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。     

天津富民桥可转动索夹的研发

空间缆索结构的悬索桥主缆线形是空间结构,吊索也是空间结构.空间缆索结构悬索桥的索夹在体系转换时需要与吊索一起在空间进行转动.阐述了一种新型的可转动索夹,其结构能较好地适应空间缆索结构悬索桥体系转换的需要.该索夹已在天津富民桥工程中得到应用.     

独塔双跨空间索面自锚式悬索桥体系转换方案确定

针对以独塔自锚式不对称空间缆索悬索桥在体系转换施工期的受力和变形特点,以广州猎德大桥为例,系统地总结和提出该类悬索桥吊索张拉方案(含鞍座顶推)确定原则,给出了吊索张拉方案,在参数敏感性分析基础上,结合自锚式悬索桥不同施工阶段的力学特点,提出体系转换过程中及桥面铺装后吊索张拉的控制原则和施工方法,为同类桥梁吊索张拉和鞍座顶推施工提供参考。     

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。     

缆索协作体系桥梁静力特性研究

缆索协作体系是一种融合了悬索桥和斜拉桥优点的新型缆索承重桥梁结构,为研究此类桥梁结构的主要静力特性,指导设计,以某主跨1 700m双层缆索协作体系桥梁方案(主跨跨中1218m为悬吊部分,其余为斜拉部分)为背景,采用桥梁非线性分析程序BNLAS对桥梁主要结构进行计算分析。结果表明:缆索协作体系与常规悬索桥相比具有较大的竖向刚度,采用钢混接头断开方案,可释放钢混接头处的较大内力,过渡段悬索部分加劲梁会产生纵向相对位移和梁端转角,可考虑设置纵向拉杆作为限位装置;通过在边跨设置辅助墩、采用混凝土主梁及塔梁固结等措施增加结构刚度,可适当改善长拉索及端吊索的疲劳问题;缆索协作体系与相同跨度的悬索桥相比,主缆截面有所减少;悬索-斜拉组合体系交汇处吊索可采用刚性吊杆。     

火灾下公路悬索桥高温力学性能研究

为了探明公路悬索桥货车火灾下的高温力学性能,利用热-结构分析软件ANSYS建立某大跨径悬索桥有限元模型。根据公路桥梁火灾的特点,选取货车升温曲线模拟货车燃烧,对悬索桥施加随温度变化的热荷载,得到悬索桥混凝土板和钢梁的强度和弹性模量随时间变化曲线,以及应力挠度随时间变化曲线。结果表明:混凝土桥面板在火灾下升温迅速,弹性模量和强度衰退较大;钢梁由于受到混凝土板的保护作用,升温速率较低,力学性能下降较小。为此,在桥梁上应当设置合理的防火措施,以避免造成更大的损失。     

大跨悬索桥吊索抗火性能与新防护结构研究

为了使造型优美的大跨悬索桥能更好地保持原始设计性能,以获得更长久的安全使用状态,梳理分析了构成索桥吊索危害的最不利火灾工况,构建计算仿真模型,分析吊索极限断裂情况,提出了防护和承重载荷兼顾的新型吊索结构.在分析此方面研究成果的基础上,按照背景可通行的危害标的物选择油罐车火灾燃烧模型,依据试验数据和引用参考确定吊索材料热...     

自锚式悬索桥主缆线形计算方法及施工过程分析

自锚式悬索桥缆索系统线形的计算采用有限元方法或索段数值计算均有一定的局限性,文章结合两者的特点,通过建立非线性有限元模型,并结合索段数值计算方法迭代求解自锚式悬索桥线形及内力.湖南长沙三汊矶自锚式悬索桥通过在中跨临时墩处顶升主梁后进行吊索的无应力安装,避免了反复张拉吊索的过程.利用所编制程序对大桥成桥阶段主缆线形及缆索架设过程中的受力状态进行计算,计算结果表明施工过程中主缆、吊索及主梁内力变化均匀,支座无负反力出现,验证了施工方法的可靠性.长沙三汊矶大桥所采用的缆索架设方法及计算过程可为同类型桥梁的设计及施工提供参考.     

单塔空间索面自锚式悬索桥缆索系统安装的施工监控

悬索桥结构施工过程中难度最大、技术含量最高、最难以控制的是缆索系统的安装,对于空间索面的缆索系统而言,不同的吊索安装程序、张拉顺序及张拉力值均将对主缆的空间位置产生重大的影响,并直接影响到施工工期和成桥时的状态.通过单塔空间索面自锚式悬索桥--天津富民桥缆索系统安装与体系转换的实际施工控制过程,验证了所采用的施工控制方法与控制计算结果的科学性、合理性,对缆索系统的安装施工起到了很好的指导作用.     

三塔四垮结合梁悬索桥静力分析研究

利用大型有限元软件Midas Civil建立三塔四垮结合梁悬索桥有限元模型,其中主梁为双主梁模型,主梁和桥塔采用梁单元模拟,桥面板采用板单元模拟,主缆和吊索采用只受拉索单元模拟。在此基础上对模型进行有限元分析,分别对三塔四跨悬索桥主缆、吊索、桥塔、加劲梁等主要构件在不同荷载工况下的力学行为进行分析,探明三塔四跨悬索桥关键部位的应力和挠度分布规律。结果表明,各项力学指标的计算分析结果符合规范要求,对指导桥梁设计和施工具有理论意义和工程应用价值。     

独柱塔空间缆索自锚式悬索桥缆索线形计算方法

以南京江心洲大桥为工程背景,基于Ohtsuki博士提出的空间缆索线形计算方法,对空间缆索自锚式悬索桥的主缆线形计算方法进行研究,推导空间主缆线形的迭代算法;针对自锚式悬索桥的受力特点,在缆索初始、精细平衡状态分析的基础上,增加修正平衡状态分析来考虑由于主梁和主塔压缩引起的主缆线形及内力变化;根据几何相容及力的平衡条件,确定索夹的安装位置,并给出空缆状态下主鞍座、吊索横梁的预偏量以及主鞍座的预抬量等控制参数.计算结果表明:自锚式悬索桥体系转换过程中缆索的几何非线性效应显著,体现在空缆到成桥状态主缆有较大位移,主缆与主鞍座空间切点位置也会有较大的变化.     

三塔悬索桥主缆系施工应用技术问题分析和探讨

三塔悬索桥是一种新型的悬索桥结构,主缆系施工是保证其架设质量的关键步骤.分析三塔悬索桥主缆系结构特点,探讨三塔悬索桥主缆、吊索、索鞍和索夹的加工制造和安装过程中的应用技术问题.     

自锚式悬索桥先斜拉后悬索的体系转换模拟

针对大跨度自锚式悬索桥跨越通航流域时不能采用常规支架法施工主跨钢箱梁的问题,提出了"先斜拉,后悬索"无支架法的总体施工方案,即先形成临时斜拉桥,再进行斜拉桥向悬索桥的体系转换。以600 m超大跨度的鹅公岩自锚式悬索桥为分析案例,采用无应力状态控制法实现了两种独立缆索支撑体系——临时斜拉桥和自锚式悬索桥共存。通过体系转换方案比选出推荐方案,表明临时斜拉桥成桥后可充分利用斜拉索的材料强度进行补张拉工作后再进行体系转换工作,可降低主缆与主梁的高差,从而减少了吊索张拉次数和接长杆长度,体系转换方案得以优化。经ANSYS有限元模拟由斜拉桥向悬索桥的体系转换过程,其结果与设计预期目标吻合较好,给出了该方案实施下主缆、主梁、临时钢塔、主塔、吊索和斜拉索在各施工步骤下的反应,并得到以下结论:(1)"先斜拉,后悬索"的总体施工方案可解决大跨度自锚式悬索桥无法使用支架法的施工问题;(2)通过调整体系转换前的主梁线形,可大幅度降低体系转换难度;(3)对于几何非线性显著的斜拉桥向悬索桥体系转换过程中,吊索张拉方案、斜拉索力调整和拆除时机顺序等问题的确定至关重要。     

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。     

空间异形索面悬索桥主缆成桥线形计算方法

空间异形索面悬索桥的主缆受到吊索三个方向的作用力,由于空间吊索与空间主缆相互耦合作用,主缆成桥线形计算尤为复杂。鉴于此,基于分段悬链线理论,提出一种"空间问题正向平面化,平面问题逆向空间化"的新思路,推导出可同时考虑空间主缆与空间吊索相互耦合作用的空间异形索面悬索桥主缆成桥线形解析表达式。结合MATLAB软件编制空间异形索面悬索桥主缆成桥线形迭代分析主程序,并基于APDL参数化语言开发主缆平衡态分析验证子程序。以空间索面悬索桥——韩国永宗大桥、空间异形索面悬索桥——河南省宜阳县骏马大道跨洛河大桥为例,采用所提出的方法分别开展主缆成桥线形分析。结果表明:所提出的方法计算精度高、收敛速度快,可适用于各种索面悬索桥主缆成桥线形分析。     

大跨悬索桥的车速敏感性分析

以澧水特大悬索桥为工程背景,将55T重车考虑为移动荷载,利用有限元建模研究了单辆55T重车匀速过桥时桥梁结构的动力响应,包括加劲梁、主缆及吊索的动力响应,并讨论了车辆移动速度对悬索桥结构动力响应的影响,指出桥跨不同位置构件对车速的敏感程度不同,为悬索桥的运营管理提供了参考。     

桥塔约束刚度对单跨双缆悬索桥受力特性的影响

双缆悬索桥以其独特的受力特性在多塔多跨悬索桥设计中具有受力有利的优势,为了更好地了解双缆悬索桥的受力特性,在桥塔塔顶约束的基础上,分析了桥塔塔顶无约束情况下单跨双缆悬索桥的受力特性,推导出了桥塔塔顶无约束时下上吊索内力比值的理论计算公式。研究表明:在探究活载作用下单跨双缆悬索桥的受力特性时,桥塔的约束刚度不能视为无穷大,即要考虑桥塔的约束刚度。随着桥塔约束刚度的增加,下上吊索内力的比值会慢慢减小,即下缆承受的内力会慢慢减小,而上缆承受的内力会慢慢增大。通过得到推导桥塔约束刚度的计算公式,计算结果表明对于单跨双缆悬索桥来说,当其他材料和构件参数以及锚碇与桥塔顶点的高差确定时,桥塔的约束刚度随着边缆与水平线的倾角增大表现为先增大后减小的趋势。     

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...     

考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥成桥状态力学性能分析

针对目前进行悬索桥分析时不考虑主缆抗弯刚度的现状,以某特大跨自锚式悬索桥为工程背景,在定性分析考虑主缆抗弯刚度后主缆、吊索、加劲梁、主塔等关键构件受力与线形特点的基础上,探讨不同简化假定条件下主缆受力与线形计算公式;运用有限元软件MIDAS/Civil,通过选取适当的单元类型及合理的结构参数建立有限元模型,分析比较考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥成桥状态下的力学特性,探讨考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥的力学行为,得到考虑主缆抗弯刚度后结构整体刚度有所加强的结论。