钢混组合梁自锚式悬索桥减震分析

大城市的桥梁中,由于钢混组合梁自锚式悬索桥独特的受力特性,它在遭遇地震时可能产生的后果远比其它类型桥梁更为严重。为了研究其主塔处横桥向的合理约束体系,分别在横向自由、横向约束、挡块约束及阻尼器墩约束4种约束体系下进行时程分析,研究钢混组合梁自锚式悬索桥在不同横向约束体系下的地震响应特点,针对横向约束、横向挡块和横向阻尼器减震体系分析不同参数对减震性能的影响并确定最优的减震措施。结果表明:采用横向约束和横向挡块能有效减小横向位移但无法同时减小内力响应;采用横向阻尼器可以有效减小各横向地震响应,阻尼器是最优的减震措施。

组合梁自锚式悬索桥桥面板浇筑次序对加劲梁受力的影响探析

为探索钢-超高性能混凝土组合梁自锚式悬索桥桥面板浇筑施工次序对其关键部件——加劲梁受力可能造成的影响,以某公路桥梁为例,首先,提出悬索桥整体架设施工方案,并结合现行规范和桥梁实际拟定3种桥面板施工方案和3种桥面板浇筑方案;然后,通过模块化的三维软件构建钢箱梁节段模型并应用MIDAS/Civil软件构建局部梁段有限元模型,对不同桥面板施工方案和桥面板浇筑方案下加劲梁受力情况展开模拟和比较分析。结果表明,加劲梁是钢混组合梁自锚式悬索桥重要的受力部件之一,其受力情况是桥面板浇筑施工控制的重点;通过桥面板架设及混凝土浇筑次序的优化比选,钢-混组合梁自锚式悬索桥桥面板和钢梁受力性能得到较好保证。

大跨径自锚式悬索桥钢-STC组合梁涡振抑制试验研究

以某大跨度钢-STC组合梁自锚式悬索桥为背景,在风洞实验室开展了1∶50缩尺比节段模型风洞试验,比较分析了涡振抑制优化措施,包括加装稳定板等单一气动措施,并重点研究了上下稳定板、稳定板加栏杆等组合气动措施。试验得出:①该桥的原始断面出现了大振幅涡振,主梁采用加装稳定板等单一气动措施有一定的抑振效果。②组合气动措施中,设置1道上中央稳定板+1道下中央稳定板会明显提高涡振振幅;设置2道下稳定板+中央防撞墩密封,涡振抑制率达到26%;设置2道下稳定板+栏杆局部封闭,抑制率达到47%;设置2道下稳定板+风嘴涡振,抑制率达到77%;设置2道下稳定板+倒L型导流板,完全抑制涡振幅值。

钢-UHPC组合梁自锚式悬索桥力学性能与经济性分析

为了解钢-UHPC组合梁自锚式悬索桥的受力性能及经济性,以益阳青龙洲特大桥为背景,建立全桥空间有限元杆系结构模型及组合梁局部有限元模型,研究钢-UHPC组合梁的抗弯承载能力、UHPC桥面板的抗裂能力,并与常规钢-混组合梁经济性进行对比。结果表明:在最不利组合下,组合梁箱形钢主梁、钢横梁的最大拉应力分别为206.3MPa、212.9MPa,小于钢材抗拉强度设计值;正截面承载能力状态UHPC桥面板上、下缘最大压应力分别为33.76MPa、24.4 MPa,安全系数达1.85,结构受力安全;频遇组合下UHPC纵肋下缘最大拉应力为16.73MPa,为初裂应力的89%,抗裂性能良好。桥面板采用UHPC结构时,比采用普通混凝土结构增加了163%的建造费用,但综合结构变化后的其他主要分部工程,总体建造成本仅增加2.0%,考虑到UHPC结构优异的力学性能及耐久性,钢-UHPC组合梁方案经济上较为合理。

爆炸作用下超宽自锚式悬索桥动力响应研究

为研究超宽混凝土自锚式悬索桥在爆炸荷载作用下动力响应和毁伤特征,以某超宽混凝土自锚式悬索桥为工程背景,采用数值模拟文法,分析桥面近距爆炸作用下超宽箱梁顶面破口形态、底板竖向位移等动力响应。首先,利用Solidworks软件和Hypermesh软件建立整体桥梁的精细化有限元模型;其次,采用Ansys/LS-DYNA软件和*LOAD_BLAST_ENHANCED(LBE)方法施加爆炸荷载,并结合文献中混凝土构件爆炸试验结果验证计算方法的可靠性;最后,参数化分析不同炸药当量和沿横纵桥向不同爆炸位置工况下桥梁的动力响应。结果表明:当TNT当量为300 kg时,爆心正下方混凝土单元应力达极限值发生失效,形成椭圆形贯穿破口。随着TNT药量的增大,爆心正下方底板中心处的竖向位移峰值不断增大,1 000 kg药量工况下爆炸50 ms后竖向位移达135.9 mm。随着至爆心的距离增大,底板竖向位移减小,且竖向位移的增大速度减缓。吊杆内力变化与相连的箱梁底板竖向位移具有相关性,箱梁底板竖向位移越大,吊杆内力变化达到第一峰的峰值越高。相同爆炸当量工况下,爆心处于横、纵桥向不同位置时,超宽箱梁动力响应和破口形态的区别主要由横隔梁、腹板的支撑和约束作用不同引起。研究结果可为混凝土自锚式悬索桥的抗爆防护与加固提供重要依据。

三塔自锚式悬索桥动力特性参数影响分析

为研究大跨径三塔自锚式悬索桥结构各主要设计参数对动力特性的影响,以滨河黄河大桥为背景,采用MIDAS/Civil建立动力有限元模型,分析了垂跨比、恒载集度及构件刚度等参数对结构动力特性的影响规律.分析结果表明:结构的振型排列非常密集,抗震分析时应考虑高阶振型的影响;采用叠合梁形式的加劲梁有利于结构的抗风稳定性;增加垂跨比有利于提高结构的抗风稳定性;恒载集度的提高会降低加劲梁的纵飘、竖弯及扭转振型频率;主缆抗拉刚度主要对加劲梁的竖向振动产生影响;增大边塔纵向抗弯刚度能够有效减小加劲梁的纵向地震位移响应;而中塔纵向抗弯刚度、垂跨比及加劲梁的抗弯、抗扭刚度对加劲梁纵飘振型频率影响甚小.

关键参数对大跨组合梁自锚式悬索桥用钢量指标的影响分析

以某主跨345m钢-混组合梁自锚式悬索桥为实例,从主跨跨径、吊索间距、桥面宽度以及施工方案等方面探讨了关键参数对用钢量指标的影响。分析结果表明:主跨跨径对用钢量指标影响显著,主梁用钢量指标变化幅约为跨径变化幅的一半,主缆用钢量指标变化幅略大于跨径变化幅;吊索间距对主梁受力影响不大,适当增大吊索和钢横梁间距可降低用钢量指标;相同跨径下,每平米桥面用钢量指标随桥宽增大而有所降低,32m桥宽用钢量指标约为22m桥宽的87%;施工方案对主梁用钢量指标影响较大,105m临时墩间距顶推施工的主梁用钢量比满堂支架施工增加32%。所得结论可为同类桥型设计提供参考。

三塔自锚式悬索桥动力特性及影响参数分析

以某三塔自锚式悬索桥为工程背景,建立三维有限元模型,通过调整缆索初应变确定恒载作用下的成桥线形,基于静力平衡状态进行模态分析得到三塔自锚式悬索桥的振型及频率。结构动力特性影响参数分析表明:主缆抗拉刚度、加劲梁竖向弯曲刚度、桥面恒载集度、矢跨比等参数对结构动力特性影响较大。

先斜拉后悬索组合梁自锚式悬索桥桥面板浇筑方案研究

以一拟建钢-UHPC组合梁自锚式悬索桥为工程背景,建立全桥空间有限元杆系结构模型,研究了在“先斜拉后悬索”的施工过程中,UHPC桥面板浇筑阶段、UHPC桥面板的分段浇筑方案对加劲梁受力性能的影响。研究结果表明:UHPC桥面板在临时斜拉桥成桥后浇筑,在最终成桥状态下桥面板和钢梁的受力性能均优于在吊杆张拉完成后浇筑和在斜拉-悬索体系转换完成后浇筑;在临时斜拉桥成桥后浇筑UHPC桥面板,先浇筑斜拉索区梁段后浇筑中支点附近梁段,在最终成桥状态下中跨桥面板和钢梁的受力性能均优于先浇筑中支点附近梁段后浇筑斜拉索区梁段。

非一致激励对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响

作为一种新型的桥梁结构形式,三塔自锚式悬索桥的静动力性能较传统双塔自锚式悬索桥更为复杂。由于其跨越能力较大,抗震分析中地震动空间效应通常不能忽略。以某三塔自锚式悬索桥为工程背景,根据实际场地条件拟合得到空间多点地震动时程,基于时程分析法研究了波传播效应、局部场地效应、失相干效应等地震动空间效应对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响规律。研究结果表明:非一致激励会使得主塔内力增大、主塔索鞍抗滑安全系数下降、主塔纵向加速度和变形增大、主梁内力增大。因此,对于三塔自锚式悬索桥地震响应分析时应考虑多点非一致激励的影响。进一步研究表明,非一致激励对于各构件响应的影响程度不尽相同;即使对于同一构件,不同地震动空间效应的影响规律也相差较大。综上所述,非一致激励的影响规律十分复杂,需要后续更深入地探讨非一致激励对多塔悬索桥地震响应的影响机理。

结构参数对钢-混组合桥塔自锚式悬索桥静力性能的影响研究

为了解钢-混组合桥塔自锚式悬索桥的静力特性,根据挠度理论,利用三维有限元软件Midas进行空间分析,对模型中主缆矢跨比、主缆抗拉刚度、加劲梁的横竖向抗弯刚度以及主塔纵向抗弯刚度参数进行横向对比。分析结果显示随着参数值的递增,结构位移在减小,而主缆的水平拉力和加劲梁的弯矩却呈现不同变化趋势,自锚式悬索桥的整体静力特性对主缆矢跨比、主缆的抗拉刚度以及加劲梁的竖向抗弯刚度的变化很敏感,而基本不受加劲梁的轴向刚度和主塔纵向刚度的变化的影响。

斜拉-自锚式悬索组合体系桥梁结构参数变化对活荷载效应影响

基于线性二阶和非线性理论对一座多塔斜拉-自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应进行对比分析,来确定合理的活载计算分析方法;在活荷载作用下,通过考虑不同的主梁、桥塔及主缆刚度等结构参数,来分析研究结构主要部件的控制截面受力情况。分析结果表明:采用线性二阶和非线性理论对比分析后,主跨160 m的斜拉-自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应计算误差在5%以内,在工程中可采用线性二阶理论进行活载作用分析;在活载作用下,副塔及主塔刚度对结构受力性能影响较小,主梁和主缆刚度对结构受力性能影响较大,在同类桥梁设计中应给予足够重视。

椭圆塔空间缆自锚式悬索桥主索鞍系统设计研究

在建万龙大桥工程主桥为世界首座采用椭圆钢桥塔的空间主缆自锚式悬索桥。该桥鞍座采用铸焊结合的自适应式空间缆索主索鞍,鞍座存在以下技术难点:空间主缆主索鞍受力复杂;椭圆塔纵向刚度大,主索鞍的抗滑问题突出;鞍座底部为柔性支撑,索鞍与主塔协同变形,塔-鞍连接结构传力复杂。为掌握椭圆塔空间缆自锚式悬索桥主索鞍及塔-鞍连接结构的关键技术,运用数值分析方法开展系统研究。研究结论如下:(1)当桥梁承受(恒载+汽车+人群+自来水+温度+风)作用时,满足要求的最小摩擦系数μ为0.215,需要设置12 mm竖向摩擦板;(2)主索鞍在最大缆力工况下的最大Von Mises应力为186.2 MPa,最大竖向变形为1.572 mm,满足强度及刚度要求;(3)主索鞍与钢塔连接结构主要通过支承隔板以竖向剪力的形式将主索鞍作用力传至钢塔腹板上,端部支承隔板的剪力显著大于中间隔板,剪力传递的不均匀系数为1.29;(4)主索鞍支承板在鞍座区域的边缘存在一定转角,空缆工况最大纵向转角为0.366‰rad,在鞍座顶推施工中需要加以考虑。

三塔自锚式空间缆索悬索桥吊索张拉控制方法及影响参数分析

针对三塔自锚式空间缆索悬索桥吊索转换过程中结构的受力特点,提出针对该类悬索桥吊索张拉过程的控制方法。以济南凤凰大桥为工程背景,研究了该类悬索桥在吊索张拉过程遇到的难点,提出“以吊索无应力长度及吊索实测索力双控,解决吊索张拉过程的各项问题”的张拉思路。通过有限元软件对方案进行优化,得到了能保证吊索张拉有序进行的针对该类悬索桥的吊索张拉方案及控制方法,并总结了各关键节点桥梁的结构响应及各项影响参数分析。济南凤凰桥的工程实践表明:该方法能有效解决三塔自锚式空间缆索悬索桥吊索张拉过程中的技术难点,保证吊索张拉过程各项指标的安全可控。

三塔斜拉-自锚式悬索连续协作体系桥方案设计

目前斜拉-自锚式悬索连续协作体系桥梁在实际工程中应用很少,大多数停留在方案设计阶段。针对汉中市西二环大桥,提出了三塔斜拉-自锚式悬索连续协作体系桥方案。该桥型不仅兼备了斜拉桥和自锚式悬索桥的优点,又有其自身结构新颖、经济美观的特点。文章对该桥进行了方案比选设计,对推荐采用的三塔斜拉-自锚式悬索连续协作体系桥提出了初步的施工方法。

三塔自锚式悬索桥主缆抗火性能评估方法

提出了一种简易的桥梁结构抗火性能评估方法。首先,通过开展构件传热分析,获取了车致火灾下构件温度场时程曲线;建立了全桥热-结构耦合作用模型,对全桥结构高温下静力响应及安全性进行了分析与评估。然后,以某钢-混简支梁试件为对象,数值模拟分析了火灾下构件温度场及静力响应,并将分析结果与试验结果进行对比以验证所建模型的准确性。最后,以某悬索桥为工程背景,开展了油罐车、货车、客车及小汽车等4种车型发生火灾工况下构件传热分析及结构响应分析;根据自定义缆索损伤评估标准,采用所提出的评估方法对主缆局部损伤状况进行了评估。研究表明:油罐车发生火灾对结构的危害最严重,主缆最高温度可达830℃,虽然跨中挠度仅增加160 mm,但主缆产生了严重的不可逆损伤;所提出的评估方法可用于大跨径缆索承重桥梁结构抗火性能及安全性分析。

三塔自锚式悬索桥缆索施工技术

山西临汾尧贤街跨洰河桥梁主跨168 m,为三塔双索面自锚式缆索桥,主塔索鞍采用门架系统吊装,猫道为四跨分离式。施工中针对猫道、主缆架设和紧缆等工序制订了施工方案,保证了桥梁顺利施工。

新型自锚式悬索-连续梁组合体系人行桥理论分析及设计

由于常规对称布局的索-梁组合体系难以适用于城市人行桥的设计,为跨越非对称复杂地形,提出了一种新型自锚式悬索-连续梁组合体系的概念.该组合体系是基于三维空间中的弹性变形与刚体扭转的组合机制,采用新式的连接件进行索、梁、塔的三位一体连接组合.全面分析了该组合体系的静力、动力及稳定性等力学行为,提出了改善结构力学性能的方法,并对该组合体系进行了减振设计;最后采用多目标遗传算法(MOGA)对新组合体系结构进行了优化.研究结果表明,该体系在有限地形中布局桥梁结构具有较大优势,MOGA优化设计方法可实现该体系桥梁结构的合理布局、安全受力.研究成果可为复杂地形边界条件下的人行桥设计及其结构优化提供参考借鉴.

自锚式悬索桥主缆锚固设计及铸钢锚锭制造

主缆锚固区是自锚式悬索桥的关键部位,其结构型式的设计一定程度上决定了自锚式悬索桥的总体布置。针对主缆锚固构造在设计和建造中存在的问题,先对比分析了自锚式悬索桥主缆4种锚固方式、适用条件及其优缺点,后以九乔路大桥为实例,介绍了该桥总体设计、主缆钢结构锚固方案,并探讨了铸钢锚锭在制造、安装过程中的难点和关键技术。建成后通车运行情况表明:1)本桥总体设计、主缆锚固方案合理,适应航道、路网规划,桥型美观;2)铸钢锚锭的铸造、安装工艺先进,主缆锚固可靠。

独塔斜拉-自锚式协作体系悬索桥合理约束体系研究

为研究独塔斜拉-自锚式协作体系悬索桥合理约束体系,以主跨2×350 m的济南绕城高速二环线北环段工程黄河特大桥主桥为背景,采用BNLAS软件建立主桥空间有限元模型,对比不同纵向、竖向约束体系方案下结构的荷载响应、自振特性,分析不同塔梁约束体系对独塔斜拉-自锚式协作体系悬索桥静、动力性能的影响。结果表明:塔梁处竖向双排支座有效约束了塔梁之间的相对转动自由度,使塔梁协调受力,相较于传统的全飘浮体系和竖向单排支座体系,竖向双排支座体系提供了更大的整体结构刚度;设置纵向约束能显著增强独塔斜拉-自锚式协作体系悬索桥结构纵向刚度,建议在纵向上设置固定约束;相较于传统塔梁墩固结体系,竖向双排支座体系对主梁提供了更强的转动约束,且塔梁间约束在构造上处理简单。该桥桥塔处设置竖向双排支座并设置纵向固定限位装置。