基于均匀试验的大跨悬索桥静力性能参数敏感性分析

桥梁挠度和应力作为静力性能的代表性特征,其大小直接影响结构使用耐久性和安全性。文中以太洪长江大桥为依托,采用有限元软件MIDAS/Civil建立大跨钢结构悬索桥整体空间模型,采用控制变量法研究矢跨比、不同倍率主缆轴向刚度、吊杆轴向刚度、加劲梁抗弯刚度和桥塔刚度等对竖向挠度和应力的影响,并采用均匀试验设计法确定各因素的影响程度。结果表明,矢跨比是悬索桥的重要参数,在确定矢跨比的前提下,加劲梁抗弯刚度对静力性能影响最大,其次是主缆轴向刚度,然后是桥塔刚度,影响最小的是吊杆轴向刚度。     

自锚式悬索桥结构参数变化对结构静力特性的影响

自锚式悬索桥因其优美的造型受到人们越来越多的关注,近几年来已有多座自锚式悬索桥建成。文章以一座自锚式独塔悬索桥为例,运用MIDAS/CIVIL软件对整桥进行建模,并通过改变主缆矢跨比、加劲梁预拱度、加劲梁轴向和竖向刚度、主缆抗拉刚度,来分析结构参数变化对桥梁静力特性的影响。     

考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥成桥状态力学性能分析

针对目前进行悬索桥分析时不考虑主缆抗弯刚度的现状,以某特大跨自锚式悬索桥为工程背景,在定性分析考虑主缆抗弯刚度后主缆、吊索、加劲梁、主塔等关键构件受力与线形特点的基础上,探讨不同简化假定条件下主缆受力与线形计算公式;运用有限元软件MIDAS/Civil,通过选取适当的单元类型及合理的结构参数建立有限元模型,分析比较考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥成桥状态下的力学特性,探讨考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥的力学行为,得到考虑主缆抗弯刚度后结构整体刚度有所加强的结论。     

混凝土连续梁与悬索组合桥结构体系力学性能分析

为了解混凝土连续梁与悬索组合桥结构体系的受力特性,建立(70+185+70) m混凝土连续梁与悬索组合桥全桥空间有限元模型,计算其结构内力,分析垂跨比、边中跨比、主梁抗弯刚度对该组合结构力学性能的影响,并与同等跨径自锚式悬索桥进行对比。结果表明:混凝土连续梁与悬索组合桥主缆拉力和跨中挠度均小于同等跨径自锚式悬索桥,与同等跨径自锚式悬索桥相比,活载作用下组合结构主缆拉力小76.04%,跨中挠度小66.32%;组合结构前10阶自振频率均大于自锚式悬索桥,1阶自振频率约为自锚式悬索桥的3倍;组合结构的竖向刚度随垂跨比和主梁抗弯刚度的增大而增大,随边中跨比的增大而减小,与自锚式悬索桥变化规律基本一致。     

混凝土自锚式悬索桥合理成桥线形与空间内力分析

混凝土自锚式悬索桥以造型独特、经济性好、适应性强而成为城市中小跨径景观桥梁极具竞争力的桥型之一。文章以某混凝土自锚式悬索桥为工程背景,首先运用等代简支梁法推导出合理成桥线形,而后运用空间非线性有限元程序对该桥进行了空间计算,对其受力性能进行研究,并分析矢跨比、主梁拱度等参数对结构的影响。结果表明,随着主缆矢跨比的减小,主缆拉力增大,主梁压力增加,结构的整体刚度减小;主梁拱度提高了结构的刚度。结论可以为该种桥型结构的设计提供参考。     

加劲梁形式及支承体系对三塔悬索桥整体刚度影响研究

为探讨加劲梁形式及支承体系对三塔悬索桥整体刚度及中主鞍座槽内主缆抗滑移稳定性的影响,以(225+850+850+225)m的鹦鹉洲长江大桥为背景,选取不同加劲梁形式及支承体系,拟定6种组合工况,通过桥梁结构非线性分析系统BNLAS对不同组合下结构竖向、横向刚度及主缆抗滑移稳定性进行计算分析。结果表明:加劲梁采用钢-混组合梁形式,结构竖向和横向刚度较采用钢箱梁时大;加劲梁支承体系对结构整体竖向刚度影响不大,但对加劲梁局部竖向转角影响明显,简支支承体系梁端转角较大;加劲梁支承体系对结构整体横向刚度影响明显,表现为简支体系横向刚度较小,飘浮和半飘浮体系横向刚度较大;加劲梁采用自重较大的钢-混组合梁形式以及设置纵向固定支座,对主缆抗滑移稳定有利,此外考虑荷载偏心计算主缆抗滑移稳定性更偏于安全。     

南京市跨秦淮河自锚式悬索桥设计

南京市小龙湾跨秦淮河大桥主桥采用跨径(44+96+44)m的三跨自锚式悬索桥,双塔双索面布置,主塔采用灯塔造型,跨中主缆矢跨比为1/5.5,主缆锚固在加劲梁梁端,加劲梁为预应力混凝土结构。主塔与加劲梁采用分离的形式,桥梁纵向采用半漂浮式结构,设计构思独特。以该桥为工程背景,介绍这类桥梁设计构思,通过有限元计算分析受力特性,并对此类桥型的发展、应用前景进行分析。     

自锚式吊拉协作体系桥结构参数敏感性分析

为研究自锚式吊拉协作体系桥静力特性受结构参数的影响程度,根据线性二阶加载法,对不同结构参数改变引起其静力性能的变化进行分析。结果表明:吊跨比、主缆弹性模量及主梁抗弯刚度对主缆拉力、主梁和桥塔内力、结构位移等力学响应关键指标的影响较大,主缆矢跨比和主梁拱度对结构受力性能影响较小。     

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。     

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.     

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。     

独塔非对称自锚式悬索桥合理约束体系研究

自锚式悬索桥通过主缆与加劲梁锚固结合的方式,形成闭合传力路径。主缆的水平分力通过锚固区逐渐传递到主跨加劲梁,竖向分力则主要通过边跨自重平衡。在静力情况下,主梁为超静定体系;在动力情况下,通常为全漂浮或者半漂浮体系来达到减隔震目的。这样就会造成主梁约束转变的情况,这个问题在独塔非对称自锚式悬索桥中尤为凸显。本文以太原市通达街跨汾河的四跨独塔非对称自锚式悬索桥为背景工程,建立全桥有限元模型,分析了全桥在静力及动力情况下不同约束体系对全桥受力的影响,为今后同类型结构设计提供依据。     

混凝土自锚式吊拉组合索桥的静力性能研究

通过对一座跨径133 m混凝土加劲梁自锚式吊拉组合索桥的静力分析,研究了非线性、索面形式、吊索形式、加劲梁拱度、初始内力、温度及混凝土收缩徐变等因素对自锚式吊拉组合索桥的受力影响。结果表明:该跨径的自锚式吊拉组合索桥基本满足弹性理论;吊索形式对结构受力影响较大;加劲梁拱度的增加可以提高结构刚度,减小活载挠度;混凝土收缩徐变对结构的受力影响较大。     

采用结合梁建造先缆后梁自锚式悬索桥的研究

自锚式悬索桥传统上采用先架梁、后挂缆的施工顺序,需设立大量的临时支架以支撑主梁,使该类桥式的应用推广受到了限制。针对100~500m中等跨度的自锚式悬索桥,文章提出一种先架缆、后挂梁的设计施工方案。并计算施工过程中墩顶必须承受的最大水平拉力以及钢纵梁的最大轴向压应力。结果表明,在一定跨度范围内,墩顶最大水平分力以及纵梁的压应力可以接受,故此法能够克服目前自锚悬索桥需设立临时支架的弊端。     

非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统

自锚式悬索桥独特的锚固形式使其主梁承受主缆传递的巨大轴向压力,为了研究主梁刚度在初内力及活载作用下的弱化问题对自锚式悬索桥结构静动力响应的影响,首先,结合自锚式悬索桥的非线性特点引入初应力刚度矩阵,考虑随机车流过桥时几何非线性的时变性,采用分离迭代法建立非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统,并编制相应的非线性分析模块。其次,以某三跨混凝土自锚式悬索桥为例,选取集中力匀速过桥工况,利用ANSYS软件对非线性分析模块的可靠性进行验证。最后,分别设置2种极端工况：第1种是单车工况,近似认为只有恒载作用下产生的几何非线性;第2种是密集交通流工况,认为是恒载和最不利活载共同作用产生的几何非线性,并采用元胞自动机模型对密集车流进行模拟,研究自锚式悬索桥恒载和活载初内力引起的几何非线性对桥梁响应的影响程度。研究结果表明：单车工况下,梁塔恒载初内力对自锚式悬索桥的车辆过桥结构响应影响显著,主梁和主塔初内力贡献程度明显不同,主梁初内力对结构刚度矩阵变化的影响贡献较大而主塔贡献微小;相对于恒载,密集车流作用下初内力效应引起的几何非线性对自锚式悬索桥结构刚度影响微小,对结构响应的非线性影响也不明显。     

南昌洪都大桥自锚式悬索桥设计

南昌洪都大桥通航孔桥为一座主跨195 m双塔三跨单索面自锚式悬索桥,结构上采用3根大缆,外形优美.介绍大桥桥塔、钢箱加劲梁、缆吊系统设计及先梁后缆施工方法的主要内容.对该悬索桥主缆钢混锚固区受力机理及大桥抗风性能进行研究,研究表明大桥钢混锚固区各构件受力性能满足要求,大桥具有较好的气动稳定性.     

轻型悬索桥的调查与分析

轻型悬索桥在我国的河谷山涧地区以及城市人行桥中应用较广泛,但对其结构设计特点尚未有较系统的总结.文中在大量收集国内已建轻型悬索桥资料的基础上,从桥跨、加劲梁以及主索等方面分析总结其设计特点,包括轻型悬索桥的适用跨径、桥跨布置特点,加劲梁的截面形式、高跨比,主索材料、垂跨比和锚圆形式等.     

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。     

自锚式悬索桥锚固段合理总体布置研究

锚固段是自锚式悬索桥的关键受力部位。结合某336 m跨径自锚式悬索桥的锚固段总体布置设计，对自锚式悬索桥的锚跨设置、散索鞍/套设置、锚固段重心调整等问题进行分析研究，建议主梁竖向刚度不控制设计时取消锚跨，边跨主缆入射角适中时优先采用散索套，提出了锚固段合理重心的调整思路。上述结论可为今后同类型结构的设计提供参考。