爆炸作用下超宽自锚式悬索桥动力响应研究

为研究超宽混凝土自锚式悬索桥在爆炸荷载作用下动力响应和毁伤特征,以某超宽混凝土自锚式悬索桥为工程背景,采用数值模拟文法,分析桥面近距爆炸作用下超宽箱梁顶面破口形态、底板竖向位移等动力响应。首先,利用Solidworks软件和Hypermesh软件建立整体桥梁的精细化有限元模型;其次,采用Ansys/LS-DYNA软件和*LOAD_BLAST_ENHANCED(LBE)方法施加爆炸荷载,并结合文献中混凝土构件爆炸试验结果验证计算方法的可靠性;最后,参数化分析不同炸药当量和沿横纵桥向不同爆炸位置工况下桥梁的动力响应。结果表明:当TNT当量为300 kg时,爆心正下方混凝土单元应力达极限值发生失效,形成椭圆形贯穿破口。随着TNT药量的增大,爆心正下方底板中心处的竖向位移峰值不断增大,1 000 kg药量工况下爆炸50 ms后竖向位移达135.9 mm。随着至爆心的距离增大,底板竖向位移减小,且竖向位移的增大速度减缓。吊杆内力变化与相连的箱梁底板竖向位移具有相关性,箱梁底板竖向位移越大,吊杆内力变化达到第一峰的峰值越高。相同爆炸当量工况下,爆心处于横、纵桥向不同位置时,超宽箱梁动力响应和破口形态的区别主要由横隔梁、腹板的支撑和约束作用不同引起。研究结果可为混凝土自锚式悬索桥的抗爆防护与加固提供重要依据。

椭圆塔空间缆自锚式悬索桥主索鞍系统设计研究

在建万龙大桥工程主桥为世界首座采用椭圆钢桥塔的空间主缆自锚式悬索桥。该桥鞍座采用铸焊结合的自适应式空间缆索主索鞍,鞍座存在以下技术难点:空间主缆主索鞍受力复杂;椭圆塔纵向刚度大,主索鞍的抗滑问题突出;鞍座底部为柔性支撑,索鞍与主塔协同变形,塔-鞍连接结构传力复杂。为掌握椭圆塔空间缆自锚式悬索桥主索鞍及塔-鞍连接结构的关键技术,运用数值分析方法开展系统研究。研究结论如下:(1)当桥梁承受(恒载+汽车+人群+自来水+温度+风)作用时,满足要求的最小摩擦系数μ为0.215,需要设置12 mm竖向摩擦板;(2)主索鞍在最大缆力工况下的最大Von Mises应力为186.2 MPa,最大竖向变形为1.572 mm,满足强度及刚度要求;(3)主索鞍与钢塔连接结构主要通过支承隔板以竖向剪力的形式将主索鞍作用力传至钢塔腹板上,端部支承隔板的剪力显著大于中间隔板,剪力传递的不均匀系数为1.29;(4)主索鞍支承板在鞍座区域的边缘存在一定转角,空缆工况最大纵向转角为0.366‰rad,在鞍座顶推施工中需要加以考虑。

钢混组合梁自锚式悬索桥减震分析

大城市的桥梁中,由于钢混组合梁自锚式悬索桥独特的受力特性,它在遭遇地震时可能产生的后果远比其它类型桥梁更为严重。为了研究其主塔处横桥向的合理约束体系,分别在横向自由、横向约束、挡块约束及阻尼器墩约束4种约束体系下进行时程分析,研究钢混组合梁自锚式悬索桥在不同横向约束体系下的地震响应特点,针对横向约束、横向挡块和横向阻尼器减震体系分析不同参数对减震性能的影响并确定最优的减震措施。结果表明:采用横向约束和横向挡块能有效减小横向位移但无法同时减小内力响应;采用横向阻尼器可以有效减小各横向地震响应,阻尼器是最优的减震措施。

自锚式悬索桥上部结构施工工艺优化及应用

南浔大桥为双塔双索自锚式悬索桥,上跨长湖申三级航道,跨径(3+45+100+45+3)m。为了消除自锚式悬索桥临时地锚在软弱地基中的施工风险,将缆索吊机节段安装钢梁节段,优化为少支架法大节段钢梁安装,取消临时锚碇和临时索股。采用先梁后缆工艺,利用主跨纵向钢梁轴向水平力,平衡主缆水平分力,缆索、端横梁及纵向钢箱梁自成受力稳定体系,主缆架设及吊杆张拉施工程序简单,索股线型准确,提高了缆索系统的安装精度,节约了临时锚碇及临时索股的工程造价,缩短了施工工期。

自锚式悬索桥铸钢锚碇加工技术

铸钢锚碇作为自锚式悬索桥的核心部件之一,集主缆锚固、压重和限位等多种功能于一体,具有外轮廓面夹角众多,锚固孔相对位置复杂等特点。本文以国内某悬索桥铸钢锚碇为例,以加工难点作为切入点,从满足设计使用要求、提高生产效率、降低劳动强度等方面,提出了铸钢锚碇复合斜面及锚固空间孔的高效加工技术。该技术可在产品机械加工过程中显著提高生产效率,降低劳动强度,为复合斜面及空间孔加工提供借鉴。

自锚式悬索桥荷载试验分析

【目的】为了准确掌握某自锚式悬索桥结构的运行状况,对该桥进行荷载试验。【方法】通过有限元模拟分析和荷载试验检测相结合的方法,基于静力荷载工况下的应变数据、挠度数据和缆索数据,再结合动载试验下的基频与模态参数,将实测值与理论值进行分析比较。【结果】荷载试验测试结果表明:主桥相对残余应变<20%,挠度校验系数介于0.83~0.99之间,吊索索力和主缆变形校验系数为0.76~0.91,主桥实测前三阶自振频率均大于理论前三阶。【结论】该桥承载能力与刚度满足要求,吊索和主缆变形满足设计要求,总体满足行车要求。

自锚式悬索桥主缆锚固设计及铸钢锚锭制造

主缆锚固区是自锚式悬索桥的关键部位,其结构型式的设计一定程度上决定了自锚式悬索桥的总体布置。针对主缆锚固构造在设计和建造中存在的问题,先对比分析了自锚式悬索桥主缆4种锚固方式、适用条件及其优缺点,后以九乔路大桥为实例,介绍了该桥总体设计、主缆钢结构锚固方案,并探讨了铸钢锚锭在制造、安装过程中的难点和关键技术。建成后通车运行情况表明:1)本桥总体设计、主缆锚固方案合理,适应航道、路网规划,桥型美观;2)铸钢锚锭的铸造、安装工艺先进,主缆锚固可靠。

自锚式悬索桥吊索索力检测问题探讨

为分析频率法在自锚式悬索桥短吊索索力测试中应用的可行性,在概述频率法检测原理的基础上,分析影响测试结果的主要因素,并对计算长度选取、振动影响等引起的测值误差进行比较。通过现场测试及分析验证,应用频率法及相关公式测试计算吊索索力能提升测值精度,并可在同类工程索力检测中推广应用。

自锚式悬索桥猫道设计与架设施工控制探析

为探索自锚式悬索桥猫道结构安全施工控制要点,以某跨河公路桥梁为例,首先,结合工程实际提出通过空中托架法展开主跨猫道承重索安装的思路;然后,从猫道构造、承重索等方面展开猫道结构设计,并针对5种工况进行猫道安全性能及受力计算;最后,从猫道索制备、托架架设、承重索安装、变位钢架安装及猫道面层网铺设等方面分析了施工要点。结果表明,猫道是悬索桥上部结构施工期间必不可少的平台和通道,其设计及使用贯穿于悬索桥上部结构施工的始终;通过猫道结构设计及施工过程控制,为桥梁架设施工提供了可靠保证。

洪塘大桥自锚式悬索桥设计要点

洪塘大桥位于福州西郊,跨越乌龙江,需原桥位拓宽改建,新建主桥采用自锚式悬索桥。基于施工期间保通车的民生要求,提出了三阶段横向拼接施工的设计方案,建成了国内第一座在改建工程中实现保通车目标的自锚式悬索桥。首次提出了主缆平弯锚固方案,改善了主缆锚固区的管养条件。采用有限元程序对桥梁运营及施工过程中的关键工序进行仿真分析,根据分析结果指导施工和施工控制,现场监测数据表明计算值与实测值相符。

上海浦东新太平桥自锚式悬索桥总体设计与技术创新

新太平桥主桥采用两跨连续不对称独塔自锚式悬索桥,跨径布置为112+72=184 m。简要介绍了新太平桥项目概况、美学设计理念、总体布置与结构设计、项目特点、技术难点及解决方法等。采用等梁高主缆锚固区设计,简化了锚固结构;采用一系列新材料、新工艺和新技术,延长了本桥耐久性,降低了养护工作量和成本;采用预应力承台解决了地铁盾构共线问题。设计方案为同类桥型的设计提供参考。

空间自锚式悬索桥合理成桥状态计算方法

自锚式悬索桥成桥状态主梁不同的内力分布决定了吊杆竖向力的分布。文章以一座双塔三跨空间自锚式悬索桥为实例,在主梁吊点处采用强迫位移法进行主梁内力的调整,得到吊杆竖向荷载分布情况;以弹性悬链线理论的解析算法为基础,迭代求解主缆分段无应力索长和吊杆无应力长度,将无应力索长作为初始参数在通用有限元软件ANSYS中建立有限元模型,调整锚跨主缆无应力长度及主梁后锚面的预长量,并以此分析计算其合理成桥状态。

大跨度自锚式悬索桥半封闭箱型加劲梁抗风性能试验研究

文章以一拟建大跨度自锚式悬索桥为工程背景,通过ANSYS有限元分析和节段模型风洞试验,研究了半封闭箱型钢-UHPC组合加劲梁的抗风性能。研究结果表明,半封闭箱型钢-UHPC组合加劲梁在-3°、0°及3°风攻角下,颤振临界风速均大幅高于颤振检验风速,颤振稳定性满足规范要求,且安全储备较大。加劲梁在5°、3°和-3°风攻角下发生了超过规范允许幅值的竖向涡激共振,在3°风攻角下发生了超过规范允许幅值的扭转涡激共振。对原加劲梁进行气动外形改良后,竖向涡激共振和扭转涡激共振均消失,同时颤振稳定性也明显改善。

大跨径自锚式悬索桥钢-STC组合梁涡振抑制试验研究

以某大跨度钢-STC组合梁自锚式悬索桥为背景,在风洞实验室开展了1∶50缩尺比节段模型风洞试验,比较分析了涡振抑制优化措施,包括加装稳定板等单一气动措施,并重点研究了上下稳定板、稳定板加栏杆等组合气动措施。试验得出:①该桥的原始断面出现了大振幅涡振,主梁采用加装稳定板等单一气动措施有一定的抑振效果。②组合气动措施中,设置1道上中央稳定板+1道下中央稳定板会明显提高涡振振幅;设置2道下稳定板+中央防撞墩密封,涡振抑制率达到26%;设置2道下稳定板+栏杆局部封闭,抑制率达到47%;设置2道下稳定板+风嘴涡振,抑制率达到77%;设置2道下稳定板+倒L型导流板,完全抑制涡振幅值。

自锚式悬索桥设计锚点偏移后主缆线形调整方法

自锚式悬索桥施工过程中由于模型计算误差、施工误差,以及温度效应等,主缆后锚点位置会有一定程度的偏离理论计算位置。文章以一座三跨空间自锚式悬索桥为算例,根据不同的施工时间节点,提出改变主缆无应力长度、总无应力索长不变为目标值、理论IP点水平力为目标值三种解析迭代计算方法来减小塔顶理论IP点两侧的不平衡水平力,分析计算边跨主缆线形的改变量。

自锚式悬索桥吊索不接长体系转换方案及索鞍数值模拟

为降低自锚式悬索桥体系转换施工费用、提高施工效率、简化分析过程,以抛物线理论为依据,推导出主缆垂度的影响参数,结合各参数的可控性、敏感性,通过调整主索鞍顶推和吊杆张拉策略,提出3阶段2轮张拉吊索不接长体系转换方案。为在有限元计算时精确模拟方案中主、散索鞍施工状态,将索鞍圆心点与塔顶或散索鞍底座中心点建立刚臂和主从约束两个边界,通过激活、钝化刚臂模拟索鞍临时固定和滑移状态,通过设置索鞍圆心点强制位移模拟索鞍超顶状态。以双塔3跨和独塔2跨2座自锚式悬索桥为例,根据现场实际情况分别制定了2套吊索不接长体系转换方案,并建立有限元模型对2座桥梁体系转换过程进行模拟和分析。结果表明:自锚式悬索桥主跨是避免吊索接长的关键桥跨,主缆跨径和主缆长度是影响主缆垂度、避免吊索接长的关键可控参数;通过增大主缆初期变形可有效避免吊索接长,实施方案为张拉主跨长出段吊索使主索鞍超前就位,以改变主缆跨度;提前施工部分二期恒载、加劲梁在第1轮吊索张拉后脱架,以增加主缆弹性伸长。由2座桥梁实例分析结果可知,体系转换前期主索鞍可控滑移、超前就位,后期对称张拉桥塔两侧吊索,使主缆和主索鞍间的抗滑移安全系数和桥塔应力均变化平稳,所提方案和索鞍模拟方法达到了预期目的,可为同类型自锚式悬索桥体系转换提供参考。

自锚式悬索桥钢混结合段受力性能试验研究

为保证混合梁在钢混结合段内力传递平顺,本文以海南省琼海市博鳌乐城先行区乐城大桥为依托工程,通过模型试验和精细化有限元分析研究了自锚式悬索桥钢混结合段的受力特性。根据应力等效原则设计制作部分截面1∶4缩尺试验模型,分级加载至1.7倍承载力工况得到试验模型的应力、变形、破坏模式并与有限元分析结果对比,建立全桥截面节段模型分析钢混结合段的传力机理。结果表明:承载力工况下,乐城大桥钢混结合段受力合理、结构安全;该钢混结合段受负弯矩影响大,潜在破坏模式为钢梁顶板与混凝土梁顶板在钢-混连接面的分离;预应力钢束是保证弯矩传递的重要措施,其余钢梁内力通过承压板与剪力钉逐步传递至混凝土。本文研究成果可为同类桥梁的设计优化和施工监控提供参考。

考虑吊索拉伸效应的空间索面自锚式悬索桥无量纲连续体动力模型

连续体动力模型是连续参数化分析与健康监测基准校核的重要工具;缆-索的空间耦合性、各子系统间的内部自平衡性与弹性协调性,是制约空间索面自锚式悬索桥进行高精度自由振动连续体建模和求解的核心因素。该文拓展挠度理论至振动形态,推导考虑吊索拉伸效应的缆-索-梁空间耦合变形方程与考虑自平衡性的相容方程,建立可考虑吊索拉伸的自由振动连续体模型,并将其无量纲化以便于识别控制动力特性的特征参数。采用伽辽金方法将连续体模型转换为矩阵形式求解其模态频率与振型。分别利用文献的平行索面自锚式悬索桥算例与空间索面自锚式悬索桥有限元模型来验证该文方法的精确性与普适性,并对关键特征参数进行敏感性分析。研究表明:吊索相对弹性轴向刚度对主梁相对弹性抗弯刚度较为敏感,是否考虑吊索拉伸效应将影响高阶次模态频率,尤其影响反对称模态;空间索面倾角对模态频率影响微弱,高阶次频率基本不受其影响;主梁相对弹性抗弯刚度显著影响模态频率,且会导致模态交叉现象的产生,主缆弹性刚度仅对低阶次对称模态频率有轻微影响。综上,考虑吊索拉伸的连续体模型更为准确,既可对动力特性进行连续参数化分析,又可作为基准解析模型为初步设计、模型修正与损伤识别提供必要前置数据。

自锚式悬索桥主缆与索鞍间抗滑移特性理论分析

为准确评估主缆与索鞍间的抗滑移安全性,确保快速施工过程中自锚式悬索桥的结构安全,亟待研究主缆与索鞍间的抗滑移性能。通过探究既有侧向力计算公式的理论基础,评估了不同侧向力计算方法的精确性;基于离散体接触关系的侧向力分析理论,推导了主缆-索鞍抗滑移安全系数改进表达式,改进了施工状态与成桥状态下安全系数衡量指标,建立了不同状态下主缆的失效准则与失效模式。结果表明,索鞍与主缆间的摩擦系数和鞍座结构参数是索鞍处主缆抗滑移性能的主要影响因素,优化索鞍的结构参数及在索鞍内设置金属隔板等方式能够有效提高主缆的抗滑移安全性。

采用塔锚式架设法施工自锚式悬索桥可行性研究

针对自锚式悬索桥“先梁后缆”法施工影响交通和环境的问题,提出塔锚式架设法。该方法借助边跨加劲梁延长主缆力的传递路径,通过塔梁临时锚固装置将主缆水平力由边跨加劲梁临时传递至桥塔,实现中跨加劲梁的“先缆后梁”架设。为研究塔锚式架设法的可行性及桥塔的复杂受力行为,以某双塔三跨自锚式悬索桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥模型,同时建立桥塔ANSYS实体模型和桩基与桩周土体FLAC 3D有限差分模型,分析桥塔压弯耦合失效、塔柱变形失效、桥塔基础推移失效3种桥塔失效模式,并分析垂跨比、加劲梁自重、边中跨比、桥塔墩高对桥塔压弯耦合失效模式的影响。结果表明:在中跨加劲梁吊装过程中,桥塔关键截面内力均在允许承载能力范围内,3种失效模式下各项指标均满足规范要求,说明塔锚式架设法可行。桥塔压弯耦合失效模式下,随垂跨比的减小、加劲梁自重的增加,桥塔塔底截面和塔梁连接处截面内力轨迹均呈现增大趋势;随桥塔墩高的增加,桥塔塔底截面内力明显增大,而塔梁连接处截面内力几乎没有变化;边中跨比对桥塔关键截面的内力轨迹影响程度有限,可以忽略。建议塔锚式架设法主要应用于加劲梁自重较小(如钢箱梁、钢-混组合梁等)、桥塔墩高较矮、塔基抗推性能较好的双塔三跨自锚式悬索桥。