随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

斜拉索车致荷载效应极值计算方法研究北大核心

为计算斜拉索在未来服役期的车致荷载效应极值,基于经典Rice公式理论,提出斜拉索车致荷载效应极值计算方法。该方法首先采用蒙特卡罗随机抽样法生成过桥车流荷载;然后利用影响线加载的方法求解斜拉索的车致荷载效应应力时程,并拟合Rice公式的最优参数;最后对斜拉索的车致荷载效应极值进行计算。采用该方法对杭瑞高速鄱阳湖二桥斜拉索车致荷载效应极值进行分析,结果表明:斜拉索车致应力受车流状态的影响较大,其随车流密度的增大而增大;经典Rice公式对斜拉索车致应力年跨阈率的拟合效果较好,提出的斜拉索车致荷载效应极值计算方法应用方便;斜拉索车致应力极值随重现期和交通量增长率的增加而增大,且密集车流对斜拉索车致应力极值的影响较大;在目前的随机车流荷载作用下,斜拉索失效概率较小,最长的Z18号斜拉索在设计使用年限20年内的应力极值为51.69 MPa,失效概率为4.6×10^(-3)。     

斜拉-悬索协作体系桥架梁关键阶段研究

为研究斜拉-悬索协作体系桥施工中的重叠区架设方法、主梁梁段间连接情况及吊索、斜拉索安装方法对施工过程的影响,提出综合考虑结构内力及经济性的多因素分析方法,用以指导合理施工方案的比选。首先,基于斜拉-悬索协作体系架梁一般方法,对某公铁两用斜拉-悬索协作体系桥拟定4种不同的可行性施工方案;然后,基于全桥有限元模型的倒拆施工模拟计算,对结构内力及经济性指标进行分析,揭示各指标的变化规律,并确定了最优的施工方案。结果表明:当吊索设计为非张拉型时,可采用斜拉索区逐段刚接、重叠区与吊索区逐段铰接的梁段连接方式,待合龙后通过压重实现梁段刚接,最后张拉重叠区斜拉索;当吊索设计为张拉型时,可采用逐段刚接的梁段连接方式,且斜拉索及吊索应采用分次张拉。     

实测车流荷载下斜拉索疲劳可靠度研究

为研究重载交通下既有斜拉桥斜拉索的疲劳安全水平,提出基于实测车流数据的斜拉索疲劳可靠度评估方法,在某高速公路桥梁重载车流监测数据的基础上建立随机疲劳车流模型,加载至斜拉索的应力影响线,由雨流计数方法计算提取疲劳应力谱,采用高斯混合模型拟合疲劳应力概率密度函数;以主跨420m砼双塔斜拉桥为工程背景,评估交通荷载增长情况下斜拉索的疲劳可靠度。结果表明,当交通量年线性增长率由零增长到0.5%时,斜拉索第100年的疲劳可靠度由5.10下降至0.92;当车重年线性增长率由零增长至0.5%时,疲劳可靠度由5.10下降至0.84。     

自锚式斜拉—悬索协作体系桥的合理成桥状态分析

合理成桥状态是自锚式斜拉—悬索协作体系设计中的关键问题。根据其结构特点,基于Midas Civil专业软件平台,以一座即将建设的斜拉-悬索协作体系——宁波常洪大桥为例,利用主梁和主塔弯矩最小、线形最佳的原则,探讨了一种三步骤迭代分析法:首先采用分段弹性悬链线法确定悬索大缆的初始线形及内力,然后耦合斜拉桥结构部分,采用弯曲能量最小法确定斜拉索的初始内力,最后采用优化迭代的方法微调斜拉索和主缆内力以获取协作体系的合理成桥状态。实际工程应用分析结果表明,常洪大桥成桥状态的斜拉索内力分布合理;主梁和桥塔的弯矩应力较小,塔梁基本处于轴压状态;斜—吊混合区主梁弯矩变化平缓;主梁线形平顺;协作体系中跨主梁的弯矩及变形受斜拉索和主缆内力的影响较为敏感。     

柱式塔同向回转斜拉-悬索体系桥梁设计关键技术

安徽某跨江通道方案设计中,提出主桥采用主跨1620 m的斜拉-悬索协作体系桥梁。为解决该体系刚度低、主梁压力间断、边吊杆应力幅大等传统疑问,以及因不能设置辅助墩而引起的边跨刚度小、尾索应力幅高的特殊问题,设计采用单柱式桥塔、空间化悬索构建整体结构,并对结构的合理性、可行性进行理论和计算验证。设计针对体系形成的主要过程,提出边孔悬吊辅助跨构造,采用四索面斜拉索和空间双悬索四索面吊索。借助四索面拉吊融合方式在横向转换的便利、同向回转拉索对不对称布索的支持,使调整在更大空间内进行,实现两种体系更加平顺的融合。采用斜置阻尼约束系统使结构纵、横向动力性能满足规范要求。     

矮塔自锚式斜拉—悬索协作体系桥梁动力特性研究

斜拉-悬索协作体系桥梁作为斜拉桥与悬索桥的结合体,由于其卓越的结构性能与经济效益,越来越受到人们的关注,然而目前对该种桥型的研究较少,尤其是针对其动力特性的研究更为少见。而且现今许多桥梁建设均有限高要求,此时缆索体系桥梁均需采用矮塔设计,因而对矮塔自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁动力特性的研究迫在眉睫。因此,以某在建大桥为背景,利用有限元软件,对矮塔自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁的动力特性进行研究,并就可能影响其动力特性的因素进行一定的参数分析。结果表明:矮塔自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁的动力特性更为接近于同等条件下的斜拉桥体系,其整体刚度较高;索塔高度与主缆垂跨比对其动力特性影响较大,而斜拉索于吊索交汇区域的大小对其动力特性影响较小。     

大跨度斜拉桥拉索疲劳参数分析中移动荷载的选定

以苏通大桥第J32号斜拉索为分析对象,对其疲劳荷载谱计算方法进行研究。分别采用单一疲劳车和车道折减等2种不同移动疲劳荷载模型计算斜拉索等效疲劳应力幅值,并对其结果的合理性进行对比分析。得出结论:对于大跨度斜拉桥,采用车道折减荷载分析斜拉索轴向疲劳应力较为理想。     

考虑随机车载-风载联合作用的斜拉桥拉索疲劳可靠性分析

以某大跨斜拉桥为工程背景,对随机车载与风载联合作用下的斜拉索疲劳可靠性进行了分析。首先,依据交通调查数据,建立随机交通荷载模型,基于桥位处多年风速统计资料,建立大桥风载概率模型;然后,采用自编的风-车-桥动力响应分析程序,实现随机车载与风载联合作用下的拉索应力谱计算分析;最后,基于累积损伤理论和Monte-Carlo法开展拉索的疲劳可靠度和疲劳寿命分析。研究结果表明：风载对斜拉索疲劳可靠度影响显著,且该影响由短索到长索呈不断增大的趋势;考虑车载-风载联合作用的拉索疲劳寿命较仅考虑车载的情况下降2%～63%,平均达50%。     

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。     

斜拉索腐蚀损伤下斜拉桥体系可靠度研究

拉索腐蚀疲劳累积损伤是威胁斜拉桥运营安全的关键因素,导致斜拉桥运营期的换索次数多且换索成本高。为了准确评定斜拉索腐蚀疲劳损伤对斜拉桥结构安全的影响,从结构体系可靠性角度探索拉索腐蚀疲劳损伤的概率传递模型。分析了斜拉索腐蚀疲劳损伤对结构体系可靠度的影响规律,从而为换索决策提供依据。研究结果表明,疲劳和疲劳腐蚀效应共同作用下的拉索在20 a服役期内的强度系数分别为0.928和0.751,斜拉索抗力退化将导致斜拉桥主要失效路径变化,主梁索间距为30 m的斜拉桥在服役期的13 a,主要失效模式从由主梁弯曲失效转移至斜拉索强度失效,导致后期的结构体系可靠指标快速下降。     

基于现场实测的大跨钢桁悬索桥疲劳可靠度分析

为了研究大跨度钢桁架悬索桥桁架杆件在随机车流荷载作用下的疲劳可靠度,首先以某大跨钢桁悬索桥为工程背景,建立梁-壳混合单元空间桁架主梁有限元模型,确定钢桁加劲主梁应力的关键位置。然后,针对主桁梁应力关键点对该桥进行测点布置并进行了短期的动态应变监测。随后,采用核密度估计方法建立基于小样本的日等效应力幅和日循环次数的概率分布模型。最后,基于Palmgren-Miner线性累积损伤准则及欧洲钢结构设计规范Eurocode 3的疲劳强度S-N曲线建立了关键构件的疲劳损伤极限状态方程,采用Monte-Carlo方法计算分析了不同交通增长系数下所测关键构件的时变疲劳可靠度。研究结果表明:该大跨钢桁悬索桥钢桁架主梁结构在车辆荷载下处于低应力状态,但是应力循环次数较高;车辆荷载对主横桁架外侧斜腹杆产生的疲劳荷载效应大于其他杆件,即斜腹杆更容易发生疲劳破坏,需引起高度关注;在短期监测情况下,采用核密度方法建立基于小样本的概率模型进行大桥疲劳可靠度分析是可行有效的;交通量的增长对疲劳可靠度指标的影响很大,车辆荷载引起的疲劳问题不容忽视;但总体来说所测关键构件的疲劳可靠度水平较高,在设计基准期内,发生疲劳破坏的可能性极小。     

G3铜陵长江公铁大桥主桥设计

G3铜陵长江公铁大桥主桥为主跨988 m的斜拉-悬索协作体系桥,公铁上、下分层布置,上层通行6车道高速公路,下层通行4线铁路。主缆平面布置,垂跨比为1/6.5,横向中心距34.7 m,纯悬吊段长331 m,标准抗拉强度2 000 MPa;斜拉索与吊索交叉索共6对,交叉区斜拉索和吊索交错锚固于主梁上。主梁采用钢桁梁,桁高13.5 m,桁宽35 m。桥塔为门形钢筋混凝土结构,合肥侧、铜陵侧塔高分别为228.5、222.5 m。斜拉索采用■7 mm高强平行钢丝索,呈扇形布置,标准抗拉强度2 000 MPa;吊索采用■7 mm高强平行钢丝索,平面布置,标准抗拉强度1 770 MPa。2个桥塔墩均采用钻孔桩基础。合肥侧锚碇采用复合式地下连续墙基础,铜陵侧锚碇采用复合板桩嵌岩扩大基础。理论分析和试验研究表明大桥具有良好的静、动力性能,能够满足高速铁路行车要求。     

斜拉法施工张拉模拟技术研究

为解决斜拉法施工大范围分级张拉工序复杂、受桥面临时荷载影响大等实际问题,依托"先斜拉—后悬索"工艺施工的某大跨度桥梁,详细计算张拉过程中斜拉索的引出量,并利用无应力状态法和传统计算中的预应力模拟分级张拉.研究结果表明:影响矩阵法计算张拉引出量精度较高且操作简单;"等效温差法"和"单元生死法"以无应力索长为控制指标,张拉...     

桥梁拉、吊索疲劳特性分析

本文选取了中、下承式拱桥各1座,斜拉桥、悬索桥各2座,提取最长和最短拉、吊索的影响线,用相同的车流对影响线进行加载得到拉、吊索的应力历程,并对该应力历程进行雨流计数,最后得到应力谱。计算分析结果表明:连续型桥面系保证了多个拉吊索共同承担车辆荷载,拉吊索受力比较均匀,在运营过程中不会发生由于单根拉吊索破坏导致整个桥梁坍塌的现象,且利于今后吊杆的更换;疲劳积伤主要受影响线长度和峰值影响,斜拉桥和悬索桥中,短拉吊索的疲劳积伤程度均要大于长拉吊索。     

自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁设计与分析

斜拉桥和自锚式悬索桥相互协作,形成一种新型的协作体系,该体系适合于大跨径桥梁。本文以大连庄河建设大桥为背景,介绍了该体系桥梁的设计构思,分析了该体系静力、动力特性,并阐述了吊索疲劳问题,为斜拉—悬索协作体系的研究提供参考依据。     

三塔自锚式悬索—斜拉协作体系成桥状态计算方法

由于自锚式悬索—斜拉协作体系桥桥型比较特殊,现有的斜拉桥和悬索桥计算合理成桥状态的方法已经不再适用,为了找寻自锚式悬索—斜拉组合结构的合理成桥状态方法,以三塔自锚式悬索—斜拉协作体系桥为例,进行了成桥状态计算方法研究,提出了协作体系的分步成桥状态法.结果表明,利用分步成桥状态法计算得到的成桥状态下的加劲梁,位于设计曲线上,并且恒载弯矩较为均匀,分布合理,符合连续协作体系的受力特点;自锚式悬索段主缆索力均匀,斜吊杆索力分布合理;斜拉段主塔弯矩较小,斜拉索索力分布均匀;分步成桥状态法可以用于三塔自锚式悬索—斜拉协作体系成桥状态的确定.     

基于影响函数的随机车流作用下大跨度悬索桥风致应力响应分析

为了解决大跨度桥梁在随机车辆荷载和风荷载作用下局部应力求解耗时问题,首先以矮寨大桥为工程背景,建立壳-梁混合单元有限元模型,确定大桥应力的关键位置及关键点,采用分段拟合方法获得随机车辆荷载的影响面函数和风荷载的影响线函数;结合吉茶高速实际交通量特征及随机参数分布特征,采用蒙特卡罗方法,编制抽样程序生成随机车流样本。其次采用风-车-桥耦合振动分析获得典型车辆的等效车辆荷载;引入风荷载动力影响系数,提出了一种简便实用的随机车流下大跨度桥梁风致应力分析方法。最后应用ANSYS计算分析结果验证所提方法的正确可行性,分析矮寨大桥在随机车流和风荷载联合作用下的关键点应力响应。结果表明：风速低于15 m·s^-1时,风荷载引起大桥关键点应力响应远小于车辆荷载引起的应力响应;繁忙车流下应力响应的幅值并不比稀疏车流下的应力幅值大很多,但是繁忙车流下应力响应的峰值数量远大于稀疏车流下的峰值数量,即应力的循环次数多,会增大桥梁的疲劳损伤。     

自锚式悬索桥先斜拉后悬索的体系转换模拟

针对大跨度自锚式悬索桥跨越通航流域时不能采用常规支架法施工主跨钢箱梁的问题,提出了"先斜拉,后悬索"无支架法的总体施工方案,即先形成临时斜拉桥,再进行斜拉桥向悬索桥的体系转换。以600 m超大跨度的鹅公岩自锚式悬索桥为分析案例,采用无应力状态控制法实现了两种独立缆索支撑体系——临时斜拉桥和自锚式悬索桥共存。通过体系转换方案比选出推荐方案,表明临时斜拉桥成桥后可充分利用斜拉索的材料强度进行补张拉工作后再进行体系转换工作,可降低主缆与主梁的高差,从而减少了吊索张拉次数和接长杆长度,体系转换方案得以优化。经ANSYS有限元模拟由斜拉桥向悬索桥的体系转换过程,其结果与设计预期目标吻合较好,给出了该方案实施下主缆、主梁、临时钢塔、主塔、吊索和斜拉索在各施工步骤下的反应,并得到以下结论:(1)"先斜拉,后悬索"的总体施工方案可解决大跨度自锚式悬索桥无法使用支架法的施工问题;(2)通过调整体系转换前的主梁线形,可大幅度降低体系转换难度;(3)对于几何非线性显著的斜拉桥向悬索桥体系转换过程中,吊索张拉方案、斜拉索力调整和拆除时机顺序等问题的确定至关重要。     

汉中龙岗大桥主塔设计

汉中市龙岗大桥主桥为三塔斜拉-自锚式悬索协作体系桥,跨径组合为25 m＋90 m＋2×162.5 m＋90 m＋25 m。主桥桥型以“鱼跃龙门”为构思主题,主塔采用“H”型空心薄壁塔身,钢筋混凝土结构;上塔柱拉索锚固区采用“井”字预应力钢筋来平衡拉索水平分力。介绍了主塔造型的景观构思,对桥塔结构特点、结构设计构造、整体计算和拉索锚固区局部应力分析结论进行介绍。