商合杭高铁芜湖长江公铁大桥2000MPa平行钢丝斜拉索设计研究

新建商合杭高铁芜湖长江公铁大桥主桥为主跨588 m的不对称矮塔钢桁梁斜拉桥。受桥位处机场航空限高限制,斜拉桥主塔建筑高度受限,与常规斜拉桥相比,芜湖长江公铁大桥具有大跨、塔矮、索平的结构特点,斜拉索运营状态下最大单根索力达16 000 k N。为减小索体直径、锚具尺寸,减轻单索质量,设计采用标准抗拉强度2 000 MPa的预制平行钢丝斜拉索。为确保新型斜拉索技术性能,大桥设计过程中针对超大吨位斜拉索设计选型、2 000 MPa级平行钢丝技术条件、超大吨位斜拉索锚具、并排拉索振动控制等关键技术问题开展研究,在芜湖长江公铁大桥中成功实现547丝2 000 MPa级平行钢丝斜拉索的首次应用。     

义阳大桥斜拉索施工技术研究

义阳大桥主桥为(105+140)m独塔单索面斜拉桥，采用“义”字形索塔。全桥共19根斜拉索，采用1 670 MPa、?7 mm平行钢丝斜拉索，最大索长145.96 m,最大索重9.27 t。为了解决索塔造型独特、塔内空间狭小、拉索重量大、导管与锚头间隙小等施工难题，对施工工艺进行优化，合理配置安装机具设备。确定采用“先塔后梁”、塔端软牵引、梁端软硬组合牵引压锚的挂索工艺；斜拉索安装过程中，配置塔顶门吊、施工挂篮、牵引及张拉系统等设备设施，桥梁斜拉索施工最终顺利完成且缩短了施工工期，可以为同类工程施工提供一定的参考和经验。     

基于频率法的平行钢绞线索索力测试研究

斜拉索索力是桥梁施工控制和桥梁受力的重要指标,以光武大桥为工程背景,用频率法进行平行钢绞线斜拉索索力的测试和分析研究。采用有限元方法建立斜拉索模型、HDPE套管模型以及斜拉索-套管整体的接触耦合模型,进行斜拉索结构的动力性能分析,从斜拉索振动频率与索力的对应关系分析可以看出：频率法可用于平行钢绞线斜拉索的索力测试,HDPE套管能够传递和反映内部索体的振动,但必须考虑HDPE套管的影响,根据HDPE套管质量修正斜拉索线密度,提高了斜拉索索力测量和计算的准确度。     

平行钢丝拉索Daniel效应分析

为了研究平行钢丝拉索丹尼尔效应随钢丝数的变化规律,以85Φ5 mm钢丝拉索索力仿真计算为例,采用蒙特卡罗法分析了不同钢丝数目平行钢丝索的丹尼尔效应。应用Matlab软件生成钢丝抗拉强度随机样本,引入矩阵计算简化分析过程。通过回归分析得出拉索丹尼尔效应计算的计算式。研究结果表明,拉索钢丝抗拉强度的平均值、标准差及衰减因子随钢丝数增加而减小,其衰减规律服从多项式分布;当钢丝数在10~50之间时,拉索丹尼尔效应十分显著;当钢丝数在50~100之间时,丹尼尔效应逐渐减弱;当钢丝数大于100以后,随着拉索钢丝数的增加,钢丝的平均抗拉强度衰减缓慢,拉索丹尼尔效应趋于稳定。     

列车荷载作用下平行钢丝拉索疲劳寿命评估

为研究列车荷载下平行钢丝拉索疲劳寿命,利用斜拉索内平行钢丝的疲劳寿命模型,基于Miner线性疲劳累积损伤准则推导了平行钢丝拉索任意一根钢丝疲劳破坏所经历的循环次数,采用Monte-Carlo方法模拟斜拉桥疲劳寿命的概率分布.以一座现役大跨径斜拉桥为背景工程,分别建立了有91根钢丝的普通拉索疲劳寿命模型和有109根钢丝的...     

四索面双塔联体分幅斜拉桥塔结构模型试验研究

为确保联塔分幅斜拉桥中塔结构的安全可靠,以宁波甬江特大桥为工程背景,进行整体桥塔3:40缩尺模型的2种斜拉索分级加载试验,以研究联塔结构的力学行为.在满足目标状态要求的前提下,以斜拉索数量最少为原则,确定试验中斜拉索的优化布置及相应的优化索力.试验测得的结构变形、控制断面应力和斜拉索的索力与计算值吻合较好.试验结果表明:斜拉索数量最少优化方法在达到预期目标的同时提高了斜拉索的利用率;在2种工况加载过程中,未出现结构开裂情况,结构的变形和受力安全、合理,结构整体受力性能良好,但联塔部位混凝土出现局部拉应力,为相对薄弱部位.     

常益长铁路沅江特大桥(34+118+240+118+34)m矮塔斜拉桥设计

常益长铁路沅江特大桥主桥采用(34+118+240+118+34)m矮塔斜拉桥跨越沅江航道,塔梁墩固结体系。主梁采用预应力混凝土直腹板变高箱梁,单箱双室截面;桥塔采用双柱式钢筋混凝土结构,高跨比1/5.16;斜拉索采用强度为1 860 MPa的钢绞线拉索,每塔柱设10根索,扇形平行双索面;主墩采用圆端型双肢薄壁墩,采用低桩承台,群桩基础。通过空间有限元软件对主桥静力及动力性能、抗震性能、局部构造等进行结构安全性分析,并采用车-桥耦合振动分析验证主桥行车舒适性是否满足要求。结果表明,本桥具有良好的刚度及承载力,各项指标满足相关规范和铺设无砟轨道要求,为同类大跨无砟轨道桥梁的设计研究提供参考和借鉴。     

基于精细模型的斜拉索疲劳损伤分析

为了更好预测斜拉索的疲劳寿命,提出了基于精细模型的斜拉索疲劳寿命分析方法。首先,基于S-N曲线建立疲劳易损指标,采用Monte-Carlo法生成随机列车荷载进行车桥耦合分析,通过易损性分析得到最易损斜拉索;然后,考虑平行钢绞线索力误差建立精细斜拉索模型,基于Miner线性累积损伤理论对精细模型进行疲劳损伤分析与寿命预测。数值仿真结果表明,该方法可以较精确地确定每根钢绞线斜拉索的疲劳位置和疲劳程度;成桥索力较大的斜拉索易于发生疲劳损伤,疲劳损伤多发生在锚固段,且外侧钢绞线疲劳损伤程度较大。     

斜拉索耐久性措施研究

文章针对铁路斜拉桥拉索特点,进行了制索工艺技术、HDPE-POE改性技术、QYR-U2160冷铸填料配方试验等耐久性措施研究。研究表明:采用程控交联制缆技术,通过优选斜拉索护套料、改进挤塑机螺杆结构、完善PE塑化工艺、提高挤模模具挤压、选择合适冷却工艺、全密封结构拉索的制索关键工艺研究等,提高了索体结构耐久性;通过HDPE-POE改性技术,将HDPE与POE按合适的比例改性后,熔体流动速率、断裂标称应变、冲击强度、耐热应力开裂等指标均有提高,韧性指标性能改善明显,其他相应指标均在要求的范围内,综合性能更加适应斜拉索的应用工况。     

大跨度斜拉桥超长拉索多模态振动阻尼协同控制技术研究

沪苏通长江大桥是目前世界上最大跨度的公铁两用斜拉桥,其超长超重斜拉索振动模态复杂,振动控制难度大。通过理论分析结合现场实测,得出了适用于大跨度斜拉桥超长斜拉索多模态振动控制方法及技术。研究表明：实测分析超长斜拉索施工期的振动具有多模态特征,既有中低阶振动(5～15阶),也有高阶振动(46～50阶);提出的外置式杠杆质量阻尼器ELMD和摆锤式MTMD阻尼器协同控制分析方法,理论分析结果满足斜拉索多模态控制要求,有效振动控制范围提升至60阶;研发的新型ELMD阻尼器通过杠杆放大和齿轮放大作用,为斜拉索提供附加阻尼和附加惯质作用,中低阶实测阻尼对数衰减率δ≥3%;研发的摆锤式MTMD阻尼器,采用摆锤式结构,利用质量调谐作用实现斜拉索高阶减振,现场无肉眼可见振动;通过长期健康监测系统显示,台风“烟花”过境期间监测到的最大振动加速度为0.012g,大桥正常运营期间,斜拉索的振动加速度基本被控制在0.01g以下。     

双塔钢箱桁梁斜拉桥斜拉索安装关键技术

研究目的:商合杭铁路裕溪河特大桥(60+120+324+120+60) m双塔钢箱桁梁斜拉桥是目前我国时速350 km高速铁路最大跨度的钢箱桁梁斜拉桥,且主梁结构形式为国内高铁首次使用~([1])。该桥斜拉索安装分两种工况:边跨钢梁顶推到位、落梁后,一次性挂设前7对斜拉索;跨中梁段悬拼架设,每架设一个节段,挂设一对斜拉索,最后进行全桥调索。斜拉索施工质量要求高,本文针对斜拉索安装重难点从展索设施、运输存放、张拉等方面进行斜拉索安装关键技术的研究~([2])。研究结论:(1)斜拉索施工中应针对结构施工的特点,结合实际条件进行施工方案确定,本工程参考现场实际条件,经过研究决定提出桥下存放、汽车吊提升展索、软硬牵引相结合的斜拉索总体安装方法;(2)斜拉索采用汽车吊提升锚头,在塔端锚头处安装组合张拉杆及抱箍,连接塔吊吊钩,配合塔吊进行斜拉索牵引展索的施工方法能够提高施工安全系数,提高效率;(3)采用塔柱内腔增加由撑脚、螺帽辅助布设的卷扬机进行牵引施工,能够解决塔内空间小不利于斜拉索牵引施工的难题;(4)斜拉索施工中在塔端增加调位夹具,地面由两台塔吊进行两点起吊施工的方法利于塔端牵引安装;(5)本研究成果适用于大部分斜拉桥的斜拉索施工,尤其适用于作业空间狭小的斜拉索施工。     

高速铁路无砟轨道混合结合梁斜拉桥设计研究

广湛铁路东平水道主桥采用(67.5+60+60+350+60+60+67.5) m双塔双索面混合组合梁斜拉桥，半漂浮结构体系。主梁采用混合主梁；桥塔采用带弧A形桥塔，塔高分别为149,147 m;全桥共布置144根斜拉索，斜拉索采用锌铝合金涂层平行钢丝拉索。东平水道主桥受力合理，提升了钢-混凝土混合梁斜拉桥在高铁无砟轨道桥梁中的适用跨度。边跨采用混凝土梁提高结构刚度改善梁端转角；中跨采用开口钢箱梁及预制桥面板的结合梁，节省用钢量，且结构刚度较大。对该桥抗风、风-车-桥系统空间耦合振动、无砟轨道适应性、抗震性能进行研究，结果表明，各项性能均满足规范要求，能够满足高速铁路无砟轨道对结构安全性和行车舒适性的要求。提出复杂建设条件下高速铁路无砟轨道混合结合梁斜拉桥的施工工法，能有效提高施工质量、缩短建设工期。     

主跨532m混合梁斜拉桥总体设计

广佛江珠城际铁路西江特大桥主桥为(50+60+60+60+532+60+60+60+50)m的钢箱混凝土混合梁斜拉桥,结构采用半漂浮体系,主梁和桥塔之间设置阻尼器。钢混结合段位置位于主梁中跨距桥塔20 m处,即主跨492 m采用钢箱梁,其余主桥范围均采用单箱三室混凝土梁;桥塔采用花瓶形混凝土结构,塔总高187 m,上塔柱设钢锚箱锚固斜拉索;斜拉索采用1 670 MPa的平行钢丝,双索面扇形布置,最长拉索299.5 m;基础采用大直径群桩基础。混凝土梁采用悬臂对称施工,节省了大临工程的设置;钢箱梁采用节段吊装施工法;边墩及辅助墩均采用圆端形空心桥墩。本桥的设计丰富了铁路斜拉桥的形式,有利于混合梁斜拉桥在铁路桥梁中的推广及应用。     

一种测量斜拉桥拉索索力新方法——垂度法

考虑拉索弯曲刚度、索端安装减振装置以及几何非线性等因素的影响,采用有限元软件ANSYS分析某斜拉桥拉索索力与垂度的关系。结果表明:当斜拉索索力较大(垂度较小)时,离开其锚固位置和阻尼减振装置一定距离,从拉索中部任意选取一段适当长度拉索的索力与垂度之间存在确定的函数关系,且这种关系几乎不受斜拉索本身的弯曲刚度和两端支承条件的影响。据此提出通过测量斜拉索中部某索段的垂度确定索力的方法——垂度法。该方法依据测量出的所选索段的倾角、弦长和最大垂度,按推导的公式计算所选索段的平均索力,根据每延长米的索力差和索段的位置确定整个拉索的索力。模型试验结果表明,用垂度法测得的索力误差在2%以下。     

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥总体设计

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥为主跨588 m的非对称矮塔斜拉桥,大桥具有跨度大、荷载大、主塔矮等技术特点。研究采用强箱弱桁组合结构主梁、2 000 MPa高强度平行钢丝斜拉索、Q500qE高强钢材等新技术和新材料,解决塔矮、索平结构体系受力不合理的技术难题。研究并成功应用大型设置沉井基础,解决深水裸岩基施工困难的问题,开拓新型深水基础。从大桥的建设条件、总体布置、桥型方案、力学特征、技术创新等方面详细论述大桥的总体设计,为多功能合建桥梁设计提供借鉴。     

瓯江特大桥悬浇施工过程斜拉索索力张拉控制技术

预应力混凝土斜拉桥悬浇施工过程中,索力须多次调整,结构体系不断转换,如何实现斜拉索索力的精确调整和控制至关重要。本文以瓯江特大桥为背景,对预应力混凝土斜拉桥悬浇施工过程索力张拉控制方法进行了研究。首先,根据斜拉桥施工方案通过有限元计算分析确定结构中间施工理想状态;然后,根据斜拉索在相应工况下目标索力值与斜拉索锚固点三维坐标之间的关系,计算出斜拉索各工况无应力索长,除斜拉索挂设张拉时采用千斤顶控制斜拉索的索力外,后续斜拉索以锚头拔出量或回缩量调整斜拉索无应力索长的方法进行索力控制;最后对斜拉索索力的控制效果进行了评价。     

基于GFRP-OFBG筋的桥梁缆索索力测量技术研究

基于内嵌光纤Bragg光栅传感器的光纤光栅-玻璃纤维增强塑料复合筋(GFRP-OFBG筋),研究了GFRP-OFBG筋自身的应变和温度传感特性,研究结果表明,GFRP-OFBG智能筋具有优异的线性传感性能,筋中光栅测量的应变极限达12 000με以上,波长变化达14 nm;对于用GFRP-OFBG筋替换普通钢绞线的中丝而得到的GFRP-OFBG智能钢绞线,进行了应变传感、温度敏感和钢绞线松弛试验,试验结果表明,GFRP-OFBG智能钢绞线具有优异的线性传感性能和较低的应力松弛率,并可实现钢绞线受载全过程监测,绞线中光栅测量应变极限为11 568.2με,光栅波长变化为15.966 nm;对直接增加GFRP-OFBG筋制成的光纤光栅平行钢丝智能索和直接增加GFRP-OFBG智能钢绞线得到的光纤光栅平行钢绞线智能索,进行荷载传感试验,试验结果表明,智能索的感知线性度和重复性都比较好,并可监测70%以上公称破断索力。智能索工程应用案例表明,GFRP-OFBG筋智能拉索在实际工程中很容易得到车辆荷载下的响应曲线。     

几何非线性对沪通公铁两用长江大桥的影响

在建的沪通公铁两用长江大桥是一座超大跨度、超大体量、超大活载的公铁两用斜拉桥。采用U.L空间非线性有限元分析方法,以主跨跨中挠度最大的活载工况为例,研究3种几何非线性效应对该桥的变形和受力状态的影响。结果表明,3种几何非线性对桥梁的变形和受力状态的综合影响最大达到12.60%(增大);3种几何非线性效应中,斜拉索的垂度效应对于桥梁变形和受力状态的影响最大,达到7.73%,超过了大位移效应和梁柱效应的综合影响;用Ernst公式修正拉索弹模考虑拉索垂度效应的影响时,可用恒载+活载线弹性分析得到的索力,得到的结果较准确而避免了迭代计算;若用恒载索力修正拉索的弹模,将成倍夸大垂度效应的影响,因而是不可行的。     

新型双拉索钢锚箱偏载试验研究

临港公铁两用长江大桥索梁锚固结构采用了新型双拉索钢锚箱，当两根拉索出现一根拉索断索或者换索时，钢锚箱受力出现极端工况，存在破坏的可能性。为探究新型双拉索钢锚箱结构在断索极端状况下的受力性能，根据缩尺理论设计缩尺模型试验进行研究分析。结果表明：在偏载荷载作用下，钢锚箱整体刚度约为450 kN/mm，在2.5倍设计荷载作用下，结构整体仍然处于弹性受力状态；在偏载作用下，偏载侧整体受力大于非偏载侧，锚固板与承压板外缘接触的位置受力较大，偏载侧最容易出现破坏。临港长江桥双拉索钢锚箱具有良好的受力性能，在断索偏载工况下整体仍然处于弹性状态，具有较大的安全储备。     

大跨度铁路斜拉桥换索方案设计与受力性能分析

由于斜拉索安全性病害和功能退化,斜拉桥在运营一定年限后需进行拉索更换。以某大跨双线铁路斜拉桥为工程背景,提出一种适用于铁路斜拉桥的斜拉索更换方案,该方案仅对出现病害的单根拉索进行拆除更换,无需中断桥上铁路行车。基于空间非线性有限元手段,计算拉索更换所致结构效应。结果表明,拉索更换会引起轻微的主梁线形不平顺和结构竖向刚度降低,桥面列车需作限速通行要求,换索状态下,桥梁各构件受力均满足规范要求,本文提出的换索方案是安全可行的。结合计算结果,针对换索方案的拉索张拉工艺和施工条件提出建议,以保证换索施工全过程的桥梁受力合理性。