大跨径斜拉桥施工阶段临时抗风措施对比分析

研究目的:大跨径斜拉桥在最大双悬臂施工状态下结构刚度较小,对风荷载引起的结构风致振动响应较为敏感。本文以受沿海台风影响区域的一座主跨316 m斜拉桥为研究对象,根据风洞试验确定主梁的气动三分力系数,对比分析不同风缆布置方案与不同临时墩布置方式对大桥风致响应控制效果的影响。研究结论:(1)增设临时风缆可使主梁竖弯基频提高22.0%~32.5%,对结构自身的扭转基频影响效果不显著;临时风缆对主梁竖向位移和主塔顺桥向位移控制有一定作用,固定位置在主梁最大悬臂长度的80%~90%范围内效果较好;(2)临时墩的抗风减振效果显著优于临时风缆,临时墩的设置使主梁悬臂端竖向位移响应降低了53.5%~65.5%,对主梁悬臂根部的顺桥向弯矩与横桥向弯矩的控制效果较为明显,降幅11.7%~58.8%;(3)在选择桥梁临时抗风措施时,需综合考虑抗风需求、施工条件、施工风险和经济性;(4)本研究成果可为大跨度斜拉桥临时抗风措施的选择提供参考。

山区高墩大跨连续刚构桥稳定性影响因素研究

本文选用四川省某高墩大跨度连续刚构桥为例,通过有限元分析软件研究了该桥在最高墩阶段、最大悬臂阶段和成桥阶段各组合工况下的结构稳定性,对比分析了桩土作用、混凝土强度、墩高、壁厚等参数对桥梁结构稳定安全系数的影响。研究表明:在最大悬臂阶段一侧挂篮坠落时结构稳定性最差;风荷载和温度荷载对结构稳定性影响较小,桩土作用对结构稳定性影响较大;随着桥墩混凝土强度的提高,结构稳定安全系数越大,但提升幅度不断减小。研究结论对于山区高墩大跨连续刚构桥的稳定性分析提供了有益参考。

考虑施工过程的下承式系杆拱桥吊杆索力二次优化法

下承式系杆拱桥的吊杆力大小对拱桥整体受力影响很大,为研究施工过程中吊杆力的优化计算方法,文章采用MIDASCIVIL软件建立了某下承式系杆拱桥有限元计算模型,分别采用弹性支撑连续梁法、最小弯曲应变能法以及二次优化法分别计算了施工过程中的吊杆的3次张拉索力值,对比了不同吊杆力大小对结构的受力和变形的影响,得出以下三点主要结论。①采用弹性支承连续梁法计算出长吊杆索力值较为均匀,但是短吊杆索力值与长吊杆差异很大;采用最小弯曲应变能法求得的吊杆索力总体较弹性支撑连续梁法更为均匀,但短吊杆索力值与长吊杆差异仍较大。②采用二次优化法计算出的长、短吊杆索力大小均基本一致,不仅可以简化吊杆的设计、制作和施工,还有利于系杆拱总体受力。③相对弹性支撑连续梁法、最小弯曲应变能法计算出的索力和设计采用的索力,采用二次优化法计算出的索力能同时大幅降低拱肋和系梁的弯矩值,可以有效改善拱肋、系梁的受力,减小系梁变形。

考虑不平衡力矩作用下的转体球铰设计方法研究

针对平转法转体桥梁转体球铰常规设计法忽略不平衡力矩造成球铰设计安全储备不足或后期转体困难等问题,提出考虑不平衡力矩作用下的转体球铰设计方法,以成都某T构转体桥为背景进行研究。采用MIDAS FEA软件建立转体球铰部分有限元模型,分析钢制球铰半径改变对结构受力的影响规律;然后推导不平衡状态下球铰应力计算公式,通过转体结构的受力关系,根据撑脚是否着地的设计目标,按结构对称与非对称,给出球铰半径的确定方法,进而确定启动力矩等其他设计参数;最后结合转体桥梁工程实例验证该方法的适用性及准确性。结果表明:考虑不平衡力矩作用下的球铰设计方法适用于当前不同转体工程实例,其适用范围更广、安全性更好;转体球铰设计时应预先考虑不平衡力矩对球铰设计的影响。

60M钢板组合梁桥钢梁施工稳定性分析

钢板组合连续梁桥因自重轻、截面较薄,在施工过程中受外荷载影响存在整体失稳和局部屈曲风险,影响桥梁施工安全。以交通部钢板组合梁桥60 m跨径进行参数分析,研究其施工阶段整体及局部稳定性。同时,对比分析了不同跨径、高跨比和横梁间距下稳定性变化规律。结果表明:(1)随着节段跨径增大,钢梁稳定系数下降,跨径每增大5 m,稳定性降低40%左右,40 m跨径时处于规范限值临界状态;(2)相同跨径下,钢梁稳定性随着梁高增大而减小,梁高超过3.5 m时,40 m跨径单梁稳定系数低于规范临界限值,结构稳定性较差;(3)横梁间距超过10 m时,缩短横梁间距可以提高结构稳定性,间距小于10 m时改变横梁间距对结构稳定性提升不大。

钢板组合梁桥吊装施工过程风险源分析

吊装施工是钢板组合梁桥施工的主要施工方法之一,其施工过程主要包括钢梁起吊、钢梁拼接架设和桥面板施工等三个阶段。为保证采用吊装施工的钢板组合梁桥在施工过程短暂受力情况下的承载能力、稳定性及结构抗倾覆性满足要求,将围绕不同施工阶段下钢梁的受力特点及其可能承受的荷载作用进行分析,探讨各施工阶段下钢梁施工风险源形式及施工安全分析重点,可为钢板组合梁桥安全施工过程分析及采取预防措施提供指导。

爬移状态对服役曲线梁桥抗震性能影响分析

服役曲线梁桥常存在爬移病害。为探讨爬移病害程度对曲线梁桥抗震性能的影响规律,通过总结服役曲线梁桥爬移病害,确定以不同梁端爬移位移量作为描述服役曲线梁桥爬移状态的对比分析工况,并以一座三跨预应力混凝土曲线梁桥为例,采用MIDAS Civil建立有限元模型,考虑桩-土相互作用、双向碰撞效应及材料非线性,分析曲线梁桥支座及桥墩等主要受力构件地震响应规律,探讨爬移状态对服役曲线梁桥抗震性能影响。研究结果表明:主梁的爬移病害对桥梁的抗震性能会产生不利影响,会导致支座位移的增长,增加支座破坏的风险,从而增加桥梁上部结构碰撞效应及落梁风险;随着爬移位移的增加,桥墩的损伤状态可能由爬移前的无损伤转变为考虑爬移后的严重损伤状态。因此,在进行服役曲线梁桥抗震性能评估时应量化其爬移状态,并采用合理的措施对主梁的爬移进行限制。

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。

基于模糊神经网络的大跨悬索桥安全评估研究

将模糊理论与神经网络技术结合起来,建立用于大跨度悬索桥安全性评估的模糊神经网络.确定大跨度悬索桥的7种评估指标,并通过样本学习对网络进行训练,使网络获取桥梁专家的经验知识和直觉思维.将训练好的网络用于宜昌长江大桥的安全性评估,并与《公路桥涵养护规范》的评估结果相比较.结果表明:采用模糊神经网络对大跨度悬索桥进行评估是一种客观、可行的评估方法.

斜拉桥荷载试验工况合并研究

针对目前斜拉桥荷载试验中普遍存在的试验费用高,试验时间长的问题,通过建立工程实例的斜拉桥有限元模型,研究了斜拉桥结构的受力特点,提出了荷载试验工况的合并问题。最后采用该文的优化合并方法完成了德州新河大桥的荷载试验。研究结果表明:对于斜拉桥来说,主梁最大弯矩工况可以和主梁最大挠度工况进行合并;主塔最大偏位工况可以和主塔最大弯矩工况进行合并。

基于回归分析的荷载效率系数优化研究

针对目前大跨度桥梁荷载效率系数取值的不合理,提出了荷载效率系数的优化(降低)问题,并以降低荷载效率系数为目的设计了实际工程的荷载试验工况,通过回归分析方法得出了结构反应(应力、应变、索力等)与荷载效率系数的一元线性回归方程.以一座大跨度PC斜拉桥荷载效率系数的降低优化为例,验证了该方法在实际工程中的有效性与准确性.研究结果表明:分析计算得出的一元线性回归方程高度显著,可以作为有效的预测方程;应当降低大跨度桥梁的荷载效率系数,大跨度PC斜拉桥荷载效率系数可以降低至0.6.

连续斜梁桥结构特性研究

运用梁格法分析了一公路连续斜梁桥不同的支座刚度及横梁刚度对整个斜梁桥受力的影响.发现支承刚度越小,其支承反力分布越均匀,因而在实际设计连续斜桥时宜选取较高的支座来降低支座刚度,以使各支反力趋于均匀,避免负反力的出现;而连续斜梁桥的横梁扭矩对横梁的刚度比较敏感,虽增加横梁的刚度可减小纵梁的最大弯矩,但会导致横梁的弯矩以及扭矩的增加,且扭矩增加迅速.所以,在横梁设计中需综合考虑以上各因素,选择刚度合适的横梁.

大跨度变截面波形钢腹板组合连续箱梁桥剪力滞效应研究

目的确定影响剪力滞系数的主要几何参数,总结计算翼缘有效宽度比的经验公式.方法基于有限元软件Midas/FEA,计算集中(均布)荷载作用下腹板厚度、顶板厚度、荷载类型、宽跨比等因素对大跨度变截面波形钢腹板组合连续箱梁剪力滞效应的影响,找出其中对剪力滞效应有主要影响的几何参数,利用数据回归分析方法研究翼缘有效分布宽度取值问题.结果剪力滞效应受荷载作用类型影响较大.明确宽跨比是影响箱梁剪力滞效应的主要几何参数.结论建立了集中荷载作用下波形钢腹板组合箱梁翼缘有效分布宽度计算的经验公式.

斜拉-连续协作体系桥梁的静动力特性研究

主跨采用斜拉桥体系,边跨采用连续结构的斜拉-连续协作体系桥梁近年来在中国得以推广应用。该文以某实际工程为依托,采用Midas/Civil软件建立结构有限元模型,对该桥进行静力、动力特性分析,得到该体系桥梁的内力、变形、自振频率及振型结果。研究结果表明:斜拉-连续协作体系桥梁是一种介于柔性与刚性之间的桥梁,其弯矩分布类似连续刚构桥,跨中正弯矩仅为支点负弯矩的9%,主跨变形类似斜拉桥,主梁面内稳定性超出斜拉桥最小安全度49.2%。该桥1阶振型周期仅为等跨径斜拉桥的55%,其自振振型存在相邻频率接近,模态较为密集的特点。

增加主梁法加固钢筋混凝土梁桥的力学特性

针对常见的钢筋混凝土梁桥病害中普遍存在的上部结构承载力不足、桥下净空有限的情况,提出了一种增加主梁加固的新方法,并采用空间有限元分析了加固前后桥梁的静、动力性能。同时,分析了新增主梁与旧主梁的刚度比对于加固效果的影响。结果表明：采用增加主梁法加固钢筋混凝土梁桥,加固效果良好,对加固后桥梁的纵、横向刚度提高明显;新、旧主梁刚度比采用0.5～0.7时,可采用新增空心主梁法加固,加固效果明显且更为经济。

大跨度悬索桥模糊安全性评价模型

基于模糊理论,建立了用于大跨度悬索桥的模糊安全性评价模型。确定了大跨度悬索桥的模糊评价集,并确定了模糊评价因素集,通过专家调查确定了模糊评价因素权重值,经加权平均值法计算得到桥梁安全性模糊评价得分,从而确定桥梁安全性评价等级。采用该方法对宜昌长江大桥的安全性进行评价,并与《公路桥涵养护规范》的评价结果相比较。结果表明:基于模糊理论的大跨度悬索桥安全性评价是一种客观、可行的评价方法。

基于模糊神经网络的拉索耐久性评价模型

将模糊理论与神经网络技术相结合,建立了基于模糊神经网络的拉索耐久性评价模型;网络训练采用改进的梯度下降动量BP算法,经过265次学习,确定了网络各层参数值,得到了网络的收敛解;最后通过5个校验样本验证了拉索耐久性模型的正确性。研究结果表明:拉索构件的耐久性评价指标分为拉索索力、锚固系统、拉索保护层、减震装置4种;采用动态BP算法对网络进行计算时,网络的收敛速度优于常用的BP算法;训练好的模糊神经网络很好地获得并储存了评价专家的知识、经验和判断,可将网络应用于拉索构件的耐久性评价。

基于线性回归的桥梁结构反应预测分析

针对目前大跨度桥梁荷载效率系数取值的不合理,提出在荷载试验时降低荷载效率系数,通过回归分析法计算出结构反应(应力、应变和索力等)与荷载效率系数的一元线性回归方程,对得到的回归方程进行了显著性分析,并通过回归方程预测了结构反应值,最后用该方法预测了实际工程中一座大跨度PC斜拉桥的主梁挠度值及主梁应力值。研究结果表明:分析计算得出的一元线性回归方程高度显著,可作为有效的预测方程;在实例计算中,预测主梁挠度误差约为0.8 cm,预测主梁应变误差为6.5×10-6,预测误差满足工程精度。

行波效应对长跨连续刚构桥地震响应的影响

为了研究行波效应对于桥梁地震响应的影响,以一座实际工程高桩大跨度连续刚构桥(70+7×105+70)m为例,通过Midas/civil软件建立有限元模型,运用相对运动法对其进行地震动时程分析。考虑了2种地震波和3种视波速的不同组合,对比分析了行波效应对桥梁地震响应的弯矩和剪力。计算分析表明,对于不同的地震波输入,其对弯矩和剪力的影响有较大的差别。行波效应对于桥梁不同位置地震响应内力值影响的程度和变化趋势不同,但总体是随着视波速的增大,行波效应对内力的影响程度减小,墩底弯矩在视波速为500 m/s时减小-17.11%;800 m/s时减小-11.22%;1 000 m/s时减小-8.83%。且这种变化的规律在桥梁顺桥向空间上有一定的规律性。

铰缝损伤对装配式空心板桥受力性能影响研究

在役装配式空心板桥横向联系受设计、施工及运营各因素的影响,易出现铰缝损伤病害。为研究铰缝损伤对空心板桥结构性能的影响,论文根据现场空心板桥铰缝病害调研结果对铰缝损伤位置、损伤长度和损伤程度3种损伤类型分布特点进行统计分析;采用梁格法建立空心板桥有限元模型,对比分析了铰缝在不同损伤工况及类型下(长度、深度和位置)对结构受力性能影响。研究结果表明:①铰缝损伤位置越靠近跨中对于梁板受力的影响越大。②随着铰缝损伤长度增加,中板单侧损伤下活载弯矩增幅呈线性递增,而边板单侧损伤和中板双侧损伤均会导致梁板产生“单板受力”效应,其“单板受力”临界长度分别为0.6L和0.7L。③损伤长度或损伤深度二者之一较小时,活载作用下梁板弯矩和挠度变化很小;当损伤长度和损伤深度均较大时,活载作用下的梁板弯矩和挠度增幅明显。④20 m标准空心板的中板单板受力时抗弯承载能力不满足规范要求,边板单板受力时抗弯承载能力和抗裂验算不满足规范要求。研究结果为空心板铰缝损伤下的结构安全评估及管养提供有益参考。