中欧规范桥梁结构风荷载计算方法对比研究

随着中国国际贸易的不断发展,中国桥梁结构设计人员承担涉外桥梁设计工作的机会越来越多,对比和了解中国规范和国际通用规范之间的差异具有紧迫性。该文通过对比JTG/T 3360-01-2018《公路桥梁抗风设计规范》和欧洲风荷载规范(EN 1991-1-4:2005)的风荷载计算方法并结合算例分析,得到的结论可供中国桥梁结构设计人员参考。     

随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

苏拉马都跨海大桥设计准则研究

以中国桥梁设计规范为依托,并借鉴国外相关规范的规定,对苏拉马都跨海大桥主桥和引桥的设计准则进行研究,包括材料参数、荷载作用、结构验算、抗风稳定性、结构耐久性、疲劳设计等内容,规定了设计参数取值、计算方法和构造要求,为结构设计提供指导。     

砼拌合站储料罐抗风性能有限元分析

为保证砼拌合站储料罐的结构安全,建立了有限元分析模型,考察了在风荷载作用下储料罐自身的抗风性能,发现其自身抗风性能不能满足地区抗风要求。为使储料罐能够抵御大风作用,提出了拉索抗风的措施,并对该措施进行了验算。结果表明拉索抗风措施能够产生足够的抗倾覆弯矩,产生的附加应力较小,拉索抗风方案可行。     

大跨斜拉桥施工期抗风措施方案研究

大跨桥梁主梁双悬臂施工阶段时结构的自振频率较低,抗风性能较差,该文以在建的某座大桥为背景进行抗风措施方案设计研究。在对多种方案进行动力特性分析的基础上,考虑该桥实际特点提出了"下拉索+TMD"的抗风措施。对采取施工抗风措施后的结构风致抖振响应进行计算,最后对该桥施工抗风措施减振性能进行计算分析和结构风荷载响应关键指标验算。结果表明:高墩大跨桥梁悬臂施工期风致振动响应较大,采取"下拉索+TMD"的抗风措施,可有效降低桥梁结构风致振动响应。     

望东长江公路大桥主桥施工塔吊抗风性能研究

为分析大跨度斜拉桥超高主塔施工时塔吊的抗风特性,从而为塔吊的安全施工提供理论依据。本文首先采用大型有限元计算软件MIDAS,建立了塔吊的有限元模型;其次综合查阅当地的气象资料以及设计文件资料,根据《公路桥梁抗风设计规范》中的公式,计算得到施工现场的风荷载值;然后通过有限元软件进行理论计算,获得塔吊在风荷载作用下的力学响应;最后通过塔吊施工中的实测数据,验证了理论计算的可靠性,以期为同类型塔吊的有限元计算提供一定的理论依据。     

斜拉桥设计阶段斜拉索雨振的估算

斜拉索雨振是斜拉桥设计中最为设计者所关心的问题之一.如果没有广泛深入的研究,仅靠一般的试验研究,要在设计阶段准确地预测雨振效应是困难的.给出一个预测斜拉索可能发生的雨振估算模型,该模型是一个基于已有研究和实测成果及最不利状态下的设计用模型.斜拉索的风荷载由修正的驰振方程给出.由该模型可估算斜拉索雨振的临界风速及振幅.估算结果依赖于斜拉索的直径、阻尼、刚度、质量以及升力系数随风的攻角的变化等参数.计算时采用了由以往试验所得的升力系数.用该模型对某座实桥斜拉索雨振的估算结果与其现场实测结果的比较表明估算结果能很好地反映实测结果.在另一座斜拉桥的设计阶段也采用了该估算模型.     

斜拉桥施工期取代临时墩的拉索平衡结构体系研究

斜拉桥上部结构双悬臂施工时,可采用临时拉索平衡结构体系代替传统的临时墩来抵抗不平衡荷载作用。为分析施工期拉索平衡结构体系下大跨度斜拉桥的结构受力和抗风性能,以港珠澳大桥青州航道桥为背景进行研究。基于平衡措施设计的基本原则,在桥梁边、中跨主梁与桥塔承台间设计了临时拉索连接的结构体系,采用MIDAS Civil软件建立全桥模型,分析双悬臂施工中最不利工况下的桥梁受力,并进行了比例为1∶70的全桥气动弹性模型风洞试验。结果表明:拉索平衡结构体系能够增强大跨径斜拉桥双悬臂施工状态下抵抗各种不平衡静荷载作用的能力,提高桥梁抵抗动风荷载作用的能力,降低施工期的抖振响应;拉索平衡结构体系下的桥梁受力和抗风性能均满足要求,该体系能够保证斜拉桥在上部结构施工中的结构安全。     

表面损伤斜拉索雷诺数临界区气动力与流场分析

斜拉索由于具有自身质量轻、结构刚度差、结构阻尼小和自身长细比大的特点，极容易发生风（雨）致振动，对桥梁结构的安全性能产生很大的影响，而斜拉索作为斜拉桥的重要受力构件，准确掌握其风荷载对于桥梁抗风设计具有重要意义，特别是斜拉索在生产、运输和安装过程中表面可能受到损伤，该斜拉索在临界雷诺数区的气动力特性和流场特性更是值得研究的问题。针对此种状况，通过同步测力风洞试验，对表面无损伤斜拉索模型和表面损伤斜拉索模型在不同风攻角下的升力系数进行时程分析，得到边界层转捩的3个区域；将升力系数时程进行快速傅里叶变换计算得到升力时程频谱图，并通过频谱图分析随机信号的频域特征；对比从雷诺数亚临界、临界到超临界区表面无损伤和表面损伤斜拉索的流场变化，并从周围流场变化的角度分析雷诺数临界区斜拉索气动稳定性及可能的机理。研究结果表明：表面无损伤和表面损伤模型的升力系数随雷诺数的变化规律基本一致，二者的升力时程在TrBL0向TrBL1阶段和TrBL1向TrBL2阶段过渡过程中会出现双稳态现象，损伤会影响斜拉索尾流区旋涡脱落的情况，进而对不同雷诺数下的Strouhal数值变化产生一定的影响。     

斜拉桥设计阶段斜拉索雨振的估算

斜拉索雨振是斜拉桥设计中最为设计者所关心的问题之一。如果没有广泛深入的研究，仅靠一般的试验研究，要在设计阶段准确地预测雨振效应是困难的。给出一个预测斜拉索可能发生的雨振估算模型，该模型是一个基于已有研究和实测成果及最不利状态下的设计用模型。斜拉索的风荷载由修正的驰振方程给出。由该模型可估算斜拉索雨振的临界风速及振幅。估算结果依赖于斜拉索的直径、阻尼、刚度、质量以及升力系灵敏随风的攻角的变化等参数。计算时采用了由以往试验所得的升力系数。用该模型对某座实桥斜拉索雨振的估算结果与其现场实测结果的比较表明：估算结果能很好地反映实测结果。在另一座斜拉桥的设计阶段也采用了该估算模型。     

PC双线铁路斜拉桥第二千曲川桥的设计

介绍北陆新干线上，ＰＣ双线铁路斜拉桥－第二千曲川桥的设计方案比选，结构形式快定，斜拉索和桥塔的形式，设计采用的规范，材料，荷载组合及荷载系统，列车冲击系数的计算，列车走行的安全性与乘舒适感分析，斜拉索风致振动的影响，抗震设计，斜拉索抗风设计等。     

斜拉索车致荷载效应极值计算方法研究北大核心

为计算斜拉索在未来服役期的车致荷载效应极值,基于经典Rice公式理论,提出斜拉索车致荷载效应极值计算方法。该方法首先采用蒙特卡罗随机抽样法生成过桥车流荷载;然后利用影响线加载的方法求解斜拉索的车致荷载效应应力时程,并拟合Rice公式的最优参数;最后对斜拉索的车致荷载效应极值进行计算。采用该方法对杭瑞高速鄱阳湖二桥斜拉索车致荷载效应极值进行分析,结果表明:斜拉索车致应力受车流状态的影响较大,其随车流密度的增大而增大;经典Rice公式对斜拉索车致应力年跨阈率的拟合效果较好,提出的斜拉索车致荷载效应极值计算方法应用方便;斜拉索车致应力极值随重现期和交通量增长率的增加而增大,且密集车流对斜拉索车致应力极值的影响较大;在目前的随机车流荷载作用下,斜拉索失效概率较小,最长的Z18号斜拉索在设计使用年限20年内的应力极值为51.69 MPa,失效概率为4.6×10^(-3)。     

斜拉桥设计中拉索抗风问题研究综述

随着大跨斜拉桥的频繁建造,斜拉索抗风问题日益突出。大跨斜拉桥中系统进行拉索抗风研究的工程实例较少,研究中尚有许多需要解决的问题。该文归纳总结了斜拉索的风振控制、风阻系数,并提出了抗风研究展望,可供斜拉桥设计者和斜拉索抗风研究者参考。     

斜拉桥拉索横梁简化计算模型研究

提出以竖向弹簧、转动弹簧和水平弹簧为边界条件的斜拉索横梁平面简化模型。结合实际工程,依据计算方法建立3种拉索横梁平面模型,与全桥空间梁格模型的计算结果进行比较分析。研究表明:提出的计算模型考虑了主梁及斜拉索对横梁的共同约束,对中央索面或两边双索面的斜拉索横梁均适用。在竖向荷载、水平荷载或产生截面弯矩的荷载作用下,计算结果与空间模型均有较高的吻合度。     

公路工程施工金属屋面抗风揭试验及安全对策

在公路工程施工过程中,如料棚或彩钢房顶在大风中掉落,对施工人员、现场安全会造成较大威胁。本文以料棚金属屋面板掉落为研究背景,对彩钢屋面抗风揭试验及对策进行研究。采用美国《美国组合屋面系统抗风揭能力标准》(FM4471-2010)试验方法,考虑不同夹具的影响,对料棚抗风揭等级进行试验研究。试验结果表明,屋面与下部连接处是雨棚风荷载下的最薄弱环节,优化该位置的设计和施工工艺能有效地提高料棚以及彩钢房面的抗风揭能力。在此基础上,提出屋面抗风揭的安全对策。     

三维随机激励作用下斜拉索参数振动的有限元分析

为了解风荷载和车辆荷载作用下斜拉索的位移响应,以某双塔斜拉桥为例,建立斜拉索的有限元模型,采用时域抖振分析和车-桥耦合振动分析方法,得到风荷载和车辆荷载作用下斜拉索的索端位移激励,对斜拉索参数振动进行分析,分别讨论了不同方向索端位移激励下斜拉索的位移响应,并分析了风速及车速的影响。结果表明:风荷载引起的随机位移激励作用下,斜拉索的位移响应随风速的增加逐渐增大,但较正弦激励作用下的响应小;车辆荷载引起的随机位移激励对斜拉索中点的位移响应影响很小;顺桥向的随机位移激励对斜拉索的垂向位移响应影响较大,横桥向的随机位移激励对其影响较小。     

桁架式拱桥拱肋横桥向风荷载计算方法研究

拱桥在面内拥有较大刚度,而在面外结构刚度较低,因此横向风荷载对拱肋作用较为敏感.而桁架式拱桥拱肋形式作为目前大跨径被广泛使用,但《公路桥梁抗风设计规范》[1]并没有提供明确的计算方法.基于前人对桁架式拱桥拱肋横向力系数实验结果,分析探讨规范中给出两种算法(按照桁架形式计算整体的阻力系数;根据杆件计算阻力系数)的适应性与局限.提出了桁架式整体阻力系数与单个杆件计算阻力系数之间的相互转换公式.为桁架式拱桥设计中拱肋横风向风荷载计算提供计算方法.     

斜拉索的静力设计计算

斜拉桥设计过程中,需要对斜拉索进行精确设计计算,以确保每根拉索能精确安装就位,并使其成桥时线形和索力符合设计要求.根据拉索弦向张拉力已知这一条件,从斜拉索微段的平衡方程出发,推导了斜拉索设计参数的精确计算公式,并从精确解析式中直接得出忽略拉索弹性伸长的近似解,选择了两种跨度的钢拉索和CFRP拉索作为算例,比较了各种计算方法的计算精度,得出各种近似计算方法对于CFRP拉索的计算精度均高于钢拉索相应的计算精度等结论,为斜拉索的设计提供理论依据和建议.     

斜拉索刚性杠杆质量减振装置研究

斜拉索易在外荷载作用下发生大幅振动,影响桥梁运营状态及使用寿命.为有效抑制斜拉索振动,采用杠杆放大原理.综合粘弹性减振,研制出一种新型的斜拉索减振装置-刚性杠杆质量减振器.通过研究其构造和减振原理,建立拉索一减振器数值理论模型,对减振效果进行数值计算及实桥试验.理论结果及实桥试验表明,该装置具有较高的减振效果,适用于大...     

基于CFD方法的大跨高墩刚构桥梁风荷载数值识别

针对峡谷地区典型特大跨高墩桥梁结构风荷载的不确定性问题,采用计算流体动力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)方法,对大跨变截面主梁和超高双柱薄壁桥墩的风荷载进行数值识别。研究不同气流攻角对主梁结构风荷载的影响、不同气流风偏角对超高薄壁墩风荷载的影响、考虑尾流干扰效应的双柱薄壁桥墩气动力变化过程。同时,从气流作用微观角度分析了气流对大跨高墩刚构桥梁结构风荷载的作用机理。通过数值计算,为设计人员进行大跨高墩桥梁风荷载的取值提供了参考,对目前我国相关桥梁设计规范的缺陷进行了有效的补充。