公铁两用悬索桥可靠度分析

为验证文献[1]以五峰山长江大桥为研究背景提出的公铁两用悬索桥多线列车荷载折减系数和文献[2]提出的汽车荷载和风荷载组合值系数的合理性,对五峰山长江大桥和刚好满足铁路桥梁设计规范要求时公铁两用悬索桥吊索和主缆的可靠度进行了分析。分析结果表明:基于上述系数计算的五峰山长江大桥吊索和主缆的可靠指标为7.8和8.6;当只考虑桥梁上的列车荷载、按照文献[1]提出的多线列车荷载折减系数和铁路桥梁设计规范表达式进行设计时,两线、三线和四线悬索桥吊索和主缆的可靠度水平是一致的;同样,当考虑列车荷载与汽车荷载组合及列车荷载与汽车荷载和风荷载组合、按照文献[2]提出的汽车荷载和风荷载组合值系数与铁路桥梁设计规范表达式进行设计时,悬索桥吊索和主缆的可靠度水平是一致的。     

基于索梁组合结构的悬索桥锚跨段索力修正算法

在悬索桥锚跨段索力测试中,传统的振弦法将锚跨段索振动看作为理想弦振动,忽略了锚跨段拉杆的抗弯刚度,带来了较大的索力测量计算结果误差。为了求解更加精确的锚跨段索力值,保证悬索桥主缆索力监控的精确性、成桥阶段主缆线型的准确性和吊索索力的均匀分布,通过分析索梁组合结构模型,建立了锚跨拉杆与锚跨主缆的索梁组合力学模型,运用主缆振动频率的索力计算方法,运用Hamilton变分原理推导提出悬索桥锚跨段,锚跨拉杆与锚跨主缆的索梁组合结构的索力修正算法。分析了锚跨拉杆与索连接处的边界条件问题,保持索梁连接处为铰接状态,不改变边界条件的物理属性。基于Mathematica数学计算软件上,设计求解程序并求解索梁组合结构振动矩阵方程,得出对应索梁组合结构频率的索力值的数值解。通过对比分析数据理论计算、有限元分析软件及恩施水布垭清江特大悬索桥实际工程实例测量结果,来验证考虑悬索桥锚跨段拉杆的抗弯刚度修正算法的合理性。研究结果表明:相对于传统的索力测试简化算法,运用索梁组合结构推导的锚跨段索力计算公式,可以更准确地表达索力、锚跨拉杆抗弯刚度和索力基频之间的关系,进而减小因为拉杆抗弯刚度所带来的索力计算结果的误差,得到更加符合实际主缆张拉状态的索力值。     

自锚式悬索桥吊索目标索力影响参数分析

为了解各结构参数偏差对自锚式悬索桥吊索目标索力的影响,以吉林市雾凇大桥(预应力混凝土自锚式悬索桥)为例,采用有限元数值分析方法,分析在控制索力和控制索长2种方法下,桥塔和主梁抗弯刚度、体系温度、主缆和吊索抗拉刚度、主梁自重、中跨和边跨主缆长度参数偏差对吊索目标索力的影响,并进行实际工程分析。结果表明:主梁自重和边跨主缆长度对吊索目标索力的影响显著,而除主缆抗拉刚度和中跨主缆长度对吊索目标索力有一定的影响外,其余各结构参数偏差对吊索目标索力均影响甚微;在相同参数偏差影响下,各吊索索力在2种控制方法下的总体偏差量基本相同;控制索长法获得的吊索目标索力值相对均匀,对脱架后的主梁受力有利,而控制索力法能够进行结构参数识别,对制定吊索的后续调整方案有利。     

空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工控制

体系转换是悬索桥施工中的关键工序,决定着结构体系能否实现自锚.空间主缆自锚式悬索桥体系转换过程中主缆的横桥向位移、吊索转角和吊杆之间的相互影响较大,使得吊索张拉过程极其复杂.该文依托哈尔滨市阳明滩大桥——556 m五跨双塔空间主缆自锚式悬索桥,针对空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工过程中的结构受力和变形特点,遵循体系转换方案的原则,分析了两种张拉方案,即从短索开始张拉和从长索开始张拉.运用有限元软件Midas Civil建立全桥模型,综合考虑成桥目标、结构受力安全等原则,给出了具体的吊索张拉路径.张拉过程中根据索力和位移两个参数的敏感性,对于不同的施工阶段,采用不同的控制原则.主缆放张尝试,完成吊索张拉,依据吊索无应力长度不变的原则,进行吊索微调.阳明滩大桥体系转换结束后,吊索索力误差在7％以内,主缆线形误差在5 cm以内,主梁线形误差最大值为5.9 cm.     

基于多尺度模型的销接式索夹极限抗滑摩阻力分析

为研究悬索桥主缆销接式索夹在吊索力作用下的抗滑性能,以某单跨悬索桥为背景,采用ANSYS软件建立带端索夹的主缆多尺度有限元模型,研究吊索力作用下索夹的极限抗滑摩阻力、主缆与索夹表面接触压力及螺杆拉力随吊索力的变化规律。结果表明:吊索力加载时,索夹的极限抗滑摩阻力比轴向加载时大幅减小,吊索力对索夹的抗滑能力有显著的削弱效应;索夹临界滑移时的下滑力明显小于按规范计算的极限抗滑摩阻力,索夹抗滑设计时应考虑吊索力的影响;索夹与主缆表面接触压力沿索夹长度呈抛物线分布,随着吊索力增加,上半索夹与主缆表面接触压力略有增加,下半索夹与主缆表面接触压力明显减小;吊索力会导致螺杆产生附加拉力。     

大跨自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换技术研究

为快速实现大跨自锚式悬索桥体系转换,以(160+406+160)m的双塔三跨自锚式悬索桥——桃花峪黄河大桥为背景,研究以吊索引出量控制为主、索力控制为辅的吊索张拉与体系转换技术。建立实桥有限元模型,计算吊索无应力长度,定义索头引伸出下锚垫板的长度值为引出量;采用引出量控制,从塔根向远离桥塔方向对称张拉吊索(每次8组),跨中几组吊索采取纵向相邻2组同时装千斤顶,在n号吊索张拉的同时,预拉(n+1)号吊索;进行主桥缩尺模型试验,对该方案进行验证及细节优化。研究结果及实际工程表明:采用该体系转换技术方案,主缆与吊索张力、临时墩反力、主梁应力计算值等均满足要求;缩尺模型实测应力、位移与有限元计算值吻合;主梁线形质量好,吊索索力精度高,快速实现了体系转换。     

单主缆悬索桥抗倾覆稳定性研究

为寻求合适的结构设计参数,解决单主缆悬索桥倾覆失稳问题,以南宁英华大桥为背景,考虑斜吊索数量、边跨长度及两者的耦合作用,建立全桥有限元模型进行抗倾覆稳定性计算,分析偏载作用下的支座受力、抗倾覆稳定系数和加劲梁跨中扭转变形。结果表明:设置斜吊索能有效提高抗倾覆稳定系数,并能减小加劲梁跨中扭转变形,但无法消除支座拉力;增加边跨长度能有效提高抗倾覆稳定系数,并能消除支座拉力,但对加劲梁跨中扭转变形影响不大;同时设置斜吊索和适当增加边跨长度可提高抗倾覆稳定系数、消除支座拉力、减小加劲梁跨中扭转变形,能较好地解决单主缆悬索桥倾覆失稳问题。     

大跨径悬索桥主缆安全系数的研究

为研究主跨1 000m以上大跨径悬索桥主缆安全系数的取值问题,建立西堠门大桥(主跨1 650m的两跨连续梁悬索桥)空间几何非线性有限元模型,分别按照各国的荷载标准对模型进行加载,计算结构在荷载作用下的内力及位移,并根据相应的规范进行荷载组合,计算出主缆相应的安全度,采用Wyatt公式进一步计算模型考虑主缆二次应力后的安全系数。计算分析结果表明,大跨径悬索桥主缆安全系数可由2.5降低至2.3,从而给出了大跨径悬索桥主缆容许应力安全系数2.3的建议值。     

极端荷载作用下公路桥梁荷载概率模型研究

我国桥梁设计规范中对极端荷载组合系数没有明确的规定,在以结构可靠度为基础的概率极限状态设计法中,由于公路桥梁各种作用比较多且大多随时间变化的范围比较大,各种作用的组合也比较复杂,所以必须选择合理的概率模型才能保证计算出真实合理的结构可靠度。通过查阅文献并结合WIM系统统计的车辆数据分析,建立了公路桥梁永久荷载及其效应概率分布模型;基于Matlab软件,在汽车车重总体服从多峰分布的基础上对实测数据进行训练拟合,建立了汽车荷载效应的概率模型并确定了汽车荷载分级加载方式,为公路桥梁可靠度研究和求解极端荷载组合系数奠定了基础。     

刘家峡大桥吊索长度计算及索力优化

刘家峡大桥横跨黄河刘家峡水库,为主跨536 m的单跨双铰钢桁加劲梁式悬索桥,建成后将成为西北地区单跨跨度最大的悬索桥,同时也是国内同规模桥梁中宽跨比最窄的悬索桥,宽跨比为1∶34.4。本文以刘家峡悬索桥为背景,在施工监控中获取实测主缆线形,对原始设计吊索的下料长度进行了精确的调整,并引用基于归一化原理的影响矩阵法对其吊索索力进行了优化分析,最终该桥吊索索力达到最佳受力状态。还论述了温度对吊索索力的影响,得出当温度线性变化时,各吊索索力变化不一致,但总体变化都很小。     

斜拉-悬索管桥主缆及吊索更换施工控制分析

根据某斜拉-悬索组合体系输油管桥的病害情况、结构受力特点,采用有限元软件对结构进行三维空间有限元建模计算分析。通过对其主缆及吊索更换全过程进行现场施工监控,分析比较主缆及吊索的索力、油管高程改变量等理论值和实测值,评估主缆及吊索更换完成后桥梁结构状况。     

刚性索悬索桥主缆张拉施工控制方法

为掌握刚性索悬索桥施工过程中桥梁真实的应力和线形状态,针对刚性索悬索桥的主缆在塔上张拉,其索力形成机理为主动受力的特点,研究计入主缆外包钢套筒、吊杆外包钢套筒作用的主缆张拉有限元法,并采用该方法对无应力索长控制法、张拉力控制法、塔顶有效索力控制法和跨中有效索力控制法4种主缆张拉控制应力方法确定的成桥状态进行比较。结果表明:无应力索长法与张拉力控制法的索力差距十分微小、主缆的存余有效索力与常规悬索桥模型的较为接近、成桥状态的变形最小,较利于结合构件安装线形的调整控制成桥线形。经有限元模拟和张拉控制应力修正,对某刚性索悬索桥进行了施工控制,结果表明实桥测试数据与理论计算符合良好。     

温度作用对悬索桥成桥状态的影响分析

悬索桥刚度较小,对荷载较敏感,特别是温度荷载。文中以湖北棋盘洲长江公路大桥为背景,分析温度作用对索塔偏位、主缆线形、主梁线形、梁端纵向位移、吊索索力的影响。结果表明,温度作用对索塔偏位、主缆线形、主梁线形、梁端纵向位移的影响较大,对吊索索力的影响较小。     

悬索桥吊索锈蚀的力学影响分析

悬索桥的吊索锈伤是影响悬索桥结构安全性和耐久性的关键因素之一。应用有限元方法研究了悬索桥在吊索锈蚀过程中结构响应的变化规律,提出并验证了锈蚀过程中主缆位移的弱相干性原理和吊索索力的相邻影响原理,即锈蚀吊索在吊索锈蚀过程中,除对自身吊点影响较大外,对非锈蚀吊点的主缆位移影响很小,对相邻吊索内力影响很大,而对非相邻吊索则不产生显著影响。对一座三跨钢筋混凝土加劲桁架悬索桥的模拟计算表明,单根吊索锈蚀时,运用该原理可以诊断锈蚀拉索的位置和程度;多根吊索同时发生锈蚀时,结构响应趋于复杂,主缆位移的影响可近似等效单吊索锈蚀影响的线性叠加,弱相干性仍然明显,而索力变化率最大的吊杆位置发生漂移,相邻性原理不再适用。     

江东大桥双塔单跨空间主缆自锚式悬索桥的施工控制

针对空间主缆自锚式悬索桥钢箱梁顶推和体系转换施工期的受力和变形特点,以杭州市江东大桥双塔单跨空间主缆自锚式悬索桥为工程背景,应用有限元软件建立其钢箱梁顶推和体系转换的施工控制仿真计算模型,系统地总结和提出空间主缆自锚式悬索桥钢箱梁顶推和体系转换的施工控制流程和施工监测项目,介绍了钢箱梁顶推施工和体系转换的最终方案,给出了空间主缆自锚式悬索桥体系转换的施工控制原则。提出了空间主缆自锚式悬索桥销铰式吊索索夹预偏角度的确定思路,给出了销铰式吊索索夹角度的测试方法。钢箱梁顶推和体系转换完成后,线形、应力、索力和索夹角度的测试结果验证了提出的施工控制方法和施工控制流程是合理的。     

车辆对倒梯形钢桁梁桥风荷载影响的风洞试验研究

车辆与桥梁间显著的气动干扰随着大跨桥梁的建设和高速铁路的发展已成为人们关注的焦点,但现有研究大多以汽车或流线型高速列车和钝体简支梁为研究对象,且关注的重点往往是桥上列车的平均风荷载或列车对主梁平均三分力系数的影响。以大跨铁路常用的倒梯形钢桁梁桥为背景,对不同风攻角、车桥组合方式下车-桥系统的整体气动力进行测试,将车桥组合时桥梁受到的整体平均和脉动风荷载与单独成桥状态时的风荷载进行对比,分析横风下车-桥间气动干扰对车-桥系统所受总体气动力的影响规律,研究成果可为类似工程的风荷载取值提供参考。     

基于监测数据的悬索桥加固技术及其应用

为了确定悬索桥吊拉组合体系加固结构中斜拉索的合理张拉力,根据已有理论提出一种基于监测数据的悬索桥加固技术.以某悬索桥加固为背景,对该悬索桥的主缆温度位移、荷载位移以及桥塔荷载位移进行监测,基于监测数据建立斜拉索索力预测模型,采用该模型得出斜拉索的合理张拉力.该悬索桥加固完成后,通过斜拉索索力实测表明:基于监测数据的悬索桥加固技术具有较高的可靠性,该技术能够较准确地反映既有悬索桥的实际受力状态.     

三塔四跨悬索桥合理结构布置形式研究

为明确不同结构布置形式应用在三塔四跨悬索桥中的合理性,构建了主跨600～1 400m范围内的5座三塔四跨悬索桥,对汽车荷载作用下结构竖向刚度及主缆抗滑系数这两项控制指标进行了计算分析,并深入探讨了不同主跨跨径下塔梁连接形式、缆梁连接形式及缆索系统布置形式对结构产生的影响。研究表明:三塔四跨悬索桥在单跨满布汽车荷载下,随主跨跨径的增大,"中塔效应"越易缓解;当对鞍座进行适当改进以提高主缆与鞍座间的名义摩擦系数后,三塔四跨悬索桥桥跨布置可大幅拓宽;塔梁连接形式对"中塔效应"的影响体现在其纵向约束存在与否,无纵向约束体系的竖向刚度及主缆抗滑系数显著降低;缆梁连接形式对"中塔效应"的影响非常明显,但其导致了中央扣及部分吊索的疲劳、锚固及索夹滑移问题;缆索系统布置形式对"中塔效应"影响较弱,协作体系仅会产生不利的影响。综合对比分析表明:从缓解"中塔效应"的角度出发,不设置中央扣,塔梁间设置纵向约束的平面缆体系更适用于三塔四跨悬索桥。     

地锚式城市景观悬索桥施工监测与分析

依托地锚式城市景观悬索桥实例工程,对地锚式悬索桥按照自锚式悬索桥体系转换的施工方法进行监控,采用MIDAS/Civil有限元软件进行理论计算,结合实际监控数据进行对比分析。监测结果显示:1)一期状态索塔顶偏移量与设计位移偏差均不大于1.0 cm;索塔最大沉降值为-6.38 mm。2)在张拉调索体系转换过程中,索力实测值与理论值的偏差逐渐减小;全桥吊索内力分布较为均匀,主缆实测索力与理论值偏差均在10%以内。     

三塔悬索桥荷载试验研究

依托泰州长江大桥和马鞍山长江大桥荷载试验为背景,提出了三塔悬索桥荷载试验的要点。在《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01—2015)规定的主要工况的基础上需要增加中塔扭转工况和最大不平衡缆力工况作为主要工况;在三轴载重车加载的方式下,提出了不同工况下三塔悬索桥静载试验的建议荷载效率范围;提出了三塔悬索桥结构校验系数常值的范围。基于脉动试验,测试了泰州长江大桥和马鞍山长江大桥的自振特性,并利用行车试验测试了两座桥的冲击系数。研究结果为三塔悬索桥荷载试验的实施提供了参考,同时为三塔悬索桥力学性能的研究提供了较好的数据支撑。