算结果可为三塔结合梁斜拉桥结构布置设计提供参考。     

超大跨组合梁斜拉桥静力非线性影响研究

以主跨1 000 m组合桥面板组合梁斜拉桥试设计方案为背景,采用数值模拟手段,研究了不同的非线性效应对超大跨组合梁斜拉桥动静力性能的影响。采用修正拉索弹模、多段杆单元等手段来模拟拉索垂度效应,与是否考虑梁柱效应及大位移效应相组合,共计算了六种非线性计算分析工况。研究结果表明,对千米级组合桥面板组合梁斜拉桥,斜拉索垂度效应引起的活载非线性效应并不十分显著,引起的结构内力及位移非线性效应误差总体上在5%以内。三种几何非线性影响因素中,梁柱效应最大,大位移效应次之,而拉索垂度效应最小。考虑到几何非线性对结构动力特性有一定影响,总体上,结构振动频率减小,但对斜拉桥颤振临界风速直接相关的一阶扭转频率影响不大,影响幅度不超过2%。     

下拉索多塔斜拉桥结构体系分析研究

提出下拉索多塔斜拉桥结构体系,并以某长江大桥为工程背景,对比分析下拉索多塔斜拉桥与常规双塔和多塔斜拉桥的力学性能.分析表明,下拉索多塔斜拉桥结构体系可以有效提高结构刚度,减少墩塔的弯距.     

端部激励下空间倾斜拉索振动的混沌特性研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,拉索的振动会引起锚固端的疲劳,损害拉索的防腐系统,缩短拉索的使用寿命,严重时还会造成拉索失效,危及桥梁结构的安全,已成为大跨径斜拉桥亟待解决的关键问题之一.基于斜拉索的三维空间特性,推导了斜拉索在端部任意方向位移激励下三维空间非线性振动平衡微分方程;引入了Lyapunov特性指数作为特定系统的混沌判据,采用Runge-Kutta分段积分法,搜索求解了不同激励幅值条件下拉索跨中横向振动位移的相平面图、Poincare截面图、最大Lyapunov指数谱图,分析和证实了拉索振动的混沌特性.     

新型下拉索多塔斜拉桥结构体系探讨

下拉索多塔斜拉桥是最新提出的用于解决多塔斜拉桥中塔刚度的体系。以某长江大桥为工程背景设计几种多塔斜拉桥形式,对比分析新型下拉索多塔斜拉桥结构体系与其他体系的异同。分析表明,下拉索多塔斜拉桥结构体系能有效提高结构刚度,而且相对经济合理,是可推广应用的新型结构体系。     

三塔单索面PC斜拉桥的地震反应研究

考虑几何非线性因素的影响,利用大型结构分析程序ANSYS,以一座拟建的三塔单索面预应力混凝土斜拉桥为背景,进行动态时程分析。此类桥与单、两塔PC斜拉桥的地震反应存在一定的差异,本文分析了此类桥在纵向输入地震波作用下的地震动反应,并同谱分析的反应结果做比较,总结了此类桥的地震反应规律。最后参照活载作用下的内力、位移结果,证明该桥的抗震能力有保证。本文得出的结论对此类多塔斜拉桥的抗震设计有重要的参考价值。     

风、列车作用下大跨度斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥在随机风、列车动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态,开发三维空间非线性有限元动力计算程序、列车动力学模型、风场模拟算法,以实际斜拉桥为研究对象,建立全桥三维有限元计算模型进行详细的计算分析。首先,分别使用拉索不分段与分段的全桥模型进行模态计算,讨论拉索局部振动特性与全桥振动特性之间的关系。然后,计算在简谐外激励作用下斜拉桥全桥的非线性振动时程,对比单根拉索在端部位移激励下的非线性振动特性与全桥结构中拉索发生大幅索-梁相关振动之间的差别,依据非线性振动理论,讨论实际斜拉桥中拉索发生索-梁相关振动的共振条件。最后,使用拉索分段的斜拉桥全桥模型,研究在三维空间中,风场动力作用、列车动力作用、风-列车-桥梁耦合动力作用在各个工况下对斜拉桥全桥索-梁相关振动的影响。研究结果表明：对于大跨度铁路斜拉桥,在实际日常运营状态下,风和列车的作用不会使结构进入非线性振动状态;单独的风或列车动力作用不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件;风-列车-桥梁耦合动力作用下拉索振动相对单独的风、列车作用更为明显,但也不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件。     

设置拉筋的铁路双柱式桥墩抗震加固分析

为确保双柱式桥墩在地震作用下的安全,以某铁路双柱式桥墩为例,提出了通过设置斜拉钢筋,减小桥墩在地震作用下的内力和位移响应,达到预防性抗震加固的目的。通过对双柱式桥墩进行PUSHOVER分析,求出桥墩屈服曲率和极限曲率及对应的弯矩、位移,并以此作为加固评价指标,评价多遇地震下及罕遇地震下斜拉钢筋对双柱式桥墩的加固效果。通过利用ANSYS有限元分析软件进行非线性时程反应分析,比较了双柱式桥墩在设置加固前后的内力响应、位移响应,研究了加固的必要性和合理性。结果表明:原双柱式桥墩在设置斜拉钢筋后,桥墩在多遇地震作用下处于弹性阶段,墩底内力减小;在罕遇地震作用下桥墩由破坏状态变为屈服状态,满足延性抗震的加固思路。     

超大跨度斜拉桥的横向约束体系

为了确定超大跨度斜拉桥的合理横向抗震约束体系,以苏通长江公路大桥为研究对象,采用非线性时程分析方法,分析了3种边墩、梁横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系和减隔震体系(流体黏滞阻尼器连接体系)对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究了阻尼器的合理设置方式及阻尼器参数。结果表明:对于超大跨度斜拉桥,横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在边墩、梁之间设置横向流体黏滞阻尼器可以显著减小边墩的横向内力以及梁端的横向位移,流体黏滞阻尼器应分散设置在各边墩上。     

跨断层独塔斜拉桥的非线性地震响应特性研究

跨越活动断层的桥梁结构面临地震时断层错动的严重威胁。为合理模拟跨断层地震动的滑冲效应脉冲，基于近断层脉冲型地震动的分解-叠加方法，发展了一种可体现场地高频特征的跨断层地震动合成方法。首次采用最大位移与永久位移之比作为波形参数，基于搜集的96条包含永久位移的地震记录，建立了波形参数与脉冲参数之间的联系。结果表明：所建议方法可以准确地对实际跨断层地震动进行模拟。选取某引桥跨越断层的深水独塔斜拉桥为对象，研究了三向地震动作用下断层跨越角度、断层永久位移、断层最大位移对斜拉桥非线性动力响应的影响规律。结果表明：断层跨越角度对斜拉桥及其引桥地震响应的影响显著，90°左右（60°~105°）跨越断层时主塔的整体安全性更高，这是由于此时脉冲效应主要方向与主塔底抗弯能力较强的方向相一致，主塔的受力分配更为合理，可避免塔底进入强烈的双向非线性受弯状态；同时，90°左右跨越时，跨断层跨的落梁风险最小；随着断层永久位移的增大，主塔响应小幅增长，而墩梁相对位移则明显增大；最大位移与永久位移比表征了平行断层地面运动动力分量与拟静力分量的比例，主塔塔底响应及墩梁位移均随其增大而明显增大，且小角度跨越时跨断层简支梁具有较大的落梁风险。     

斜拉桥活载几何非线性分析

介绍了斜拉桥的活载几何非线性原理及方法，并对某座斜拉桥进行活载线性和几何非线性计算，分析初始几何刚度、拉索垂度效应以及大位移效应对几何非线性的影响，分析了构件刚度及边界约束条件对斜拉桥非线性的影响。分析表明，初始几何刚度对斜拉桥的几何非线性影响最为重要．当计人初始几何刚度矩阵影响，按活载线性影响线加载法所得结果与几何非线性方法结果基本相同。当初始几何刚度不变，仅仅改变结构刚度及约束条件，对斜拉桥的几何非线性影响非常小。     

部分斜拉桥结构对比分析

部分斜拉桥结构介于连续梁桥和斜拉桥之间,桥型结构兼具两者结构特性,且又具有自身的结构特点。本文对部分斜拉桥、连续梁桥和斜拉桥3种桥型结构进行计算对比分析,通过对内力和位移的分析比较,得出了部分斜拉桥结构的力学特性,为工程设计提供理论参考。     

不同地震激励下大跨度斜拉桥的地震反应分析

考虑地震波的行波效应、部分相干效应和局部场地效应,建立了不同机制的地震激励下大跨度斜拉桥地震反应的分析方法并以正在建设的主跨1 018 m的香港某大跨度斜拉桥为例,数值仿真了大跨度斜拉桥在确定性地震波一致激励、行波激励以及随机地震动场多点激励下的地震反应。结果表明:与确定性地震波一致激励相比,在确定性地震波行波激励以及考虑空间变化的随机地震动场激励下,斜拉桥的纵向位移反应明显减小,而其主跨跨中竖向位移反应明显增大。由此得出结论:对于大跨度斜拉桥,一致地震激励不能控制其抗震设计,应考虑行波激励和随机地震动场多点激励对其地震响应的影响。     

大跨度斜拉桥弹塑性地震响应分析及抗震性能评价

以骑骡沟大桥斜拉桥方案为背景,建立考虑材料非线性的纤维单元模型,对预应力混凝土主梁和钢筋混凝土主塔进行弹塑性地震响应分析和非线性抗震能力的评估,计算分析表明:考虑材料非线性后,主梁的面内、外弯矩以及主塔的轴力、面内、外弯距均有较大程度地降低,主梁纵向位移以及主塔的面内、外剪力均由不同程度的提高。     

混凝土折线塔斜拉桥抗震性能研究

为了清楚地了解混凝土折线塔斜拉桥的动力特性和地震响应,对一座混凝土折线塔斜拉桥的抗震性能进行研究。采用数值计算方法利用有限元软件MIDAS对直塔和折线塔斜拉桥的动力特性和地震响应进行计算。得出了两种塔型斜拉桥在不同结构体系情况下的动力特性和地震作用下的位移和内力。最后得出在地震荷载作用下两种结构体系的斜拉桥内力和位移均相差不大,并为设计和实际工程提供参考。