超大跨度CFRP索斜拉桥的力学性能分析

为了探讨碳纤维材料(CFRP)索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性,以1400 m主跨的超大跨度钢拉索斜拉桥设计方案为例,采用拉索的等强度和等轴向刚度方法,拟定了两座等跨径布置CFRP索的方案桥,分别采用结构三维几何非线性方法、子空间迭代法、空气动力稳定性分析方法以及地震响应的反应谱分析方法,对应用钢索和CFRP索的超大跨度斜拉桥的静力特性、动力特性、抗风稳定性以及抗震性能等进行了分析与比较,并从力学性能角度探讨了CFRP索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性。结果表明:从力学性能角度而言,超大跨度斜拉桥采用CFRP索是可行的,但是拉索截面尺寸采用等轴向刚度方法确定则更有利。     

CFRP斜拉索力学特性

基于斜拉索分析的悬链线理论,以主跨1 088 m的苏通大桥的斜拉索为研究对象,对比分析高强钢丝斜拉索和CFRP斜拉索的力学特性。研究表明,由于自重的降低,尤其对长索,CFRP斜拉索的垂度和由垂度引起的刚度损失、支承效率损失大大降低。CFRP斜拉索在超大跨度斜拉索中优势明显。     

CFRP斜拉索对多塔斜拉桥整体刚度的敏感性研究

CFRP斜拉索在斜拉桥中的应用研究是近年来工程界和学术界研究的热点问题。针对未来多塔斜拉桥应用CFRP索替换钢质拉索进行桥梁设计和换索的工程实际问题,基于赤石大桥的初步设计资料,建立一般多塔斜拉桥的平面有限元模型。针对CFRP索对桥梁整体刚度可能带来的影响,从静态变形和动力学整体模态频率对斜拉索换索的不同工况的敏感性进行了研究。研究表明,CFRP索替换钢质拉索在静动力学性能两个方面均能有效提高原桥刚度,具有较大的应用前景。     

香溪河大桥钢主梁合龙

正2018年12月16日,主跨470m双塔双索面斜拉桥——香溪河大桥钢主梁顺利合龙(见图1)。香溪河大桥全长1 079.5m,主桥采用主跨470m钢混组合混合梁斜拉桥,空间双索面半飘浮体系结构。大桥按双向4车道I级公路设计,桥面标准宽度23m。桥塔横桥向为倒Y形,全桥设置17对斜拉索,钢主梁标准索距13.5m,混凝土主梁标准     

S32高速公路上海段跨大蒸港矮塔斜拉桥设计

S32申嘉湖高速公路上海段跨越大蒸港处主桥为矮塔斜拉桥,主跨165 m。该桥设计为塔梁固结、墩梁分离的结构型式。斜拉索为单索面,主梁为预应力混凝土单箱五室,主塔为钢-混组合结构,桥梁全宽34 m。拉索为平行钢丝斜拉索、冷铸锚,主塔锚固区采用钢锚箱的锚固方式。主桥位于曲线半径R=3 000 m的平曲线范围内,对主塔的设计提出了新的挑战     

四线铁路钢-混组合梁斜拉桥设计关键技术

上海斜塘特大桥主桥采用主跨260 m双塔斜拉桥,跨越斜塘航道,承载四线铁路。对2种边中跨比斜拉桥方案进行对比,根据中跨静活载挠跨比、静活载梁端转角和活载负反力等分析结果,确定边中跨比采用0.38,主桥跨径布置为(40+60+260+60+40) m;对比3种钢-混组合梁截面形式的主梁刚度、经济性及无砟轨道适应性,主跨梁体选取高3.5 m的分离式双箱钢-混组合梁,边跨及衔接处主跨8 m段采用混凝土梁;对比H形和花瓶形桥塔的结构性能、施工方案,选取高97 m的H形桥塔;综合考虑结构刚度、轨道板变形和施工控制,中、边跨斜拉索梁上间距分别取12 m和8 m,桥塔最外侧斜拉索倾角取30°;索塔、索梁均采用钢锚箱式锚固结构。大桥整体结构计算结果安全可靠;温度、列车等荷载组合作用下,桥梁竖向刚度、换算曲率半径均满足规范要求。     

斜拉索的静力设计计算

斜拉桥设计过程中,需要对斜拉索进行精确设计计算,以确保每根拉索能精确安装就位,并使其成桥时线形和索力符合设计要求.根据拉索弦向张拉力已知这一条件,从斜拉索微段的平衡方程出发,推导了斜拉索设计参数的精确计算公式,并从精确解析式中直接得出忽略拉索弹性伸长的近似解,选择了两种跨度的钢拉索和CFRP拉索作为算例,比较了各种计算方法的计算精度,得出各种近似计算方法对于CFRP拉索的计算精度均高于钢拉索相应的计算精度等结论,为斜拉索的设计提供理论依据和建议.     

渝湘高铁太子坪乌江大桥设计关键技术北大核心

渝湘高铁太子坪乌江大桥为主跨300 m无砟轨道双塔混合梁斜拉桥,主跨及部分边跨主梁为钢-混组合梁,其余为混凝土梁。针对铁路桥恒载重、主梁宽高比小的特点,钢-混组合梁采用单箱单室“大风嘴”截面,节省了造价,便于施工和后期养护。桥塔为钻石形钢筋混凝土结构,采用钻孔灌注桩基础。斜拉索采用标准抗拉强度1 860 MPa镀锌钢绞线拉索,斜拉索与钢-混组合梁采用锚拉板锚固,与混凝土梁采用齿块锚固。该桥采用半飘浮体系,塔梁间纵向约束采用新型带熔断装置的锁定装置和液体黏滞阻尼器2种组合控制体系,提高了结构整体刚度,结构受力较优,降低了温度效应的不利影响。与轨道适应性相关计算结果表明,结构强度和刚度均满足规范要求;风-车-桥耦合振动仿真计算与分析结果表明,结构满足高速铁路行车安全性和舒适性要求。     

珠江黄埔大桥北汊桥钢箱梁设计

珠江黄埔大桥北汉斜拉桥钢箱粱选用具有良好抗风性能的扁平式整体钢箱梁,具有外形美观、建筑高度小,工期短、造价省,设计、制造及架设均有成熟经验等优点.主梁采用单箱三室扁平流线形栓焊钢箱梁,斜拉索在钢箱梁上采用钢锚箱形式,主梁横隔板采用整体性好、抗扭刚度大的整体板式结构.钢箱梁的防腐设计采用多层油漆的重防腐方案.     

鹤见航道桥的上部结构设计简介

介绍主跨为５１０ｍ的鹤见航道钢斜拉桥，其高１８０ｍ的索塔、加劲梁、斜拉索等上部结构的设计，还较详细地介绍了斜拉索的防振装置，是日本继东神户大桥后又一座考虑雨振影响的大型斜拉桥．     

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。     

应用碳纤维索的大跨径斜拉桥抗风性能研究

为了探讨碳纤维复合材料在大跨径斜拉桥中应用的可能性,以拉索等轴向刚度为原则,拟定了一座主跨为500 m的应用碳纤维索的大跨径斜拉桥,并运用三维非线性计算理论进行了动力特性、静风特性和空气动力稳定性分析。分析结果表明大跨径斜拉桥采用碳纤维索后:(1)结构的自振频率有所提高;(2)静风作用下结构变形增大,但其静风性能却与钢索斜拉桥基本一致;(3)空气动力稳定性与钢索斜拉桥基本一致。因此从抗风性能角度而言,大跨径斜拉桥采用碳纤维索是可行的,但是拉索截面尺寸应采用等轴向刚度原则来确定。     

CFRP筋用作斜拉桥拉索的研究与应用进展

碳纤维复合材料(CFRP)斜拉索具有轻质、高强、耐腐蚀以及抗疲劳等优良的性能,在未来大跨度斜拉桥中具有广阔的应用前景。介绍了CFRP拉索的研究与应用现状,总结了目前国内外应用CFRP拉索的试验性斜拉桥,并简要介绍了我国已建成的第一座CFRP拉索斜拉桥。较为详细地分析了CFRP拉索的基本性能、优势;对其面临的一些问题,特别是锚固体系方面的问题进行了探讨;最后对CFRP拉索在应用研究方面还有待开展的一些主要工作进行了展望。     

CFRP索斜拉桥的动力特性分析

采用CFRP拉索是解决传统钢拉索腐蚀退化问题的根本途径,由于CFRP的自重仅为钢材的1/5,当跨径很大时,CFRP索斜拉桥的动力特性与钢索斜拉桥的动力特性会有区别,为此,以探索性设计的跨径为1 000 m的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥为例,采用有限元法对比分析了2种拉索斜拉桥主要的动力特性,并研究了成桥初应力对斜拉桥动力特性的影响。鉴于当前对影响斜拉桥动力特性的一些关键参数少有系统研究的状况,详细分析了不同结构体系、辅助墩设置个数、拉索空间布置型式、边中跨跨径之比等参数,对CFRP索斜拉桥的动力特性的影响,得出了若干结论,为CFRP索斜拉桥的优化设计提供理论依据。     

CFRP索大跨斜拉桥的非线性地震响应控制分析

为探讨碳纤维增强塑料(CFRP)索斜拉桥与普通钢索斜拉桥的地震响应控制优劣性,基于现有试验,以苏通长江公路大桥为参考建立有限元模型,采用等轴向刚度准则换索,并在墩梁、塔梁处设置弹性连接装置和阻尼器作为减震装置;基于弹塑性抗震理论和地震响应分析结果,通过对目标函数作参数敏感性分析,获得不同配索斜拉桥对应于各减震装置的合理设计参数,并比较2种索斜拉桥减震控制的优劣。结果表明:选取相同减震设计参数时,CFRP索斜拉桥可获得较优的减震效果;阻尼器的减震效果比弹性连接装置更优,尤其在内力控制方面。     

新建安九铁路鳊鱼洲长江大桥总体设计

新建安九铁路鳊鱼洲长江大桥采用两线350 km/h高铁及两线200 km/h客货共线标准建设。南汊航道桥采用主跨672 m双塔钢箱混合梁交叉索斜拉桥,北汊航道桥采用主跨2×140 m独塔竖琴式预应力混凝土梁斜拉桥,鳊鱼洲及北汊非通航孔区采用48 m简支梁桥,跨北岸大堤采用主跨100 m变高连续梁桥,南、北岸引桥除连续梁外均采用32 m、24 m铁路标准梁,基础均采用桩基础。其中南、北汊航道桥采用整幅修建,其余采用分幅修建。桥址区基岩为灰岩,岩溶发育,设计采用了预注浆及抛填片石粘土法或灌注低标号片石混凝土措施进行处理。     

石首长江公路大桥斜拉索杠杆质量阻尼器应用研究

石首长江公路大桥主桥为主跨820 m的双塔六跨连续不对称空间双索面混合梁斜拉桥,最长斜拉索长约440 m,在外部激励作用下极易发生面内、外振动。针对石首长江公路大桥斜拉索的振动特性,在常规阻尼器的基础上进行构造优化设计,研发了一种双杆倒Y形连接杆斜拉索杠杆质量阻尼器,具有景观协调性好、横向连接刚度大、减振效果好等优点。通过对阻尼器的安装质量进行严格控制,安装位置比控制为2.23%~2.83%,使阻尼器达到了良好的减振效果,实测斜拉索阻尼对数衰减率均在3%以上,满足大桥斜拉索减振要求。     

基于有限元方法的斜拉索线形参数计算

随着斜拉桥的跨径越来越大,斜拉索的非线性特征所引发的问题变得更加突出,精确计算斜拉索的线形成为重要研究课题。以往计算斜拉索的线形参数均是采用解析方法,现将以有限元方法为计算工具,构建可调节无应力索长的斜拉索有限元模型,通过二分法迭代,精确计算出斜拉索的线形,再提取其设计参数,并与解析计算结果作对比。结果表明用该方法计算斜拉索线形参数得到的精度较高,可以应用于斜拉桥设计。     

柱式塔同向回转斜拉-悬索体系桥梁设计关键技术

安徽某跨江通道方案设计中,提出主桥采用主跨1620 m的斜拉-悬索协作体系桥梁。为解决该体系刚度低、主梁压力间断、边吊杆应力幅大等传统疑问,以及因不能设置辅助墩而引起的边跨刚度小、尾索应力幅高的特殊问题,设计采用单柱式桥塔、空间化悬索构建整体结构,并对结构的合理性、可行性进行理论和计算验证。设计针对体系形成的主要过程,提出边孔悬吊辅助跨构造,采用四索面斜拉索和空间双悬索四索面吊索。借助四索面拉吊融合方式在横向转换的便利、同向回转拉索对不对称布索的支持,使调整在更大空间内进行,实现两种体系更加平顺的融合。采用斜置阻尼约束系统使结构纵、横向动力性能满足规范要求。