湖北国际物流枢纽中心配套工程:不同垂度四主缆悬索桥约束体系研究

燕矶长江大桥作为湖北国际物流枢纽中心配套工程,首次采用了不同垂度四主缆悬索结构,为了确保该结构在特定的约束体系下具有最佳的受力状态,文章提出多种约束方式组合,通过有限元模型分析,揭示各种约束体系下结构的受力及变形特性。结果表明:不同垂度四主缆悬索桥约束体系对主缆和吊索的受力影响不大;不同垂度四主缆悬索桥约束体系对桥塔和主梁受力、结构纵向变位影响较大,因而在设计中应充分模拟支座非线性力学特性;纵向半漂浮约束方式对减少桥塔弯矩及结构偏位有较大影响;竖向塔连杆约束方式可以过塔连杆的转动在一定程度上满足加劲梁纵向位移要求,且对解决支座的耐久性与更换问题有现实意义;在不同垂度四主缆悬索桥设计中,如要避免采用较大的伸缩缝,建议结构设置纵向限位装置。

燕矶长江大桥约束体系设计

燕矶长江大桥为主跨1860 m双层桥面钢桁梁悬索桥,主缆采用不同垂度四主缆布置,针对该桥结构特点,采用MIDAS Civil软件进行有限元静力计算,采用SAP2000软件进行有限元地震响应计算,对该桥纵、横、竖向约束体系进行设计。通过对比研究中央扣、纵向弹性约束、纵向限位挡块方案的可行性及减少伸缩装置规格的程度,确定采用纵向限位挡块进行纵向限位,伸缩装置规格可由D3000 mm减小为D2000 mm;采用电涡流-摩擦组合型纵向阻尼装置减小地震作用下梁端纵向位移,有效抑制梁端高频往复运动,改善支座和伸缩装置工作环境。横向约束采用球型钢支座限制加劲梁梁端横桥向摆动。通过分析梁端支座负反力消除措施适用性,竖向约束采用塔连杆方案,改变传统竖向约束方案的工作模式,更好适应反复的拉压力和纵向高频往复位移。

湖北国际物流枢纽中心配套工程:燕矶长江大桥边缆角度对主缆的静力学影响

为了完善湖北国际物流枢纽中心的区域功能,促进武鄂黄黄经济带的发展,作为鄂州顺丰花湖国际机场的配套工程,燕矶长江大桥应运而生。该桥梁应用了不同垂度四主缆悬索桥体系,是一种适用于大跨径桥梁的结构体系,为了探究边缆与水平面的角度对此结构体系受力的影响,基于有限元方法,以燕矶长江大桥为原型,建立不同边缆角度的不同垂度四主缆悬索桥模型,对比分析了不同边缆角度下内外主缆最大缆力、内外缆活载分配比例、主桥竖向刚度、主塔最大轴力。研究结果表明:边缆角度的改变对内外主缆最大缆力、主桥竖向刚度影响不大;在边缆角度为20°时,内外缆活载分配比例最接近恒载分配比例;边缆角度增加时,主塔最大轴力增加,最大增幅为17.8%;边缆角度对不同垂度四主缆悬索桥的静力学影响不大,在设计时应更多考虑地质条件、锚碇位置等实际因素。

湖北燕矶长江大桥动力特性研究

湖北燕矶长江大桥为主跨1860 m的双层桥面钢桁梁悬索桥,采用内外缆不同垂跨比四主缆布置方式,内主缆跨度布置为(550+1860+450)m,跨中垂度142.445 m,垂跨比1/13.058;外主缆跨度布置为(510+1860+410)m,跨中垂度153.345 m,垂跨比1/12.130。为研究这种新型大跨悬索桥的动力特性,采用ANSYS软件建立大桥成桥状态有限元模型,在内缆垂跨比不变的前提下,仅改变外缆垂跨比,分别取1/13.058、1/12.700、1/12.400、1/12.130(最终方案)、1/11.800、1/11.500、1/11.200,探讨桥梁动力特性随外缆垂跨比的变化规律,并分析主缆锚固方式对桥梁动力特性的影响,最后对四主缆最终方案与不同垂跨比[1/13.058,1/12.130]双主缆方案的动力特性进行对比分析。结果表明:外缆垂跨比从1/12.700增大至1/11.500,可使桥梁侧向刚度和扭转刚度有所提升;桥梁一阶反对称和正对称竖弯自振频率随外缆垂跨比的增大而表现出先增大后减小的规律,其中一阶正对称竖弯自振频率以四主缆最终方案为最大;主缆锚固方式对桥梁动力特性影响很小;四主缆最终方案较垂跨比在[1/13.058,1/12.130]范围内的双主缆方案具有更高的竖向刚度。综合分析表明,在塔高受限条件下采用内缆垂跨比1/13.058、外缆垂跨比1/12.130的四主缆方案具有更优的动力特性。

湖北燕矶长江大桥体系构思与总体设计

湖北燕矶长江大桥集高速公路与城市道路功能为一体,该桥采用单孔跨越通航水域和断裂带的主跨1860 m双层桥面钢桁梁悬索桥方案。大桥邻近机场,航空限高导致桥塔高度受限、主缆垂跨比偏小、主缆规模偏大。为解决上述问题,提出一种新的不同垂度四主缆悬索桥结构体系,该体系主要特征为:4根主缆横向对称分两侧布置,同侧2根主缆采用不同垂度,加劲梁间隔交错悬吊于2组不同垂度的主缆上,不同垂度主缆按纵向前、后错开锚固于地锚。该体系降低了单根主缆规模,抗风稳定性较好,位于外侧的下主缆的跨中段可降低到桥面之下以增大垂度,较好地解决了桥塔高度受限的建设难题。基于该体系,大桥上主缆跨度布置为(550+1860+450)m,跨中垂度142.445 m;下主缆跨度布置为(510+1860+410)m,跨中垂度153.345 m。大桥缆索采用镀锌-铝合金镀层高强钢丝,加劲梁主桁采用华伦式桁架,锚碇采用可换式预应力锚固系统,桥塔采用门楼造型,基础采用钻孔桩。