四主缆大跨悬索桥抗震性能分析及减震措施优化

以燕矶长江大桥为工程背景,首先,采用动力非线性时程法分析了燕矶长江大桥抗震性能,并研究了设置电涡流-摩擦组合型阻尼器和黏滞阻尼器对大跨悬索桥抗震性能的影响;然后,对附加电涡流-摩擦组合型阻尼器摩擦力、阻尼系数和阻尼指数开展了参数敏感性分析;最后,从耗能角度分析地震作用下电涡流-摩擦组合型阻尼器减震特点.结果表明:在E2地震作用下,桥塔关键截面抗弯能力均大于弯矩需求;在“纵向+竖向”地震作用下梁端纵向位移较大.设置塔梁处纵桥向阻尼器后,可有效降低主桥梁端纵向位移;增大摩擦力、阻尼系数与降低阻尼指数均可提升梁端纵向地震响应的控制效果,但参数变化对桥塔控制截面的地震响应影响较小.阻尼系数较大时,电涡流阻尼主导了电涡流-摩擦组合型阻尼器耗能,相较于黏滞阻尼器,电涡流-摩擦组合型阻尼器对梁端纵向位移控制效果更好.

超长大跨度公铁合建桥梁结构体系研究

新建甬舟铁路西堠门公铁两用大桥连接金塘岛和册子岛,桥位处海域宽2.7 km,最大水深93 m,地形复杂,桥梁设计难度大。为研究超长大跨度公铁合建桥梁合理结构体系,结合地形地质条件,选取主跨1500 m悬索桥、斜拉桥及斜拉悬索协作体系3种桥型方案,对上部结构设计进行详细介绍,并从静力性能、动力性能、经济性能等方面对不同结构体系进行对比分析。研究表明:(1)与斜拉体系相比,协作体系桥可减小30%~50%的主梁内力和60%的桥塔内力,一定程度上解决了加劲梁承受巨大轴压力造成屈曲问题,并有效减小了桥塔规模;(2)与悬索桥相比,协作体系可减小50%的主缆内力,主缆钢丝和锚碇的工程量相应减小,施工难度得以降低,同时协作体系扭转频率更高,降低了结构在较低风速下发生涡激振动的可能性;(3)斜拉悬索协作体系能够充分发挥斜拉结构和悬索结构的组合优势,实现超大跨度的同时具有较大的纵向刚度和竖向刚度,满足铁路行车对结构刚度的要求;(4)对于主跨1500 m级超长大跨度公铁合建桥梁,斜拉悬索协作体系经济性更好。

空间组合式链杆锚固体系人行悬索桥设计

老虎沟桥是一座跨越城市河道的人行悬索桥。为了降低缆索构件对小规模悬吊桥面空间通透性的影响,新建桥梁采用张开量大的空间索面形式。受限于特定狭窄场地建设条件,主缆采用独特的空间组合式链杆锚固体系,锚碇采用呈扇形布置的分离式矩形单桩基础形式。主缆采用高钒防腐涂层密封钢丝,改善了主缆耐久性及索夹抗滑移性。通过合理设置电涡流调谐质量阻尼器(ETMD)使主梁的振动得到了有效的控制。目前该桥运营状况良好,达到了预期目标。

缆-梁加劲联合体系悬索桥结构受力机理分析

西部山区高烈度地震区铁路桥梁跨越峡谷时,由于抗震要求,需要修建对大位移适应能力强的大跨度悬索桥。针对深切峡谷地形陡峻不利于建造桥塔且无法设置外伸边跨的一种地形,提出一种缆-梁加劲联合体系悬索桥结构体系,用于提高结构的整体刚度并减小活载作用下梁端的转角。以某桥位的设计方案为研究对象,比较分析常规悬索桥方案、满布桁杆方案及拉压杆-拉索缆-梁联合体系3种悬索桥结构方案在列车活载和铁路横风荷载作用下的结构竖向、横向刚度特征。结果表明,增加加劲梁与主缆之间连接,可明显提高结构整体刚度;拉压杆-拉索方案使索夹下滑力降幅约为50%;增加斜杆对数对结构整体刚度提升明显,可以有效减小索夹下滑力。

天府川西竹海大跨度玻璃索桥设计特色

天府川西竹海玻璃悬索桥为主跨290m的空间索面悬索桥,桥梁跨中24m长的区段内设置双层结构观景平台,采用组合式锚碇的高空全景走廊,论文较为详细地介绍了该桥梁的设计理念、桥梁各主要结构的设计情况及特点。

斜拉-悬吊协作体系的设计探索

中国２１世纪的跨海工程将面临软土地基、强台风、深水基础等条件，仅用悬索桥和斜拉桥作为大跨桥型，已不能满足工程需求。作者建议采用斜拉－悬吊协作体系以及多跨索支承组合体系来取长补短，弥补体系之不足。本文以伶仃洋大桥工程为背景，探索了１４００ｍ伶仃东航道斜拉－悬吊协作体系的设计，为这种桥型的设计和跨世纪、跨海大桥方案研究提供参考依据。

悬索桥索鞍位置的分离计算法

关于索鞍位置计算,已有的计算方法较为繁琐或仅适用于单圆曲线索鞍,针对这种情况,将单圆曲线索鞍位置计算的分离计算法推广到复合圆曲线索鞍位置的计算中,从力学关系和几何关系出发推导得到了复合圆曲线索鞍位置计算的解析公式和由解析公式求解的牛顿-拉斐森迭代算法。改进约束条件,给出合理的迭代初值计算公式,确保了索鞍位置迭代计算快速收敛于真实解。归纳提出了理论顶点的顺延悬链线交点定义法和切线交点定义法的概念,探讨了两种定义法所得的索鞍位置计算公式或计算结果之间的必然联系。算例表明:该精确方法正确可行,近似方法也具有较高的精度,可供悬索桥施工、设计人员参考。

基于试验数据的吊拉组合模型桥梁有限元模型修正

为获得吊拉组合模型桥梁的基准状态,结合子结构与响应面有限元模型修正方法,建立一种新的桥梁结构有限元模型修正方法。依据构造及力学特点,划分子结构并选择待修正参数;基于方差分析,利用参数显著性检验确定待修正参数;用均匀设计方法生成待修正参数样本集,由有限元分析获得对应的响应信息后,建立每一待修正参数与目标值的响应面模型;建立自振频率和位移适应度函数线性组合的联合目标函数,利用模型桥梁的静动力试验数据,由遗传算法获得参数的修正量,实现测试结果与有限元计算结果间误差的最小化。试验结果表明:所提方法能在确保设计参数合理且具有明确物理意义的前提下,对桥梁结构有限元模型实现有效的修正。

考虑缆-梁联合作用的自锚式悬索桥恒载状态计算方法研究

自锚式悬索桥合理成桥状态的已有算法中,很难在一个模型中同时考虑缆-梁的联合作用,需要通过反复手动迭代或是修改模型边界条件进行求解,较为繁琐。对此,笔者提出一种考虑缆-梁联合作用的恒载状态计算方法。该方法基于加劲梁的挠度理论,通过梁段的平衡微分方程、几何方程、物理方程推导出加劲梁的线形和索力的解析关系;主缆基于分段悬链线理论,通过已知吊索索力计算主缆端部反力;再用迭代方法得出满足以主缆端部反力和吊索索力为相容条件的解。计算结果表明,该方法能够考虑缆-梁联合作用,得到满足加劲梁最小应变能原理的合理成桥状态,且收敛速度快,精度高,能够满足实际工程的需求。

大跨度桥梁超宽分体三箱梁抗风性能及控制措施研究

为研究超宽分体三箱梁的涡激振动特性及其抑振措施,以梁宽68 m的大跨斜拉-悬索协作体系公铁两用大桥为工程背景,采用缩尺比为1∶30的大比例节段模型进行风洞试验,研究主梁的涡振性能以及不同形式风屏障、桥梁附属设施对其影响和设置槽间开孔盖板的气动措施对其改善效果。研究结果表明:施工状态主梁断面没有出现明显涡振现象,主梁风屏障采用不规则开孔形式时的涡振性能优于等效栏杆形式;成桥状态主梁断面出现涡振现象,公路内侧栏杆对其涡振性能影响较大;通过施加30%透风率的错位圆孔槽间开孔盖板的气动优化措施可有效改善主梁涡振性能,优化后主梁无明显竖弯涡振现象,扭转位移振幅为0.07°,降低90%,同时断面具有优越的颤振性能,在此条件下随阻尼比的增加主梁涡振振幅明显降低,当扭转阻尼比增加至0.47%时主梁不出现涡振现象。

公铁两用斜拉-悬索协作体系桥结构参数研究

为探究结构参数对公铁两用斜拉-悬索协作体系桥受力性能的影响,确定结构参数的合理取值,以甬舟铁路西堠门公铁两用大桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立该桥杆系有限元模型,计算分析辅助墩、吊跨比、矢跨比及交叉索数量等参数变化对结构竖向刚度、端吊杆活载轴力幅、桥塔弯矩等的影响,提出各结构参数的合理取值建议。结果表明:在边跨设置辅助墩能提高结构的竖向刚度、降低桥塔顺桥向弯矩和端吊杆活载轴力幅;吊跨比越大,结构的竖向刚度越小;矢跨比越大,结构的竖向刚度越大;增加交叉索对数可以降低端吊杆的活载轴力幅,但交叉索数量增至一定数量,端吊杆活载轴力幅值降低趋势趋于稳定;推荐大桥采用边跨设置2个辅助墩、跨中纯悬吊段吊跨比0.3、主缆中跨矢跨比1/6.5、交叉索9对的结构布置。

大跨公轨两用悬索桥动力特性的参数敏感性分析

为了深入研究大跨度公轨两用悬索桥的动力特性,以贵州省在建的马岭河三号特大桥为研究对象,基于Midas/Civil建立全桥三维离散单元有限元模型,采用子空间迭代法进行模态分析,得到该桥的自振频率和振型,并采用控制变量法,分析主塔刚度、主缆刚度、加劲梁刚度、吊杆刚度、恒载集度、中央扣和横向抗风支座等六类结构关键参数对其动力特性的影响。研究结果表明:该桥基频为0.172 Hz,对应振型为主梁1阶正对称侧弯,该桥自振频率较同等跨径的普通公路悬索桥高,结构整体刚度较大;增大主塔刚度,主塔侧向振动频率提高;增大主缆刚度,主梁1阶竖向振动和扭转频率提高;增大吊杆刚度,纵飘频率有一定程度提高;增大加劲梁刚度,主梁侧弯和主梁扭转振型频率的提高显著,有助于提高结构的横向刚度和改善结构的颤振性能;而增大恒载集度,以主梁振动为主的侧弯、竖弯、扭转振型的自振频率均有不同程度的降低;中央扣和抗风支座能有效提高结构的整体刚度。

吊拉组合索桥的模型建立与初始索力确定

分析了吊拉组合索桥的结构特性后,根据组合索桥损伤检测的需要,利用大型通用有限元软件ANSYS,建立2种吊拉组合索桥动、静力有限元模型:鱼脊式模型和完整型模型.通过对两种有限元模型进行分析比较,指出鱼脊式模型概念比较清晰、直观,结构的刚度和质量处理精确;完整型模型能很好模拟主梁的扭转刚度,局部受力分析更精确.最后结合其施工过程提出确定成桥状态的初始索力的计算方法,通过计算分析发现,施工时悬吊部分主梁配重卸载后,斜索初始索力将发生重分布,跨中斜索索力有所下降,而边跨斜索索力有所上升.

西堠门公铁两用大桥主桥结构设计

西堠门公铁两用大桥主桥为主跨1 488m斜拉-悬索协作体系桥,公铁平层布置。主缆垂跨比为1/6.5,斜拉索与吊杆交叉索共9对,纯悬吊段长452m。主梁采用流线型三箱分离结构,中间箱通行铁路,边箱通行公路,主梁全宽68m(含风嘴),中心线处梁高5m。桥塔为A形钢筋混凝土结构,高294m。斜拉索采用Φ7mm高强平行钢丝束,呈扇形布置。主缆空间布置,塔顶处横向中心间距6m,跨中处横向中心间距26.5m,标准抗拉强度2 000MPa。4号桥塔墩采用设置钢沉井基础,5号桥塔墩采用18根Φ6.3m大直径钻孔桩基础。金塘岛侧锚碇采用岩锚,册子岛侧锚碇采用嵌岩重力锚。理论分析和试验研究表明大桥具有良好的静、动力性能,能够满足高速铁路行车要求。

超大跨度缆索承重桥梁结构体系

设计和建造跨海连岛大桥是新世纪桥梁工程面临的巨大挑战。超大跨度桥梁并不只是常规概念的外推,需要与之对应的结构体系。从根本上改变缆索承重桥梁的缆索体系,可以突破跨度极限。本文指出了常规结构体系向更大跨度发展的制约因素,从缆索体系的角度介绍了超大跨度斜拉桥、悬索桥以及斜拉 悬索组合桥可能采用的各种体系。这些体系试图在静力、动力方面能远远超出现有限制范围,极大地提高桥梁的跨越能力。同时,新体系的采用也给材料、设计和施工提出了很大的挑战。

济南黄河公铁两用桥主桥结构型式研究

研究目的:石济铁路客运专线济南黄河公铁两用桥为刚性悬索加劲连续钢桁梁桥,其结构形式在我国铁路桥梁上尚属首次采用,故以此为工程背景,对此种结构体系的主桁片数及公路桥面板的形式进行分析研究,为下一步的工作打下了良好基础,为类似桥梁的设计提供参考。研究结论:(1)与3片主桁方案相比,2片主桁方案桁架腹杆的最大轴力增加了24.1%,并且框架效应表现明显,竖杆的面外弯矩增加很大;(2)3片桁桥面系荷载传递直接,且提供结构刚度大,3片桁方案比2片桁方案挠跨比小14%,轨道中心部位的梁端转角低12%;(3)由于正交异性钢桥面板的结构自重较纵横梁混凝土组合桥面板的少35%左右,故结构受力有较大改善,前者比后者上弦杆杆件轴力最大值减少了34.6%,而腹杆杆件轴力最大值减小了10%左右。

桥梁结构模态参数的时频域识别

为在时频域内识别桥梁结构的模态参数,针对HHT（Hilbert-Huang Transform）方法识别桥梁结构模态参数中存在的端点效应、模态混叠以及频率识别与阻尼识别相互耦合现象,应用带通滤波和扩展随机减量法对HHT方法进行改进,建立了一种基于现代信号时频域分析的桥梁结构模态参数识别方法,然后基于MATLAB平台,编制了桥梁结构模态参数时频域识别程序,并以某吊拉组合桥梁全桥模型试验为例,利用实测数据对所提方法进行验证。结果表明,该方法能正确识别出模型桥梁的前11阶竖向自振频率、前6阶阻尼比以及前3阶模态振型;阻尼比的识别结果为0.2%-2%;识别结果与有限元模型修正后的计算结果相差不大。所提方法能正确、有效地在时频域内识别桥梁结构的频率、阻尼及模态等参数。

贵黄高速阳宝山大桥超宽钢桁梁设计

贵黄高速阳宝山大桥主桥为单跨650 m钢桁梁悬索桥,桥面全宽36.6 m。通过对比分析山区建设条件下悬索桥不同梁型的优、缺点,加劲梁采用板桁结合钢桁梁,主桁中心桁高5.5 m,中心桁宽36 m,全桥共分为57个吊装节段;钢桁梁纵断面线形采用景观效果好、便于杆件制造的对称凸形圆曲线;根据剪力分布规律,主横桁腹杆采用对称W形布置;钢桥面板对接焊缝及下方纵梁均设置在轮迹横向分布频率最低的位置;销接式吊索锚板选择传力明确、便于焊接的外置式连接形式;结合该桥风洞试验研究结果,全桥布置3道永久下稳定板,跨中130 m范围布置临时上中央稳定板,以解决施工和成桥阶段加劲梁的颤振稳定性问题。

某悬索斜拉索组合式跨越管桥的换索设计

某(320+500+225)m悬索斜拉索组合式跨越管桥,运营多年后索结构出现防腐保护层老化、破损,钢丝锈蚀严重,索体松弛等病害。为保障管桥结构和运营安全,对全桥主缆、吊索及斜拉索进行更换设计。新索全部采用镀锌钢丝绳。采用整体置换法更换主缆,在锚固墩和塔顶设计新主缆通道,按设计空缆线形架设新主缆;采用单根置换法更换所有吊索,新主缆逐步替代旧主缆;采用单根置换法更换斜拉索,从桥塔向跨中逐根进行,北塔和南塔同步;所有缆索更换完后,进一步调整索力和线形;最后参照公路桥梁缆索的防腐技术对所有新索进行防腐处理,并拆除旧主缆。采用MIDAS Civil 2012进行换索计算,结果表明结构受力均满足规范要求。该管桥已于2015年底成功完成换索,目前运营情况良好。

泸州市龙透关大桥及连接线工程总体方案构思

受沱江两岸地形和既有建筑分布等建设条件影响,为避免既有建筑拆迁、节省投入,泸州市龙透关大桥及其连接线工程采用双层桥梁和下穿高层建筑的分离式隧道结合方案。该工程跨越沱江的主桥采用双层自锚式悬索-斜拉组合桥方案,总长395m,主梁采用预应力混凝土箱梁,桥塔内弯、总高105m;北岸引桥采用鱼腹式截面预应力混凝土连续梁,总长330m,其横断面为独墩大悬臂方式;南岸引桥接入主桥上层,为双车道的匝道桥,总长750m,采用单箱单室预应力混凝土连续梁。隧道单洞延米长1 940m,由北向南采用分离式隧道过渡到双连拱隧道。