自锚式悬索桥吊索张拉方案全桥模型试验研究

为探索自锚式悬索桥吊索张拉方案选择问题,以北京密云云蒙大桥为背景,进行了1/20全桥缩尺模型试验,通过对4种不同张拉方案下实测数据的整理分析,研究了一次张拉与两次张拉程序下结构内力与位移的响应。通过对比不同张拉方案下吊索索力、主梁线形以及主塔偏移情况,分析了两次张拉较一次张拉的优势,并找出了合理的张拉方案,同时验证了无应力状态控制法应用在悬索桥施工中的合理性,为同类桥型的设计与施工提供了依据。

佛山平胜大桥全桥模型试验研究

广东佛山平胜大桥是世界首座独塔、单跨悬吊钢混结合梁的自锚式悬索桥,跨度达350m。本文利用全桥模型研究这种新型结构的体系转换过程和结构在荷载作用下的响应,重点介绍了该桥全桥静动力试验模型的结构设计及关键技术、试验过程和试验研究结果。自锚式悬索桥的试验模型在满足相似条件方面需要考虑加劲梁压缩变形的影响;在结构体系转换过程中,虽然主缆等的变形是几何非线性的,但由于结构的成桥内力状态与吊索张拉顺序无关,因此各种体系转换过程都能实现要求的线形。无应力长度控制法是确定自锚式悬索桥体系转换过程中的张拉力和结构状态较好的方法;在活载作用下,自锚式悬索桥的受力特性表现为线性的,自锚式悬索桥与地锚式悬索桥力学特性上既有一些相同的地方,又有较大的差异。

空间缆索自锚式悬索桥体系转换过程中受力行为的全桥模型试验研究

依据广州猎德大桥1/10比例全桥模型试验的实测数据,系统深入地研究空间缆索自锚式悬索桥体系转换过程中的非线性受力行为,揭示利用叠加原理、按照线性化计算二期恒载及活载效应的合理性,分析主缆变形、吊索索力在体系转换过程中的演变规律,阐明主缆变形、吊索索力变化规律与体系转换状态的相关性,指出吊索索力、主缆位移的弱相干性特征仅适用于加劲梁完全脱架、转换为自平衡体系后的结构状态,得出空间缆索索夹横向扭转角的量值特征与分布规律,指出此扭转角可通过预设偏角予以抵消,提出自锚式悬索桥宜按两阶段进行施工控制,探讨各阶段的施工控制目标与控制目标,为同类桥梁的设计及施工控制提供借鉴。

杭州江东大桥静力特性全桥模型试验研究

杭州江东大桥是一座独柱桥塔、空间缆索、分离式钢箱、单跨悬吊、主梁宽达47m的自锚式悬索桥。按照几何缩尺比1∶16、力缩尺比1∶4的相似比设计了全桥试验模型,利用试验模型研究了结构成桥后的静力力学特性。试验测试了结构的影响线,并根据影响线确定最不利弯矩的加载区间,全面研究了结构在多种工况下的结构行为。试验与理论研究表明,成桥后结构的受力行为基本是线弹性的,可以用线弹性理论进行分析;薄壁、宽箱梁存在明显的剪力滞效应,箱梁截面的应力分布和变形受剪力滞影响较大,主缆和吊索内力受箱梁剪力滞的影响较小。

自锚式悬索桥全桥模型试验结构设计与理论分析

桃花峪黄河大桥是世界上跨度最大的自锚式悬索桥,主跨为406 m。利用全桥模型试验的有限元仿真分析研究其体系转换过程,重点介绍了该桥的试验模型在结构设计、体系转换过程及有限元仿真分析方面的一些有益结果。自锚式悬索桥在计算其加劲梁无应力长度时,需要计入加劲梁的压缩变形值;在体系转换过程中,当各构件的无应力参数唯一确定后,结构的成桥状态与吊索张拉顺序无关,因此各种体系转换过程都能实现目标状态;采用无应力长度控制法计算吊索张拉力简单易行,可适用于设计和优化吊索的张拉过程。

平行双幅斜拉桥涡振特性气弹模型试验研究

以天津塘沽海河大桥为工程背景,通过全桥气弹模型试验对平行双幅斜拉桥的涡振特性进行了研究。首先,基于一阶涡振的试验结果,推导出高阶涡振最大振幅的估算公式;然后,通过对比高阶涡振的估算结果与全桥气弹模型试验结果,给出了估算公式的计算精度并分析了产生偏差的可能原因;最后,通过全桥气弹模型试验研究了多孔板对涡振的减振效果,并利用CFD手段从流场的角度定性地解释了多孔板减振原理。研究结果表明:全桥气弹模型试验可以直接成功模拟出高阶涡振现象,并且各阶涡振的斯托罗哈数保持一致;基于一阶涡振试验结果估算高阶涡振可能会使风速锁定区间变长,并且最大振幅估算值与全桥模型试验值有一定偏差;多孔板具有较好的涡振减振效果,而这与多孔板的透风率大小和安装位置直接有关。

空间索面自锚式悬索桥主缆横向位移及索夹横向偏转角的试验研究

广州猎德大桥主桥是一座独塔、双跨、空间索面的自锚式悬索桥,跨度达480 m。为研究该桥的空间主缆在吊索张拉过程中及二期恒载作用下,主缆横向位移和索夹横向偏转角度的变化规律,进行了1∶10大比例的全桥模型试验,通过试验数据及空间有限元模型分析,得出一些有益于原型桥梁的施工及设计的结论。

自锚式悬索桥施工过程中索力变化规律的试验研究

以北京密云云蒙大桥为依托,进行了1/20全桥缩尺模型试验。通过对两套不同张拉方案下得到的试验数据进行对比分析,揭示了自锚式悬索桥在两轮张拉程序下吊索索力的变化规律,指出吊索索力的相干性与体系转换状态有关,研究了索鞍顶推过程对吊索索力的影响,指出索鞍顶推将导致主缆被绷紧的一侧吊索力全面上升,主缆被放松的一侧吊索力全面下降,阐述了无应力状态法的基本理论,并通过分析成桥索力的实现情况,验证了在自锚式悬索桥施工过程中应用无应力状态法进行施工控制的合理性。

自锚式悬索桥吊索张拉过程中索力变化规律的试验研究

基于广州猎德大桥全桥缩比模型试验,采用两种不同的张拉程序,对自锚式悬索桥在吊索张拉过程中吊索索力的分布及变化规律进行了研究,通过对实测数据的分析,得到一些有价值的结论,为同类桥梁的设计和施工控制提供了依据。

空间主缆扭转特性与扭转效应试验研究

空间主缆自锚式悬索桥由空缆状态转换为成桥状态的过程中,两鞍座间主缆将产生一定的扭转。以杭州江东大桥为研究背景,在综合考虑经济性、模型材料、制作工艺以及实验室条件等的基础上,确定了试验模型的几何缩尺比为1∶15。设计了吊索张拉锚固系统、缆索位形测量装置;提出了主缆截面方位线的概念,并基于新型缆索位形测试装置的测量值,建立了主缆截面扭转角计算方法。进行了吊索索夹不同预偏角、不同吊杆张拉力的模型试验,研究了主缆截面的扭转特性与扭转效应的规律。试验研究表明:吊索索夹横向预偏角度对该索夹处主缆截面扭转角起决定性影响,对相邻吊索索夹主缆截面扭转角的影响几乎可以忽略,相邻吊索索夹之间的扭转角几乎成线形变化;吊索力较小时,主缆扭转角接近终值,主缆抗扭刚度较低;索鞍附近主缆扭转规律较复杂,有待进一步研究。

三塔斜拉-自锚式悬索组合体系桥成桥阶段活载模型试验研究

为研究三塔斜拉-自锚式悬索组合体系桥在成桥阶段活荷载作用下的结构受力性能,依据相似理论,制作了1∶20的全桥缩尺模型。利用模型试验研究了该体系桥在对称与非对称荷载作用下的结构力学特性,对加劲梁、吊杆、拉索、主塔与副塔的力学行为进行了分析。结果表明:在成桥阶段活载作用下,模型桥对称性较好、刚度较大、抗弯扭性能较好;模型桥能较准确地反映实桥的受力特性,所测得的试验数据,已成功用于指导实桥设计;理论计算值和实桥换算值与试验实测值吻合较好;模型桥及实桥均满足规范要求,该体系桥梁在使用阶段安全可靠。

大跨径自锚式悬索桥几何非线性行为分析

针对大跨径自锚式悬索桥的几何非线性问题,基于非线性分析的基本原理,采用了分次加载分析自锚式悬索桥几何非线性特征的方法,在借助全桥模型试验的基础上,研究了大跨径自锚式悬索桥在施工阶段和成桥阶段主缆位移的几何非线性行为,揭示了主缆位移的几何非线性特征以及结构体系转换对主缆位移几何非线性的影响规律。结果表明:施工阶段主缆位移的几何非线性行为变化显著,主要经历了线性化特征显著、非线性特征逐渐增强、非线性特征逐渐弱化的三个阶段,且已张拉吊索对应索夹点位置和未张拉吊索对应索夹点位置的几何非线性行为变化规律不相同,其中主缆位移影响线零点具有比其它主缆位置更为明显的几何非线性特征;成桥阶段主缆位移线性化特征显著,荷载效应符合叠加原理。

大跨径自锚式悬索桥吊索索力相邻影响分析

针对大跨径自锚式悬索桥吊索索力的相邻影响问题,采用模型试验与理论分析相结合的方法,研究吊索索力"相邻影响原理"所适用的结构状态,说明部分吊索未出现相邻吊索张拉使其索力骤减的原因,分析结构体系转换对相邻吊索及其他吊索索力的影响规律,揭示吊索张拉对相邻吊索索力的削减程度与吊索成桥索力来源之间的相互关系。结果表明:吊索索力"相邻影响原理"仅适用于结构体系转换完成后的结构状态;自锚式悬索桥采用对称张拉或单侧张拉两种不同方案时,张拉对相邻吊索索力的削减机理及削减程度不同;在施工中,吊索张拉对其他吊索索力的影响范围与吊索初张力、主缆重力刚度等因素相关,吊索张拉对非相邻吊索索力的影响程度均基本相同;相邻吊索索力、其他吊索索力受结构体系转换进程的影响,会出现不同的变化规律;前期张拉的大部分吊索的成桥索力主要来源于除相邻吊索外其他吊索张拉产生的累计增长效应;后期张拉的小部分吊索的成桥索力主要来源于因吊索张拉获得的索力。

大跨径自锚式悬索桥主缆位移特性分析

针对大跨径自锚式悬索桥的主缆位移特性问题,采用理论计算分析与全桥模型试验相结合的方法,研究大跨径自锚式悬索桥主梁脱架前后主缆位移的相干性,分析施工阶段和成桥阶段主缆位移的几何非线性特征,揭示结构体系转换对主缆位移的影响。结果表明:主缆位移的弱相干性仅适用于主梁完全脱架前;在施工阶段,主缆位移的几何非线性行为主要经历线性特征显著、非线性特征增强、非线性特征弱化、线性化趋势明显的四个阶段;影响线零点表现出比其他主缆位置更为明显的几何非线性特征,且随着工况增加,不断向张拉点靠近并最终与其相邻;结构体系转换对主缆位移几何非线性特征的影响强烈;主缆的垂跨比对主缆位移几何非线性特征强弱的影响是不容忽视的;在成桥阶段,在结构恒载作用下,主缆位移线性化趋势更加明显。

超大跨自锚式悬索桥主梁配重研究

以超大跨自锚式悬索桥——武西高速公路桃花峪黄河大桥全桥模型试验为依托,对试验模型进行精细化设计,分析了自锚式悬索桥交界墩及塔梁结合处支座上拔力产生的机理及实现配重的主要方式,对主动式配重方案的影响因素进行了试验及分析研究,得出不同施工过程及吊杆张拉顺序对配重大小及时机选择的影响。

自锚式悬索桥体系转换过程非线性行为与施工控制方法的试验研究

依据广州猎德大桥1/10比例的全桥模型试验,针对自锚式悬索桥体系转换过程中的非线性行为作了相关的试验研究,揭示了体系转换过程中吊索索力、主缆变形演变规律的内涵与外延,阐明了体系转换过程中的施工控制目标,指出了自锚式悬索桥两阶段施工控制方法,分析了施工误差的影响规律,提出了误差控制与调整方法,得出了同类桥梁的设计及施工控制可借鉴的结论。

悬索桥钢丝绳空间主缆扭转性能试验

针对空间主缆自锚式悬索桥体系转换过程中主缆易产生扭转、错位、鼓丝等问题,以杭州江东大桥为研究背景,采用钢丝绳主缆替换平行钢丝主缆,进行几何缩尺比为1∶15的模型试验,设计二合一多功能索夹、吊索张拉锚固系统、主缆锚固装置、吊杆力测试装置、缆索位形测量装置等,进行不同形式索夹、不同吊索索夹预偏角、不同吊杆张拉力的模型试验,研究了钢丝绳空间主缆截面的扭转性能。研究结果表明:设计的二合一多功能索夹与张拉锚固系统能方便地实现不同形式索夹、不同吊索索夹预偏角、不同吊杆张拉力的模型试验;给索夹设置准确的初始预偏角可有效减小体系转换过程中主缆的扭转角;当吊杆横桥向倾角相同时,所有索夹固定为0°且均可自由转动情况下,主缆各测点的扭转角相差很小,绕主缆自由转动形式的索夹对主缆扭转角改善并不明显;当索夹均未设置初始横向预偏角时,随吊杆横向桥倾角的增大,主缆扭转角逐渐增大。与平行钢丝主缆相比,钢丝绳主缆在吊杆张拉过程中产生的扭转角更小,在空间悬索桥中扭转性能更好,适用性更强;主缆产生横向变形过程中也会发生扭转,这与弯桥的弯扭耦合类似,吊索力偏心仅引起局部扭矩,由主缆整体横向变形导致的扭转角有待进一步研究。

超千米级斜拉桥抗风稳定性风洞试验

为研究主跨1 400m斜拉桥在80m·s-1检验风速下的抗风性能,在风洞中进行了法向风和斜风下的节段模型试验,确定了气动控制措施与改良后主梁断面,并进行了全桥气弹模型试验,验证了控制措施的有效性,获取了全桥风致振动响应数据。研究结果表明:采取适当的颤振控制措施,在抗风稳定性方面,该1 400m跨径斜拉桥方案具有可行性;随跨度增大,静力与颤振失稳竞争更为激烈;斜风效应对静力、颤振失稳临界风速及涡振振幅均有影响;静力稳定性重新成为超千米级斜拉桥抗风性能的控制因素。

怒江特大桥抗风性能研究

勐糯怒江特大桥为主跨800m大跨悬索桥,具有结构柔、对风荷载敏感等特点,且大桥跨越怒江深切峡谷,导致桥址处风环境复杂、设计风速较高,非常有必要进行抗风性能研究。因此,对桥位环境风速进行实测,结合数值模拟分析和地形模型试验成果,研究桥址峡谷风效应,确定风特性参数,作为大桥风致振动研究的基础;结合数值模拟分析、节段模型试验和全桥气弹模型试验多种方法相互验证,确保大桥在设计风速下不发生颤振、驰振及明显的涡振现象,大桥抗风性能满足规范要求。

超大跨自锚式悬索桥吊索索力变化规律分析

结合桃花峪黄河大桥主桥1/30比例的全桥模型试验,建立试验桥梁有限元模型和实际桥梁有限元模型,并针对超大跨自锚式悬索桥在施工中关键吊索的索力变化规律进行了相关研究,阐明了边跨吊索和中跨吊索的索力变化特征,揭示了成桥吊索索力的主要来源,说明了结构体系转换对吊索索力变化的影响,验证了全桥模型试验的准确性和合理性,以便为今后国内外同类桥梁的设计和施工提供可借鉴的结论。