超高桥塔的气弹模型风洞试验及其等效静力风荷载

为研究超高桥塔的气弹模型风洞试验方法及其等效静力风荷载,根据某实际工程中的超高桥塔建立了有限元模型,进行了动力特性计算,进而设计了相应的气弹模型,并开展了风洞试验。在此基础上,开展了超高桥塔风致振动的非线性时程计算,并基于阵风荷载因子法,对比了以位移、内力和应力为单一目标的超高桥塔的等效静力风荷载。结果表明:斜风作用下的桥塔风致振动比较显著,其影响随着风速的增大而愈加明显;当风向角为75°~90°时,超高桥塔将在风速为35~50 m·s^(-1)的区间发生顺桥向的侧弯涡振,但幅值较小;基于应力的阵风荷载因子比基于位移或内力的阵风荷载因子更加稳定,这使得基于应力的等效静力风荷载要优于基于位移或内力的等效静力风荷载,比较适合于超高桥塔。

塔吊对施工期超高桥塔抖振响应影响的风洞试验研究

一座大跨度斜拉桥桥塔为空间钻石形塔,由于桥塔较高,塔吊尺寸相对较大。为研究塔吊对桥塔施工阶段自立状态抖振响应的影响,通过钢-混混合桥塔与塔吊组成的联合体系以及自立状态下的裸塔体系气弹模型风洞试验,得到了不同施工阶段两种桥塔体系在不同风速和风偏角下的抖振响应,讨论了抖振响应随风速与风偏角的变化规律,分析了不同施工阶段下塔吊及其布置形式对桥塔响应的影响。结果表明:桥塔抖振位移均方差随风速增大而增大。在桥塔封顶阶段不同风偏角下,脉动风作用时自立状态裸塔体系的横风向抖振位移响应比顺风向更大,有塔吊时桥塔抖振位移均方差有所减小,横桥向尤为明显。四肢合龙前阶段,桥塔周围布置的塔吊对桥塔的抖振位移响应影响相对较小,横桥向或顺桥向布置多台塔吊比仅布置一台塔吊时的桥塔抖振位移响应小。

超高桥塔结构偏心距增大系数计算方法

针对采用既有规范经验公式计算超高桥塔偏心距增大系数过于保守的问题,对超高桥塔偏心距增大系数的合理计算方法进行研究。基于稳定屈曲理论,推导基于铰接杆、悬臂杆偏心距增大系数的解析表达式;结合桥塔力学行为和偏心距影响系数α,提出更适用于超高桥塔结构的公式算法。依据桥塔的弹性屈曲模态和施工控制精度,构建了桥塔各节点初始缺陷坐标函数,提出了考虑初始缺陷的偏心距增大系数有限元计算方法。以常泰长江大桥为例,对比有限元算法、所提出的公式算法和规范算法下的偏心距增大系数,结果表明:几何非线性效应是偏心距增大系数的主要影响因素;规范算法数值偏大,过于保守;所提出的公式算法与有限元算法吻合度较高,可用于超高桥塔的设计。

悬索桥超高桥塔的刚度和风致响应

为了探讨悬索桥超高桥塔的刚度和风致响应问题,围绕顺桥向A字形布置混凝土桥塔(不同底部张开量)和顺桥向独柱形布置混凝土桥塔(不同塔柱截面)展开研究。利用有限元分析软件建立了2种类型桥塔的裸塔自立状态有限元模型,计算对比了桥塔刚度以及静风响应,同时采用时域分析方法计算桥塔的抖振响应,对比分析了在桥塔横向构造形式一定的前提下,不同类型方案对超高桥塔刚度和风致响应的影响。分析结果表明,顺桥向A字形桥塔的整体刚度较独柱形桥塔大;在顺桥向静风作用下,独柱形桥塔塔顶位移比A字形桥塔大得多;在顺桥向脉动风作用下,独柱形桥塔塔顶抖振位移响应的脉动程度远大于A字形桥塔。

应用于超高桥塔的低收缩C60自密实混凝土的研究

利用聚羧酸分子结构的可设计性,通过分子剪裁与接枝技术,研制了具有超分散、保坍与减缩协同作用的高性能混凝土专用外加剂,利用该外加剂超分散水泥颗粒,提高水泥胶结性能,减小混凝土的收缩特性,实现了低水泥与低胶凝材料用量下配制低收缩、抗裂C60自密实混凝土。其性能指标为:初始坍落度/扩展度≥250 mm/650 mm,2 h坍落度无损失,离析率<15%,T500时间≤10 s,28 d抗压强度>70 MPa,28 d干燥收缩率<300×10-6,28 d碳化深度<5 mm,84 d氯离子迁移系数1.3×10-12 m2/s,满足沪通长江大桥超高塔混凝土的设计要求。

超高多肢斜拉桥桥塔气动力系数研究

针对某拟建大跨度山区超高(塔高328m)多肢斜拉桥,采用缩尺比为1∶225的刚性模型进行风洞测压试验,研究整塔与各分肢节段气动力系数随风偏角和风速的变化规律。结果表明:塔柱间干扰效应会引起气动力系数的雷诺数效应增强,阻力系数随雷诺数的增大缓慢增大,升力和扭矩系数变化复杂,会在某一定风偏角下随雷诺数呈类正弦函数关系变化;整体气动力系数受多肢干扰影响,阻力系数有所增大,而升力和扭矩系数减小;多肢干扰效应会明显增大气动力系数(最大可使局部肢柱阻力系数增大约2倍),进行整体和局部肢柱气动力分析时均应充分考虑;肢柱干扰效应导致阻力和升力系数的最不利风偏角一般位于截面整体外轮廓对角线与横桥向和顺桥向的夹角范围内,当肢柱间距较小时,其变化趋势同独柱节段,在0°风偏角时阻力系数最大。

超高A型桥塔横向地震破坏模式及其控制策略

以一座超大跨斜拉桥中的超高A型桥塔为对象,采用非线性时程分析方法并引入Park损伤准则和截面曲率延性系数准则,分析横向地震作用下超高A型桥塔的地震损伤与破坏模式,研究横向极端地震作用下附加耗能构件数量、布置间距和材料屈服应力等对超高A型桥塔地震损伤的控制效果。结果表明:在横向极端地震(PGA=1.0 g)作用下,桥塔与上横梁交接处以及塔底附近几乎同时发生损伤甚至破坏,出现双塑性铰的破坏模式,因而从设计上难以利用桥塔屈服后的塑性性能,应在抗震设计中引起足够重视;与原超高A型桥塔相比,附加耗能构件的数量、布置间距以及材料屈服应力均可有效改善其地震损伤,尤其是通过参数优化后的附加耗能构件能完全有效控制超高桥塔的地震损伤,使其满足损伤控制目标。

超250m级高塔铁路斜拉桥减隔震设计参数影响分析

为了研究西南山区超250 m级高塔大跨铁路斜拉桥抗震约束体系,获得大桥减隔震关键设计参数合理取值范围,以跨径布置(70+208+500+208+70)m的双线铁路钢桁梁斜拉桥为工程背景,采用有限元分析方法,研究大桥地震响应特征,分析塔梁处设置不同纵向弹性刚度时大桥动力特性和结构地震响应规律,探讨黏滞阻尼器设计参数对大桥各关键构件地震响应的影响规律。研究结果表明:这类超250 m级高塔铁路斜拉桥设置黏滞阻尼器是十分有必要的。在塔梁、墩梁位置处同时设置黏滞阻尼器可以有效控制超250 m级高塔铁路斜拉桥的梁端位移,明显改善超高塔自身的地震力分布情况。研究得到的大桥地震响应随黏滞阻尼器设计参数的变化规律,以及适用于超高塔铁路斜拉桥的合理阻尼器设计参数,可为今后类似工程提供参考依据。

深水大跨桥梁施工技术2020年度研究进展

随着我国经济实力的不断增强、科学技术水平的显著提升,桥梁工程正朝着跨度更大、基础更深、桥塔更高的方向快速发展。在此过程中,桥梁建设者遇到了很多新难题,例如:深水基础浮运下沉过程中精准定位、超大型沉井基础防冲刷、大直径钻孔桩施工、大跨度斜拉桥索塔锚固构造优化、超高桥塔大体积混凝土水化热温度控制、超高桥塔新型液压爬模系统开发等,已成为影响深水大跨桥梁安全顺利施工、长期可靠运营的关键问题。为促进深水大跨桥梁施工技术的发展,提高深水大跨桥梁施工人员解决相关问题的能力,为深水大跨桥梁的推广提供技术支持,围绕深水大跨桥梁施工面临的上述关键问题,对2020年国内外研究者的相关研究进展及成果进行了分析与汇总。

张靖皋长江大桥南航道桥主桥塔静气动力系数研究

张靖皋长江大桥南航道桥主桥塔塔高超过300 m,采用倒角矩形截面设计,风荷载效应突出。为对该桥塔气动性能进行精细分析,采用缩尺比为1∶100的分段刚性模型进行风洞测力试验,研究桥塔各段静气动力系数随风偏角的变化规律,并分析塔柱间的遮挡效应和横梁对静气动力系数的影响,结果表明,主塔上、中、下3段最大阻力系数为1.125,最大升力系数为1.329,塔柱间的遮挡效应在风偏角0°~20°时对阻力系数影响较大,横梁对塔柱升力系数和扭矩系数影响较大。研究成果对300 m级超高桥塔设计具有一定的参考意义。