大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥结构地震响应特征研究

大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥是一种技术复杂的特殊桥梁,为系统地把握该类型桥梁结构在地震作用下的动力响应规律,总结该类桥梁的总体结构特征,统计分析5座公铁两用大桥的结构动力特性值,利用有限元数值仿真方法分析不同结构抗震约束体系的地震响应特点,统计粘滞阻尼器的减震效果并解释效果差异的原因。研究表明:大跨度公铁两用斜拉桥的竖向刚度与公路斜拉桥相比有明显差异,前者的竖弯基频比后者平均高20%左右;在多种结构抗震约束体系中,具有耗能显著特点的液体粘滞阻尼器体系是一种较为理想的结构抗震支承体系;采用粘滞阻尼器后,6座大桥桥塔的弯矩减震率呈现20%左右与60%以上两种不同表现结果,该现象主要与地震动输入的长周期成分取值有关;由于剪力比弯矩的阶次低,导致桥塔剪力比弯矩的减震效果低;粘滞阻尼器对梁端位移的减震效果显著,可达到60%~80%。     

常泰长江大桥主航道桥结构体系及钢梁设计

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m的公铁两用斜拉桥,上层为高速公路,下层为城际铁路与普通公路(采用非对称布置).该桥首次采用温度自适应塔梁纵向约束体系,该体系采用塔梁分离、塔墩固结形式,塔梁之间设置支座和纵向阻尼器,有利于降低梁端位移和桥塔内力;辅助墩采用压重+锚索方案,以消除活载负反力.主梁采用N形桁式两主桁钢桁...     

公轨两用钢-混组合梁斜拉桥成桥运营阶段动力特性分析

为检验运营阶段桥梁的安全性，通过有限元模拟，对成桥运营阶段进行了动力特性分析。选取满载工况，采用多重Ritz向量方法，分析了桥梁的动力特性及动力特性的参数敏感性，发现对于拉索内力，相对于恒载，活载对内力变化影响较小；在移动荷载作用下，左右桥塔位移、塔底弯矩最大值和最小值相差很大，桥塔处于侧弯状态；桥梁的基频是0.171 Hz,基本周期为5.86 s,振型为反对称竖向弯曲；普通桥梁结构周期都较小，大跨度斜拉桥基本周期都超过了5 s,体现了大跨度半漂浮体系斜拉桥柔度大的特点；结构自重及刚度的变化，对自身的频率影响最大。     

公铁两用多塔斜拉桥关键构造静力行为研究

该文以公铁两用连续钢桁结合梁多塔斜拉桥为对象，针对其特殊构造形式，研究了运营阶段风与车辆荷载作用下公铁两用部分斜拉桥塔梁连接部位的静力行为。探讨了在桥塔自立状态和成桥状态下结构在相应最大静阵风荷载和自重联合作用下结构的静力反应。重点分析了主桁跨中和支点部位、桥塔塔根和塔顶部位、桥塔和主桁连接部位、公路桥面板和铁路桥面板的静力特性。并对公铁联合荷载作用下大桥的强度、刚度进行了综合评估。     

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6.5×10~5 kN/m,可起到塔梁固结的效果;在中塔采用弹性约束基础上,边塔采用纵向放松体系,每个边塔设置4个粘滞阻尼器[阻尼系数C为2 500 kN/(m/s)~α,速度指数α为0.3],明显改善了斜拉桥的静、动力响应;采用的中塔设置弹性约束-边塔设置阻尼器的组合结构体系,与全飘浮体系相比,梁端最大位移减小69%,边、中塔塔底弯矩分别减小40%、15%,与中塔固结体系相比,地震作用下组合结构体系梁端位移减小44%,中塔塔底弯矩减小51%,边塔塔底弯矩变化幅度较小,该组合结构体系合理。     

多跨斜拉桥双钢管-混凝土组合结构桥塔静力与抗震研究

为研究双钢管-混凝土组合结构桥塔在多跨斜拉桥中的应用,以一座7塔8跨斜拉桥模型为背景,对双钢管-混凝土组合结构桥塔的静力及抗震性能进行分析.采用极限状态设计法检验桥塔的安全性,在中等强度地震波和超强地震波作用下,通过比较桥塔横梁处主梁在纵向可移动连接、线弹性连接及双线弹性连接3种支承条件下的地震响应评估桥塔的抗震性能.分析结果表明:隔跨布置活载引起的主梁及桥塔弯矩大于满跨布置荷载引起的主梁及桥塔弯矩;桥塔越高产生的位移和弯矩越小;塔顶响应和塔底弯矩在可移动支承条件下最大,在双线弹性连接条件下最小.双钢管-混凝土组合结构桥塔适用于多跨斜拉桥,主梁与桥塔横梁处采用双线弹性连接方式,桥塔的抗震性能最好.     

千米跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥几何非线性研究

为研究非线性因素对超大跨度公铁两用斜拉桥主要构件变形和受力的影响程度,采用5种分析状态,对一座跨度超过千米的公铁两用钢桁梁斜拉桥进行成桥状态下的活载非线性计算分析。建立全桥平面杆系模型,计算各控制量在最不利活载作用下的极值及非线性影响系数。结果表明:对超大跨度公铁两用斜拉桥而言,斜拉索的垂度效应仍然是几何非线性影响的主要因素,梁-柱效应和大位移效应相对较弱;目前桥梁设计的通常方法是考虑修正斜拉索弹性模量进行线性计算,并在此基础上活载考虑10%的非线性放大系数,该方法现实、合理而且稍偏安全。     

独塔斜拉桥的抗震分析及减隔震措施研究

对于大跨径斜拉桥,抗震计算涉及的因素较多,需要根据其自身特点,进行专项研究,以昆阳路闵浦三桥为研究对象,分别采用反应谱法和时程分析法对半飘浮体系独塔斜拉桥的结构地震响应进行对比分析,选取合适的地震波和阻尼参数。在E2地震作用下,采用时程分析法分别对塔梁间纵向约束支座剪坏前后两种不同的受力体系进行分析,结果表明,对支座剪坏前的纵向约束体系,主塔支座承受较大的水平力,而对支座剪坏后的纵向活动体系,主塔塔顶位移和主梁梁端的纵向位移均较大。针对大跨度独塔斜拉桥桥型方案特点,采用减隔震组合体系,不仅可大幅降低塔底纵向受力,同时可将塔顶和梁端的纵向位移控制在合理范围之内,是理想的抗震约束体系。     

三塔地锚式空间缆悬索桥纵向约束体系研究

为探讨三塔地锚式空间缆悬索桥的合理纵向约束方式，以浔江特大桥(153 m+2×520 m+210 m)为研究对象，选取3种纵向约束体系(纵向飘浮、纵向限位及固结约束),拟定6种静、动力荷载工况(包含5种静力荷载工况组合和地震动),基于Midas有限元软件平台开展三塔悬索桥静、动力受力特性分析、纵向约束体系比选及约束刚度合理取值研究。结果表明，三塔地锚式空间缆悬索桥的静、动力荷载效应存在差异，且静力荷载工况组合(恒载+温度+汽车活载+活载风+制动力、恒载+温度+百年风)下的响应明显高于动力荷载(地震动);考虑构造复杂性和施工难易性、塔底受力及梁端位移，三塔地锚式空间缆悬索桥推荐采用纵向限位体系；纵向限位体系推荐采用带有摩擦阻尼器(阻尼力为200 kN)的纵向限位支座，其纵向约束刚度值建议取为1.9×10⁵ kN/m,纵向限制位移为±10 mm,可满足桥梁结构受力性能及支座设计构造的要求。     

公轨两用大跨度斜拉桥纵向减震体系优化

为研究公路与跨座式单轨交通两用钢桁梁斜拉桥的合理减震约束体系,以牛田洋大桥为工程背景,利用ANSYS建立有限元模型,并采用时域显式降维迭代法,在考虑纵向活动支座动力特性基础上分析纵向无约束、弹性索、粘滞阻尼器及速度锁定装置等4种减震体系的结构静动响应和粘滞阻尼器4种墩塔处布设方案的减震效果,优化粘滞阻尼器参数;分析跨座式单轨交通列车制动力及行车振动对粘滞阻尼器参数的影响,计算粘滞阻尼器行程。研究表明:无约束体系地震位移响应最大,弹性索体系塔底弯矩最大,速度锁定装置体系位移最小但塔底弯矩较大,粘滞阻尼器体系塔底弯矩最小,位移响应较小,耗能作用最好;仅主塔处设置粘滞阻尼器时减震费效比最高,主塔及辅助墩均设置阻尼器时减震效果最优;当阻尼系数c=3 500～5 000kN·(m/s)~(-α)和速度指数α=0.3～0.5时减震效果较优;大跨径公轨两用钢桁梁斜拉桥可设计合适的支座静摩擦系数抵抗跨座式单轨交通列车的制动力,粘滞阻尼器参数选取可不考虑列车制动的影响;阻尼器速度指数α宜适当取高值,以减少列车过桥时参与工作;粘滞阻尼器行程需按动、静作用分别考虑。     

地震作用下独塔斜拉桥抗震体系优化

为了确定一致地震作用下独塔斜拉桥的合理抗震约束体系,首先对独塔斜拉桥在纵桥向和横桥向约束体系的传力机理进行了研究,然后以某独塔双索面斜拉桥为工程实例,分别对结构纵横向抗震体系进行了优化分析。分析结果表明,塔梁之间设置纵向弹性索可以在降低桥塔地震弯矩的同时控制主梁位移;墩、梁之间通过设置纵向弹性索,可以根据桥墩抗弯能力调整地震力的分配,起到提高结构整体抗震性能的作用。对于不等跨混合梁独塔斜拉桥,边跨过渡墩采用弹性索限位,可以合理分配横向地震力,从而达到提高结构整体横向抗震性能的目标。     

地锚式万向铰独斜塔斜拉桥温度效应分析

地锚式万向铰独斜塔斜拉桥结构体系新颖,为分析温度荷载作用下该类桥梁成桥状态的结构响应,以三亚海棠湾河心岛景观桥(主跨99.8 m钢斜塔双边工字钢梁独塔斜拉桥)为工程背景,建立桥梁结构有限元模型,分析体系温差、日照温差、索梁(塔)温差对桥塔偏位、主梁线形以及索力的影响。结果表明:体系温差下桥塔以纵向弯曲和纵向偏转为主,体系降温将引起全桥主梁下挠,体系升温效应相反,最大背索索力变化为成桥索力的6.1%;日照温差下桥塔以横向弯曲为主,纵向偏位较小,对主梁线形、斜拉索索力影响较小;索梁(塔)负温差下有索区主梁发生向上位移、背索索力增大,正温差下相反,对桥塔偏位基本不影响。     

大跨径多塔斜拉桥非线性静力分析

以一座在建的多塔结合梁斜拉桥为工程背景,运用大型有限元结构分析软件ANSYS,建立多塔斜拉桥的空间非线性有限元模型,考虑拉索垂度效应、结构大位移和梁柱效应3种几何非线性因素,进行了大跨度多塔斜拉桥空间非线性静力分析,给出了桥梁结构主梁、桥塔以及斜拉索的位移及内力云图,结果表明:多塔斜拉桥的主跨跨中位移变形最大,为33.2 cm;边塔弯矩随高度的变化各不相同,塔底弯矩最大;斜拉索的最大索力在边塔外侧的辅助墩附近。     

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%。     

文山马鹿塘特大桥主桥设计关键技术

文山马鹿塘特大桥主桥为(63+137+480+137+63) m双塔双索面斜拉桥,大桥单侧与连拱隧道相接。主梁采用双工字形钢-混组合梁,桥面全宽32.2 m;桥塔采用钻石形混凝土塔,两岸桥塔塔高分别为247 m和254 m;斜拉索按空间双索面对称布置。整幅式桥梁桥隧顺接采用双线分离设计,避免了桥梁整体加宽或设置整体式大跨隧道,同时缩短了连拱隧道长度。为降低汽车、温度和风等荷载作用下的结构响应,在塔梁间设置了弹性刚度为12 MN/m的纵向弹性约束体系,静、动力作用下梁端位移分别下降37.4%和35.9%、桥塔塔柱底纵向弯矩分别降低19%和20%,静力作用下钢主梁应力减小约30 MPa、桥面板抗裂应力储备提高1.13 MPa。辅助墩墩顶主梁采用10 cm落梁设计,墩顶组合梁桥面板抗裂应力储备提升117.7%,且其它主体结构受力未发生显著变化。组合梁采用双节段循环施工方案,有效缩短了主梁施工工期。     

结构体系对多塔斜拉桥抗震性能的影响分析

以嘉绍大桥6塔斜拉桥为研究对象,详细分析了刚性铰以及塔梁纵向约束形式对6塔斜拉桥动力特性和地震反应的影响特点.分析结果表明:(1)刚性铰的设置对多塔斜拉桥主梁的1阶对称侧弯振型频率和1阶对称扭转振型形状影响较大,但对于多塔斜拉桥地震反应影响很小;(2)塔梁纵向约束形式主要改变多塔斜拉桥主梁的竖弯和侧弯刚度,随着纵向约束增强,主梁竖弯和侧弯振动频率增加,并且部分振型形状发生明显改变;(3)全漂浮体系的位移反应过大,而全固结体系的内力反应过大;(4)部分约束体系的位移反应很小,边塔和中塔的内力反应亦较小,而次边塔的内力反应则过大.因此,刚性铰的设置对多塔斜拉桥抗震性能影响很小,而塔梁纵向约束形式则对其抗震性能产生重要影响.     

大跨度公铁两用钢桁梁悬索桥整体静动力特性分析

为给大跨度公铁两用悬索桥的设计提供参考,以某主跨1 092m公铁两用钢桁梁悬索桥为工程背景,采用MIDAS Civil建立该桥整体有限元模型,分析列车荷载不同加载长度对结构内力和变形的影响,提出合理的列车荷载图式加载长度;计算列车、汽车活载作用下的加劲梁挠跨比以及结构温度效应;分析结构的基本动力特性,并对铁路悬索桥合理约束体系进行探讨。结果表明:不同列车荷载图式加载长度对桥梁构件内力的影响不大;列车、汽车活载作用下的加劲梁竖向挠跨比为1/488,横向极限风作用下的加劲梁横向挠跨比为1/1 181;温度作用对加劲梁竖向挠度影响明显;该桥基频为0.094 8Hz,对应1阶正对称横弯,1阶竖弯频率为0.164 7Hz,扭弯频率比在2.0以上。     

白沙洲长江大桥不同主梁纵向约束方式及其对结构抗震性能的影响

以武汉白沙洲长江大桥这座主跨６１８ｍ斜拉桥为例，考虑索，塔和主梁的非线性效应，用大位移理论研究了大跨度斜拉桥这种长大柔性结构物在地震作用下的动力行的，讨论了不同主梁纵向约束方式对斜拉桥地震响应的影响。     

超大跨径斜拉桥纵向极限风荷载作用下约束体系研究

为研究超大跨径斜拉桥在纵向极限风荷载作用下的合理约束体系,以某主跨1176 m斜拉桥为背景,采用BNLAS非线性有限元软件建立该桥整体结构模型,分析半飘浮体系、单侧纵向约束体系、两侧纵向约束体系及弹性索体系在纵向极限风荷载作用下的纵向位移和内力效应.结果表明:主梁上没有纵向约束的半飘浮体系结构,作用于梁上的纵向极限风荷...     

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。