三塔地锚式空间缆悬索桥纵向约束体系研究

为探讨三塔地锚式空间缆悬索桥的合理纵向约束方式，以浔江特大桥(153 m+2×520 m+210 m)为研究对象，选取3种纵向约束体系(纵向飘浮、纵向限位及固结约束),拟定6种静、动力荷载工况(包含5种静力荷载工况组合和地震动),基于Midas有限元软件平台开展三塔悬索桥静、动力受力特性分析、纵向约束体系比选及约束刚度合理取值研究。结果表明，三塔地锚式空间缆悬索桥的静、动力荷载效应存在差异，且静力荷载工况组合(恒载+温度+汽车活载+活载风+制动力、恒载+温度+百年风)下的响应明显高于动力荷载(地震动);考虑构造复杂性和施工难易性、塔底受力及梁端位移，三塔地锚式空间缆悬索桥推荐采用纵向限位体系；纵向限位体系推荐采用带有摩擦阻尼器(阻尼力为200 kN)的纵向限位支座，其纵向约束刚度值建议取为1.9×10⁵ kN/m,纵向限制位移为±10 mm,可满足桥梁结构受力性能及支座设计构造的要求。     

考虑桩土作用的海岸独塔自锚式悬索桥抗震性能

为了掌握运营状态下海岸独塔自锚式悬索桥的抗震性能,本文以烟台夹河大桥(桥跨布置为115m+115m的钢-混组合结构独塔自锚式悬索桥)为背景,建立三维有限元模型,应用直接积分法进行非线性时程分析,分别研究纵向漂浮体系和约束体系下三塔自锚式悬索桥的地震响应特征,并对构件抗震能力进行了评价。研究结果表明:塔根截面、群桩桩顶是结构抗震的关键部位;相对纵向漂浮体系而言,纵向约束体系中塔梁纵向约束可以有效地限制主梁的纵向振动,使得索鞍抗滑安全系数较大,边塔及中塔地震变形较小,主梁截面弯矩较小,梁端伸缩缝位移需求也较小。     

大跨径双塔自锚式悬索桥地震响应分析

为研究自锚式悬索桥在地震力作用下结构的动力特性及内力与位移变化特点,以某大跨径双塔自锚式悬索桥为研究对象,采用反应谱法和非线性时程分析法,探讨桥梁结构在地震力作用下的内力与位移变化规律。分析结果表明,桥梁竖向刚度比横向刚度小,纵向及竖向地震动对主梁纵向位移影响较大,横向位移受横向地震动影响较大。     

双塔双索面斜拉桥结构荷载效应分析

以西南地区某大桥结构荷载效应分析为例,研究了双塔双索面斜拉桥结构在恒载、活载、温度荷载作用下,边跨1/2、中跨1/4、中跨1/2、中跨3/4截面处的位移、应力以及索力等参数的力学响应。研究结果表明:1)在恒载作用下,中跨1/2处挠度最大,主梁监测截面和索塔根部均处于受压状态,跨中截面附近出现最大压应力,达10.1MPa;2)在活载作用下,中跨1/2处竖向位移达最大值,而主塔监测截面应力位于-4~0.7MPa区间内;3)在温度荷载作用下,主梁监测截面在升温与降温两种情况下的竖向位移大小相等,挠度方向相反,应力基本呈对称分布,索力负值最大处为13#拉索处。     

斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁结构参数变化对活荷载效应影响分析

基于线性二阶理论和非线性理论对一座多塔斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应进行对比分析,来了解斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁受力特征,并确定合理的活载计算分析方法。在活荷载作用下,通过考虑不同的主梁刚度、桥塔刚度及主缆刚度等结构参数,来分析研究结构主要部件的控制截面受力情况。分析结果表明,采用线性二阶和非线性理论,主跨160m的斜拉-自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应计算误差在5%以内;主梁抗弯刚度、主缆刚度的变化对结构受力性能影响较大,主梁轴向刚度、副塔轴向刚度及主塔轴向刚度的变化对结构受力性能影响较小。     

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。     

主梁纵向约束方式对单塔自锚式悬索桥结构设计的影响

单塔自锚式悬索桥结构一般采用半漂浮体系,主梁纵向约束的模拟对结构设计有较大的影响。以大沽河航道桥为例,通过有限位移理论计算分析主梁纵向约束方式对结构设计的影响,由分析可知:主梁纵向约束方式对主缆、吊索、主梁及桥墩的设计影响不大,且考虑支座非线性时荷载作用效应基本满足线性关系;主梁纵向约束方式对桥塔、结构纵向变位设计影响很大,且考虑支座非线性时荷载作用效应不满足线性关系;在单塔半漂浮体系自锚式悬索桥设计中,为避免采用较大的伸缩缝,建议桥塔处设置纵向限位装置。     

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。     

V墩异型钢混梁拱组合桥运营阶段力学性能分析

为了确定V墩异型钢混梁拱组合桥在运营荷载作用下变形及受力的特点,以郑东新区前程路大桥为背景,采用组合有限元建立大桥精细有限元模型,考虑运营阶段的汽车活载、人群荷载、温度荷载(整体升降温、日照正负温差),分析荷载单独作用于异型拱桥主要构件的力学性能。结果表明:由于预应力混凝土V墩与边跨预应力混凝土主梁形成刚度较大的刚架,活载对该V墩刚构组合拱桥力学性能影响很小,但温度荷载对桥梁结构的影响较大,整体升、降温作用对预应力混凝土结构受力及变形的作用十分显著,整体升、降温作用对钢结构的受力影响不大,但变形影响显著,梯度升、降温作用对桥梁结构受力及变形的影响介于活载作用和整体升、降温作用之间。     

超大跨度公铁两用斜拉桥结构体系研究

为了寻求超大跨度公铁两用斜拉桥结构受力最优的结构体系,以常泰长江大桥主跨1 176m公铁两用斜拉桥为工程背景,在设计中研究了常用结构体系在纵向风荷载、温度荷载、活载、制动力及地震等作用下的结构力学行为。针对超大跨度斜拉桥梁端位移大、桥塔弯矩大等主要问题,基于结构温度变形特征优化纵向荷载传力途径,提出了"温度自适应塔梁约束体系(TARS)"。该体系采用CFRP水平索连接桥塔和主梁上的温度不动点,主梁受到纵向约束的同时不会因温度变化产生较大的结构内力,可大幅降低梁端位移和塔底弯矩。与常用结构体系对比,TARS结构静、动力性能优越。     

温度作用对悬索桥成桥状态的影响分析

悬索桥刚度较小,对荷载较敏感,特别是温度荷载。文中以湖北棋盘洲长江公路大桥为背景,分析温度作用对索塔偏位、主缆线形、主梁线形、梁端纵向位移、吊索索力的影响。结果表明,温度作用对索塔偏位、主缆线形、主梁线形、梁端纵向位移的影响较大,对吊索索力的影响较小。     

黄茅海跨海通道工程高栏港大桥结构体系设计

黄茅海跨海通道工程高栏港大桥为主跨700m大跨径斜拉桥,需克服强台风、高烈度地震、强海水腐蚀、高船撞力等不利的建设条件。在设计过程中,研究了其在百年风、温度、活载、地震等作用下的受力特点,确定了其合理的结构体系。纵向在塔梁连接处设置动力阻尼加刚性限位装置以控制塔身内力以及塔顶、梁端位移。横桥向在辅助墩、过渡墩处设置摩擦摆减隔震支座,使辅助墩、过渡墩墩身及基础在静、动力荷载作用下内力及位移均较为合理。通过合理的梁段划分、拉索布置及索力调整,不设塔梁连接处竖向支撑,降低了施工难度,提升了桥梁景观及经济性。     

虎门二桥坭洲水道桥纵向约束体系研究

虎门二桥坭洲水道桥为主跨1 688m的双塔双跨悬索桥。为减小该桥在汽车活载、温度作用及风荷载下的梁端位移,提出一种在塔梁连接处设置静力限位-动力阻尼装置的纵向约束体系。采用有限元软件SAP2000Nonlinear建立全桥有限元模型,分析该静力限位-动力阻尼装置的限位间隙、限位刚度对梁端位移、塔梁相对位移、限位力的影响规律,确定限位装置的合理参数取值,分析设置静力限位-动力阻尼装置前、后加劲梁应力、桥塔纵向弯矩和梁端位移。结果表明:该桥静力限位-动力阻尼装置的限位刚度取200MN/m,广东侧和东莞侧限位间隙分别取0.82m和1.05m;采用静力限位-动力阻尼体系后,静力作用和地震作用下的梁端位移大幅降低,伸缩缝规模从2 758mm降到2 106mm,减小23.6%。     

大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应分析

为研究大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应,以宜万铁路宜昌长江大桥为背景,在总结该类结构体系特点的基础上,采用桥梁博士分析软件建立全桥平面有限元模型,对全桥桥面施加竖向均布荷载(二期恒载),分析拱梁内力、竖向荷载及跨中截面弯矩的分配;将该桥与孔跨组成及截面尺寸完全相同的连续刚构桥在恒、活载作用下的结构内力进行对比,分析组合结构的拱梁组合效应。分析结果表明:在竖向均布荷载作用下,连续刚构柔性拱组合结构跨中范围吊杆轴力增加较大;结构跨中截面总弯矩绝大部分已转化为拱肋压力与主梁拉力;与连续刚构相比,活载作用下,连续刚构柔性拱组合结构的主梁弯矩显著减小,结构刚度提高较大,柔性拱作用明显。     

文山马鹿塘特大桥主桥设计关键技术

文山马鹿塘特大桥主桥为(63+137+480+137+63) m双塔双索面斜拉桥,大桥单侧与连拱隧道相接。主梁采用双工字形钢-混组合梁,桥面全宽32.2 m;桥塔采用钻石形混凝土塔,两岸桥塔塔高分别为247 m和254 m;斜拉索按空间双索面对称布置。整幅式桥梁桥隧顺接采用双线分离设计,避免了桥梁整体加宽或设置整体式大跨隧道,同时缩短了连拱隧道长度。为降低汽车、温度和风等荷载作用下的结构响应,在塔梁间设置了弹性刚度为12 MN/m的纵向弹性约束体系,静、动力作用下梁端位移分别下降37.4%和35.9%、桥塔塔柱底纵向弯矩分别降低19%和20%,静力作用下钢主梁应力减小约30 MPa、桥面板抗裂应力储备提高1.13 MPa。辅助墩墩顶主梁采用10 cm落梁设计,墩顶组合梁桥面板抗裂应力储备提升117.7%,且其它主体结构受力未发生显著变化。组合梁采用双节段循环施工方案,有效缩短了主梁施工工期。     

空间索面的自锚式悬索桥主梁稳定简化计算研究

自锚式悬索桥在荷载作用下,主梁端部承受主缆巨大的水平分力作用,为压弯构件,其稳定是个十分重要的问题。根据弹性支承梁屈曲失稳简化计算方法,推导了适用于空间索面的自锚式悬索桥主梁屈曲失稳简化计算公式,并以江东大桥为例,分别用简化计算方法和有限元法分析主梁稳定,在恒载下两种方法得到的失稳安全系数很接近,且简化公式计算偏于安全,验证了公式的可行性。     

某双塔三跨自锚式人行悬索桥静动力行为分析

自锚式人行悬索桥以其造型优美,对地形适应性强,在旅游等地的应用越来越多。该文以某公园25+70+25m双塔三跨自锚式人行悬索桥设计为背景,基于Midas/Civil2010有限元分析软件,对桥梁结构的静力及动力指标进行分析和研究。发现静力荷载作用下该桥主要构件的应力和位移均满足要求;而模态分析结果表明:该桥在动力荷载作用下可能会出现多种结构振型同时被激发,因此进行自锚式人行悬索桥的结构设计必须考虑多种结构振型的组合,从而提高结构的抗震能力和稳定系数。     

单塔单索面斜拉桥荷载试验研究

南平市黄墩大桥是一座采用塔墩梁固结体系的单塔单索面宽箱梁预应力混凝土斜拉桥,跨径组成为165+115m。为了保证大桥在运营过程中的安全可靠,大桥在桥梁通车前进行了静动力荷载试验,对静力荷载工况下的主梁挠度、应力、主塔位移和拉索索力增量,和动力荷载工况下的自振模态、冲击系数进行了实桥测试,并结合有限元模型的理论计算结果进行分析。荷载试验结果表明:南平黄墩大桥在试验荷载作用下,主桥结构的静动力性能良好,承载能力满足设计要求。     

独塔自锚式悬索桥动力特性参数灵敏度分析研究

自锚式悬索桥以其优美的造型、良好的跨越能力、对桥址条件适用性强等优点,被广泛的应用于城市桥梁中。自锚式悬索桥的结构设计参数对其动力特性影响显著。为明晰其结构设计参数对自锚式悬索桥动力特性(振型、频率等)的参数影响规律,以某典型的独塔自锚式悬索桥为研究背景,基于有限元软件MIDAS Civil建立全桥空间有限元模型,采用子空间迭代法进行动力分析计算,研究了边跨长度比,恒载比率,主梁、主缆及吊索刚度等参数的变化对自锚式悬索桥基本动力特性的影响规律。结果表明:自锚式悬索桥整桥振型排列较合理,频谱分布密集;边跨比对独塔自锚式悬索桥主梁竖弯振型频率和主缆横弯振型频率影响显著;恒载比率对独塔自锚式悬索桥各阶模态振型频率影响显著,其中主缆一阶侧弯和主梁的一阶竖弯振型受恒载比率影响最为显著;主缆抗拉刚度的变化对主缆侧移振型频率,以及主梁竖弯振型频率影响较为显著,主缆抗拉刚度的增加有利于提高结构的整体刚度,可以一定程度上减小主缆水平拉力对主梁刚度的影响;吊索抗拉刚度对结构振型频率的影响基本可以忽略;自锚式悬索桥的竖向弯曲振型受主梁的抗弯刚度影响较大,主缆振动频率受主梁抗弯刚度影响较大,但当主梁抗弯刚度达到一定数值后,其对主缆频率影响减小。     

洞庭湖主跨406m三塔铁路斜拉桥设计关键技术

蒙华铁路洞庭湖特大桥为(99+140+406+406+140+99)m三塔斜拉桥。为提高该桥的竖向刚度、改善结构受力,采用了设置中塔稳定索的措施。中塔稳定索布置于中塔塔顶与边塔桥面横梁上方的塔柱上,设置双索面,每个索面2根索并行排列。主梁采用竖向刚度较大的新型钢箱-钢桁组合结构。增大尺度的钢桁梁下弦杆与铁路正交异性钢桥面板系统形成分离边箱的边主梁结构,华伦式桁架置于其上。主梁施工分为2个主要阶段,钢箱部分先行成桥承担桥梁主要荷载(恒载),钢桁梁仅承受二期恒载与活载。应用板桁组合结构新型主梁与中塔稳定索的结构措施后,该桥取得了较好的静、动力性能。