超大跨径CFRP主缆悬索桥合理结构体系研究

采用非线性有限元软件BNLAS进行超大跨径CFRP主缆悬索桥与超大跨径钢主缆悬索桥的静动力特性对比分析,从加劲梁约束体系、主缆安全系数、主缆矢跨比、主缆弹性模量4个方面进行超大跨径CFRP主缆悬索桥合理结构体系研究。结果表明:采用CFRP做超大跨径悬索桥主缆可大幅提高主缆应力中活载应力百分比和自振频率,但活载挠度大幅增加;随着跨径增大,加劲梁约束体系对超大跨径悬索桥的动力特性影响减小,3跨连续漂浮体系作为超大跨径CFRP主缆悬索桥加劲梁的约束体系较优;增大主缆安全系数可提高结构的竖向刚度、竖弯基频和扭转基频,但对横向刚度和横弯基频基本无影响;减小矢跨比可提高结构的竖向和横向刚度以及竖弯基频和横弯基频,但会降低扭转基频;增大CFRP主缆的弹性模量可大幅减小活载竖向挠度,提高竖弯基频和扭转基频,但对横向刚度、横弯基频以及主缆线形和应力基本无影响。     

大跨度公轨两用单跨悬索桥研究

研究大跨度公轨共用单跨悬索桥梁式方案及桥面系布置方式,分析桥梁结构的受力特点,提出影响列车行车安全的控制因素及设计技术措施,确定合理的竖向刚度要求,总结设计标准和关键技术措施。研究认为,随着悬索桥跨度的增大和结构质量的增加,主梁弯曲的贡献率逐渐减小,而主缆重力刚度的贡献率逐渐增加;控制悬索桥刚度的主要因素有跨度、主梁截面、主缆截面、矢跨比及桥塔抗推刚度;通过控制主梁竖向刚度、梁端折角及扭转刚度等参数可以保证轨道的平顺性;通过合理的轨道桥面系体系的布置,可以使轨道结构受力更加合理。     

超长大跨度公铁合建桥梁结构体系研究

新建甬舟铁路西堠门公铁两用大桥连接金塘岛和册子岛,桥位处海域宽2.7 km,最大水深93 m,地形复杂,桥梁设计难度大。为研究超长大跨度公铁合建桥梁合理结构体系,结合地形地质条件,选取主跨1 500 m悬索桥、斜拉桥及斜拉悬索协作体系3种桥型方案,对上部结构设计进行详细介绍,并从静力性能、动力性能、经济性能等方面对不同结构体系进行对比分析。研究表明：(1)与斜拉体系相比,协作体系桥可减小30%～50%的主梁内力和60%的桥塔内力,一定程度上解决了加劲梁承受巨大轴压力造成屈曲问题,并有效减小了桥塔规模;(2)与悬索桥相比,协作体系可减小50%的主缆内力,主缆钢丝和锚碇的工程量相应减小,施工难度得以降低,同时协作体系扭转频率更高,降低了结构在较低风速下发生涡激振动的可能性;(3)斜拉悬索协作体系能够充分发挥斜拉结构和悬索结构的组合优势,实现超大跨度的同时具有较大的纵向刚度和竖向刚度,满足铁路行车对结构刚度的要求;(4)对于主跨1 500 m级超长大跨度公铁合建桥梁,斜拉悬索协作体系经济性更好。     

加劲梁外伸跨对悬索桥静动力特性的影响

为研究加劲梁外伸跨对悬索桥静力、动力特性的影响,以一中等跨度悬索桥为例,利用桥梁非线性分析系统BNLAS,分别建立加劲梁单跨简支、三跨连续以及五跨连续的单跨悬吊体系有限元模型,对结构进行静力、动力特性分析。结果表明:外伸跨加劲梁能够有效降低梁端最大纵向位移及转角,降低了活载作用下加劲梁的挠度,而且有效提高了结构整体面外刚度;外伸跨加劲梁有效减弱了行车下梁端位移的响应,降低了梁端支座的往复式位移总量;在动力特性方面,外伸跨加劲梁同样具有较多的优点。为提高伸缩缝及支座的耐久性,单跨悬吊悬索桥推荐采用带外伸跨的连续加劲梁体系。     

大跨度铁路悬索桥结构刚度敏感性研究

桥梁刚度参数的确定在大跨度桥梁总体设计中非常重要,结合某大跨度铁路专用悬索桥方案,从结构动力特性、车辆走行性和风致抖振响应3个方面,分析梁、塔、索等构件刚度对桥梁性能的影响,并对大跨度铁路悬索桥刚度评价指标进行研究,结果表明:桁宽的增大能够较显著地增大桥梁横弯基频,桁宽过小时桥梁会产生横向周期性振动,宽跨比限值建议取为1/20~1/35;随着桁高减小,车辆竖向加速度显著增加,高跨比限值建议取为1/70~1/100;主缆刚度增大会使桥梁扭转和竖向基频明显提高;桥塔刚度及恒载的影响有限。     

钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥施工技术

钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥利用加劲梁来平衡主缆产生的水平拉力,具有造型美观、造价低、刚度大、对地形和地质状况适应性强等特点,是今后中小跨自锚式悬索桥的发展方向。以浙江省湖州市飞凤大桥为背景,介绍钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥上部结构施工技术,重点阐述自锚式悬索桥的钢筋混凝土加劲梁施工、主缆架设、线形调整和施工监控等内容。     

加劲梁带外伸跨的大跨度悬索桥动力特性分析

为研究加劲梁外伸跨布置形式和约束体系对大跨度悬索桥结构动力特性的影响,基于国内某主跨1098 m的单跨悬索桥设计方案,采用有限元软件分别建立设置外伸跨、未设置外伸跨、设置悬吊外伸跨及加劲梁不同约束体系等多个模型.开展全桥动力特性分析,对比不同模型悬索桥结构动力特性的差异,分析加劲梁外伸跨布置形式和约束体系对该悬索桥刚度...     

空间主缆独柱塔自锚式悬索桥设计新技术

研究目的:南京长江隧道工程江心洲大桥作为南京纬七路过江通道上的一座标志性建筑,对技术性、景观性均要求较高。其主桥采用空间主缆混合梁独柱塔自锚式悬索桥,构造及受力较为复杂。本文对其设计中采用的主要新技术进行阐述,以期为同类型桥梁的设计提供借鉴。研究结论:(1)在钢箱梁主跨布置空间索面及空间主缆,较大提高了全桥的抗风能力,在混凝土箱梁边跨布置平面(竖直)索面及平面主缆,简化了边跨缆索系统的构造及施工;(2)主跨吊索在上端设置向心关节轴承,在下端设置推力关节轴承,不仅适应了主跨空间主缆在活载作用下的复杂变位,而且美观经济;(3)边跨索夹采用将两根主缆对应的两个传统索夹连为一体的型式,结构新颖、构造简洁、受力明确、造型美观;(4)主索鞍采用空间三维曲线鞍槽,适应了该桥主缆由边跨的平面线形向主跨的空间线形过渡;(5)边跨散索套采用将两个传统散索套连为一体的型式,满足了散索套的横桥向受力要求,构造简洁,受力明确;(6)结合主跨空间索面、桥塔横梁斜拉索,独柱桥塔能够以较小的截面尺寸满足该桥的横桥向受力要求;(7)本文所述技术可为同类型桥梁的设计提供借鉴及参考。     

金海公铁两用斜拉桥方案设计

研究目的:本文以金海特大桥跨磨刀门水道主跨480 m公铁两用斜拉桥方案设计为背景,针对大跨度公铁两用混合梁斜拉桥设计所应考虑的各项因素,建立不同形式的主桥空间有限元模型,目的是对比不同跨度辅助墩、不同塔高以及主梁类型对该结构力学性能的影响,从而确定合理的结构布置形式。研究结论:(1)主跨480 m斜拉桥采用公铁同层建造,具有结构合理,分建过渡时灵活方便,结构刚度大,车桥动力性能好,抗风、抗震性能好等优势,能够按照规范满足各种设计荷载组合下的结构强度、刚度等要求;(2)边跨必须设置辅助墩,以提高结构刚度,减少索、梁疲劳,而边跨布墩的多少、辅助墩之间的间距大小将取决于边跨的施工方案及整体结构的造价;(3)分离式扁平钢箱梁截面的扭转刚度较大,抗风稳定性好,经风车桥耦合振动分析,主梁结构能够提供较高的舒适性和安全性;(4)本研究成果对今后公铁合建斜拉桥结构选型工作具有一定的指导意义。     

结构参数对钢-混组合桥塔自锚式悬索桥静力性能的影响研究

为了解钢-混组合桥塔自锚式悬索桥的静力特性,根据挠度理论,利用三维有限元软件Midas进行空间分析,对模型中主缆矢跨比、主缆抗拉刚度、加劲梁的横竖向抗弯刚度以及主塔纵向抗弯刚度参数进行横向对比。分析结果显示随着参数值的递增,结构位移在减小,而主缆的水平拉力和加劲梁的弯矩却呈现不同变化趋势,自锚式悬索桥的整体静力特性对主缆矢跨比、主缆的抗拉刚度以及加劲梁的竖向抗弯刚度的变化很敏感,而基本不受加劲梁的轴向刚度和主塔纵向刚度的变化的影响。     

池黄高铁三塔矮塔斜拉桥设计关键技术研究

研究目的:矮塔斜拉桥具有结构刚度大、施工方便、经济性好、造型美观等优点,近年来在铁路桥梁中得到广泛使用。本文以池黄高铁大跨度三塔矮塔斜拉桥为背景,针对高速铁路桥梁特点,就结构体系、合理结构参数、斜拉索张拉方案等关键技术进行分析研究。研究结论:(1)高速铁路多塔矮塔斜拉桥结构体系选择的关键是既保证变形控制,同时减少温度力以及混凝土收缩徐变产生次内力的不利影响,采用刚构连续梁体系,辅以外伸跨,可以有效减小下部结构受力,同时满足刚度要求,结构经济合理;(2)边跨跨度和外伸跨跨度对主梁变形影响较小,塔高和无索区长度对主梁残余徐变变形影响较大;(3)斜拉索采用悬臂阶段和合龙后两次张拉,且二次张拉拉索在施工二恒之前,可有效控制主梁残余徐变变形;(4)本研究结论可为今后同类型桥梁设计提供参考。     

高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥设计关键技术北大核心

预应力混凝土部分斜拉桥结构刚度大,经济性好,适宜铺设无砟轨道,是200~300 m跨度高速铁路桥梁的首选桥型。本文以高速铁路主跨248 m刚构部分斜拉桥为背景,研究高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥合理的结构体系、轨道平顺性、索梁荷载比、合龙顶推力等关键技术。静力计算结果表明:刚构体系比连续梁体系刚度更大,经济性好,更有利于行车安全性;两种结构体系轨道不平顺均能满足要求,对于长短波不平顺,与连续梁体系相比刚构体系中跨不平顺值小,边跨不平顺值大;索梁荷载比与斜拉索刚度成正比,与主梁刚度成反比;刚构部分斜拉桥合龙后的收缩徐变和高温合龙导致结构产生附加内力,合理设置顶推力须综合考虑主墩受力与运营阶段塔顶位移。     

提高超窄桥面加劲梁悬索桥颤振稳定的措施研究

以刘家峡大桥为例,研究超窄桥面桁式加劲梁悬索桥颤振稳定问题,刘家峡大桥桥面宽度在国内同规模桥梁中最窄,主缆重力刚度低,抗风问题较为突出。通过引入换算用钢量经济性指标,套用平板颤振临界风速的简化计算公式,进行结构措施理论研究,并借助风洞试验手段研究提高临界风速的气动措施。研究结果表明,若想解决超窄桥面加劲梁悬索桥的抗风稳定问题,应从结构措施和气动措施两方面研究入手,首先确定合理的结构形式,然后在此基础上进行气动措施研究,这样才能得到合理的抗风方案。     

独塔双索面混合体系自锚式悬索桥设计与研究

以湖南某工程为背景,研究国内较少采用的独塔、双索面混合体系自锚式悬索桥的设计方法,提出主跨采用钢加劲梁边跨采用混凝土梁、减小边跨跨度、设置外伸跨等技术措施,降低加劲梁应力水平,使得结构更趋合理,同时节约了钢材用量,大幅度降低了工程投资。     

杭瑞高速公路洞庭湖大桥主桥设计及关键技术研究

杭瑞(杭州—瑞丽)高速公路洞庭湖大桥主桥为(1480.0+453.6)m的双塔公路悬索桥,加劲梁采用钢桁梁结构,2片主桁横向间距35.4 m;主桁采用带竖杆的华伦式桁架,桁高9.0 m,节间长度8.4 m。钢桁梁上层桥面与主桁上弦杆结合(板桁结合),桥面采用超高韧性混凝土(Super Toughness Concrete,STC)轻型组合桥面结构。对主桥采用的关键技术进行了研究,分析中央扣对悬索桥结构体系的影响以及桁高对悬索桥加劲梁刚度的影响,并在设计中提出了轻型组合桥面板桁结合型加劲梁结构体系,在施工中提出了悬索桥钢桁加劲梁多节段窗口刚接法架设技术。     

中央扣对大跨悬索桥动力特性和地震响应的影响研究

为了探讨大跨悬索桥在动力激励下中央扣的作用,以四渡河悬索桥为研究对象,建立该大跨钢桁架加劲梁悬索桥的3种中央扣模式的空间动力计算模型,对其动力特性和在地震激励下的时程反应进行空间非线性分析。研究结果表明,中央扣提高了结构的反对称抗扭刚度和限制了结构的纵飘特性,同时加强加劲梁-主缆-主塔的动力耦合作用;1对柔性中央扣的设置方式对加劲梁的纵桥向位移和应力响应的影响均不利,因而是不可取的;而刚性中央扣和3对柔性中央扣的设置方式对限制加劲梁纵桥向振幅有较显著作用,但是由此导致结构地震应力响应大幅增加,因而从抗震设计角度设置中央扣是"有得有失"的。     

重载铁路部分斜拉桥结构参数分析

以蒙华重载铁路主跨248 m部分斜拉桥为例,采用有限元分析理论,分析在该跨度范围内部分斜拉桥应用于重载铁路的适应性及特殊性。对该桥结构体系、主梁梁高、预应力次内力、桥塔刚度、桥塔高度及索塔梁刚度匹配等结构参数进行比选研究,确定合理布置形式。结果表明:(1)该重载铁路部分斜拉桥采用塔梁固结、墩梁分离体系,主墩支座采用双1 90 000 kN超大吨位球形钢支座;(2)主梁中支点—跨中梁高采用13 m-6 m组合为优;(3)短预应力钢束时弯矩近似矩形分布于预应力钢束布置区域,次内力较小;长预应力钢束次内力弯矩近似呈三角形分布,次内力影响明显;(4)桥塔尺寸主要由索鞍等构造及桥塔本身受力控制,其刚度对结构整体受力及刚度影响均较小;(5)为提高跨中截面等控制性区域结构受力性能,桥塔采用高塔型体系,高跨比1/4.35;(6)结构整体刚度主要由主梁提供约占67%,主塔及拉索对整体刚度贡献值为33%,主塔及拉索对刚度影响因素主要为桥塔高度。     

怀来城市道路跨官厅水库720m悬索桥主桥设计与创新

怀来城市道路工程(沙城-东花园),连接沙城、燕山文化新城与东花园生态新城三个中心城区,是怀来县道路网规划的城市主干路,路线跨越北京市备用水源地官厅水库库区,为一级水源保护地核心区域。桥梁全长1 988 m,按双向6车道设计,主桥采用跨度720 m单跨双铰悬索桥一跨跨越官厅水库水面,引桥采用先简支后连续小箱梁。悬索桥锚碇采用沉井基础,主塔采用桩基础,主缆采用PPWS法施工,吊杆为平行钢丝束式。大桥是目前我国华北地区跨度最大的悬索桥,针对桥址多风沙特点和水源保护要求,设计新型抗风主梁,优化雨水收集系统的设计寿命。设计还着重考虑特殊的环境因素和县一级管养部门养护能力不足的矛盾,最终加劲梁采用免涂装耐候钢-混组合结构,有效减少钢结构防腐涂装对水体的污染,同时加强桥面刚度提升道路铺装与结构的耐久性,对环境十分友好且易于养护。     

自锚式悬索桥简化计算方法研究

基于能量原理,提出计算自锚式悬索桥受力性能的简化计算方法,对双塔三跨自锚式悬索桥导出求解加劲梁内力、挠度和主缆水平分力的基本公式.该法将自锚式悬索桥的主缆和吊杆截开,用未知力来代替,分别取主缆和连续加劲梁为隔离体进行分析,通过迭代逐步逼近,使两者满足受力协调条件,对主缆同时考虑恒载和活载作用下的挠度,对加劲梁同时考虑轴力和弯矩的作用以及梁柱效应.算例结果表明,该简化计算方法的计算结果收敛速度快,与几何非线性有限元法的计算结果吻合良好.     

中央扣对大跨悬索桥动力特性及地震响应的影响研究

为探讨大跨悬索桥在动力激励下中央扣的作用,以重庆中渡长江大桥为研究对象,建立了大跨悬索桥的3种中央扣模式的空间动力计算模型,对其进行动力特性分析和地震时程分析。研究结果表明:中央扣限制了结构的纵飘特性;设置中央扣对加劲梁和桥塔的地震反应有利,但会增大主缆的应力;中央扣的设置方式宜采用刚性中央扣。研究结果可为今后大跨悬索桥设计提供借鉴。