吊扣合一高塔架与塔顶位移主动控制技术应用

以马滩红水河特大桥138m高缆索吊装系统塔架为工程背景,介绍了一种塔底固结、吊扣合一式塔架,以及一种基于GNSS的塔顶纵向位移主动控制技术,通过理论分析和现场实际检测,验证了采用塔底固结以及吊塔与扣塔相结合的高塔架在大跨度缆索吊装系统中的可行性,供类似工程建设借鉴。     

大跨悬索桥塔顶位移控制值分析

为了分析某悬索桥上部结构施工过程中塔顶纵向抗推刚度和允许位移，采用通用有限元程序ANSYS建立了3种不同单元形式的桥塔有限元空间模型，利用这3种模型分别计算了桥塔的抗推刚度和抗扭刚度，得到了比较一致的结果。提出用2种混凝土应力水平来控制塔顶允许位移，分别采用线性和非线性方法，计算了某悬索桥塔在2种荷载工况下，按不同应力水平条件控制下塔顶允许位移值和塔身的混凝土最大应力。     

基于GNSS位移测量系统和液压控制系统对塔架位移进行主动控制研究

缆索吊运与斜拉扣挂悬拼结合法是拱桥无支架施工的主要方法。缆索系统的吊、扣塔顶随着拱肋节段的起吊、运输、悬拼过程产生较大位移,造成塔产生大的力矩,已扣挂的拱肋节段产生位移。为了将塔顶位移控制在允许范围内,传统做法是依靠塔架和风缆强大刚度来实现的,很不经济。文中提出全新的方法,即利用GNSS高精度位移自动化监测系统和液压千斤顶控制系统,主动适时向塔顶施力,控制塔顶位移在设定范围内。设备与方法已成功应用到马滩红水河大桥拱肋的斜拉扣挂悬拼施工中,实时控制塔顶最大偏位在2cm范围以内。研究成果为进一步优化塔的结构奠定了基础。     

缆索吊装系统设计中主索滑移和塔偏位影响研究

为研究缆索吊装系统设计中主索滑移和塔偏位的影响,基于悬链线单元理论、主索滑移理论和梁单元CR列式非线性分析理论,建立了主索+塔架双子系统非线性耦合静力分析框架,针对某钢管混凝土特大桥缆索吊装系统的主索设计和试吊过程,分别开展独立分析和耦合分析,得到了主索滑移和塔偏位对主索和塔架影响的量化结果。结果表明:主索设计时应精确地考虑滑移的影响;塔偏位对缆索吊装系统的影响较小,试吊计算时可仅建立塔架分析模型,将主索对塔架的作用以索鞍处集中力的形式计算;主索滑移对缆索吊装系统的影响显著,能明显减少塔顶偏移和塔顶应力,实际施工计算时应重视主索滑移的影响。     

缆索吊装系统索塔偏位准确计算方法研究

从单索在索端外力作用下支点位移计算的基本原理出发,介绍了设置缆风索的塔架和设置压塔索的缆索吊装系统索塔在外力作用下塔偏位的等效弹模法计算方法,推导给出了设置压塔索的缆索吊装系统铰支塔偏位计算公式。系统性论述了利用悬链线理论的索力～支点位移关系求解索弹性刚度,利用塔顶索端张力变化量与外力建立平衡迭代条件,采用循环迭代准确求解塔偏位的悬索单元法基本原理和方法。通过算例,对等效弹模法和悬索单元法计算结果进行交叉验证,证明了悬索单元法进行缆索吊装系统塔偏位计算的准确性和可靠性。     

混合梁斜拉桥A形索塔施工方案比选与优化

为确定混合梁斜拉桥A形索塔的最优施工方案,以某530 m主跨斜拉桥为工程背景,按照索塔塔肢与中横梁同步、异步施工和横撑设置的不同,优选3种索塔施工方案分别建立有限元模型,通过对比分析3种方案下索塔线形和应力,确定索塔最优方案为塔肢与中横梁同步施工且设置6道横撑;分别建立先塔后梁和塔梁同步施工时桥梁施工全过程有限元模型,通过对比两者成桥状态下主梁和索塔应力、斜拉索索力和塔顶位移,论证不对称双悬臂施工下混合梁斜拉桥塔梁同步施工的可行性,结果表明塔梁同步施工对成桥索塔竖向位移的影响较小,但对纵桥向位移的影响较大,应重视并采取相应措施。     

从影响线角度研究3塔悬索桥力学行为

以泰州长江大桥为原型,建立相应2塔、3塔漂浮和3塔约束悬索桥空间有限元模型,研究各关键效应的影响线特征及汽车效应包络,得到如下结论:主缆抗滑、中塔受力、主梁挠跨比、梁端水平位移等在2塔悬索桥中不会引起很多关注的因素,对3塔悬索桥却成为控制指标,且由汽车作用控制;缺乏边缆的有效约束引起中塔顶水平位移增大,是导致其他效应大幅增加的原因;当一个主跨全部或部分加载,另一个主跨空载时,4个控制因素最不利,但发生的概率极低;抓住规范限制挠跨比的本质和3塔2跨悬索桥变形特点,可将其挠跨比限制放宽至1/220,行车平顺仍有充足保障;汽车与恒载应力叠加后,绝大多数运营状况下,中塔都处于受压应力状态,疲劳问题不突出。     

双套拱斜拉桥拱塔竖转提升测控技术

荆邑大桥为双套钢拱斜拉桥,钢拱塔采用工厂预制节段、工地焊接组拼、主塔和副塔液压同步提升的施工方法.为保证拱塔施工安全并在满足精度要求的条件下就位,给出拱塔结构竖转提升施工测控技术,即通过观测全站仪距拱塔顶反射靶标的空间距离实现拱塔提升角度测控;通过观测提升吊点附近反射靶标的空间坐标实现拱塔平整度测控;通过监测拱塔提升过程中结构最大应变处的应力保证拱塔本身的安全性;通过控制门架位移保证施工过程中门架安全.荆邑大桥拱塔的竖转提升实践证明,该方法是正确和可操作的,测控精度满足工程要求.     

运营阶段斜拉桥主塔在不同荷载组合下的变形及内力分析

为研究运营阶段不同荷载组合对斜拉桥主塔变形及内力的影响,以国外某新建双塔混凝土斜拉桥工程为依托,采用MIDAS/Civil建立了斜拉桥有限元模型,对斜拉桥在运营阶段的内力及变形进行计算分析。计算得出了不同荷载组合下的斜拉桥主塔塔顶偏移及最大应力。结果表明:不同荷载组合下斜拉桥主塔变形存在较大差异,斜拉桥主塔塔顶的偏移量在LM1+人群荷载下最小,在LM4+人群荷载组合下达到最大,位移偏向跨中方向;不同荷载组合下斜拉桥主塔内力差异较小,主塔最大应力在LM1+人群荷载下最小,在LM4+人群荷载组合下达到最大,最大应力所在部位为第一个横梁与塔交界处。     

曲率半径对曲线矮塔斜拉桥的影响分析

本文以曲线矮塔斜拉桥龙井河大桥为背景,通过改变结构的曲率半径来分析曲率半径对结构主要的影响,主要包括塔顶横向位移、跨中挠度、主梁扭矩和弯矩,主塔横向弯矩以及索力等效应。曲率半径影响分析结果表明,曲率半径对塔顶位移和主梁、主塔内力均有显著的影响,在曲线矮塔斜拉桥的设计计算时应关注这些参数的分析。     

罗蕴河大桥拱脚局部应力分析

系杆拱桥拱脚应力分析在全桥整体分析过程中属于重点和难点,需在整体模型的基础上建立更高精度的有限元模型进行分析。通过与整体模型的拱脚位移对比,选取结构刚度、边界条件,并制定适当的假定,在MADIS/FEA中建立的拱脚模型。在建立好的模型上施加荷载,进行多方向多尺度的应力分析,最终得出了拱脚应力扩散结论,即混凝土压应力从拱肋传导到拱脚的过程中迅速扩散,在桥梁纵向没有形成很大的压应力峰值,在混凝土抗压强度标准值允许范围之内。对接规范,保证了罗蕴河大桥在拱脚关键部位的安全和可靠。     

结构布置对多塔斜拉桥力学行为的影响

在荷载作用下，多塔斜拉桥的中间塔由于没有边锚索固定，中间塔塔顶水平位移加大，导致整个结构变位过大，结构刚度成为设计关键。主要讨论结构布置对多塔斜拉桥力学行为的影响。     

加劲索对大跨三塔铁路斜拉桥动力特性的影响研究

为研究加劲索布置和刚度对三塔铁路斜拉桥动力特性的影响,以蒙华铁路洞庭湖大桥为工程背景,采用有限元软件ANSYS建立模型,分析设置主塔交叉索,塔、梁加劲索和塔顶水平加劲索对大跨三塔铁路斜拉桥动力特性的影响,并对加劲索不同布置形式下其刚度变化对动力特性的影响进行参数化研究。结果表明:加劲索对侧弯频率几乎没有影响;设置主塔交叉索对扭转频率有一定的提升,而设置塔、梁加劲索和设置塔顶水平加劲索对此几乎没有影响;加劲索能够大幅提高三塔斜拉桥的竖弯频率,且在相同刚度条件下,设置主塔交叉索对三塔斜拉桥竖弯和纵飘频率的提升最大,设置塔顶水平加劲索次之,设置塔、梁加劲索最小。     

三塔斜拉桥设计参数分析

为研究三塔斜拉桥结构的力学行为特征,为三塔斜拉桥设计提供参考,结合三塔结合梁斜拉桥工程设计实例,建立三塔结合梁斜拉桥的有限元模型,对斜拉索重叠布置、塔间斜拉索、提高桥塔刚度及采用辅助墩等措施进行参数分析,总结其受力行为的变化规律。计算结果显示:设置重叠索、设置塔间加劲索、边跨设置辅助墩可有效改善中塔、主梁、斜拉索受力,减少塔顶水平位移值及跨中主梁挠度值;提高中塔刚度可以减少塔顶位移;提高边塔刚度对结构影响很小;提高中塔的塔高可以改善桥塔内力,但会增大塔顶位移。计算结果可为三塔结合梁斜拉桥结构布置设计提供参考。     

平塘特大桥主桥抗震性能研究

平塘特大桥主桥为(249.5+550+550+249.5)m三塔双索面钢-混叠合梁斜拉桥。15号塔(边塔)、16号塔(中塔)、17号塔(边塔)分别高320,328,298m。该桥位于山区,桥址处为地震区,为了解地震作用对桥塔内力和桥塔、主梁位移的影响,采用SAP2000软件建立有限元模型,分别采用反应谱法和非线性时程分析法对其进行地震反应分析,并分析塔高差异对抗震性能的影响。结果表明:在地震作用下,中塔的塔底弯矩和塔顶位移大于边塔的塔底弯矩和塔顶位移;对于2座边塔,较高的15号塔的塔底弯矩及塔顶位移更大;主梁的纵向振动与横向振动基本不耦合,相对于纵向地震,主梁的竖向位移受横向地震的影响更大;2种方法的计算结果接近,但非线性时程分析考虑了支座的非线性,建议采用时程分析结果作为抗震设计的依据。     

钢管混凝土拱桥吊杆张拉方案比选

邢汾高速公路沙河特大桥主桥为主跨146m的下承式钢管混凝土拱桥,吊杆采用无应力状态法施工。为确定该桥吊杆张拉顺序,保证张拉过程安全,提出了4种吊杆张拉方案(1由两端拱脚向拱顶对称张拉;2由拱顶向两端拱脚对称张拉;3由1/4拱肋和3/4拱肋处向拱脚和跨中对称张拉;4吊杆分3批张拉),采用有限元分析软件MIDAS Civil建立全桥有限元模型进行仿真计算,分析4种方案的吊杆成桥拉力、拱肋位移、拱肋核心混凝土应力、拱脚水平推力。结果表明,方案4的成桥拉力与设计成桥拉力最为接近,拱肋线性良好,拱肋截面处的混凝土压应力变化均匀,未出现较大的压应力,对拱脚水平推力影响较小。因此,选择方案4施工,在实际施工中,桥梁无需二次调索,加快了施工进度,节约了施工成本。     

基于实测车流的悬索桥黏滞阻尼器多目标控制研究

为了研究不同黏滞阻尼器参数对车流荷载作用下大跨径悬索桥响应的影响,建立了一座大跨径钢桁架悬索桥的有限元模型。首先对交通荷载监测系统采集的实际交通流数据进行了分时段分车道筛选,得到小时车重极值时段的车流数据,利用格林希尔兹模型模拟形成了基于实测数据的高真实度车流。接着采用等参元方法将车辆荷载简化为集中力荷载分配加载,分析了车流作用下不同黏滞阻尼器参数对结构关键指标响应的影响,包括主梁梁端纵向最大位移、主梁梁端累计位移、主梁跨中弯矩、主塔塔顶位移、主塔塔顶加速度、主塔塔根弯矩、主缆力以及吊杆力变化趋势。最后采用变异系数法计算了指标权重,利用TOPSIS法确定了指标响应的理想解与负理想解,基于各参数方案结构指标响应的相对接近度对阻尼器参数方案进行了评价。分析结果表明:黏滞阻尼器可以有效降低车流作用下的梁端最大位移、梁端累计位移及塔顶加速度;对塔顶位移、塔根弯矩、主缆力及吊杆力的影响并不明显,不同指标对应速度指数和阻尼系数的变化规律不完全一致;速度指数对车流作用下结构响应的影响更为明显,速度指数越小,阻尼器的控制效果提升越明显,在慢速运动时能发挥更好的控制作用,阻尼系数增大亦可提升控制效果,但阻尼系数较小时对应的最大设计速度更大。     

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。     

斜拉桥参数优化及基于正交试验法的参数影响性分析

为研究斜拉桥结构设计参数的优化,基于某斜拉桥工程实例,选取斜拉桥的主塔高度,拉索面积,主塔刚度为分析参数。定义局部结构安全系数R以及全桥换算安全度E。同时选取了主塔最大应力,主塔塔顶位移,斜拉索最大应力,主塔根部弯矩,主梁最大应力,主梁最大挠度这些能反应斜拉桥结构内力性能的指标作为目标函数。首先使用基于控制变量法的参数优化分析,得到单个设计参数有利于斜拉桥力学状态的最佳取值。其次使用了基于正交试验法得出了主塔高度为84.52m,拉索面积增加20%,主塔刚度选取原刚度时是最佳的组合方案。同时得到全桥换算安全度影响最大的是主塔高度,其次是拉索面积,最后是主塔刚度。斜拉桥设计及参数优化的过程中,应重点考虑主塔高度和拉索面积。     

大跨度叠合梁斜拉桥施工阶段极限承载力研究

为研究大跨度叠合梁斜拉桥施工阶段极限状态下的受力性能和破坏机理,以西固黄河大桥主桥为背景,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,计算该桥在最大双悬臂、最大单悬臂和二期恒载等典型施工阶段的非线性稳定安全系数,分析结构在各施工阶段的斜拉索应力、塔梁连接处Mises应力和塔顶、主梁跨中的荷载~位移曲线。结果表明:该桥各典型施工阶段的非线性稳定安全系数均满足不小于2的设计要求;当主桥达到极限承载力时,部分斜拉索先破断,破坏过程合理;最大双悬臂施工阶段桥塔整体未达到屈服状态,最大单悬臂施工阶段和二期恒载施工阶段塔梁连接处出现塑性区;塔顶和主梁跨中的荷载~位移曲线具有显著的非线性效应。