有存继危机的英国联合桥

正塞缪尔·布朗1820年建造的英国联合链索桥(Union Chain Bridge,见图1)比托马斯·特尔福德建造的梅奈悬索桥(Menai Suspension Bridge)早了6年,是现存世界最古老的公路悬索桥。该桥位于英国英格兰东北区域诺森伯兰郡的贝里克镇,横跨特威德河,连接英格兰与苏格兰,桥宽5.5 m,跨径132m,木制桥面板,左岸苏格兰侧石造桥塔高18m,英格兰侧受河流影响锚固在山体斜面上。该悬索桥现在面临关闭的危机。     

武汉杨泗港长江大桥成桥状态的统一悬链线计算方法

针对采用分段悬链线法计算悬索桥主缆成桥状态的缺陷,以武汉杨泗港长江大桥主桥(主跨1 700m的钢桁梁双层悬索桥)为背景,提出一种新的悬索桥主缆成桥状态计算方法。该方法基于传统分段悬链线理论对索段进行受力分析,推导出全桥索段的统一悬链线方程,以主缆斜率最小点作为计算起始点,根据主缆线形与斜率的关系和变形相容条件建立方程,利用主缆张力的水平分力与垂度的变化规律求解方程。该方法能保证对平面悬索桥的缆索结构求解收敛。根据该方法编写程序对杨泗港长江大桥主桥主跨主缆的成桥状态进行分析,并与分段悬链线法的计算结果进行对比,结果表明该方法正确可行。该方法的计算结果已成功应用于杨泗港长江大桥主桥的设计中。     

超大跨径悬索桥主缆刚度对成桥线形的影响

以主跨3300 m的超大跨径公铁两用悬索桥的设计方案为研究对象,根据已有文献的研究成果得出了超大跨径悬索桥主缆截面实际抗弯刚度的取值区间,分别做了考虑主缆抗弯刚度的几何非线性有限元法和完全忽略抗弯刚度的悬链线解析法的找形计算.对比分析表明:完全忽略主缆抗弯刚度对其线形和轴力的计算结果影响甚微;主缆抗弯刚度对施工控制参数...     

悬索桥结构分析中鞍座单元的研究及应用

在悬索桥的有限元计算中往往忽略鞍座对主缆的影响而直接采用成桥理论IP点建模,这种简化会对主缆线形计算带来误差。为提高有限元计算悬索桥主缆线形的精度,提出一种能精确模拟主缆和鞍座约束关系的3节点单元——鞍座单元。采用该单元可基于弹性悬链线的解析解迭代出主缆与鞍座的切点坐标,再根据该单元刚度矩阵元素的含义并利用静力平衡条件直接推导出其切线刚度矩阵。以国内某主跨1 650 m的悬索桥为例,将鞍座单元的切线刚度矩阵引入到该桥有限元整体计算中,计算结果表明,鞍座单元能精确模拟主缆与鞍座的实际情况,将其引入悬索桥的结构计算中能大幅度提高计算精度。     

超大跨径悬索桥主缆材料对静风稳定性的影响

为比较碳纤维增强塑料(CFRP)和钢2种主缆材料对超大跨径悬索桥静风稳定性的影响,分别采用三维非线性分析方法及整体特征值稳定性分析方法,对采用2种类型主缆的3 500m跨径悬索桥进行静风稳定性分析。结果表明:CFRP主缆悬索桥扭转振动频率较钢缆结构的要高;2种主缆类型超大跨径悬索桥的静风失稳临界风速均较接近;CFRP主缆悬索桥的各阶屈曲系数均较钢缆悬索桥的要大,具有更高的安全储备。     

地锚式悬索桥结构参数计算

普遍认为悬索桥成桥几何线形为二次抛物线和分段悬链线,根据力学平衡条件以及几何变形协调条件采用分段悬链线法计算结构参数时,提出了考虑主缆自重约束方程以及在求解非线性方程组的数学方法上做了改进,计算出空缆结构参数主索鞍预偏量以及空缆索夹安装坐标。采用解析法编写程序对江阴长江大桥进行验证,应用表明本文程序在悬索桥空缆结构参数计算中稳定、准确且收敛快。     

悬索桥成桥主缆线形计算的解析法

介绍了主缆线形计算的分段悬链线理论,在此基础上分析了悬索桥成桥主缆线形计算解析法的基本原理及具体算例。     

悬索桥主缆成桥线形的迭代算法

大跨度悬索桥主缆成桥线形是进行结构分析、计算和指导施工的关键控制因素,采用有限位移理论可较全面地考虑大位移引起的悬索桥几何非线性.利用通用有限元程序,建立全桥平面有限元模型,实现了悬索桥施工过程的模拟计算,并且使用悬索桥施工理想初态及成桥状态的迭代算法来确定主缆成桥线形.结果表明,悬索桥主缆的线形是介于抛物线与悬链线之间的索多边形.     

空间异形索面悬索桥主缆成桥线形计算方法

空间异形索面悬索桥的主缆受到吊索三个方向的作用力,由于空间吊索与空间主缆相互耦合作用,主缆成桥线形计算尤为复杂。鉴于此,基于分段悬链线理论,提出一种"空间问题正向平面化,平面问题逆向空间化"的新思路,推导出可同时考虑空间主缆与空间吊索相互耦合作用的空间异形索面悬索桥主缆成桥线形解析表达式。结合MATLAB软件编制空间异形索面悬索桥主缆成桥线形迭代分析主程序,并基于APDL参数化语言开发主缆平衡态分析验证子程序。以空间索面悬索桥——韩国永宗大桥、空间异形索面悬索桥——河南省宜阳县骏马大道跨洛河大桥为例,采用所提出的方法分别开展主缆成桥线形分析。结果表明:所提出的方法计算精度高、收敛速度快,可适用于各种索面悬索桥主缆成桥线形分析。     

环湖绿道红星坪悬索桥总体设计

红星坪悬索桥桥梁总长232 m,主桥为双塔单跨悬索桥,主跨为222 m,垂跨比1/10.2;桥面宽度6 m,净宽4.8 m。索塔采用钢筋混凝土塔柱;主缆及抗风缆锚碇采用重力锚;加劲梁采用分离式钢箱梁,上、下游设置抗风缆。通过详细阐述人行悬索桥的总体设计要点,结构设计关键节点,为后续类似项目提供指导。     

大跨径悬索桥主缆安全系数的研究

为研究主跨1 000m以上大跨径悬索桥主缆安全系数的取值问题,建立西堠门大桥(主跨1 650m的两跨连续梁悬索桥)空间几何非线性有限元模型,分别按照各国的荷载标准对模型进行加载,计算结构在荷载作用下的内力及位移,并根据相应的规范进行荷载组合,计算出主缆相应的安全度,采用Wyatt公式进一步计算模型考虑主缆二次应力后的安全系数。计算分析结果表明,大跨径悬索桥主缆安全系数可由2.5降低至2.3,从而给出了大跨径悬索桥主缆容许应力安全系数2.3的建议值。     

现代悬索桥主缆防护现状与展望

悬索桥主缆腐蚀是世界范围的问题,传统的主缆防护方法只能减缓主缆腐蚀.结合对悬索桥主缆防护问题的现场调查和文献资料调查,介绍国内外现行悬索桥主缆防护方法和现状,分析和探讨未来悬索桥主缆防护技术的发展和应用问题.     

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。     

湖北燕矶长江大桥体系构思与总体设计

湖北燕矶长江大桥集高速公路与城市道路功能为一体,该桥采用单孔跨越通航水域和断裂带的主跨1 860 m双层桥面钢桁梁悬索桥方案。大桥邻近机场,航空限高导致桥塔高度受限、主缆垂跨比偏小、主缆规模偏大。为解决上述问题,提出一种新的不同垂度四主缆悬索桥结构体系,该体系主要特征为：4根主缆横向对称分两侧布置,同侧2根主缆采用不同垂度,加劲梁间隔交错悬吊于2组不同垂度的主缆上,不同垂度主缆按纵向前、后错开锚固于地锚。该体系降低了单根主缆规模,抗风稳定性较好,位于外侧的下主缆的跨中段可降低到桥面之下以增大垂度,较好地解决了桥塔高度受限的建设难题。基于该体系,大桥上主缆跨度布置为(550+1 860+450) m,跨中垂度142.445 m;下主缆跨度布置为(510+1 860+410) m,跨中垂度153.345 m。大桥缆索采用镀锌-铝合金镀层高强钢丝,加劲梁主桁采用华伦式桁架,锚碇采用可换式预应力锚固系统,桥塔采用门楼造型,基础采用钻孔桩。     

基于逆可靠度法的大跨悬索桥主缆安全系数评估

提出了一种基于逆可靠度法的大跨悬索桥主缆安全系数评估方法。该方法通过给定结构的目标可靠度指标反求主缆安全系数,计算出的主缆安全系数既考虑了结构参数中不确定因素的影响,又满足了预先给定的主缆可靠度水平。运用该方法评估了主跨跨径范围为2 000~5 000 m的悬索桥主缆安全系数。结果表明,参数的不确定性对悬索桥主缆安全系数会产生较大影响,忽略参数不确定性的影响会导致过高地估计主缆安全系数。     

特大跨度自锚式悬索桥主缆系统防护体系设计

以云龙湾大桥主桥为背景,系统介绍了(30+80+205+80+30)m双塔自锚式悬索桥主缆系统防护体系设计情况。大桥共设置2根主缆,竖直平行索面^[1]。单根主缆由27股索股组成,每股索股包含91丝高强镀锌铝合金平行钢丝。通过对国内悬索桥主缆防护体系应用现状调研分析,设计采用在传统缠丝涂装防护体系基础上,增加主缆除湿系统进行主缆防护,于缆内持续循环通入干燥空气,以保证运营阶段大桥主缆耐久性。同时对主缆相应配件进行防腐设计,并为方便检修,在主缆顶面设检修道。通过防护体系、检修措施的设计,保证了主缆的长久耐用,可为悬索桥相关设计提供一定参考。     

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。     

悬索锚固区下料长度精细算法

悬索桥主缆的下料是影响结构成桥状态的重要参数。文中基于中心索股的长度计算结果,提出了悬索锚固区各索股下料长度的精细算法。采用有限元软件建模,以悬链线索单元模拟主缆,根据结构的成桥状态计算出中心索股主缆的无应力长度;考虑锚固端索股的空间位置构造差异性,采用自编程序对各索股下料长度进行相对于中心索股长度的修正。以一座主跨110m悬索桥为工程依托,对该精细算法进行验证,并给出了悬索锚固区各索股的精确下料长度。     

悬索桥主缆的内部检测

悬索桥主缆检测分为3个级别:日常巡查及维护、2年1次的全主缆定期巡检和主缆的内部检查.结合美国国家公路合作研究计划(NCHRP)534指南,以及在该指南指导下进行的英国M48塞文桥主缆检测的报告,介绍在对主缆进行内部检查时如何确定检测的位置、检测的具体步骤、需要记录的数据以及钢丝样本的提取方法.通过介绍的主缆检测方法,可以获得悬索桥主缆的基本健康状况,对提取出的样本钢丝进行张拉试验,可为主缆强度的评估以及剩余寿命的计算提供数据资料.     

基于空间缆索悬索桥初始平衡态的数值分析方法

悬索桥初始平衡态因主缆几何非线性不能直接建模得出。文中以节段主缆悬链线方程为基础,建立空间主缆迭代方程。用数值分析法求解主缆线形、内力和无应力长度,得出悬索桥的初始平衡态,为悬索桥成桥线性化分析建立基础。通过优化迭代分析顺序,将主缆初始平衡态求解由多变量简化为单变量迭代分析,使计算过程清晰、收敛速度快、结果精度变高。并利用Fortran 90编制CSASBSC程序,以宝鸡联盟大桥为例验证了该方法的正确性。