列车作用下大跨径悬索桥纵向运动响应分析方法对比研究

随着我国铁路事业的发展,近年来设计和建造了一些大跨径铁路悬索桥。悬索桥属于典型的柔性结构,加之列车荷载大、运行速度快,列车过桥时加劲梁纵向运动问题突出。准确地计算出列车过桥时梁端纵向运动响应是进行悬索桥结构设计和梁端位移控制的前提。该文通过有限元仿真,采用4种不同的分析方法,对运行列车作用下大跨径铁路悬索桥纵向运动响应特征进行对比研究。首先,分别介绍移动静载法、移动荷载法、移动质量法、车-桥动力相互作用法的计算理论及其有限元实现方法;随后,以某主跨1060m铁路悬索桥为例,分别采用4种方法进行纵向运动响应计算;最后,对4种分析方法的计算结果进行对比分析。结果表明:大跨径铁路悬索桥纵向运动分析应考虑动力效应;通过移动荷载法、移动质量法及车-桥动力相互作用法分析得到的纵向运动响应接近;采用移动荷载法进行大跨径铁路悬索桥纵向运动响应分析可以简化计算且满足计算精度要求。

大跨度钢-混结合梁悬索桥涡激振动控制指标体系研究

为保证已建桥梁发生涡激振动后桥梁结构的安全以及桥上行车和行人安全,提出综合考虑人员舒适性、结构受力和停车线形三方面的大跨度钢-混结合梁悬索桥涡激振动控制指标体系。该体系包含9项指标,分别为驾乘人员舒适度、驾乘人员晕动症、行人舒适度(狄克曼指标)、加劲梁强度、加劲梁应力、加劲梁挠度、桥面纵坡、竖曲线半径和停车视距。以武汉鹦鹉洲长江大桥为背景,分别计算了“限速”和“封桥”2个交通管制措施下9项指标对应的涡激振动振幅限值。在此基础上,将9项指标对应的涡激振动振幅限值的最小值作为涡激振动限值建议取值。结果表明:当该桥发生低阶竖弯涡激振动(VS1、VAS1)时,涡激振动的控制因素为加劲梁挠度指标;当大桥发生VAS2模态的竖弯涡激振动时,涡激振动由驾乘人员晕动症指标和行人舒适度指标共同控制;当大桥发生高阶竖弯涡激振动(VAS3、VAS4)时,涡激振动由行人舒适度指标控制。涡激振动控制指标体系及限值标准的计算框架可适用于不同桥型涡激振动限值的计算。

铁路悬索桥车致纵向运动混合阻尼减振研究

针对铁路悬索桥在列车过桥时梁端纵向运动响应控制问题,提出了一种创新的混合阻尼减振方案,采用多种类型的阻尼器控制梁端位移,以满足不同的减振需求.以某在建大跨铁路悬索桥为工程背景,建立了空间桁架精细模型和等效单梁简化模型,系统研究了混合阻尼减振方案不同阻尼器参数对减振效果的影响.该方案将低指数黏滞阻尼器纵向安装于桥塔与加劲梁之间,同时在桥台与加劲梁之间纵向安装电涡流阻尼器.鉴于桥台结构的特殊性,电涡流阻尼器被设计为仅能承受压力的装置,并通过样机试验进行了验证.为了进一步提升减振性能,电涡流阻尼器还配备了摩擦耗能元件.该混合阻尼减振方案能够有效控制列车过桥时梁端的纵向运动响应,显著提高桥梁结构的安全性和耐久性,在类似工程中具有重要的参考价值和借鉴意义.

大跨度钢箱梁铁路悬索桥车桥系统气动特性风洞试验研究

为研究大跨度钢箱梁铁路悬索桥车桥系统气动特性,利用水平和竖向两套三分力测试装置,对一座大跨度钢箱梁铁路悬索桥进行节段模型测力风洞试验。研究不同风攻角下桥面无车、不同位置有单列车、双车共存时车辆和桥梁的气动特性及其相互影响,得到不同车桥组合下车辆与桥梁的气动力。试验结果表明,车桥间的气动干扰较为明显,列车会增大主梁的阻力系数,改变桥梁升力系数的变化趋势,且单列列车位于背风侧时主梁的气动性能最差,最大阻力系数增加了191%。同时,两辆列车之间存在一定的气流干扰,背风侧列车受迎风侧列车影响较大,其横向力系数显著下降,但竖向力系数和扭矩系数所受影响不大。

空间索面地锚式悬索桥结构行为研究

为研究空间索面地锚式悬索桥结构行为,以主跨610 m的空间索面地锚式悬索桥——重庆市郊铁路跳磴至江津线跨江轨道专用桥为背景,采用SNAS软件建立大桥有限元模型,分析主缆横向矢跨比、主缆弯扭刚度对结构受力特性的影响以及施工期间空间索面线形变化规律。结果表明:随主缆横向矢跨比增大,结构竖向刚度基本不变,横向刚度提高;主缆弯扭刚度仅对成桥状态近塔处主缆局部线形及少数吊索索力有所影响,对结构整体受力基本无影响;施工期间以空缆状态为基准进行索夹定位和横向预偏角放样时需考虑主缆转动角的影响,而以主缆横向对拉后状态为基准则可不考虑;采用5对拉杆张拉主缆进行横向定位可有效控制主缆横向位置及吊索横向倾角接近成桥状态。

悬索桥多阶竖向涡激振动塔梁阻尼减振系统研究

为控制大跨度简支体系悬索桥的多阶竖向涡激振动,提出一种塔梁阻尼减振系统(在桥塔外伸牛腿与加劲梁之间布置耗能阻尼器),以武汉鹦鹉洲长江大桥为背景进行参数分析和减振效果研究。采用ANSYS软件建立大桥整体有限元模型,采用复模态方法分析阻尼器安装位置与阻尼系数对桥梁阻尼比的影响,给出3种优化准则,以选取最优阻尼系数和阻尼器安装位置,并将该系统应用在实桥中。结果表明:塔梁阻尼减振系统能同时提高桥梁多个竖弯模态的阻尼比,在相同阻尼系数下,模态阶数越高,最大附加阻尼比越大;随阻尼系数的增大,各阶竖弯模态的附加阻尼比先增加后减小,各阶竖弯模态均存在最大附加阻尼比和最优阻尼系数;随阻尼器安装位置与桥塔中心线距离的增大,各阶竖弯模态的附加阻尼比逐渐增大,最优阻尼系数逐渐减小,有利于降低阻尼器成本;实际安装阻尼器后大桥实测阻尼比较安装前有明显的提升。说明塔梁阻尼减振系统能够有效地控制大跨度简支体系悬索桥的多阶竖向涡激振动。

大跨悬索桥Π形加劲梁处风参数实测与风攻角修正

以一座已建的大跨悬索桥为工程依托,基于现场实测与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法研究Π形加劲梁断面气动外形对桥面高度处实测风参数的影响,并提出实测风攻角的修正方法.进行为期5个月的桥面高度处风速和风攻角现场实测,分析风参数沿桥轴线的分布规律,并比较了桥面高度处迎风侧与背风侧风速仪实测的风速和风攻角;采用计算流体动力学方法模拟气流流经静止加劲梁断面的流场,研究来流风攻角和风速对风速仪安装在加劲梁不同位置处风参数的影响;结合数值模拟结果,通过函数拟合得到Π形加劲梁断面风速仪实测风攻角的修正公式.结果表明:实测风速在大桥主跨范围内较为接近,且边跨风速相较于主跨风速偏小;现场实测得到的迎风侧风攻角明显大于背风侧,两侧风速基本一致;迎风侧与背风侧的风参数数值模拟结果与现场实测具有一致性,主梁绕流对距主梁20 m范围内的风攻角监测结果均存在一定影响.通过本文建立的风攻角修正方法,可以根据迎风侧风攻角的实测值得到较为合理的风攻角修正结果.

竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理

为揭示竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理,以主缆变形理论为基础研究了其竖向荷载下的变位特征,并得出了其竖向及纵向位移解析解;在此基础上,分析了竖向荷载作用下传统悬索桥和设有中央扣悬索桥的纵向变位特征及加劲梁纵向位移,揭示了中央扣纵向约束机制,并分别推导了加劲梁在竖向荷载下的纵向位移计算公式;最后,通过算例分析验证所提位移计算公式计算精度.结果表明:由于主缆的几何非线性特征,竖向位移与纵向位移相互耦合,在非对称竖向荷载作用下,主缆发生非同步纵向位移,而加劲梁主要以类似“摆锤体”发生刚体的纵向位移;跨中处主缆、加劲梁及中央扣因中央扣的存在形成一个“刚域”区,从而导致加劲梁纵向位移减小;所提计算方法与有限元数值解法在不同竖向荷载工况下吻合良好.

三塔悬索桥中塔设计方法研究

为提高三塔悬索桥中塔设计效率,提出基于中塔纵向刚度区间进行中塔设计的方法。该方法在总体计算模型中将中塔等效为一根弹簧,根据全桥竖向刚度和主缆抗滑要求试算纵向刚度,得到中塔纵向刚度区间;从中选择合理的初始值进行中塔设计;将中塔代入全桥计算模型进行迭代计算,调整中塔材料和几何参数直至各项指标均满足规范要求。利用已建成的4座公路三塔悬索桥对该方法的准确性进行验证,同时构建公铁两用三塔悬索桥算例,应用该方法进行中塔设计。结果表明:3座公路三塔悬索桥中塔实际纵向刚度均在本文确定的纵向刚度区间内,且取实际中塔纵向刚度时,等效模型与实际全桥模型计算的活载挠度、主缆抗滑安全系数最大差异为8.1%;公铁两用三塔悬索桥算例的中塔纵向刚度设计终值与纵向刚度初始值的差异为13.9%,与常规桥塔设计方法相比迭代次数减少,设计效率提高。

列车移动荷载作用下大跨度悬索桥纵向位移控制研究

为有效控制列车移动荷载作用下大跨度悬索桥梁端产生的纵向位移,以某大跨度铁路悬索桥为背景,采用非线性动力时程分析法,考虑几何非线性和边界非线性,研究在货运列车移动荷载作用下,改变结构体系和约束体系对悬索桥纵向位移的控制效果。结果表明:结构体系方面,设置中央扣和水平拉索均可增大悬索桥结构纵向刚度,显著减小梁端纵向位移;设置中央扣还可减小缆、梁端纵向位移差,对纵向位移控制效果更优。约束体系方面,随着粘滞阻尼器速度指数减小,梁端纵向位移峰值逐渐减小;磁流变阻尼器对梁端纵向位移控制效果有限。采用2种阻尼器组合约束可控制列车过桥纵向位移同时不显著增加缆、梁端纵向位移差。

铜陵公铁两用长江大桥主桥设计关键技术

铜陵公铁两用长江大桥主桥为主跨630m的钢桁梁斜拉桥,是目前在建的最大跨度的公铁两用桥。对设计关键技术进行了总结。大桥深水区桥塔基础采用了造价经济、防撞性能好的沉井基础;钢桁梁2个节间内的主桁杆件焊接为30m长的稳定桁片单元,减少了现场杆件的拼接工作量;在受力较大的桥塔根部区段和压重区段,铁路桥面采用正交异性钢箱桥面,这种设计可减小弦杆的尺寸,并为压重提供了空间;在铁路斜拉桥中采用了钢绞线斜拉索,对斜拉索的抗疲劳性能等进行了试验研究;研制了新型的阻尼装置,可满足不同工况下的使用要求。

泰州长江公路大桥三塔悬索桥中塔结构形式的选取

简述泰州长江公路大桥三塔悬索桥中塔结构形式的选取,对于国外三塔及多塔悬索桥予以简单说明。

基于主缆内部输气的大跨度悬索桥除湿系统总体设计

针对传统的主缆被动防腐及目前采用的主缆外部压入干空气除湿防腐存在的问题,提出了从主缆内部输送干空气除湿新方案。该方案通过埋置在主缆内部的送气管道实现输气,干空气在主缆内流动过程中带走主缆中的水分,并从排气夹排出,达到除湿防腐的目的。基于龙潭长江大桥主跨1560 m大跨度悬索桥,进行了基于主缆内部管道供气的主缆除湿系统总体设计:设计特殊的送气口局部细节,干空气可从主缆外输送到缆内管道中;设计由螺旋弹簧和波纹管组成的复合式送气管道,满足了管道在主缆内径向受压、纵向适应主缆伸长和曲率变化的要求;确定主缆沿程进气点、送气监测气夹、排气夹、监测传感器的布置方案,设计了除湿系统的网络传输方案及运行管理系统。

西陵长江大桥荷载试验结果及理论分析

简述西陵长江大桥荷载试验及相应计算，并对实测及计算结果进行对比。通过对多工况下正交异性板测试结果进行分析，说明桥面板的实际应力情况。

泰州长江公路大桥三塔两跨悬索桥总体稳定性分析

分析泰州长江公路大桥三塔两跨悬索桥的总体稳定性,基于稳定分析研究主缆与主塔的约束关系,比较主塔不同横向连接形式的影响,与采用现行规范的稳定性验算方法进行了对比。

正交异性钢桥面板路面结构行为及设计考虑

正交异性钢桥面板的路面与桥面板共同作用,应被当成桥面系统的不可缺少的组成部分。路面材料一般为粘弹性—塑性,仅在低温时表现为弹性。多数情况下,路面材料的弹性模量随温度而定。在半塑性条件下,路面厚度范围内弯曲应变呈非线性分布。当粘结层较软时,剪切滑移发生在层间交界面。路面对桥面板刚度有实质性贡献,桥面板局部弯曲时路面内存在可观的应力。讨论影响路面性能的关键性的桥面板应力产生的部位及原因。通过正交异性板上的应用实例,介绍两种典型路面材料—沥青和聚合材料的特征。要使路面更让人满意,桥面板的局部柔度应得到更严格的限制。

张家界大峡谷异型玻璃悬索桥设计关键技术

张家界大峡谷玻璃桥为人行景观桥,兼具景区行人通行、游览、蹦极、溜索、舞台功能。为实现功能要求,基于特定的建设条件,确定该桥采用空间索面地锚式悬索桥,主缆跨度430m,加劲梁跨度373m。全桥4根塔柱均为钢筋混凝土独柱结构,西、东两侧塔柱横向中心距分别为45m、50m,塔顶不设横梁连接塔柱。西侧两锚碇为隧道式锚,东侧两锚碇为重力式锚。加劲梁为纵、横梁体系,边纵梁内灌注混凝土,钢纵、横梁间露空部分铺设钢化夹胶玻璃。采用张开量大的空间主缆、梁内压重、优化结构气动外形等措施改善桥梁的抗风稳定性;采用不同形式的TMD、TLD及电涡流阻尼器,并在主梁顶面设置玻璃球等措施进行桥梁的振动控制。目前该桥运营状况良好,达到了预期目标。

三塔两跨悬索桥2个重要的技术指标和中塔疲劳验算加载模式

简要介绍泰州长江公路大桥三塔两跨悬索桥2个重要技术指标,即主缆与中主鞍座间抗滑移摩擦系数、主梁挠跨比,以及中塔疲劳验算加载模式。

改善桥梁结构耐久性的阻尼器性能要求

缆索承重桥梁端频繁的纵向移动对行车和结构耐久性产生不利影响。为更好地满足缆索承重桥的行车功能,改善支座、伸缩缝、吊索的工作条件,粘滞阻尼器的技术优势得以显现。近年来研制成功的高性能粘滞阻尼器具有阻尼指数低（通过设计新型阻尼器活塞头、调配更加合理的阻尼介质粘度,阻尼指数可达0.1~0.2）、适应较高速度、具有长大行程的特征,用于大跨度缆索承重桥纵向支承,可以同时实现抗震消能、遏制日常行车条件下主梁端部频繁的纵向移动的组合功能。目前,高性能粘滞阻尼器的参数已通过相关试验验证,并在多项工程中得以应用,显示了良好的适应性。

大跨度铁路悬索桥纵向位移特征及纵向支承要求

为研究大跨度铁路悬索桥合理的纵向支承体系,从理论上分析大跨度悬索桥的刚度特性及大跨度铁路悬索桥的纵向位移特征,并以某主跨1060 m上承式钢桁梁铁路悬索桥为例,分析大跨度铁路悬索桥在列车荷载作用下的梁端纵向位移特征,研究不同纵向支承体系对悬索桥加劲梁梁端纵向位移及速度的影响,最后给出大跨度铁路悬索桥纵向支承设计的要求。结果表明:竖向荷载作用下,结构产生显著纵向位移,是悬索桥的基本结构特征;竖向荷载作用在悬索桥加劲梁上不同位置时,加劲梁梁端纵向位移差别大;铁路列车作为快速移动荷载,具有规则、连续的特征,从而导致铁路悬索桥梁端频繁快速活动,此为梁端伸缩装置、支座、吊索耐久性的控制性因素。