大跨度三塔悬索桥主缆系统施工技术创新及改进

针对大跨度悬索桥主缆系统施工存在的一些技术难题,介绍近年国内3座三塔悬索桥主缆系统施工技术方面所做的创新和改进。通过使主索鞍底面在底板上直接滑移,简化主索鞍滑动副结构,方便施工过程索鞍顶推;设计制造支座型散索鞍结构,改善散索鞍摆动性能;采用左右对合的双吊耳板索夹结构,改善索夹结构受力性能;采用了主缆PPWS索股水平成盘放索架设方法,减少PPWS索股架设"呼啦圈"和散股问题。针对索鞍槽和主缆索股的抗滑移问题,探索应用了中塔主索鞍加厚鞍槽隔板和91丝规格PPWS索股增加"填充钢丝"的密实整形入鞍等方法。     

地锚式悬索桥主索鞍顶推控制研究及实例分析

在地锚式悬索桥主梁吊装过程中,主索鞍顶推是保障主塔结构受力安全的重要手段,普遍采用倒拆分析法或结构简化过度的正装分析法分析地锚式悬索桥主索鞍顶推过程。区别于以上方法,文中基于有限元软件MIDAS/Civil,提出一种能正装分析地锚式悬索桥主索鞍顶推的方法,结合太洪长江大桥,探究地锚式悬索桥主索鞍顶推规律。结果表明,在主梁吊装初期,塔顶纵桥向偏位变化大,主索鞍顶推频繁;主索鞍顶推的实质是通过改变各跨的长度来调整塔顶受到的主缆水平不平衡分力的方向;合理成桥时,主塔只承受主缆竖向分力,塔顶纵桥向偏位为零。     

大跨悬索桥加劲梁吊装阶段的施工控制

大跨悬索桥加劲梁吊装阶段的施工控制中,吊装前的控制计算和吊装期间的监测十分关键.为消除主缆施工期间产生的误差对加劲粱施工的影响,并保证成桥后桥面线形符合设计要求,提出了一种反馈控制分析方法;采用有限元正装计算方法计算各吊装阶段施工控制参数的理论值以及主索鞍自由滑移量等,并根据该滑移量和索塔的抗弯能力确定索鞍的顶推时机和顶推量.通过对宜昌长江公路大桥的施工控制,得出了主缆跨中标高、主索鞍的滑移以及钢箱梁的开口角等在加劲梁吊装过程中的变化规律,并保证了施工过程中结构受力的安全以及加劲梁吊装完后桥面线形符合设计要求.     

悬索桥主缆与索鞍间滑移行为及力学特征试验

为明确主缆与索鞍间的滑移机理,给相关理论研究提供必要基础,开展了试验研究以揭示主缆在不平衡力作用下的滑移行为及力学特征。制定了以两端张拉丝股模拟主缆平衡状态、以单侧顶推索鞍模拟主缆偏载状态的加载方案,并设计了相应的试验模型及测试方法;考虑索股侧面摩擦及试验索股数目的影响,开展了共8种工况的试验测试,利用实测数据对索力发展特征、索股滑移行为、滑移时变效应及名义摩擦因数变化规律等关键问题进行了系统研究。结果表明：顶推索鞍初期所产生的不平衡力在索股间平均分配,随着不平衡力增大,索股相继滑移且滑移后基本维持其索力差不变;索股均已滑移后的缆力差的发展具有单向性,但残余缆力差相对较小;索股位移发展包括弹性变形、局部蠕动和滑移3个典型阶段;主缆滑移时变效应有限,即主缆滑移后仍具备较可靠的稳载能力;名义摩擦因数随索股相继滑移而增加的同时会引起较突出的索力不均匀性问题,故在主缆抗滑措施研究中尚需对该问题予以重视;侧面摩擦是索股分批滑移及索股数目对试验结果产生影响的根本原因,鉴于侧面摩擦显著的抗滑贡献,对其继续深入研究并充分应用具有重要意义;建议多塔悬索桥主缆与索鞍间的摩擦因数取值可放宽至0.2。     

自锚式悬索桥索鞍预偏及顶推控制方法研究

以河南桃花峪黄河大桥为背景,围绕自锚式悬索桥索鞍预偏及顶推控制方法展开研究工作,推导了自锚式悬索桥索鞍预偏量的解析叠代算法并给出了体系转换过程中索鞍顶推原则。针对河南桃花峪黄河大桥,进行了四种索鞍顶推方案的比选,最终推荐方案顶推次数少,塔顶偏位小。     

马普托大桥索塔容许偏位及主索鞍顶推分析

以马普托大桥为工程背景,研讨了悬索桥索塔施工期容许偏位的控制标准,采用简化公式确定了施工期间索塔最大容许偏位。按鞍—塔固结与自由滑移两种状态进行计算分析后,确定了索鞍顶推方案与阶段性顶推量,得到顶推方案下索塔偏位及索塔应力,并对主缆抗滑安全性进行了验算,为悬索桥施工控制提供了参考。     

自锚式悬索桥施工控制中的力学特性

研究了自锚式悬索桥施工控制过程中的力学特性,提出并论证了主缆位移的弱相干性原理和吊杆力的相邻影响原理,即张拉吊杆对非张拉点主缆的位移影响很小,可以忽略;对相邻吊杆内力的影响较大,而对于远处吊杆的内力影响较小。当吊杆通过接长杆锚固在加劲梁上,并在加劲梁被张拉离开支架前这两个原理都是适用的。将这两个原理应用于浙江金华康济桥的施工控制中,仅通过3轮张拉吊杆就顺利地实现了体系转换,使主缆的线形、加劲梁的线形、索鞍的顶推量和吊杆力都达到了设计要求。文章所述原理和方法对自锚式悬索桥的施工控制具有普遍的指导意义。     

秀山大桥主桥钢箱梁施工过程计算分析

秀山大桥主桥为主跨926m的双塔钢箱梁地锚式悬索桥,采用三跨连续弹性支承体系。为了提高钢箱梁吊装过程的结构计算精度,采用MIDAS Civil软件建立全桥施工过程有限元模型,对成桥恒载目标、主缆与加劲梁线形、无索区体系转换及合龙过程中的计算精度影响因素进行分析。结果表明:该桥加劲梁的整体刚度和恒载分配需分阶段形成;采用主缆-索鞍的接触模拟方法计算主缆线形,能有效消除索鞍附近区域主缆线形的计算误差;根据临时连接件的实际开口边界状态模拟加劲梁的铰接状态,可得到较为准确的加劲梁线形;在体系转换及合龙阶段,根据预抬量、预偏量、合龙口位移差等指标对加劲梁的内力和线形进行精确控制,最终使成桥达到预定理想状态。     

五峰山长江大桥缆索系统施工控制技术

连镇铁路五峰山长江大桥为主跨1 092 m的公铁两用悬索桥,采用双主缆地锚式结构,其缆索系统由索鞍、主缆、索夹及吊索组成。该桥缆索系统施工过程较为复杂,为保证缆索系统施工满足验收标准的要求,对其主要参数敏感性进行分析,并开展施工精细化控制。结果表明:索鞍位置、主缆弹性模量、温度、主缆不圆度等参数均会对缆索体系的施工精度带来影响。根据施工全过程分析,在该桥缆索系统施工控制中,主索鞍共顶推11次,南、北塔累计顶推量分别为190 cm、196 cm;考虑实际钢丝直径、弹性模量和索鞍处曲线修正等,确定大桥主缆索股无应力长度为1 931.974～1 934.428 m;在主缆架设完成、紧缆后,测量实际空缆线形,按实际空缆线形对索夹位置及吊索长度进行修正。大桥缆索系统施工实测偏差结果均满足安装验收标准的要求。     

无索鞍预偏施工悬索桥的主缆施工控制计算

针对采用无索鞍预偏施工设计的悬索桥施工控制中主缆空缆状态、空缆标高等控制参数的计算问题,使用有限元程序ANSYS全桥统一建模,从link10单元初应变调整和单元生死功能入手,寻找结构的成桥内力状态,并从成桥状态出发,倒退至结构空缆,对应无索鞍预偏施工方法的空缆状态定义,调整结构受力,最终得到空缆状态的结构线形及内力参数。实例验证表明,该方法有效地解决了无索鞍预偏施工控制中主缆线形的计算问题。     

关于悬索桥施工控制中几个问题的探讨

对悬索桥施工控制中存在的几个问题进行探讨，阐明成桥态平衡条件和基准索股架设态平衡条件的选取原则及其原因，分析猫道荷载和温度效应对主缆架设的影响，提出预偏量设置的双重目的，阐明顶推阶段和顶推量的确定原则和索鞍顶推的实质。     

自锚式悬索桥吊杆张拉过程结构响应规律

针对自锚式悬索桥施工控制过程中吊杆张拉繁琐、控制难度较高、结构响应规律复杂等问题,对依托工程空间索面自锚式悬索桥建立有限元模型,并提出合理的张拉控制方案。结果表明:吊杆张拉过程中,主缆呈现出明显的大位移非线性特点,吊杆之间相干性显著、复杂,索塔的受力安全需要合理的索鞍顶推才能保证,加劲梁逐渐脱离支架实现体系转换,临时和永久支座反力变化明显。     

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.     

基于初弯曲梁单元的大跨度悬索桥主缆弯曲刚度分析

针对大跨度悬索桥主缆的精细化分析中不能同时考虑主缆弯曲刚度、主缆初始弯曲、索鞍及缠丝等因素的影响,提出了一种新型的初弯曲梁单元来模拟主缆的弯曲刚度和初始弯曲,通过虚功增量方程推导其切线刚度矩阵,并编制了主缆非线性有限元程序,建立大跨度悬索桥主缆施工过程的有限元模型,计算中考虑了索鞍处主缆线形的修正及由缠丝引起的主缆弯曲刚度的变化.结果表明:弯曲刚度使主缆在恒载作用下的竖向变形减小,成桥状态时由此引起的主缆线形计算偏差没有超过工程精度的要求;成桥状态时靠近桥塔的吊索吊点处主缆的弯矩及弯曲应力显著,需要在大跨度悬索桥主缆设计和施工中加以考虑.     

一种自锚式悬索桥主缆线形的解析法

在传统的地锚式悬索桥主缆线形方程的基础上，引入了自锚式悬索桥主缆、加劲梁和索塔的变形协调方程，得到一种自锚式悬索桥主缆线形的解析方法：该方法可以在不进行有限元分析的情况下，仅给出自锚式悬索桥的跨度、矢跨比以及主缆、加劲梁和索塔的截面属性，通过求解主缆线形方程和变形协调方程所组成的方程组，就能够求出主缆的初始线形和成桥线形、主缆的无应力长度、索鞍偏移量。该方法简单、准确、高效，已经成功地应用在金华康济桥的施工监控中，建成后主缆的成桥线形与设计线形非常接近，最大误差只有27mm，由于该方法能方便而快速地计算出索鞍的偏移量和主缆线形，对优化自锚式悬索桥边跨与主跨的比例提供了一种高效的算法。     

刘家峡大桥主索鞍顶推及桥塔性能研究

以刘家峡大桥施工监控为工程背景,通过有限元模型分析,对施工过程中桥塔索鞍顶推问题进行了研究。针对该桥首次采用的大直径钢管混凝土桥塔,采用偏安全的简化计算方法,利用大量理论与实测数据,在考虑冬季施工日温差很大的不利条件下,优化选择了最佳索鞍顶推时机与顶推量,为索鞍的准确定位提供了理论依据。成桥后桥塔向边跨有微小偏位,证明了该结果有利于运营阶段的受力。研究成果指导了刘家峡大桥施工。     

独塔单跨地锚式悬索桥复合索鞍试验研究

虎跳峡金沙江大桥主桥采用(766+160)m独塔单跨地锚式钢桁梁悬索桥。该桥仅在东岸设置桥塔,西岸直接将主缆通过复合索鞍结构后锚于岩层中。为确定复合索鞍在施工及运营阶段的受力性能,设计制作1∶4的索鞍结构缩尺模型,通过静载试验研究主缆力作用下的索鞍位移、辊轴接触应力分布规律和辊轴活动性能,并对索鞍结构进行优化设计。结果表明:索鞍的竖向和纵向位移随索力增加逐渐增加,但增长速度变缓;辊轴接触应力分布不均匀,最不利荷载下最大接触应力为789MPa,最小接触应力为66MPa;加载过程中,各辊轴运动基本保持一致;对索鞍结构进行优化设计后,辊轴接触应力分布变均匀,最大接触应力减小至578 MPa,最小接触应力增大至399MPa。     

大跨度悬索桥鞍座顶推研究

鞍座顶推量与顶推时刻对施工过程中桥塔的受力状态影响巨大,是悬索桥所特有的一个施工工况。区别以往采取倒拆分析法模拟悬索桥施工过程中的索鞍顶推,以一座在建主跨600m的悬索桥为例,采用有限元分析软件Midas/Civil利用正装分析方法模拟索鞍顶推过程,同时,提出加劲梁吊装时模拟临时连接的一种简单有效的方法。     

悬索桥主缆精确找形的广义悬链段模型法

索鞍的模拟是悬索桥主缆精确找形分析的重点和难点,常用的处理办法有悬链交点法和切线交点法两种。该文建立了一种两端带虚拟刚臂的广义悬链段模型,统一了悬链交点法和切线交点法,实现了悬索桥成桥状态主缆的精确找形分析。在不增加求解规模的情况下,精确模拟了索鞍的作用,自动保证了索鞍处两侧主缆与鞍槽的切线、主塔中心线汇交于IP点,从理论上消除了一般悬链交点法确定的成桥状态索鞍两侧主缆拉力、塔顶反力三力不汇交导致的主塔附加弯矩。广义悬链段模型的推导基于虚拟刚臂重量不计、刚度无穷大及弹性悬链段的精确解。该悬链段模型适用于鞍槽纵向曲线为单一圆曲线及复合圆曲线的情况。主鞍采用单一圆曲线时,圆曲线半径可由广义悬链段的刚臂长度及倾角直接导出,也可人为指定。工程算例验证了广义悬链段模型的精确性。     

悬索桥鞍座设计位置计算的改进方法

基于对悬索桥主缆和索鞍的几何、力学关系分析,利用索鞍和主缆的几何相容条件建立方程,采用二分法求解方程得到索鞍的设计位置,避免了传统方法采用牛顿-拉斐森法求解八元非线性方程组的复杂计算。该文提出的索鞍位置改进算法精度良好,计算简单,整个计算过程无需任何初值,均可保证求解收敛。