两种5000 m直纹曲面混合缆索悬索桥的模态特性

研究目的:本文针对5000 m级超大跨径海峡悬索桥的需求,依据二次直纹曲面方程,提出单叶双曲面混合空间缆索悬索桥和双曲抛物面混合空间缆索悬索桥两种新桥型,开展空间混合缆索悬索桥的几何构形研究,建立ANSYS有限元分析模型,研讨空间缆索悬索桥的动力模态特性,探索空间缆索悬索桥结构的技术优势,解决超大跨径悬索桥颤振抗风稳定性的技术难题,为将来建造5000 m级超大跨径海峡悬索桥提供参考。研究结论:(1)混合空间缆索悬索桥中的钢丝缆索和碳纤维空间缆索协同工作,其扭转振型比平行悬索桥出现得晚得多,扭转频率和扭弯频率比有很大的提高,颤振临界风速有很大的提高;(2)平行悬索桥、单叶双曲面空间缆索悬索桥和双曲抛物面空间缆索悬索桥的第一阶正对称扭转频率分别为0.07988 Hz、0.19840 Hz和0.15578 Hz,扭弯比分别为1.22、2.88和2.35,颤振临界风速分别为:Vcr^p=20.83 m/s、Vcr^d=91.21 m/s、Vcr^s=71.18 m/s;(3)两种空间混合缆索结构体系具有良好的抗风稳定性,可为将来建造5000 m级超大跨径悬索桥开辟一条新的思路。

5000 m级琼州海峡空间混合缆索悬索桥的抗风研讨

研究目的:以5000 m级琼州海峡超大跨径悬索桥为工程背景,在平行钢丝缆索悬索桥的基础上,增加双曲抛物面碳纤维缆索网,形成超大跨径双曲抛物面空间混合缆索悬索桥的新结构体系,建立Midas有限元分析模型,进行动力模态特性分析研究,验证双曲抛物面空间混合缆索悬索桥是否具有良好的抗风稳定性。研究结论:(1)平行钢丝缆索承担竖向荷载,双曲抛物面碳纤维空间缆索提高超大跨径海峡悬索桥的空间刚度,两组缆索混合使用,优势互补;(2)双曲抛物面空间混合缆索悬索桥的扭转频率和扭弯频率比显著提高,平行钢丝缆索悬索桥的颤振临界风速为23.35 m/S,双曲抛物面空间混合缆索悬索桥的颤振临界风速为78.34 m/S;(3)设置临时性附加抗风缆索后,其颤振临界风速可以达到104.6 m/S;(4)双曲抛物面空间混合缆索体系和临时性附加抗风缆索两种技术措施,可从根本上解决5000 m级琼州海峡超大跨径悬索桥的抗风稳定性问题。

5000m级海峡悬索桥抗风稳定性的设计研究

为解决5 000 m超大跨径海峡悬索桥的抗风稳定性问题,文中提出双曲抛物面空间混合缆索体系的超大跨径悬索桥。平行钢丝缆索承担竖向荷载,双曲抛物面形碳纤维空间缆索提高悬索桥的抗扭刚度,启用临时抗风缆索抵御百年一遇超级强台风。研究表明,5 000 m级双曲抛物面空间混合缆索悬索桥的颤振临界校验风速为71.78 m/s,启用临时辅助抗风缆后,颤振临界风速数值可以达到104.5 m/s,可从根本上解决5 000 m级超大跨径悬索桥的抗风稳定性问题。

预加荷载及间歇性剥离的FRP加固结构延性增强试验研究

针对FRP加固结构普遍存在脆性强、延性差的问题,提出预加荷载的方法以及间歇性剥离技术来改善FRP加固结构的延性。为了验证上述两种方法协同作用对于结构延性的增强效果,分别对钢试件和钢筋混凝土结构进行了试验,结果表明,与直接张贴法加固的结构相比,采用预加荷载方法及间歇性剥离技术的FRP加固结构,延性增强了20%~30%。

单叶双曲面独柱塔双幅四索面斜拉桥探讨

针对城市宽幅斜拉桥,提出单叶双曲面独柱桥塔双幅四索面斜拉桥。以双幅分离式钢箱梁桥面替代宽幅钢箱梁桥面,单叶双曲面独柱桥塔替代双肢柱桥塔,四索面斜拉桥替代双索面斜拉桥。单叶双曲面独柱塔桥塔底厚实,可保证独柱桥塔结构承载力;桥塔腰部细小,司机视野开阔;较宽的桥塔顶部,可方便斜拉索分散锚固。结合200m+420m+200m单叶双曲面独柱塔双幅四索面斜拉桥,进行工程参数设计,建立Midas有限元分析模型,开展静力分析和动力模态分析研究,验证单叶双曲面独柱塔的双幅四索面斜拉桥的结构合理性。

拱型中央扣对大跨径马鞍面空间索网悬索桥动力模态影响

在超大跨径马鞍面混合空间缆索悬索桥基础上,提出一种刚柔并济的提篮拱状钢管混凝土拱型中央扣结构方案,以提高超大跨径悬索桥结构的空间刚度。结合规划中的5000m级琼州海峡大桥,建立ANSYS有限元分析模型,开展提篮拱状钢管混凝土拱型中央扣对马鞍面空间索网悬索桥动力模态特性影响研究。研究表明:提篮拱状钢管混凝土拱型中央扣代替柔性中央扣,提高了超大跨径悬索桥的结构整体性,相比柔性中央扣,提篮拱状钢管混凝土拱型中央扣能够有效提高悬索桥的反对称振型频率。

超大跨径直纹面缆索悬索桥的抗风稳定性分析

利用直纹曲面的几何特性,改革传统的平行缆索体系悬索桥,将粗重的集中缆索改为分散的空间钢丝缆索,多股钢丝缆索空间交叉布置,形成超大跨径单叶双曲面和双曲抛物面空间缆索悬索桥。结合某4000m级超大跨径海峡悬索桥,进行空间缆索悬索桥的动力模态分析和抗风稳定性分析研究。研究表明,空间悬索桥扭转振型比平行悬索桥出现得更晚,扭转频率和扭弯频率比有很大提高,颤振临界风速也有很大提高,空间缆索悬索桥具有良好的抗风稳定性。

双曲抛物面混合缆索空间悬索桥抗风稳定性分析

提出主跨为4000 m的双曲抛物面混合缆索空间悬索桥的概念设计方案,利用有限元软件ANSYS建立双曲抛物面混合缆索空间悬索桥的计算模型,并与平行主缆悬索桥进行对比分析,研究双曲抛物面混合缆索空间悬索桥的抗风稳定性。研究结果表明,相对于平行主缆悬索桥,双曲抛物面混合缆索空间悬索桥在竖弯频率、扭转频率、扭弯频率比、静风稳定性及颤振稳定性等方面的性能均有很大提升,双曲抛物面混合缆索空间悬索桥的缆索抗风稳定性优势明显。