结构参数对三塔悬索桥空气动力稳定性的影响分析

以在建主跨为1080m的三塔双跨悬索桥--泰州长江公路大桥为工程背景,采用三维非线性空气动力稳定性分析方法,分析主缆矢跨比、加劲梁恒载集度、加劲梁支承方式、中塔型式、缆索体系等结构参数对三塔悬索桥空气动力稳定性的影响,并探讨了具有良好抗风稳定性的三塔悬索桥的结构布置形式.结果表明:三塔悬索桥主缆的矢跨比在1/10～1/11范围内,主梁跨中设置刚性中央扣,增强中间桥塔的纵桥向刚度以及采用空间缆索体系或平面双缆体系时,可以获得较好的空气动力稳定性.     

三塔悬索桥适应性及主缆抗滑移技术探讨

以泰州长江公路大桥等3座悬索桥为背景,分析三塔悬索桥的适应性,并对该桥式的中塔选型、主缆与鞍槽间的抗滑移安全系数及整体刚度的取值进行研究。研究表明:三塔悬索桥得以实施的技术突破关键是中塔采用合理的纵向抗弯刚度;主缆与鞍槽间的摩擦系数取0.20较为合适,建议主缆与鞍槽之间的抗滑移安全系数不小于1.65;泰州长江公路大桥在不计冲击力的汽车荷载作用下,加劲梁最大竖向挠度为4.337 m(向下),挠跨比为1/249,取用该挠跨比是对悬索桥整体刚度的尝试与实践;该桥主缆与鞍槽间摩擦系数若取用0.2,可进一步提高桥梁的总体刚度。     

三塔四跨悬索桥合理结构布置形式研究

为明确不同结构布置形式应用在三塔四跨悬索桥中的合理性,构建了主跨600～1 400m范围内的5座三塔四跨悬索桥,对汽车荷载作用下结构竖向刚度及主缆抗滑系数这两项控制指标进行了计算分析,并深入探讨了不同主跨跨径下塔梁连接形式、缆梁连接形式及缆索系统布置形式对结构产生的影响。研究表明:三塔四跨悬索桥在单跨满布汽车荷载下,随主跨跨径的增大,"中塔效应"越易缓解;当对鞍座进行适当改进以提高主缆与鞍座间的名义摩擦系数后,三塔四跨悬索桥桥跨布置可大幅拓宽;塔梁连接形式对"中塔效应"的影响体现在其纵向约束存在与否,无纵向约束体系的竖向刚度及主缆抗滑系数显著降低;缆梁连接形式对"中塔效应"的影响非常明显,但其导致了中央扣及部分吊索的疲劳、锚固及索夹滑移问题;缆索系统布置形式对"中塔效应"影响较弱,协作体系仅会产生不利的影响。综合对比分析表明:从缓解"中塔效应"的角度出发,不设置中央扣,塔梁间设置纵向约束的平面缆体系更适用于三塔四跨悬索桥。     

马鞍山长江大桥三塔悬索桥关键技术研究

马鞍山长江大桥主桥为2×1 080 m三塔两跨悬索桥。三塔悬索桥的结构行为与两塔悬索桥不同,为防止主缆在中塔鞍座内滑移,围绕减少中塔两侧主缆缆力不平衡差值措施,对中塔塔、梁固结体系、半漂浮体系和全漂浮体系进行静力、动力和抗风性能分析,确定采用各项性能均较优的塔、梁固结体系。同时,对桥塔刚度和结构形式进行分析和比选,确定中塔采用上塔柱为钢结构、下塔柱为混凝土结构的钢-混凝土叠合塔。钢塔柱与混凝土塔柱采用底座连接方式,连接采用110束3715.24的可更换钢绞线索进行锚固。为减小塔、梁固结处的固端弯矩,降低桥塔下横梁的扭转内力,经比选,中塔处梁高采用5.0 m;中塔下横梁梁高采用6.5 m。     

大跨度悬索桥合理抗震结构体系研究

为探索大跨度悬索桥的合理抗震结构体系,以主跨1 490m的润扬长江公路大桥为背景,采用多振型地震反应谱分析方法,分析了桥跨布置、主缆矢跨比、边主跨比、加劲梁高度、中央扣设置以及加劲梁支承方式等主要结构设计参数对大跨度悬索桥地震反应的影响。研究结果表明:三跨悬吊连续布置是大跨度悬索桥理想的抗震结构布置形式;采用大的主缆矢跨比可以明显改善结构抗震性能,主缆矢跨比以1/10较合理;短边跨布置可以显著增强悬索桥的抗震性能;增大加劲梁高度不利于悬索桥的抗震性能;跨中位置缆梁间设置刚性中央扣有利于增加结构刚度及其抗震性能;加劲梁采用三跨连续支承方式时结构抗震性能最优。     

A形混凝土中塔多塔悬索桥设计与拓展应用研究

为提升悬索桥的连续跨越能力,以瓯江北口大桥为背景,结合长江上已建成的3座三塔悬索桥,对三塔悬索桥的设计理念、设计要点、适用性等进行研究。在此基础上,对采用A形混凝土中塔的不同跨数和不同主跨跨度的多塔连跨悬索桥方案进行受力分析和拓展应用。研究发现:三塔悬索桥的性能关键在于中塔,中塔的刚度对桥梁整体刚度起决定性作用;采用增设全竖隔板的新型中主索鞍,主缆钢丝与鞍槽间名义摩擦系数可达到0.3;采用A形混凝土中塔的三塔悬索桥大幅提高了结构整体刚度和抗风稳定性能;A形混凝土中塔应用于多塔连跨悬索桥时,其主要力学指标变化幅度有限,影响主缆滑移的显著因素是恒载与活载的比率。     

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。     

泰州长江公路大桥三塔两跨悬索桥总体设计与结构选型

简要介绍泰州长江公路大桥三塔两跨悬索桥总体布置、支承体系选型,以及悬索桥总体设计中的主缆矢跨比、主塔高度等设计内容,对于结构的选型也作简单说明.     

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...     

三塔悬索桥中塔设计方法研究

为提高三塔悬索桥中塔设计效率,提出基于中塔纵向刚度区间进行中塔设计的方法。该方法在总体计算模型中将中塔等效为一根弹簧,根据全桥竖向刚度和主缆抗滑要求试算纵向刚度,得到中塔纵向刚度区间;从中选择合理的初始值进行中塔设计;将中塔代入全桥计算模型进行迭代计算,调整中塔材料和几何参数直至各项指标均满足规范要求。利用已建成的4座公路三塔悬索桥对该方法的准确性进行验证,同时构建公铁两用三塔悬索桥算例,应用该方法进行中塔设计。结果表明：3座公路三塔悬索桥中塔实际纵向刚度均在本文确定的纵向刚度区间内,且取实际中塔纵向刚度时,等效模型与实际全桥模型计算的活载挠度、主缆抗滑安全系数最大差异为8.1%;公铁两用三塔悬索桥算例的中塔纵向刚度设计终值与纵向刚度初始值的差异为13.9%,与常规桥塔设计方法相比迭代次数减少,设计效率提高。     

三塔悬索桥中塔适宜刚度数值解析算法

为实现三塔悬索桥在设计阶段中塔适宜刚度的精细化计算，提出一种数值解析算法。基于悬链线理论及索塔变形协调关系建立主缆迭代方程组，基于力学平衡条件建立加劲梁平衡方程组，基于主缆吊点与加劲梁吊点间变形后几何关系建立吊索变形协调方程组，根据吊索力与吊索倾斜角闭合条件为收敛准则，建立联合迭代计算方程组。最后，基于最不利活载作用下中塔索鞍抗滑性及加劲梁挠跨比规范要求分别迭代求解中塔刚度上下限值，并对主跨跨度、矢跨比及恒活载比对于中塔适宜刚度限值的影响进行对比分析。将所提算法与有限元法进行比较分析，结果表明：当主跨垂跨比为1/9时，中塔刚度上限计算值与有限元计算值分别为31.5、29.4 kN·mm^-1,计算值相对误差为7.1%;中塔刚度下限计算值与有限元计算值分别为6.5、6.7 kN·mm^-1,计算值相对误差为-3.0%,有限元模型中塔刚度计算限值较所提算法计算值偏保守。中塔适宜刚度上限值随着跨度增加而增加，而下限值随着跨度增加而降低；在合理的相同恒活载比条件下，中塔刚度上限值随着主跨矢跨比减小而增加，下限值变化幅度相对较小；设计阶段应选择适宜的主跨矢...     

瓯江北口大桥中塔设计及索鞍施工预偏量影响研究

温州瓯江北口大桥主桥为缆跨布置(230+800+800+348)m的三塔四跨连续弹性支承体系悬索桥。该桥中塔采用四柱式钢筋混凝土A形刚性塔,总高142m,纵向为A形,横向为门形。由于刚性中塔的采用,在提高中塔自身抗推刚度的同时,提高了结构的整体刚度,活载作用下加劲梁挠跨比1/588,中塔单根主缆的最大不平衡力达到35 003kN;与此同时,结构扭转基频提高到0.486Hz,颤振临界风速达到113.9m/s,抗风性能得到很大改善。采用BNLAS软件对中塔索鞍预偏与否进行分析,结果表明:中塔顶主鞍座的理论预偏量为0.239m,预偏与否对中塔受力影响很有限、对边塔受力基本无影响,因此设计建议取消中塔索鞍预偏及顶推。     

三塔悬索桥中塔弹性纵向约束对结构设计的影响

以泰州大桥为例,用有限元法分析了三塔悬索桥中塔弹性纵向约束的合理弹性刚度,研究了弹性纵向约束对主塔、加劲梁、主缆以及结构动力特性的影响,研究结果表明,设置弹性索能有效改善三塔悬索桥的受力性能。     

三塔悬索桥关键设计参数对其结构行为的影响

泰州长江公路大桥初步设计推荐2×1 080 m的三塔双主跨悬索桥方案。利用有限元模型对其关键设计参数如矢跨比、中塔高度、加劲梁高度,以及支承体系等对其结构行为的影响进行了研究,研究成果均在泰州长江公路大桥初步设计中采用。     

三塔两跨悬索桥2个重要的技术指标和中塔疲劳验算加载模式

简要介绍泰州长江公路大桥三塔两跨悬索桥2个重要技术指标,即主缆与中主鞍座间抗滑移摩擦系数、主梁挠跨比,以及中塔疲劳验算加载模式。     

马鞍山长江公路大桥设计与创新

马鞍山长江公路大桥左汊主桥为主跨2×1 080 m三塔两跨悬索桥,右汊为主跨2×260 m三塔斜拉桥。左汊三塔悬索桥中塔的设计原创性地采用了钢-混叠合和塔梁固结体系,有效解决了三塔悬索桥的主缆与鞍座间的抗滑移问题及主梁的刚度问题。右汊采用3个不等高的拱形塔斜拉桥,桥型新颖、线形流畅、简洁美观。左汊跨江心洲大堤桥梁基础采用新型根式基础,大幅度提高了竖向承载力,降低了工程造价。     

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。     

减小三塔悬索桥中塔顶主缆不平衡力的设计思路

针对大跨度三塔悬索桥在不利工况下中塔两侧主缆不平衡力较大的问题,以泰州长江大桥、马鞍山长江大桥、武汉鹦鹉洲长江大桥3座大跨度公路三塔悬索桥为例,分析该问题的解决思路。经分析,对于大跨度三塔悬索桥,中塔采用钢塔或钢-混凝土叠合塔;加劲梁在中塔处设置纵向约束;鞍槽内主缆抗滑安全系数K在1.5~2之间取值(实际K≥1.2已足够安全)的设计思路对减小该类桥梁中塔顶主缆不平衡力有利。另外,建议对极端加载工况(一个主跨满布活载、另一个主跨空载)的活载进行额外的合理折减;不连续主缆的设计也是可以考虑的思路。     

马鞍山长江公路大桥三塔悬索桥结构体系选择

马鞍山长江公路大桥左汊主桥为主跨2×1 080 m的三塔悬索桥,为解决该桥在不平衡活载作用下引起中塔两侧主缆缆力差值较大的问题,需要选择合理的结构体系,对塔梁固结、支座约束、半飘浮与全飘浮4种结构体系进行对比分析.采用有限元软件BNLAS分析4种结构体系的力学特性,计算结果表明:塔梁固结结构体系抗滑安全系数最高、结构刚度最大、中塔钢结构段应力在容许范围内、抗风与抗震性能优于飘浮体系、不需要设置支座;4种结构体系在缆索受力方面差异很小;塔梁固结体系加劲梁受力较大但可以通过调整梁高来控制应力.经综合比选,该三塔悬索桥最终采用塔梁固结的结构体系.     

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。