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。     

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。     

自锚式与地锚式悬索桥结构设计参数对比研究

研究了矢跨比、边中跨比和主梁抗弯刚度这几个因素分别对地锚式悬索桥和自锚式悬索桥的力学性能的影响,并加以比较。从材料用量、经济性、地基适用性和施工的角度分析了自锚式和地锚式悬索桥的优缺点。     

基于挠度理论的自锚式悬索桥受力特性分析

基于挠度理论,分析了矢跨比、边中跨比、加劲梁竖向抗弯刚度、加劲梁纵坡和整体升降温对两塔三跨自锚式悬索桥结构受力特性的影响。此外,还讨论了加劲梁在轴向压力作用下的稳定性及其极限跨径。分析结果表明：矢跨比越小,主缆拉力越大、加劲梁的轴向压力也越大,而结构的整体刚度越低;边中跨比越大,结构的整体刚度越低,加劲梁在轴向压力作用下的横向稳定性也越差;主缆抗拉刚度或者加劲梁的竖向抗弯刚度越大,结构的整体刚度越大;加劲梁纵坡和整体升降温对结构受力的影响通常较小,可以忽略不计;自锚式悬索桥的极限跨径由加劲梁的横向第一类失稳及其屈服强度共同控制。     

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。     

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。     

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。     

超大跨径悬索桥主缆的紧凑布置形式对截面应力的影响

以主跨为3 300 m的某超大跨径单跨悬索桥的设计方案为研究对象,揭示了紧凑式主缆布置法在节省防腐养护费用方面的显著经济优势.借鉴一般钢索抗弯刚度的研究成果,并结合主缆施工工艺,首次对悬索桥主缆抗弯刚度取值问题进行了详尽的讨论,得出了超大跨度悬索桥主缆截面的实际抗弯刚度量值接近其最大抗弯刚度的结论.基于Ansys的悬索...     

龙潭果树公园3号人行景观桥桥型方案构思与设计

龙潭果树公园3号人行景观桥采用70 m双塔单跨地锚式悬索桥形式,主缆垂跨比为1/9,主梁为钢-混凝土板叠合梁,结构形式新颖美观。介绍该桥的桥型构思、方案设计,供类似人行景观悬索桥设计参考。     

三塔自锚式悬索桥中塔纵向抗弯刚度研究

为研究三塔自锚式悬索桥的索塔纵向刚度对结构整体受力的影响,首先,阐述了悬索桥的计算理论和增大悬索桥纵向刚度的方法,并对其中的增大中塔纵向抗弯刚度进行分析,通过建立全桥的分析模型,对某三塔自锚式悬索桥结构关键设计参数中的中边塔纵向抗弯刚度比分7种工况进行对比分析,得到了该桥中塔刚度对桥梁结构受力的影响规律,并给出了该桥中边塔刚度比的合理取值范围。结果表明:中塔纵向抗弯刚度的增加可以显著提高三塔自锚式悬索桥加劲梁的竖向刚度,而对两侧边塔的刚度影响不大;在活载作用下,中塔纵向抗弯刚度的增加使中塔的内部发生内力重分布;得出该桥的中边塔刚度比在1～1.5范围内较为合理,并给出了该桥中边塔刚度比的合理取值范围,为类似的工程建设提供参考。     

基于索梁组合结构的悬索桥锚跨段索力修正算法

在悬索桥锚跨段索力测试中,传统的振弦法将锚跨段索振动看作为理想弦振动,忽略了锚跨段拉杆的抗弯刚度,带来了较大的索力测量计算结果误差。为了求解更加精确的锚跨段索力值,保证悬索桥主缆索力监控的精确性、成桥阶段主缆线型的准确性和吊索索力的均匀分布,通过分析索梁组合结构模型,建立了锚跨拉杆与锚跨主缆的索梁组合力学模型,运用主缆振动频率的索力计算方法,运用Hamilton变分原理推导提出悬索桥锚跨段,锚跨拉杆与锚跨主缆的索梁组合结构的索力修正算法。分析了锚跨拉杆与索连接处的边界条件问题,保持索梁连接处为铰接状态,不改变边界条件的物理属性。基于Mathematica数学计算软件上,设计求解程序并求解索梁组合结构振动矩阵方程,得出对应索梁组合结构频率的索力值的数值解。通过对比分析数据理论计算、有限元分析软件及恩施水布垭清江特大悬索桥实际工程实例测量结果,来验证考虑悬索桥锚跨段拉杆的抗弯刚度修正算法的合理性。研究结果表明:相对于传统的索力测试简化算法,运用索梁组合结构推导的锚跨段索力计算公式,可以更准确地表达索力、锚跨拉杆抗弯刚度和索力基频之间的关系,进而减小因为拉杆抗弯刚度所带来的索力计算结果的误差,得到更加符合实际主缆张拉状态的索力值。     

中央扣对大跨径自锚式悬索桥动力特性的影响

为了研究不同形式中央扣对大跨径自锚式悬索桥地震反应的影响,结合某主跨406 m的自锚式悬索桥为工程实例,利用Midas/Civil程序建立其未设中央扣、设置刚性和柔性中央扣的三种有限元模型,使用多重Ritz向量法分别得出三种模型前180阶自振频率及振型,分析对比中央扣对三种模型动力特性的影响。研究表明：中央扣的设置提高了自锚式悬索桥整体刚度;该自锚式悬索桥的竖弯刚度、主塔横向侧弯刚度都明显增大;设置刚性中央扣比柔性中央扣更能提高结构的刚度。     

地锚式独塔悬索桥的极限跨径研究

推导了地锚式独塔悬索桥的主、边跨极限跨径计算公式,为验证超大跨径的地锚式独塔悬索桥在结构受力方面是否依然满足要求,试设计了一座主跨为2 000 m的地锚式独塔单跨悬索桥方案,建立结构有限元模型进行结构受力计算分析,结果表明:主缆应力以及加劲梁挠度均满足要求.     

新颖自锚式悬索桥设计与转体施工

新颖自锚式悬索桥的主缆采用钢管混凝土索套的半刚性索;加劲梁采用预应力混凝土箱梁,主缆作为预应力体外索,在跨中正弯矩区段穿入箱梁内,托起箱梁并起主缆中央扣的作用,形成梁索组合结构。桥梁的恒载由主缆承担,预应力混凝土箱梁承担主缆索力的水平分力,箱梁用于减少自锚式悬索桥的活载作用下的挠度,并承担压力与弯矩。这类桥梁建筑高度约为l/40～l/50,它适用于跨径100m左右的二跨或三跨连续梁桥。施工方法过去一般采取满堂支架现浇,因此限制了本桥型的适用范围。在上海松江施贤路油墩港桥,将偏心转体施工方法首次应用于自锚式悬索桥,并利用盆式支座为转体的磨心及滑道,缩小了主桥跨径及省略钢筋混凝土磨心的精工细作,施工工艺简便易行,使上述桥型可适用于不同场合。     

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。     

地锚式独塔悬索桥非对称主缆合理设计参数计算方法研究

为快速拟定地锚式独塔悬索桥非对称主缆的合理设计参数,并估算主缆、锚碇、桥塔等工程量,提出非对称主缆合理设计参数计算方法。该方法基于传统抛物线理论,推导主缆的线形以及拉力近似解,通过比选得到满足工程实际控制因素的设计参数合理取值区间,确定主缆垂跨比与高跨比,估算主缆设计截面面积。以济新高速黄河三峡大桥——单跨510 m地锚式独塔回转缆钢桁梁悬索桥为背景,采用该方法计算主缆的合理设计参数,最终选择垂跨比为0.067 5,高跨比为0.20,主缆截面面积为339 024.2 mm²,与节线法、分段悬链线法进行对比验证,结果表明：该计算方法路径明确,效率高,精度满足拟定方案与初步估算需要,可用于同类型桥梁的设计。     

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。     

大跨径自锚式悬索桥混合梁结合段受力分析

大跨径自锚式悬索桥的主梁内力随跨径增加而迅速增大,其钢混结合段的受力和构造也较同类跨径的混合梁斜拉桥更为复杂,是影响桥梁整体结构受力的关键问题。结合主跨600 m的重庆鹅公岩轨道专用桥,对大跨径自锚式悬索桥混合梁结合段的受力机理进行有限元分析。研究钢格室及其过渡段的传力机理,讨论连接件布置、连接件刚度以及格室腹板开孔等设计参数对混合梁受力的影响,确定合理的结合段构造。     

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。     

自锚式悬索桥结构体系分析

为了研究结构体系对自锚式悬索桥力学性能的影响,以某座主跨406 m自锚式悬索桥方案为原型,采用非线性有限元软件BNLAS进行模拟计算,分析了不设外伸跨和设外伸跨两种结构体系的力学差异,并研究了主梁约束方式对结构受力的影响。分析表明,外伸跨、主梁约束方式对自锚式悬索桥的力学行为影响较大。