斜拉桥变截面独柱桥塔驰振研究

采用二维SSTk-ω湍流模型计算了根据Den Hartog判据得到的桥塔驰振临界风速以及考虑振型、截面变化和风剖面影响后的桥塔驰振临界风速,并与风洞试验结果进行了对比,同时,还研究了方柱驰振性能随切角率的变化。结果表明:根据Den Hartog判据计算所得桥塔驰振临界风速与风洞试验结果差别巨大,Den Hartog判据不能运用于变截面桥塔驰振临界风速计算中。考虑振型、截面变化和风剖面影响后的桥塔驰振临界风速计算结果比风洞试验结果偏小,结果偏于保守,误差在实际工程允许范围内。因此,考虑振型、截面变化和风剖面影响后能大大改善桥塔驰振临界风速计算精度。对方柱进行切角处理不一定能改善驰振性能,只有当切角率27%时才会明显改善方柱驰振性能,切角率≤15%时反而增加方柱驰振不稳定性。     

圆环形桥塔区域行车风环境数值模拟

采用Realizable k-ε湍流模型,研究了未设置风屏障和设置50%透风率风屏障两种工况下的圆环形桥塔区域行车风环境特点。研究结果表明:桥塔周围存在明显的加速区域,最大风速系数可达1.3,使得车辆通过桥塔区域时将经历剧烈的风速变化,可能影响行车安全。设置50%透风率风屏障以后,桥塔周围未出现明显的加速区域,桥面风速变化较小,有效改善了圆环形桥塔区行车风环境。     

桥塔遮风效应对移动列车气动参数及行车安全的影响

为研究桥塔遮风效应对移动列车气动参数的影响，以沪通长江大桥这一钢桁梁斜拉桥为背景，基于移动列车模型试验装置，设计了缩尺比均为1：30的桁梁、桥塔和CRH3列车模型，依托XNJD-3风洞实验室进行了一系列试验。基于测试结果，分析列车通过桥塔区域时车速、风速以及合成风向角对列车气动参数的影响，并利用风-车-线-桥耦合振动模型分析了桥塔处气动参数突变对CRH3列车行车安全的影响。研究结果表明：桥塔遮风效应对移动列车影响显著，车辆气动参数在桥塔区域呈现突变的现象，升力系数和阻力系数经历了先减小后增大的过程，力矩系数则先增大后减小；风速越低，气动参数曲线在桥塔处的突变程度越大；气动参数曲线的突变宽度远大于桥塔自身的宽度，且车速越高突变宽度越大；合成风向角越小，列车气动参数在桥塔区域的变化越显著；列车离开桥塔区域时，桥塔尾流会造成升力系数和阻力系数局部增大；在考虑桥塔遮风效应的情况下，列车车体加速度在桥塔区域急剧增大，当列车远离桥塔区域时又逐渐减小；桥塔遮风效应会威胁列车的行车安全，未考虑桥塔遮风效应的分析结果是偏不安全的。     

深切峡谷地貌桥面行车高度风环境现场实测研究

为研究深切峡谷地形条件下的桥面局部风场,对桥梁跨中和过桥塔区局部区域风环境开展了现场实测。对局部风场特征进行了讨论分析,其中包括平均风速特征、紊流度、脉动风速功率谱和极值风速分布等。探讨了跨中和桥塔区位置风剖面分布,同时给出了跨中和桥塔区的平均风速拟合关系,量化了过桥塔区顺桥向风速分布的桥塔遮挡效应和地形加速效应,总结提出了一种典型的过桥塔区顺桥向风速曲线模型。此外,桥塔区域风速紊流度显著大于跨中位置,表明桥塔和特殊地形对局部风场存在较大影响。桥塔区脉动风速实测谱高频段能量明显上升,与惯性子区谱-5/3斜率衰减效应变化特征不符。相较于规范风谱,推荐了3阶双对数多项式,可更加准确地表征脉动风湍流能量在频域上的分布特征。对瞬态阵风极值风速的分析结果表明,相较于平均风速,极值风速用于评估行车安全更为合理。     

考虑塔吊影响的桥塔施工阶段动力特性分析

大跨度斜拉桥桥塔属于高耸结构,在施工阶段桥塔处于不稳定状态,需对其进行动力特性分析。以鄂东公路大桥主桥桥塔为例,对桥塔和塔吊结构体系的动力特性进行了有限元理论分析。给出桥塔3个主要施工阶段动力特性分析结果,为桥塔的抗风、抗震分析奠定了基础。     

桥塔外形与风效应影响

设计斜拉桥桥塔的时候，常常需要采取一些空气动力学措施来防止风振，同时也可因此改善桥塔的外形。介绍了日本几座斜拉桥桥塔的设计与风效应的关系。     

钢桥塔的构造设计研究

在缆索支承桥中,采用钢桥塔符合可持续工程和绿色工程的结构设计新理念,而钢桥塔在我国的应用十分有限,现行的各种桥梁规范中也没有关于钢桥塔的规定。本文针对钢桥塔的稳定构造设计、塔柱截面构造优化、钢桥塔和混凝土基础的连接构造、塔形构造选择等问题进行了分析研究,开展了钢桥塔的稳定性试验,提出了防止钢桥塔失稳的措施,研究了塔柱截面构造的合理设置,对常用的塔-基连接的构造型式进行了适用性分析,并对几种常见塔形的受力性能进行了对比分析,研究结果可为钢桥塔的构造设计提供参考。     

翼形混凝土桥塔的设计与施工

邵阳雪峰大桥设计为主跨2×120 m独塔斜拉桥结构，桥塔采用独创的翼形混凝土结构设计，由4根塔柱组成，立面为飞翼造型，侧面为A形，塔柱间由水平索连接形成稳定结构。翼形桥塔为空间受力结构，设计过程中，采用三向预应力、交叉交错锚固、下横梁后浇反顶等技术，解决了混凝土桥塔的复杂受力问题；施工过程中，提出了“无支架多功能平台施工”技术，解决了翼形桥塔的施工难题。     

大跨度斜拉桥桥塔施工期间风险评估与风险管理

对九江长江公路大桥桥塔施工全过程中可能影响施工质量、施工安全和施工进度的各种不利因素进行风险评估，并对其中桥塔建设期间爬模系统和桥塔自身抗风问题进行详细的风险分析，由此对各风险事态提出建设性的风险控制措施，编写了风险管理手册，结合风险评估报告整合形成整体的风险管理系统，指导具体的施工过程，研究成果在九江长江公路大桥桥塔施工过程中得到应用。     

郑州龙湖鼎形斜拉桥设计与分析

以郑州龙湖鼎形斜拉桥为背景，对桥梁的方案构思、桥塔造型和总体结构设计等进行了详细介绍；并采用MIDAS CIVIL软件空间杆系有限元的方法，对桥梁结构在施工状态和运营状态进行了静力计算分析，同时针对斜拉桥4种不同的荷载作用工况进行了整体稳定性分析。结果表明：桥梁总体造型美观，结构设计合理，桥塔和主梁静力验算结果满足设计要求；桥梁结构的第一阶失稳模态对应的稳定安全系数为30左右，整体稳定性满足要求，且失稳模态主要表现为桥塔横向面外失稳。     

采用塔锚式架设法施工自锚式悬索桥可行性研究

针对自锚式悬索桥“先梁后缆”法施工影响交通和环境的问题，提出塔锚式架设法。该方法借助边跨加劲梁延长主缆力的传递路径，通过塔梁临时锚固装置将主缆水平力由边跨加劲梁临时传递至桥塔，实现中跨加劲梁的“先缆后梁”架设。为研究塔锚式架设法的可行性及桥塔的复杂受力行为，以某双塔三跨自锚式悬索桥为背景，采用MIDAS Civil软件建立全桥模型，同时建立桥塔ANSYS实体模型和桩基与桩周土体FLAC 3D有限差分模型，分析桥塔压弯耦合失效、塔柱变形失效、桥塔基础推移失效3种桥塔失效模式，并分析垂跨比、加劲梁自重、边中跨比、桥塔墩高对桥塔压弯耦合失效模式的影响。结果表明：在中跨加劲梁吊装过程中，桥塔关键截面内力均在允许承载能力范围内，3种失效模式下各项指标均满足规范要求，说明塔锚式架设法可行。桥塔压弯耦合失效模式下，随垂跨比的减小、加劲梁自重的增加，桥塔塔底截面和塔梁连接处截面内力轨迹均呈现增大趋势；随桥塔墩高的增加，桥塔塔底截面内力明显增大，而塔梁连接处截面内力几乎没有变化；边中跨比对桥塔关键截面的内力轨迹影响程度有限，可以忽略。建议塔锚式架设法主要应用于加劲梁自重较小(如钢箱梁、钢-混组合梁等)、...     

内倾式斜拉桥桥塔临时横撑施工方案优化应用研究

为提高内倾式斜拉桥桥塔施工的安全稳定性,需设计合理的桥塔施工及临时横撑施工方案,并对其施工过程中进行监控。以某在建内倾式斜拉桥桥塔为例,根据模型计算,对原桥塔施工临时横撑施工方案进行了优化,优化后的新方案在确保安全的前提下可少布置一道临时横撑。根据模型计算出各临时横撑的顶推力,并对其在最不利施工阶段下进行验算,验证了顶推力的可行性。并在塔柱根部关键截面以预埋应变计的方式对桥塔施工过程进行监控,实测结果与模型计算结果比较表明,模型计算结果更加保守安全,新方案桥塔施工有足够的安全余量。通过以上的研究说明,新方案具有经济可行和安全性。     

斜拉桥和悬索桥跨越效率的比较

主要以工程结构设计的观点论述了斜拉桥和悬索桥在不同跨度，不同桥塔高度，受相同的均布荷载时用钢量的经济效率评价，分析表明，当桥塔高度小于跨度的四分之一时，悬索桥的用钢较省，费用较低，而当桥塔高度无限制时，斜拉桥用钢量较省。     

对悬索桥对称竖弯基频近似公式的修正

分析了边缆和桥塔刚度对悬索桥对称振动基频的影响，然后基于能量原理，在分别考虑了边缆和桥塔刚度的影响以及悬索桥自由振动实际振型的情况下，用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法对悬索桥一阶竖向挠同自由振动频率近似计算公式作了进一步的改进，并通过对５座悬索桥算例的计算，把用导出的分式计算出的结果和精确的有限元相比较，结果非常接近，其精度可以满足方案选择和初步设计的阶段的要求。     

对悬索桥对称竖弯基频近似公式的修正

本文分析了边缆和桥塔刚度对悬索桥对称振动基频的影响，然后基于能量原理，在分别考虑了边缆和桥塔刚度的影响以及悬索桥自由振动实际振型的情况下，用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法对悬索桥一阶竖向挠曲自由振动频率近似计算公式作了进一步的改进，并通过对五座悬索桥算例的计算，把用本文导出的公式计算出的结果和精确的有限元解相比较，结果非常接近，其精度可以满足方案选择和初步设计阶段的要求。     

常泰长江大桥主航道桥桥塔横向偏位及其控制方案研究

常泰长江大桥主航道桥为(142+490+1 176+490+142) m公铁两用双层桥面斜拉桥，下层桥面采用上游侧布置两线城际铁路、下游侧布置4车道一级公路的非对称布置，造成大桥横桥向恒载非对称。为研究该桥桥塔在横桥向非对称恒载下的横向偏位以及控制方法，采用MIDAS Civil软件建立主桥桁架有限元模型，分析了不对称恒载对桥塔的作用模式、桥塔横向偏位成因，研究增设体外预应力索和塔上锚点偏移2种桥塔横向偏位控制方案的可行性。结果表明：上塔柱可简化成悬臂梁受力模式，桥塔横向偏位主要受空间斜拉索的横桥向分力和竖向分力控制，横桥向分力起主要控制作用；增设体外预应力索可有效控制桥塔的横向偏位，可操作性强；通过偏移锚点能够改善桥塔的横向偏位情况，但需要综合考虑主梁和桥塔的线形和内力，且可移动的距离受限，综合考虑该桥最终采用设置体外预应力索方案。     

斜拱塔施工状态抗风性能试验研究

苏扬公路2号桥桥塔采用了先进的无支架安装技术,施工期间桥塔自重及施工荷载靠自身承受,安全系数较传统的支架工法有所降低,桥塔易受到风荷载的影响。为了保证桥塔在施工期间的安全,必须进行必要的桥塔施工状态抗风性能试验研究。在计算桥塔自立状态动力特性的基础上,进行了桥塔施工状态气动弹性模型风洞试验,为桥塔的施工提供了安全保障,对同类工程有重要的借鉴意义。     

悬索桥超高桥塔的刚度和风致响应

为了探讨悬索桥超高桥塔的刚度和风致响应问题,围绕顺桥向A字形布置混凝土桥塔(不同底部张开量)和顺桥向独柱形布置混凝土桥塔(不同塔柱截面)展开研究。利用有限元分析软件建立了2种类型桥塔的裸塔自立状态有限元模型,计算对比了桥塔刚度以及静风响应,同时采用时域分析方法计算桥塔的抖振响应,对比分析了在桥塔横向构造形式一定的前提下,不同类型方案对超高桥塔刚度和风致响应的影响。分析结果表明,顺桥向A字形桥塔的整体刚度较独柱形桥塔大;在顺桥向静风作用下,独柱形桥塔塔顶位移比A字形桥塔大得多;在顺桥向脉动风作用下,独柱形桥塔塔顶抖振位移响应的脉动程度远大于A字形桥塔。     

单塔自锚式悬索桥异形桥塔设计

为了表现九乔路单塔4跨自锚式悬索桥的艺术造型,提升城市区域景观,桥塔采用双耳瓷瓶轮廓异形结构。先从建筑和结构2方面阐述了该桥塔的设计,然后采用Midas Civil及Fea软件分别建立桥塔空间梁单元和实体单元有限元模型,对恒载、汽车荷载、温度梯度作用下的桥塔结构设计进行计算,并对2个有限元模型的计算结果进行对比分析。计算结果表明:1)桥塔截面尺寸合理,受力满足规范要求; 2)梁单元模型和实体单元模型整体计算结果比较一致,但在塔底等交接位置的局部应力计算结果相差较大,2种模型需要相互校核。     

日本多多罗大桥景观设计

在斜拉桥的梁、索、塔三要素中，桥塔对整个桥的景观起着举足轻重的作用。简要介绍了多多罗大桥设计的基本情况，着重介绍了桥塔、斜拉索、桥墩的景观设计及其涂装等。