桥梁刚度变化对高速铁路独塔斜拉桥车⁃桥耦合振动的影响分析

以高速铁路独塔斜拉桥为研究对象,建立车-轨-桥耦合系统的空间多体动力学分析模型,开展高速铁路斜拉桥的车-轨-桥耦合振动的仿真分析。通过改变材料弹性模量的方式调整桥塔和主梁刚度,研究桥梁刚度变化对桥梁车-桥-耦合振动的影响规律。研究结果表明,随着桥塔刚度的增大,主梁跨中竖向和塔顶纵向位移响应逐渐减小,其峰值减幅分别为7.57%和10%;随着主梁刚度的减小,主梁跨中竖向位移和塔顶纵向位移峰值呈逐渐递增趋势,主梁刚度变化对车体竖向加速度和Sperling竖向舒适度指标影响相对较大;相比于桥塔刚度的变化,主梁刚度变化对车-桥振动响应的影响更大;整体上,列车运行的安全性和平稳性指标满足规范要求。

非对称独塔斜拉桥索塔锚固区受力机制研究

为研究索塔锚固区的受力机制,以浙江湖州风荷桥非对称独塔式双层钢桁架斜拉桥为背景,基于位移相等理论推导斜拉索水平分力在钢锚梁和混凝土塔柱之间传递比例的计算公式;结合全桥模型分析结果,对索塔锚固区受力最不利节段采用ABAQUS建立有限元模型,分析斜拉索水平分力在钢锚梁和混凝土塔柱之间传递的比例,并对锚固区施加设计荷载,模拟各工况下混凝土塔柱的受拉情况。结果表明,采用位移相等理论推导的水平分力在钢锚梁及塔柱中传递比例计算公式的计算结果与有限元模型模拟结果的误差在1%以内;钢锚箱、钢牛腿的焊接处会产生较大焊接应力,锚垫板及钢锚箱是整体受力较大的构件;跨径较小的斜拉桥混凝土塔柱内不设置环向预应力可满足运营阶段的要求。

跨铁路独塔斜拉桥索塔平转施工技术与监测研究

某跨铁路独塔斜拉桥索塔高85 m,左右塔柱内倾81.22°,采用翻模+平面转体法施工,逆时针转体93°,转体质量约18 500 t。因此,针对该桥塔因转体质量大、重心高所带来的水平转体施工安全问题,开展了独塔斜拉桥索塔平转施工技术分析、实桥跟踪测试,得到了称重、配重、姿态监测与调整等技术要点。得出的主要结论包括:沿桥塔下横梁与0号梁段上对称平衡配重50 t,可降低桥塔重心;平转过程受不平衡力矩和偏心距的影响较为敏感,桥塔称重与配重误差需严格控制;索塔姿态调整前移出配重,并通过临时支墩锁定索塔姿态;转体前、后垂直度应尽量保持一致。

基于混合算法的独塔斜拉桥索力优化分析

为了使斜拉桥索力优化过程更简洁,提出一种基于混合算法的独塔斜拉桥索力优化思路。基于桥梁有限元模拟结果,选取主梁位移差、桥塔偏位等成桥状态参数作为优化目标,成桥索力作为控制变量,通过响应面法将选定的优化目标和成桥索力的隐式函数关系显示化,通过粒子群算法对目标的最优解进行识别,获得优化后的独塔斜拉桥索力值。依托北方某独塔斜拉桥进行工程应用,结果表明,经过索力优化后,大幅度提升了成桥索力及主梁弯矩的均匀性,主梁整体线形更为理想,算法有效性得到了验证。

四肢异形独塔斜拉桥桥塔设计

邓州市穰城跨湍河大桥为主跨90m+90m的空间框架式独塔钢-混凝土组合梁斜拉桥,主塔采用四肢异形空间框架式独塔,桥塔设计总高75.5m,四根塔柱倾斜角度较大,且上塔柱为空间曲线结构,塔柱受弯、剪、扭效应明显。结合MIDAS Civil对桥塔进行静、动力分析。索塔上采用多种形式的横梁,针对不同位置的横梁选择相对最优的衔接位置、锚固方式来优化设计。总结四肢异形独塔斜拉桥在桥塔设计中遇到的重难点,为类似桥塔设计提供参考。

独塔斜拉桥边跨压重施工方案优化研究

在独塔斜拉桥施工过程中,辅助墩出现负支反力会导致结构受力状态变化,使辅助墩支座受力不均或脱空,进而损害支座。文章以降低压重混凝土用量和避免辅助墩出现负支反力为优化目标,提出压重施加工序不变且支架分批拆除和压重分批施加且支架分批拆除两种施工改进方案。通过对比分析不同方案下的辅助墩支反力、施工过程中主梁应力、钢管支架立柱最大应力和成桥状态,确定合理的辅助墩施工方案。

空间双索面独塔斜拉桥动载试验研究

文章以滁州市某空间双索面独塔斜拉桥建设项目为例,借助桥梁结构在外部动力荷载作用下的动力物理特性,详细分析安全特性,结合有限元软件进行建模计算,判断结构在动力荷载作用下的响应特征。结果表明,该桥梁实测数据的自振频率大于理论计算值,结构在动力荷载作用下的竖向刚度满足要求;该桥梁实测数据的冲击系数满足具体规范要求,可为今后桥梁的运营和维护提供数据和相关信息支持。

双层钢桁梁独塔斜拉桥荷载试验

为了准确评价双层钢桁梁独塔斜拉桥成桥时的工作性能和承载能力,以联石湾大桥为对象,建立有限元模型,并对桥梁结构进行静、动载试验测试,测试内容包括主桁挠度、截面应变、主塔纵桥向水平位移、斜拉索索力增量以及结构模态、冲击系数等参数,旨在评估该桥的结构状态。同时,将试验结果与理论分析结果进行了对比,表明:联石湾特大桥各控制截面的应变、挠度及位移均满足技术规范的要求,且该桥各阶振型实测频率均大于理论频率,结构整体刚度符合设计要求;大桥受力状态良好,整体处于弹性工作状态,满足设计荷载正常使用的要求。

不同无索区长度下独塔斜拉桥静力性能的有限元分析

无索区长度对桥梁受力性能的影响显著,适宜的无索区长度能够优化桥梁整体结构的受力,因此长度的选取在桥梁设计中尤为重要。本文以湘西某跨径为(196+101+62)m的独塔斜拉桥为工程背景,利用有限元分析软件Midas civil建立分析模型,对塔根处和梁端处的无索区长度进行单因素分析。结果表明:塔根处及梁端处无索区长度的变化对主跨主梁挠度,边跨主梁挠度等影响显著,而对斜拉索最大拉力的影响较小。本文成果可为斜拉桥总体设计提供一定的借鉴与参考。

独塔斜拉桥结构变形监测数据异常检测研究

常规的异常数据检测方法存在一定的误报、检测精度较低的问题,为此,文章针对独塔斜拉桥结构变形监测数据,设计了一种新的异常检测方法。根据桥梁结构变形参量与时间的相关性,对传感器数据进行时间序列处理。将传感器采集的单通道数据经由格拉姆差分角场转换编码为二维数据图像,并提取、标注图像中数值与时间序列之间离群、漂移等异常形态特征。搭建以3层卷积层、softmax分类器为核心的卷积神经网络检测架构,通过卷积、池化和分类匹配实现了对异常数据的准确检测。实验发现,相比于常规方法,新方法的误报率明显下降,检测效果更佳。

独塔斜拉桥钢混结合段主梁支架施工关键技术研究

为探究独塔斜拉桥钢混结合段主梁支架法施工过程中支架施工安全性和受力性能,首先结合某独塔斜拉桥工程概况,论述了钢混结合梁基本情况,并对结合段支架施工关键方法和施工支架进行了论述,其次研究了钢混结合段施工支架可能承受的荷载情况及对应荷载值,最后基于有限元模型探究了施工荷载组合下钢混结合段支架的受力性能。研究表明:独塔斜拉桥钢混结合段采用支架现浇施工时,要在总体设计方案中明确具体施工工艺流程和支架基本参数;设计的钢混结合段支架在最不利荷载组合下的最大组合应力值为128MPa,管立柱稳定应力为141MPa,贝雷梁各杆件轴力最大值为361kN,均未超过容许值。

基于粒子群优化算法的独塔斜拉桥成桥索力优化

为使独塔斜拉桥受力合理均匀,满足合理成桥状态,采用粒子群优化算法联合有限元软件ANSYS进行独塔斜拉桥成桥索力优化。利用MATLAB平台作为主控程序,调用ANSYS软件建立空间有限元模型进行结构分析,根据计算结果构建目标函数,并通过罚函数法将其转化为适用于粒子群优化算法(PSO)的无约束优化问题,利用PSO算法寻找无约束目标函数的全局最优适应度值,以求解独塔斜拉桥最优成桥索力值。结果表明,优化后主梁竖向位移和弯矩明显减小,主梁线形更加合理,主梁弯矩图更加平顺,索力分布更加均匀。

独塔斜拉桥参数敏感性分析

为了对独塔斜拉桥的施工进行监控,通过比较各设计参数在成桥时对主梁挠度、拉索索力和主梁应力的影响,分析了独塔斜拉桥各设计参数的敏感性。得出独塔斜拉桥主要设计参数有:主梁容重值、主梁超方量、拉索索力值;而主梁弹性模量和拉索弹性模量对成桥状态影响不大。通过修正独塔斜拉桥的主要设计参数,同时忽略次要设计参数的影响,对湖北省仙桃汉江大桥的施工进行控制。成桥测试结果表明:拉索索力状况良好,相对误差在5%以内;主梁、主塔应力状况良好。

减隔震混合装置在独塔斜拉桥抗震设计中的应用

为验证减隔震混合装置(2种或多种减隔震装置的组合)对独塔斜拉桥的减隔震效果,以徐尹路潮白河大桥主桥为背景进行研究。将铅芯橡胶支座与液体粘滞阻尼器共同应用于该桥过渡墩的横桥向抗震设计,采用MIDAS Civil 2012分析减隔震混合装置对独塔斜拉桥抗震性能的影响,并通过对液体粘滞阻尼器进行参数分析,得到适用于该桥的减隔震装置参数。结果表明:减隔震混合装置可以用于解决独塔斜拉桥的横桥向抗震问题。相对于常规设计,减隔震混合装置可以避免盆式支座在横桥向发生剪切破坏,也可以有效降低过渡墩的受力;相对于单独采用铅芯橡胶支座的抗震设计,减隔震混合装置可以改善横桥向位移响应及桥塔的受力,但会略微增大过渡墩的受力。

强震作用下独塔斜拉桥模型的非线性动力响应分析

建立了基于隐式积分和显式积分的2种有限元模型,对独塔斜拉桥振动台试验中得到的地震响应特性及其破坏模式进行了模拟.然后,利用基于隐式积分的有限元模型,分析了行波效应和索塔梁耦合振动对独塔斜拉桥地震响应特性的影响.结果表明:基于隐式积分的有限元模型可以有效地模拟斜拉桥发生破坏前的地震响应特性,而基于显式积分的有限元模型则可用于模拟独塔斜拉桥在地震作用下发生破坏的全过程;由于输入地震波频谱效应以及视波速各异,行波效应对独塔斜拉桥地震响应特性的影响各不相同;在强震作用下,模型会发生索塔梁耦合振动,导致主塔的纵桥向位移响应明显增加.

基于动力的预应力混凝土独塔斜拉桥承载力评估

结合桥梁现场环境振动试验和有限元模型修正,本文提出了一套基于动力的大型桥梁承载力评估方法,并应用该方法对一座预应力混凝土斜拉桥的承载力以及发生可能损伤后的承载力进行了分析评估。结果表明:该斜拉桥在当前状态下能够满足设计要求,不需要进行调索,但拉索面积折减与超载对桥梁承载力具有较大的影响。此类评估对于桥梁养护与维修、长期健康监测具有重要的意义。

独塔斜拉桥抗震分析及其合理约束体系研究

以石河子独塔斜拉桥为工程背景,建立有限元抗震模型,采用反应谱法及非线性动力时程分析方法对该桥进行抗震分析,并将二者的结果进行对比。采用三角级数人工合成法生成人工地震波,计算结果与反应谱法基本接近。为研究纵向约束体系对独塔斜拉桥抗震性能的影响,分别对于刚构体系、漂浮体系、竖向支承体系、竖向支承加弹性索体系和竖向支承加黏滞阻尼器(FVD)体系等不同纵向约束体系独塔斜拉桥在罕遇地震作用下进行抗震计算。研究结果表明:当采用活动支座作为竖向支承时,支座摩阻力对结构的抗震性能有较大的提升,计算时应考虑其影响;竖向支承加FVD体系是相对最优的纵向抗震约束体系。

独塔斜拉桥模型地震模拟振动台台阵试验

为了研究独塔斜拉桥在强震作用下的地震响应特性,设计制作缩尺比例为1∶30的半漂浮体系独塔斜拉桥结构模型,进行不同地震动作用下多点激励的地震模拟振动台试验.研究结果表明:支座破坏是半漂浮体系独塔斜拉桥缩尺模型在强震作用下的一种主要破坏模式;与只考虑单向水平地震波的情况相比,考虑双向水平地震波同时作用对半漂浮体系独塔斜拉桥的加速度响应影响显著,而对动位移响应的影响较小;在双向水平地震波作用下,主梁跨中会发生不可忽略的竖向加速度响应,卓越周期较长的地震波对半漂浮体系独塔结合梁斜拉桥缩尺模型更具破坏性,强震下斜拉索要承受远大于初始索力的瞬时索力.

杭州湾南航道独塔斜拉桥抗风性能试验研究

杭州湾大桥为目前世界最长的跨海公路大桥,主桥包括南航道和北航道两座大跨度桥梁,抗风稳定性是控制主桥设计和施工的主要因素。采用单梁法力学计算模型对杭州湾南航道独塔斜拉桥成桥状态及施工状态进行动力特性分析,并通过节段模型风洞试验方法进行了测振试验和静三分力试验,即可测定颤振临界风速、气动导数、涡激振动响应、抖振响应和静力三分力系数,据此分析评估该桥的抗风性能。风洞试验结果表明:该桥具有较好的抗风稳定性。

转体施工钢箱梁独塔斜拉桥设计

龙岩大桥为(190+150)m不对称孔跨钢箱梁独塔斜拉桥;主梁为全宽36.3m的扁平流线型钢箱梁,桥塔为宝石形混凝土结构。采用半飘浮体系,桥塔与主梁间纵向约束采用水平拉索和阻尼器相结合形式,斜拉索和塔梁间纵向拉索均采用抗拉标准强度1 670 MPa镀锌平行钢丝拉索。平面转体施工实现跨越既有铁路,转体球铰设置在承台顶面,转体主梁悬臂长173.75m,转体主梁总长323.45m,最大转体总重量为25 510t,转体主梁通过"多点步履式顶推技术"顶推就位。该桥采用的桥式结构和施工方案最大程度避免了桥梁施工对铁路和城市道路的行车影响。