银川滨河黄河大桥工程主桥结构体系研究

银川滨河黄河大桥主桥采用三塔双索面组合梁自锚式悬索桥,跨径布置为(88+218+218+88)m。桥址处地震基本烈度Ⅷ度,设计基本地震动加速度峰值为0.26g。为解决中、边塔在静动力荷载下的响应过大问题,需要选择合理的纵横向结构体系。对此三塔自锚式悬索桥塔、梁、墩的合理连接方式进行研究,结构纵向针对漂浮、塔梁固定约束、弹性索约束、阻尼体系等进行力学特性分析;横向对固定约束、阻尼体系进行对比分析。经综合比选,纵向采用中塔设置粘滞阻尼器,其余塔墩处纵向自由,横向各塔墩处设置金属阻尼器的双向阻尼体系,可有效地控制结构静动力响应。     

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。     

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。     

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。     

三塔四跨悬索桥支撑体系方案比选北大核心

温州瓯江北口大桥主桥初步设计为(230+2×800+358)m三塔四跨悬索桥,中塔采用混凝土A形塔。为得到三塔四跨悬索桥合理的支撑体系方案,优化结构性能并降低设计难度,以该桥单层分离式钢箱梁方案为背景,提出5种中塔支撑体系方案、4种边塔支撑体系方案,采用BNLAS软件建立主桥空间有限元计算模型,分析主缆抗滑安全系数、支座反力、塔侧吊索内力、主梁应力、桥塔应力。结果表明:中塔、分离式钢箱梁采用四跨连续体系,在中塔横梁上纵向设置1排支座、横向间距40.5m设置2个支座,在边塔横梁上纵向设置1排支座、横向间距30.9m设置3个支座时的结构受力性能最优。     

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.     

三塔四跨悬索桥支撑体系方案比选

温州瓯江北口大桥主桥初步设计为(230+2×800+358)m三塔四跨悬索桥,中塔采用混凝土A形塔。为得到三塔四跨悬索桥合理的支撑体系方案,优化结构性能并降低设计难度,以该桥单层分离式钢箱梁方案为背景,提出5种中塔支撑体系方案、4种边塔支撑体系方案,采用BNLAS软件建立主桥空间有限元计算模型,分析主缆抗滑安全系数、支座反力、塔侧吊索内力、主梁应力、桥塔应力。结果表明:中塔、分离式钢箱梁采用四跨连续体系,在中塔横梁上纵向设置1排支座、横向间距40.5m设置2个支座,在边塔横梁上纵向设置1排支座、横向间距30.9m设置3个支座时的结构受力性能最优。     

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.     

三塔悬索桥汽车活载作用下静力特性的简化计算方法

基于三塔悬索桥的传力特点,提出了三塔悬索桥受力的简化分析模型。依据主缆的无应力长度相等、刚度分配原理及左右主缆的变形协调等原理,对结构体系的刚度进行了分析,提出了三塔悬索桥汽车活载作用下的简化计算方法。通过与数值计算结果的对比,证明此方法满足概念设计阶段的精度要求。     

燕矶长江大桥约束体系设计

燕矶长江大桥为主跨1 860 m双层桥面钢桁梁悬索桥,主缆采用不同垂度四主缆布置,针对该桥结构特点,采用MIDAS Civil软件进行有限元静力计算,采用SAP2000软件进行有限元地震响应计算,对该桥纵、横、竖向约束体系进行设计。通过对比研究中央扣、纵向弹性约束、纵向限位挡块方案的可行性及减少伸缩装置规格的程度,确定采用纵向限位挡块进行纵向限位,伸缩装置规格可由D3 000 mm减小为D2 000 mm;采用电涡流-摩擦组合型纵向阻尼装置减小地震作用下梁端纵向位移,有效抑制梁端高频往复运动,改善支座和伸缩装置工作环境。横向约束采用球型钢支座限制加劲梁梁端横桥向摆动。通过分析梁端支座负反力消除措施适用性,竖向约束采用塔连杆方案,改变传统竖向约束方案的工作模式,更好适应反复的拉压力和纵向高频往复位移。     

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。     

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%。     

三塔悬索桥不同结构体系对结构静动力行为的影响

大跨径三塔悬索桥是一种新的结构形式,不同的约束形式对结构的内力与变形有一定的影响.采用有限元软件建立某三塔悬索桥有限元空间模型,对结构在不同的纵向约束和竖向约束体系下的静动力影响进行研究和对比.结果表明:纵向约束适宜仅设置在中塔处,在主缆与加劲梁间设置刚性中央扣需谨慎设计,也没有必要在三塔处均设置纵向约束;竖向约束在加劲梁能满足应力要求时,适宜采用连续加劲梁在中塔处固结的结构形式;在加劲梁设计受限时,不宜在中塔处设置竖向约束.     

列车移动荷载作用下大跨度悬索桥纵向位移控制研究

为有效控制列车移动荷载作用下大跨度悬索桥梁端产生的纵向位移,以某大跨度铁路悬索桥为背景,采用非线性动力时程分析法,考虑几何非线性和边界非线性,研究在货运列车移动荷载作用下,改变结构体系和约束体系对悬索桥纵向位移的控制效果。结果表明：结构体系方面,设置中央扣和水平拉索均可增大悬索桥结构纵向刚度,显著减小梁端纵向位移;设置中央扣还可减小缆、梁端纵向位移差,对纵向位移控制效果更优。约束体系方面,随着粘滞阻尼器速度指数减小,梁端纵向位移峰值逐渐减小;磁流变阻尼器对梁端纵向位移控制效果有限。采用2种阻尼器组合约束可控制列车过桥纵向位移同时不显著增加缆、梁端纵向位移差。     

大跨度铁路悬索桥纵向位移特征及纵向支承要求

为研究大跨度铁路悬索桥合理的纵向支承体系,从理论上分析大跨度悬索桥的刚度特性及大跨度铁路悬索桥的纵向位移特征,并以某主跨1 060m上承式钢桁梁铁路悬索桥为例,分析大跨度铁路悬索桥在列车荷载作用下的梁端纵向位移特征,研究不同纵向支承体系对悬索桥加劲梁梁端纵向位移及速度的影响,最后给出大跨度铁路悬索桥纵向支承设计的要求。结果表明:竖向荷载作用下,结构产生显著纵向位移,是悬索桥的基本结构特征;竖向荷载作用在悬索桥加劲梁上不同位置时,加劲梁梁端纵向位移差别大;铁路列车作为快速移动荷载,具有规则、连续的特征,从而导致铁路悬索桥梁端频繁快速活动,此为梁端伸缩装置、支座、吊索耐久性的控制性因素。     

三塔悬索桥垂跨比变化对结构静动力特性的影响

泰州长江大桥采用三塔两跨悬索桥方案.悬索桥的力学特性分析分为静力特性和动力特性两个方面,影响这些力学特性的因素是多方面的,主要探讨垂跨比对三塔两跨悬索桥静、动力特性的影响.     

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.     

大跨度三塔斜拉桥纵向约束体系设计研究

针对三塔斜拉桥温度效应显著、整体刚度不足的特点,以黄茅海大桥(主桥为(100+280+720+720+280+100)m独柱塔双索面三塔斜拉桥,采用分体钢箱梁)为背景,采用非线性时程分析方法,对比分析不同纵向约束体系下斜拉桥的静、动力响应.结果表明:中塔通过设置弹性索实现弹性约束,单侧弹性约束刚度6.5×105 kN/...     

边扣对不同悬吊结构体系悬索桥的影响分析

地锚式悬索桥由主缆、加劲梁、桥塔、吊索、锚碇五部分组成,可以形成多种结构体系,如加劲梁采用不同的悬吊方式,那么不同悬吊结构体系也就具有不同的结构力学特性.为研究边扣对不同结构体系悬索桥受力的影响,以西堠门大桥为背景,采用桥梁非线性计算软件BNLAS建立计算模型,分别对两跨悬吊和三跨悬吊悬索桥的加劲梁在连续纵飘、纵向约束...