大跨CFRP缆索悬索桥成桥静力特性分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质高强、耐腐蚀的特点,比钢更适合用作未来更大跨径悬索桥的缆索体系,以达到经济合理的目的.为了研究CFRP缆索悬索桥的静力性能,初步设计了2座跨径同为2000 m的悬索桥,分别采用传统钢缆索和CFRP缆索,对其在8种典型工况下的静力行为进行非线性有限元分析.分析结果表明:改用CFRP缆索后,大跨悬索桥的主缆拉力降低20％～30％,锚碇所需提供的反力可以减小;全桥温度效应可忽略不计;但由于缆索自重大幅下降,全桥重力刚度下降,加劲梁和索塔在汽车、人群和风荷载作用下的变形量及内力有所增大.     

大跨度CFRP缆索和钢缆索悬索桥经济性能对比研究

为了分析CFRP缆索和钢缆索悬索桥在经济性能方面的优劣,首先推导了悬索桥各个构件的材料用量和造价公式,然后对主跨为1000～5000 m的CFRP缆索和钢缆索悬索桥的造价进行参数影响性研究,考虑的参数有主跨跨径、材料价格、桥跨布置方式、矢跨比和边中跨比。结果表明：跨径较小时钢缆索悬索桥占优,当跨径不断增大,CFRP缆索悬索桥的优势方能逐步体现;随着CFRP材料制造工艺的成熟、价格的不断下降,CFRP缆索悬索桥的竞争力越来越明显;桥跨布置方式对两者的经济性能影响较小;相对于钢缆索悬索桥,CFRP缆索悬索桥的总造价对矢跨比敏感程度较低,其选择范围也更广;边中跨比为0．2～0．3时,CFRP缆索悬索桥的总造价最低。     

大跨径CFRP缆索悬索桥的静力特性的模拟分析

对大跨径碳纤维增强聚合CFRP缆索和钢缆索悬索桥的静力特性进行理论对比分析,从理论的角度探索CFRP缆索应用于大跨径桥梁的优点.采用有限元建模对比分析了CFRP/钢缆索悬索承载效率,说明CFRP缆索更适合用于超大跨径悬索桥,随着跨径的增大,CFRP缆索的优点就越明显;对比分析了恒荷载作用下,CFRP缆索主缆最大拉力、锚...     

CFRP主缆自锚式悬索桥静动力性能及其地震响应研究

为了研究CFRP材料作为主缆应用于自锚式悬索桥的静动力特性,以一独塔自锚式悬索桥为例,建立三维有限元模型,分别应用CFRP材料和高强钢材作为其主缆进行对比分析,其中CFRP主缆按照与钢材等强度和等刚度的原则设计,在汽车荷载和风荷载的工况下,比较其静力特性,在横向、纵向和竖向3个方向的地震激励工况下,比较其地震响应特性。分析结果表明:将采用等刚度原则设计的CFRP材料作为自锚式悬索桥的主缆后,主梁弯矩、主缆拉力均有所减小,结构内力有了明显改善,桥梁自身的偏位也较钢主缆的自锚式悬索桥有了大幅度的减小,桥梁结构的振动频率却呈现出增加的状态,这些对于桥梁是非常有利的,而采用了CFRP主缆的自锚式悬索桥表现出更好的地震响应。因此,从静、动力特性及其地震响应而言,采用等刚度原则设计的CFRP主缆的自锚式悬索桥的性能最优。     

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。     

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。     

大跨窄梁悬索桥结构体系对静动力刚度的影响研究

大跨度窄梁悬索桥,结构轻柔、整体刚度低,抗风问题突出。结构静动力刚度是大跨度桥梁抗风的基础参数。该文以一座大跨窄梁悬索桥为工程背景,基于空间缆索分段悬链线理论和桥梁三维有限元模型,多工况系统对比分析加劲梁刚度、主缆垂跨比、主缆间距和吊点宽度等参数对静动力刚度的影响。研究发现：加劲梁刚度对大桥的整体刚度贡献较大,与结构的静动力刚度呈正相关,尤其对结构的竖向和扭转静动力刚度影响明显;主缆垂跨比对大桥扭转静动力刚度影响较大;主缆间距和吊点宽度对大桥的静动力特性影响有限。     

5000 m级海峡悬索桥抗风稳定性的设计研究

为解决5000 m超大跨径海峡悬索桥的抗风稳定性问题,文中提出双曲抛物面空间混合缆索体系的超大跨径悬索桥.平行钢丝缆索承担竖向荷载,双曲抛物面形碳纤维空间缆索提高悬索桥的抗扭刚度,启用临时抗风缆索抵御百年一遇超级强台风.研究表明,5000 m级双曲抛物面空间混合缆索悬索桥的颤振临界校验风速为71.78 m/s,启用临时...     

山区农村人行索桁桥标准化设计探讨

提出一种新型山区农村人行索桥结构形式——人行索桁桥,并对跨径30—65m的人行索桁桥进行标准化设计。其方法可供类似桥梁设计参考。     

湘西矮寨大桥塔-梁分离式悬索桥桥型结构研究

湘西矮寨大桥为塔-梁分离式悬索桥,主缆跨径布置为242m+1 176m+116m。设计过程中对高线位、低线位常规悬索桥方案和塔-梁分离式悬索桥方案进行比选,结合特殊的地形、地质条件最终选择了山体开挖量小、经济性好、结构合理的塔-梁分离式悬索桥方案。采用增设辅助锚索的方法较好地解决了该结构无吊索区长度过长造成的主缆和主梁变形不协调的问题。采用FLAC3D软件分析结构体系与山体的稳定性,形成了结构与山体系统稳定技术。采用MI-DAS Civil建立结构空间杆系有限元模型,对其静、动力性能进行分析,分析结果表明:塔-梁分离式悬索桥的竖向、横向以及纵向的整体刚度均比常规悬索桥大,抗风动力性能较好,可较大地减小伸缩缝规模。     

FRP材料在大跨度桥梁结构中的应用展望

近年来,纤维增强复合材料(FRP)具有的高强、轻质、耐腐蚀等显著优越性能逐渐为工程界所认可,国外许多工程开始将它应用于新建的桥梁中,甚至是大跨度桥梁中。本文分析了FRP材料的特点以及与传统材料相比的突出优点,特别分析了FRP材料用于大跨度斜拉桥或悬索桥时,可以使结构的极限跨径有很大的提高,可以为一些特大跨径桥梁的设计提供新的思路。本文同时也对FRP材料的一些不足进行了分析。     

超大跨径悬索桥主缆材料对静风稳定性的影响

为比较碳纤维增强塑料(CFRP)和钢2种主缆材料对超大跨径悬索桥静风稳定性的影响,分别采用三维非线性分析方法及整体特征值稳定性分析方法,对采用2种类型主缆的3 500m跨径悬索桥进行静风稳定性分析。结果表明:CFRP主缆悬索桥扭转振动频率较钢缆结构的要高;2种主缆类型超大跨径悬索桥的静风失稳临界风速均较接近;CFRP主缆悬索桥的各阶屈曲系数均较钢缆悬索桥的要大,具有更高的安全储备。     

人行索桥合理结构形式研究

为得到适合山区人行索桥的合理结构形式,通过对目前大部分山区人行索桥安全隐患及事故的调查,并对悬索桥和索道桥进行理论计算和对比分析,提出索桁结构概念。索桁桥结构由上主缆、下桥面缆索及吊杆组成,通过在空载下张拉下桥面索形成一个类似桁架结构的空间体系。通过对索桁桥、悬索桥、索道桥3种结构形式的对比分析可知,在山区修建人行索桥采用索桁结构体系是比较合理的,索桁桥可以降低活载挠度,节省工程造价。     

江阴大桥动静载试验与分析

江阴大桥主桥为跨径1385m的钢悬索桥，一跨过江，是我国第一座跨径超千米的钢箱梁悬索桥，动静载试验包括：桥梁结构在活载作用下工作状态与工作性能，即结构静力和动力的响应情况，动静载试验结果与理论计算结果的分析对比表明：江阴大桥刚度和强度达到设计要求。     

独塔空间缆索自锚式悬索桥动力特性研究

为了研究独塔空间缆索自锚式悬索桥动力特性,以青岛海湾大桥大沽河航道桥[跨径(80+l90+260+80)m的空间缆索自锚式悬索桥]为背景,利用MIDAS Civil 2006有限元分析软件建立全桥三维模型,计算出其前10阶自振特性。通过对其动力特性进行分析发现,该自锚式悬索桥除了具有悬索桥的振动特性之外,还有斜拉桥的振动特性;自锚式悬索桥的整体刚度相比地锚式悬索桥有所降低,因而其固有周期较长。     

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。     

吊拉组合体系桥的抗风稳定性分析

吊拉组合体系桥是由悬索桥和斜拉桥发展而来的一种新型缆索支承桥梁,它综合和克服了两种体系的优点和缺点,具有较强的跨越能力。以1400 m主跨的吊拉组合体系桥、悬索桥和斜拉桥设计方案为例,采用三维非线性抗风分析方法,进行了空气静力和动力稳定性的分析和比较,并从抗风稳定性角度探讨了吊拉组合体系桥在超大跨径桥梁中应用的可能性。     

四千米级悬索桥新型结构体系研究

悬索桥是目前跨越能力最大的桥型。随着跨径的进一步增大，其结构动力刚度将不断下降，导致结构抗风能力降低。研发满足结构受力以及抗风稳定性要求的加劲梁断面形式和新型悬索桥结构体系是四千米级悬索桥设计和建造的关键控制因素。为此，首先对采用层流抑振风嘴(V形风嘴、Y形风嘴)和新型紊流制振风嘴的钢箱梁断面开展了节段模型风洞试验，探讨了常规平面缆悬索桥的极限跨径；通过建立全桥三维杆系有限元模型，计算总结了结构扭转基频随跨径的变化规律，并研究了主缆矢跨比、主缆空间化、设置抗扭辅助索等措施对结构扭频的提升效果，提出推荐的新型悬索桥结构体系；最后基于已有结论对四千米级悬索桥进行概念设计。研究结果表明：根据“紊流制振”理论设计的新型加劲梁断面，在保证颤振检验风速80 m·s^-1以上时可以使常规悬索桥跨径达到2 700 m;通过在主缆间设置抗扭索是一种较容易实现的提升大跨度悬索桥动力刚度的措施，此举可以使结构扭频提高47.5%;采用紊流制振风嘴钢箱梁断面及新型悬索桥结构体系的悬索桥，在保证颤振临界风速80 m·s^-1的情况下主跨跨径可达4 000 m;通过增加抗风缆...     

大跨度悬索桥动力特性分析

大跨度悬索桥是以缆索为主要受力构件的柔性桥梁结构,它对车辆移动荷载、地震荷载、风荷载、等动力激励具有较高的敏感度,因而确定悬索桥的动力特性具有重要意义。文中以南溪长江大桥为工程背景,采用有限元计算程序MIDAS/Civil对该桥的特征值进行分析,在此基础上研究了桥梁结构刚度对动力特性的影响以及其在移动荷载作用下的动力响应。     

结构变形效应对大跨径悬索桥颤振的影响研究

大跨径悬索桥对风的作用非常敏感，桥梁在风荷载的作用下将产生重大变形。由变形引起的结构动力特性以及空气力的非线性变化效应将会对大跨径悬索桥的颤振产生不容忽视的影响。基于结构的变形后状态，充分考虑结构变形引起的非线性效应，建立了大跨径桥梁颤振分析的三维非线性方法及其计算程序。结合某悬索桥进行了颤振分析和研究，并揭示了结构变形产生的非线性效应对大跨径悬索桥颤振影响的程度和机理。