大跨度CFRP缆索和钢缆索悬索桥经济性能对比研究

为了分析CFRP缆索和钢缆索悬索桥在经济性能方面的优劣,首先推导了悬索桥各个构件的材料用量和造价公式,然后对主跨为1000～5000 m的CFRP缆索和钢缆索悬索桥的造价进行参数影响性研究,考虑的参数有主跨跨径、材料价格、桥跨布置方式、矢跨比和边中跨比。结果表明：跨径较小时钢缆索悬索桥占优,当跨径不断增大,CFRP缆索悬索桥的优势方能逐步体现;随着CFRP材料制造工艺的成熟、价格的不断下降,CFRP缆索悬索桥的竞争力越来越明显;桥跨布置方式对两者的经济性能影响较小;相对于钢缆索悬索桥,CFRP缆索悬索桥的总造价对矢跨比敏感程度较低,其选择范围也更广;边中跨比为0．2～0．3时,CFRP缆索悬索桥的总造价最低。     

大跨径CFRP缆索悬索桥的静力特性的模拟分析

对大跨径碳纤维增强聚合CFRP缆索和钢缆索悬索桥的静力特性进行理论对比分析,从理论的角度探索CFRP缆索应用于大跨径桥梁的优点.采用有限元建模对比分析了CFRP/钢缆索悬索承载效率,说明CFRP缆索更适合用于超大跨径悬索桥,随着跨径的增大,CFRP缆索的优点就越明显;对比分析了恒荷载作用下,CFRP缆索主缆最大拉力、锚...     

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。     

提高CFRP缆索悬索桥抗风稳定性的结构措施研究

为研究大跨度CFRP缆索悬索桥在设计风速下的抗风稳定性,对抗风设计规范中临界风速和颤振稳定系数计算公式进行整理,发现提高悬索桥的竖向弯曲基频和扭转基频可以提高桥梁的抗风稳定性。以日本明石海峡大桥为背景探索性设计了主跨2 000m的CFRP缆索悬索桥和钢缆索悬索桥,分别计算了采用2种材料、3种吊索方案(交叉吊索、空间缆索、索桁)的不同桥梁的动力特性。经对比分析得出以下结论:综合交叉索方案可以显著提高对称和反对称扭转振动频率;空间缆索方案扭转频率提高不显著且施工困难;索桁方案各个方向振动频率均得到提高,但材料用量大,施工工艺复杂;采用CFRP缆索有利于提高悬索桥的抗风稳定性。     

超大跨碳纤维索桁桥的静动力性能研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐久性好、耐腐蚀等性能优点,是用作大跨径缆索承重桥的理想材料.在吸收国内外对CFRP材料研究成果和经验的基础上,提出CFRP索桁桥,从而一方面充分利用CFRP缆索耐腐蚀、高强的性能优点;另一方面利用索桁架结构刚度大的优点,克服大跨径桥梁柔度大、刚度小的缺点,并减少因CFRP质量轻对桥梁结构稳定性的影响.通过建立三维有限元模型,对跨径为2 000 m级的CFRP索桁桥进行了静动力性能分析,并与相同跨径的钢悬索桥和CFRP悬索桥进行比较,证实了CFRP索桁桥在静动力性能方面的优势,最后提出了主跨5 000 m超大跨CFRP索桁桥设计构想,并对其静动力性能进行了分析.     

独塔空间缆索自锚式悬索桥动力特性研究

为了研究独塔空间缆索自锚式悬索桥动力特性,以青岛海湾大桥大沽河航道桥[跨径(80+l90+260+80)m的空间缆索自锚式悬索桥]为背景,利用MIDAS Civil 2006有限元分析软件建立全桥三维模型,计算出其前10阶自振特性。通过对其动力特性进行分析发现,该自锚式悬索桥除了具有悬索桥的振动特性之外,还有斜拉桥的振动特性;自锚式悬索桥的整体刚度相比地锚式悬索桥有所降低,因而其固有周期较长。     

5000 m级海峡悬索桥抗风稳定性的设计研究

为解决5000 m超大跨径海峡悬索桥的抗风稳定性问题,文中提出双曲抛物面空间混合缆索体系的超大跨径悬索桥.平行钢丝缆索承担竖向荷载,双曲抛物面形碳纤维空间缆索提高悬索桥的抗扭刚度,启用临时抗风缆索抵御百年一遇超级强台风.研究表明,5000 m级双曲抛物面空间混合缆索悬索桥的颤振临界校验风速为71.78 m/s,启用临时...     

CFRP缆索体系悬索桥的优势及可行性研究

在与钢缆索悬索桥比较的基础上,讨论CFRP缆索体系悬索桥的优势及其可行性,提出可能遇到的技术问题和可供参考的解决方案,并指出今后需加强研究的内容。     

某大跨度地锚式人行悬索桥静动力分析

为了验算结构在静力荷载作用下全桥位移、主缆和吊杆应力是否满足规范要求,分析抗风缆对大跨径人行悬索桥横向刚度的贡献以及自振特性的影响.文章以一座主跨223.5m双塔地锚式人行悬索桥为实例,利用有限元软件MI-DAS/Civil建立模型,通过节点坐标和桁架单元初拉力的反复迭代,研究得出主缆和吊杆的初始内力、桥梁结构初始刚度...     

大跨径悬索桥非线性静风失稳全过程分析

随着跨径的增大,静风荷载对悬索桥稳定性的影响已不可忽略。目前关于悬索桥风响应的研究主要集中在动力方面,静力方面的研究相对较少。工程界在进行悬索桥的静风稳定分析时主要采用线性方法,其精度低且不能进行全过程跟踪。本文采用非线性方法进行悬索桥静风失稳的全过程分析,明确结构失稳过程中各项参数的变化规律;阐述大跨径悬索桥静风失稳的力学机理,为以后的设计研究提供参考。     

大跨径悬索桥缆索体系抗火设计研究

以某运营的大跨径悬索桥为工程依托,建立其热-结构分析全桥模型,将随温度变化的钢材热工参数赋予给模型中的主缆和吊索,利用油罐车燃烧升温曲线模拟桥梁上油罐车燃烧放热,计算获得了主缆和吊索高温瞬态温度场。根据热-结构耦合理论计算得到桥梁主缆和吊索随时间变化的应力和抗拉强度变化特征,获得悬索桥主缆和吊索在油罐车燃烧下的破坏时间。为提高桥梁缆索体系的抗火能力,在缆索体系处设置耐高温的防火涂料,计算对比不同厚度防火涂料作用下主缆和吊索的瞬态温度场变化规律,获得了悬索桥缆索体系防火涂料的填涂厚度和吊索抗火设计的防火高度。     

缆索风荷载对悬索桥风效应的影响研究

随着悬索桥跨径的增大,缆索直径和作用在缆索上的风荷载都将相应增加,对悬索桥静风效应和动力风效应（主要是指空气动力稳定性）的影响将可能不容忽视。通过推导,建立了作用于缆索上风荷载的计算模型。以润扬长江大桥为背景,分析了缆索风荷载对悬索桥静风效应和空气动力稳定性的影响。结果表明：缆索风荷载对悬索桥静风效应的影响比较显著,但对于空气动力稳定性则没有影响。     

迪辛格(Dischinger)型对超长桥梁的适用性

以中心跨径2500m的迪辛格型斜拉悬索桥的试设计为演示，其中悬吊部分长度比是一个变数。建立了3座斜拉悬索桥模型和1座悬索桥模型。从试设计获得上部结构用钢的重量看，在考虑了下部结构尺寸后斜拉悬索超过了悬索桥，此外，对所有的体系都作了曲屈稳定手耦合颤振分析。结果发现，斜拉悬索桥在曲屈问题上是足够的，而且临界风速也高于悬索桥，因此，作者认为迪辛格型的斜拉悬索桥作为超长跨径桥梁与悬索桥比是不相上下的。     

应用CFRP索的缆索承重桥梁抗风稳定性研究

为了探讨CFRP索在缆索承重桥梁中应用的可能性,以缆索等轴向刚度为原则,基于润扬长江大桥和1400 m主跨斜拉桥设计方案,分别拟定了同跨径应用CFRP索的悬索桥和斜拉桥,并运用三维非线性空气动力稳定性分析方法进行了抗风稳定性分析。分析结果表明:缆索承重桥梁采用CFRP索后,由于结构自振频率特别是扭转频率的显著提高,其空气动力稳定性要好于钢索的缆索承重桥梁。因此从抗风稳定性角度而言,缆索承重桥梁采用CFRP索是可行的,缆索截面尺寸应采用等轴向刚度原则来确定。     

四千米级悬索桥新型结构体系研究

悬索桥是目前跨越能力最大的桥型。随着跨径的进一步增大，其结构动力刚度将不断下降，导致结构抗风能力降低。研发满足结构受力以及抗风稳定性要求的加劲梁断面形式和新型悬索桥结构体系是四千米级悬索桥设计和建造的关键控制因素。为此，首先对采用层流抑振风嘴(V形风嘴、Y形风嘴)和新型紊流制振风嘴的钢箱梁断面开展了节段模型风洞试验，探讨了常规平面缆悬索桥的极限跨径；通过建立全桥三维杆系有限元模型，计算总结了结构扭转基频随跨径的变化规律，并研究了主缆矢跨比、主缆空间化、设置抗扭辅助索等措施对结构扭频的提升效果，提出推荐的新型悬索桥结构体系；最后基于已有结论对四千米级悬索桥进行概念设计。研究结果表明：根据“紊流制振”理论设计的新型加劲梁断面，在保证颤振检验风速80 m·s^-1以上时可以使常规悬索桥跨径达到2 700 m;通过在主缆间设置抗扭索是一种较容易实现的提升大跨度悬索桥动力刚度的措施，此举可以使结构扭频提高47.5%;采用紊流制振风嘴钢箱梁断面及新型悬索桥结构体系的悬索桥，在保证颤振临界风速80 m·s^-1的情况下主跨跨径可达4 000 m;通过增加抗风缆...     

国内外大跨径桥梁的现状和发展趋势

对国内外大跨径桥梁按悬索桥、斜拉桥、拱桥和梁桥四种主要桥型进行了综述。首先介绍了悬索桥,它是目前跨径在900m以上的唯一桥型,列出了35座已建成的跨径在600m以上的悬索桥的情况;详述了五种主要悬索桥型式的特点;说明了悬索桥布置构造中的一些问题。     

江阴大桥猫道索及主缆索股设计与施工特点

江阴长江大桥是一座主跨1385m的大跨径悬索桥.介绍了该桥猫道索和主缆索股设计与施工的主要特点,并结合国外大跨径悬索桥抗风稳定的一些研究结论及我国悬索桥施工的一些经验,对其优缺点进行了分析.承担江阴大桥猫道及主缆施工的国外承包商有一些施工经验值得我们借鉴,国内施工单位也有一些施工技术是值得称道的.     

采用成品缆索悬索桥索夹处的防腐处理

由于自锚式悬索桥经济跨径较小,主缆直径通常较小,因此成品缆索在中小跨径的自锚式悬索桥中北广泛采用。但较低的同时,往往造成索夹处缆索防护的破坏,如果防护不当容易引起主缆的腐蚀。本文通过分析缆索护套裂缝产生及扩大的原因,通过对索夹的改造,实现主缆的良好防护,对类似病害的解决起到抛砖引玉的作用。     

油罐车火灾下三塔悬索桥缆索体系抗火性能研究

为了探明三塔悬索桥缆索体系火灾下的力学响应及装有石油或易燃易爆品的大型车辆的过桥方式,以某悬索桥为对象,建立桥梁抗火分析模型,定义钢材随温度变化的热工参数及力学参数,运用油罐车升温曲线对桥梁的缆索体系施加火灾热荷载,对比计算油罐车火灾位于桥梁最外车道和中间车道时,悬索桥主缆和吊索的温度场变化规律及力学性能随时间的变化特征,得到不同场景下桥梁缆索体系的破坏时间。结果表明:油罐车火灾位于悬索桥最外侧车道时,火灾下悬索桥的缆索体系升温迅速,主缆和吊索的力学性能将大幅度折减,最终导致缆索体系应力超过抗拉强度发生破坏;油罐车火灾位于悬索桥中央分隔带旁的最内侧车道时,由于与缆索体系对流辐射距离较远,悬索桥缆索体系升温速率较慢,达到的最高温度较低,力学性能变化较小,火灾下缆索体系将不发生破坏。载有石油或易燃易爆物的大型罐车在通行缆索体系桥梁时,应当由中央分隔带旁最内侧行车道通行。     

峡谷河流的挂网式人行悬索桥设计

为了降低峡谷河流人行悬索桥的造价,本文提出一种峡谷河流的双曲抛物面空间缆索挂网式人行悬索桥,将双曲抛物面空间缆索网分散锚固于峡谷河流两侧的悬崖陡壁岩石之上,取消桥塔,取消吊索体系,管桁架式桥面加劲梁直接搁置在双曲抛物面空间缆索网之上,节约造价,装配式施工简便。结合某150m跨径峡谷河流人行景观悬索桥,建立Midas有限元分析模型,开展动力模态特性分析研究,验证了双曲抛物面空间缆索挂网式人行悬索桥结构具有良好的抗风稳定性。