大跨度叠合梁斜拉桥施工阶段极限承载力研究

为研究大跨度叠合梁斜拉桥施工阶段极限状态下的受力性能和破坏机理,以西固黄河大桥主桥为背景,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,计算该桥在最大双悬臂、最大单悬臂和二期恒载等典型施工阶段的非线性稳定安全系数,分析结构在各施工阶段的斜拉索应力、塔梁连接处Mises应力和塔顶、主梁跨中的荷载~位移曲线。结果表明:该桥各典型施工阶段的非线性稳定安全系数均满足不小于2的设计要求;当主桥达到极限承载力时,部分斜拉索先破断,破坏过程合理;最大双悬臂施工阶段桥塔整体未达到屈服状态,最大单悬臂施工阶段和二期恒载施工阶段塔梁连接处出现塑性区;塔顶和主梁跨中的荷载~位移曲线具有显著的非线性效应。     

超大跨混合梁斜拉桥极限承载能力研究

为研究超大跨混合梁斜拉桥在汽车荷载作用下的塑性区发展过程和极限状态下的破坏机理,以贵州鸭池河特大桥(主跨800m双塔双索面混合梁斜拉桥,边跨主梁采用预应力混凝土箱梁,主跨主梁采用钢桁梁)为背景,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,逐级施加汽车荷载,分析不考虑断索和考虑断索2种情况下该桥的破坏过程和承载能力。结果表明:随着荷载的增加,钢桁梁先产生受压塑性区和受拉塑性区,随后斜拉索到达屈服应力;不考虑断索情况下,斜拉索逐步屈服后钢桁梁受压塑性区和受拉塑性区不断扩大,结构最终失效,破坏表现出略好的延性;考虑断索情况下,第1根斜拉索屈服后断裂引起周围斜拉索的连续瞬时断裂导致结构破坏,破坏呈现明显的脆性;不考虑断索和考虑断索情况下,极限状态时的荷载系数λ分别为11.69和11.12。     

南京长江五桥主桥结构非线性稳定性研究

南京长江五桥主桥为主跨600m的三塔组合梁斜拉桥,半飘浮体系。为研究该桥在施工和运营阶段的极限承载能力,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,考虑几何与材料非线性,计算施工全过程及主要运营阶段各工况下结构的非线性稳定系数,评估主要构件的承载能力,并探讨桥塔钢壳与斜拉索破断对结构非线性稳定性的影响。结果表明:施工阶段及运营阶段,该桥的整体非线性稳定系数均大于临界值2.0,结构的稳定性能满足要求;三大受力构件中,主梁的承载能力最强,桥塔次之,斜拉索的承载能力相对最弱;桥塔钢壳对提升结构整体稳定性能具有不可忽略的作用;与考虑斜拉索破断时相比,不考虑斜拉索破断时结构的非线性稳定系数显著提高。     

上海长江大桥斜拉桥索梁锚固区静力试验研究

上海长江大桥主桥为主跨730 m的公轨两用斜拉桥,钢箱梁采用锚箱式斜拉索锚固结构形式。采用1∶2缩尺静力模型试验和精细化有限元分析方法,研究该斜拉桥锚箱式索梁锚固区的应力分布、应力大小和索梁锚固结构的极限承载力。介绍模型设计和加载方法,讨论边界条件对局部试验模型的影响,采用非线性有限元法分析锚箱式索梁锚固区的极限承载力。     

不同跨度斜拉桥变形的几何非线性效应分析

以三座不同跨度斜拉桥为工程背景，按线性、只考虑斜拉索垂度的部分几何非线性和完全几何非线性三种模式计算了结构施工全过程的效应，主要分析了悬臂施工过程中起吊和拉索两个控制工况的几何非线性效应，结果表明：对于每座斜拉桥来说，施工过程中主梁的竖向变形以及非线性影响随着悬臂长度的增加而增大，在悬臂长度达到一定值后，非线性效应的趋势有所加强；对于不同跨度的斜拉桥来说，主梁竖向变形的非线性效应随着跨度的不断增大，非线性的效应逐渐增大，而且增大的趋势有所加剧；斜拉索垂度效应在斜拉桥几何非线性影响因素中起主导作用，随着悬臂长度的增大，所占的比重逐渐增大。     

波形钢腹板矮塔斜拉桥施工阶段稳定性分析

波形钢腹板矮塔斜拉桥以其新颖的结构形式、优良的受力特性、较好的材料利用效率,修建数量日益增多,因其多采用薄壁钢腹板和刚构薄壁高墩的结构形式,使得对该类桥型施工过程中稳定性问题的研究就显得尤为重要。研究方法:利用ANSYS有限元软件建立朝阳沟波形钢腹板矮塔斜拉桥空间块体+板壳组合单元精细计算模型,计算纯剪切荷载作用下钢腹板的失稳模态;选取施工关键阶段,计算悬臂施工状态的弹性稳定性;考虑材料非线性、几何非线性和混凝土材料的开裂和压碎特性,计算悬臂施工状态非线性稳定性。结果表明:波形钢腹板构造按弹性屈曲强度公式计算最小值为348.3 MPa(合成剪切屈曲),有限元方法计算的剪切屈曲最小值为517.9 MPa,均大于材料剪切屈服强度199 MPa,结构承载力按剪切屈服强度控制;矮塔斜拉桥拉索的弹性支撑作用,增强了波形钢腹板稳定性,施工中主要是主墩的平面内侧倾失稳,不会出现波形钢腹板的失稳情况;考虑材料非线性和几何非线性求得悬臂施工阶段的非线性稳定系数仅为弹性稳定系数的41%～34%,悬臂越长,非线性效应对稳定性的影响越突出;施工荷载对悬臂施工状态的稳定性影响很大,最不利工况下结构的非线性稳定系数为5.13,结构稳定性仍满足规范要求。     

单索面大挑臂钢箱梁斜拉桥整体稳定性能分析

文章以黑瞎子岛乌苏斜拉桥为工程背景,基于非线性理论和稳定分析理论,通过建立有限元模型,研究了在结构自重、二期恒载(桥铺、防撞护栏等)、斜拉索张拉力以及汽车荷载作用下桥梁的稳定性。结果表明:乌苏斜拉桥发生屈曲失稳破坏是以主塔横桥向失稳为最早发生的;第一类稳定分析的安全系数均大于按照第二类稳定分析结果,偏于保守和安全考虑前提下,实际应用中可将按照第一类稳定分析的安全系数作为上限值;该桥成桥运营阶段的稳定性良好,安全储备较大。     

斜拉桥悬臂施工过程非线性稳定性分析

悬臂施工过程中桥梁结构体系和荷载不断变化,桥梁结构在悬臂施工阶段的稳定性最为突出。通过对湖北沪蓉高速公路铁罗坪特大桥悬臂施工过程非线性稳定性进行分析,探讨斜拉桥悬臂施工过程中影响稳定性的几种因素,研究斜拉桥悬臂施工过程非线性稳定性的规律。     

柔梁密索体系矮塔斜拉桥静力分析

为了解柔梁密索体系矮塔斜拉桥结构静力特性,以主跨380 m的双索面柔梁密索体系混合梁矮塔斜拉桥——潮惠高速榕江大桥为背景,利用MIDAS Civil有限元软件建立柔梁密索体系矮塔斜拉桥和常规斜拉桥2种方案桥梁模型,对主梁内力和斜拉索索力进行对比分析。结果表明：柔梁密索体系矮塔斜拉桥的力学行为与常规斜拉桥基本相似,可通过调整斜拉索索力达到“梁平塔直”的合理成桥状态,主梁弯矩较小,但主梁轴力和斜拉索索力比常规斜拉桥大;正常使用阶段主梁活载内力较常规斜拉桥大,斜拉索活载应力幅值与常规斜拉桥相当,斜拉索的安全系数应按2.5进行控制;运营阶段柔梁密索体系矮塔斜拉桥主梁应力明显高于常规斜拉桥主梁应力,但均满足规范要求。     

刚性悬索加劲钢桁梁桥极限承载力参数分析

以我国首座刚性悬索加劲钢桁梁桥——东江大桥为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS,考虑双重非线性,对刚性悬索加劲钢桁梁桥的极限承载力进行了参数研究。研究参数包括几何初始缺陷、风荷载作用、钢材屈服强度、桥面板是否参与受力等,探讨了这些参数对刚性悬索加劲钢桁梁桥最大悬臂阶段和成桥阶段极限承载力的影响。     

基于统一理论的蝶形拱桥空间稳定性分析

为考察多拱肋蝶形拱桥结构稳定性的特点,基于考虑钢管套箍作用的统一理论对大跨度蝶形钢管混凝土拱桥的两类稳定性问题进行了分析。通过特征值计算得到了结构的第一类稳定安全系数;考虑结构的几何非线性和材料非线性,应用荷载增量法迭代求解,得到了结构的极限承载力和第二类稳定安全系数。以太原市南中环主桥为工程背景,对主桥各施工阶段及成桥阶段的空间稳定性进行了分析。结果表明:换算截面法和叠合单元法的稳定安全系数比统一理论法整体上略小,统一理论法在钢管混凝土拱桥稳定性计算中是可行的;蝶形拱桥的失稳形式以拱的面外扭转失稳为主;拱肋的初始缺陷、活载的分布形式和横向风荷载等对结构稳定性均有不同程度的影响;结构第二类稳定安全系数均小于第一类稳定安全系数。     

黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁斜拉桥施工监控

黄冈公铁两用长江大桥主桥为双塔双索面钢桁梁斜拉桥,为保证成桥状态满足设计要求,采用桥梁专用有限元分析软件3D-bridge建立全桥空间模型进行计算分析,运用无应力状态法,通过设定合龙与成桥两个目标状态进行施工监控.桥塔施工通过预抬支座垫石与斜拉索锚固点标高进行控制;采用相对坐标法,通过不间断施工测量过滤温度影响后调整杆件安装工序来控制钢桁梁悬臂架设线形;全桥斜拉索通过两次张拉到位,采用拨出量循环迭代法对初张拉索力精度进行有效控制;主桥中跨钢桁梁采用主动合龙,通过对合龙口转角、高程与纵横向位置的调整保证合龙精度;在道碴槽板施工完毕开始进行全桥二次调索.     

独塔钢桁梁单索面斜拉桥地震响应参数分析

为研究参数变化对独塔钢桁梁单索面斜拉桥地震响应的影响,以某独塔钢桁梁单索面斜拉桥作为研究背景,使用MIDAS/Civil建立多个不同结构参数的模型,通过非线性时程分析的方法分析了斜拉索刚度变化、钢桁梁刚度变化、结构体系变换对独塔钢桁梁单索面斜拉桥地震响应的影响。结果表明：斜拉索刚度和钢桁梁的刚度增大可以减小独塔钢桁梁单索面斜拉桥桥塔地震作用下的位移;斜拉索刚度变化独塔钢桁梁单索面斜拉桥地震作用下的内力影响较小,但钢桁梁刚度变化对桥梁地震作用下内力的影响机理较为复杂,需要进一步研究;漂浮体系在地震作用下的位移大于其他3种体系,但地震作用下的内力明显小于其余3种体系。     

贵黔高速鸭池河特大桥施工控制

贵黔高速鸭池河特大桥为主跨800m的钢桁-混凝土混合梁斜拉桥,边跨预应力混凝土梁采用挂篮悬臂浇筑施工,主跨钢桁梁采用缆索吊机整节段悬臂拼装。为指导施工,使成桥后的结构线形和内力满足设计要求,采用TDV RM软件建立全桥有限元模型,在施工过程中对桥塔、预应力混凝土梁、钢桁梁的线形和应力及斜拉索索力等进行监控。结果表明:施工过程中结构线形和应力的实测值与理论值均吻合较好,成桥后主梁线形平顺、索力均匀;桥塔线形误差控制在±4cm以内,边跨混凝土梁和中跨钢桁梁标高误差分别控制在±1.1cm、±5cm以内,斜拉索索力误差在±10%以内,均满足设计要求。     

粉房湾长江大桥施工关键技术

粉房湾长江大桥为跨度(216.5+464+216.5)m的双塔双索面钢桁梁斜拉桥,公轨两用,上层公路、下层轻轨.为免受地理位置、地质条件影响及保证公轨两用斜拉桥施工精度,桩基施工因地制宜地分别采用冲击钻、水钻法人工挖孔桩2种施工方法;承台开挖采用注浆止水帷幕施工工艺;桥塔施工采用液压爬模技术,施工过程中对桥塔施加预顶力,横梁施工采用装配式钢管支架,先施工桥塔后施工横梁;钢桁梁架设采用南北岸不对称方式,斜拉索挂设张拉后完成体系转换.目前该桥桥塔已施工完成,桥塔偏位为6 mm,钢桁梁架设及斜拉索挂设已接近尾声,钢桁梁线形偏差始终在2 cm以内,均满足设计要求.     

火致拉索破断斜拉桥安全分析

通过试验确定拉索着火后的温度场变化,建立了一座斜拉桥模型,采用单根或多根钢绞线逐渐破断的方式进行结构非线性动力分析,研究拉索着火破断后的结构安全性。引入动力放大系数(DAF)和需求能力比(DCR)分析主梁、主塔以及拉索的动力响应,研究了不同断索路径下的桥梁极限承载情况,计算了相邻拉索不同着火时间破断时桥梁结构动力响应,得出外索着火破断比内索着火破断更危险,整根拉索一次破断的模式不适合模拟斜拉桥拉索着火破断的情形。     

非对称独塔斜拉桥稳定性分析

非对称独塔斜拉桥结构新颖,质量轻,主梁轴力大,稳定性问题较为明显,且其稳定性能规律不同于普通斜拉桥,因此,对非对称独塔斜拉桥的稳定性研究很有必要。以珲春大桥为主要研究背景,采用Midas/Civil有限元分析软件建立了珲春大桥空间有限元模型,对其成桥状态下线性稳定性及非线性稳定性进行分析,同时分析了结构设计参数对非对称独塔斜拉桥稳定性的影响。分析结果表明,活载对结构成桥状态第一类稳定性影响较大,斜拉索垂度效应对结构稳定性影响较小,可以忽略。斜拉索索力、恒载、斜拉索面积和主塔刚度等设计参数的变化对结构的稳定性均有不同程度的影响,在设计中需要分别考虑。     

大跨度地锚式斜拉桥换索施工技术

郧县汉江大桥为(86+414+86)m地锚式预应力混凝土斜拉桥,每塔两侧各布置2×25根斜拉索。检测发现:斜拉索索力和设计理论状态误差较大,PE护套损伤,钢丝锈蚀严重,斜拉索系统属于四类部件。为确保桥梁结构的长期安全,结合该桥斜拉索体系病害情况,运用等强度换算原理,设计新斜拉索[采用镀锌平行钢丝、PES(HD)低应力全防腐索体、全防水结构等多项技术],替换全桥旧斜拉索。斜拉索更换顺序为病害斜拉索优先,单塔对称、双塔反对称,由长索到短索的原则进行更换。有限元结果表明,在整个换索过程中,斜拉索、主梁和桥塔结构变形、应力和强度验算均能满足规范要求。换索施工工序为旧索放张→旧索拆除→新索安装与张拉→索力调整。通过优化施工工艺,长索单塔换完后,2个点4根索同时更换,将换索工期降低到120d,极大地缩短了施工工期。     

确定钢桁梁斜拉桥合理施工阶段索力的索长迭代法

为解决斜拉索无应力长度缺失带来的施工控制精度问题,实现大跨度钢桁梁斜拉桥施工控制的精细化、高效化,丰富合理施工阶段索力的计算方法,基于斜拉索的无应力长度表达式,根据张拉前的结构实际状态与斜拉索目标无应力长度,提出了求解钢桁梁斜拉桥合理施工阶段索力的索长迭代法,给出了迭代计算流程。基于北盘江大桥设计施工流程,分别采用正装迭代法和索长迭代法进行了正装分析。结果表明:在设计施工流程的计算中,当目标成桥状态及杆件无应力构形相同时,索长迭代与正装迭代得出的二张力基本相同,其最大差值仅为该索索力的0.14%,且两者得到的成桥状态十分接近,均能达到预定的目标成桥状态,其中索长迭代得到的标高、索力与目标状态的最大差值分别为3mm、8.9kN,验证了索长迭代法的可行性。     

结合梁斜拉桥悬臂施工阶段剪力滞效应分析

为研究结合梁斜拉桥在悬臂施工阶段剪力滞效应的分布规律,以厦漳跨海大桥南汊主桥为背景,在实桥中布设4个测试截面,并采用ANSYS软件建立主梁有限元分析模型,对施工阶段结合梁的剪力滞效应进行现场测试和数值分析.分析结果表明:结合梁斜拉桥主梁在斜拉索轴向荷载和竖向荷载产生的弯矩共同作用下,存在较为显著的负剪力滞效应;在整个悬臂施工阶段,各截面有效宽度系数为0.85～0.95.根据分析结果,建议在对悬臂施工阶段进行应力验算时,混凝土板的应力应按初等梁理论计算的结果提高15％考虑;设计过程中可以忽略小纵梁对桥面结构剪力滞效应的影响,计算结果偏于安全.