半飘浮体系斜拉桥荷载试验有限元分析影响因素研究

针对半飘浮体系斜拉桥荷载试验初始有限元模型计算值与实测值存在偏差的情况,以某独塔四索面斜拉桥为例,分别考虑桥面铺装、弹性模量和支座摩阻及3种因素组合影响对该桥初始模型进行修正,对比荷载试验实测值、初始模型及修正模型计算值,分析上述因素对有限元模型计算值的影响。结果表明:对于半飘浮体系斜拉桥,桥面铺装和弹性模量对有限元模型计算结果有一定的影响,支座摩阻的影响最大;考虑支座摩阻后,主梁应变及挠度校验系数分别提高了13%、21%,并解决了初始模型中出现的计算位移方向与实测方向相反的问题。同时考虑3种因素修正模型后,应变校验系数为0.77~0.96,挠度检验系数为0.97,主梁和桥塔纵向位移计算值也与实测值吻合良好。

异形空间桥塔半飘浮体系斜拉桥结构性能分析

以某异形钢塔钢梁斜拉桥为例,对该体系桥的结构受力进行分析评价;针对该桥桥塔的独特造型,应用结构计算软件对其进行总体受力分析。分析结果验证了该桥结构设计的安全性及施工合理性,同时对类似桥型设计中需要注意的地方提出了合理建议。

西十高铁汉江特大桥主桥设计

西十高铁汉江特大桥主桥为主跨420 m的梁桁组合结构双塔斜拉桥,采用半飘浮体系。主梁采用钢桁加劲PC箱梁,梁高3.0 m,桥面全宽17 m。PC箱梁采用C55混凝土,单箱四室等高截面,加劲桁采用渐变三角桁式,材质为Q370qE钢,桁高9.4 m。斜拉索采用标准抗拉强度1770 MPa的镀锌平行钢丝,双索面扇形布置。桥塔采用花瓶式钢筋混凝土框架结构,塔高186.5 m,基础采用∅3 m的钻孔灌注桩,按长短桩设计。结构受力分析结果表明:该桥力学性能指标均满足相关规范要求,整体刚度性能优越,具有良好的颤振稳定性,设置的风嘴能有效抑制涡激振动,采取加劲钢桁上弦杆灌注混凝土、延迟铺轨时间等措施能有效控制主梁的收缩徐变,桥面线形满足铺设无砟轨道的要求。

重庆大溪河特大桥主桥设计

重庆大溪河特大桥主桥为(92+168+650+168+92)m双塔双索面组合梁斜拉桥,采用半飘浮体系,塔梁之间设置竖向支承、横向限位和纵向阻尼,有利于降低梁端位移和桥塔内力。桥塔采用神女造型的钻石形桥塔,钢筋混凝土空心塔柱。主梁采用双边工字形钢-混组合梁,桥面板采用预应力混凝土和超高性能混凝土(UHPC)预制板,板间湿接缝采用UHPC填筑。边跨采用“压重+结构调整+竖向锚索”的配重方式,防止运营阶段过渡墩及辅助墩支座出现负反力。斜拉索索面呈扇形布置,共208根,为抑制斜拉索风雨激振,斜拉索外护套上设置双螺旋线,在索梁锚固端和索塔锚固端设置内、外阻尼器。索梁锚固采用外置钢锚管形式的钢锚梁,塔上斜拉索分别锚固在上中塔柱连接段隔板及塔壁、上塔柱的钢锚梁上。辅助墩和过渡墩均采用花瓶形空心墩,桥塔和桥墩基础采用整体式承台+群桩基础。主梁采用导流板+下中央稳定板的组合气动措施,风洞试验结果表明:该气动措施能有效控制主梁的涡激振动振幅在安全范围。

大跨度斜拉桥顺桥向阻尼约束体系研究

为探讨E型钢阻尼器和液体粘滞阻尼器对大跨度斜拉桥的减震限位效果,以某(55+135+400+135+55)m半飘浮体系双塔斜拉桥为背景,设计2种阻尼约束减震体系方案。采用通用有限元程序SAP2000建立桥梁动力分析模型,通过参数分析确定较为合理的减隔震设计参数,选取3条人工地震波分析2种阻尼约束减震体系方案对该桥地震响应的影响规律。分析结果表明:选取的E型钢阻尼器和液体粘滞阻尼器均可有效控制地震作用中斜拉桥主梁的水平位移,采用液体粘滞阻尼器时塔底弯矩增幅相对较小,主梁水平位移控制效果相对较好。综合考虑减震限位效果及综合使用性能,在该斜拉桥中推荐使用液体粘滞阻尼器约束减震体系方案。

加劲梁形式及支承体系对三塔悬索桥整体刚度影响研究

为探讨加劲梁形式及支承体系对三塔悬索桥整体刚度及中主鞍座槽内主缆抗滑移稳定性的影响,以(225+850+850+225)m的鹦鹉洲长江大桥为背景,选取不同加劲梁形式及支承体系,拟定6种组合工况,通过桥梁结构非线性分析系统BNLAS对不同组合下结构竖向、横向刚度及主缆抗滑移稳定性进行计算分析。结果表明:加劲梁采用钢-混组合梁形式,结构竖向和横向刚度较采用钢箱梁时大;加劲梁支承体系对结构整体竖向刚度影响不大,但对加劲梁局部竖向转角影响明显,简支支承体系梁端转角较大;加劲梁支承体系对结构整体横向刚度影响明显,表现为简支体系横向刚度较小,飘浮和半飘浮体系横向刚度较大;加劲梁采用自重较大的钢-混组合梁形式以及设置纵向固定支座,对主缆抗滑移稳定有利,此外考虑荷载偏心计算主缆抗滑移稳定性更偏于安全。

湖北观音寺长江大桥主桥方案构思与总体设计

湖北观音寺长江大桥主桥为(350+1160+350)m混合式组合梁斜拉桥。该桥设计过程中对跨径布置、桥型方案、主梁方案、结构体系等进行系统研究。为最大限度地减少桥梁对长江航道、河道行洪等的影响,确定采用1160 m主跨一孔跨过可通航水域。综合考虑建设条件、结构性能、施工难度、安全风险、经济性等因素,最终选取斜拉桥方案。为降低结构自重、充分发挥材料性能、提高桥面耐久性,主梁采用边跨377 m混凝土箱梁+中跨两侧401 m钢-UHPC组合梁+中跨跨中304 m钢-UHPC轻型组合桥面钢箱组合梁的混合式组合梁。结构体系采用带纵向约束的弹性半飘浮体系。桥塔采用中、下塔柱混凝土结构+上塔柱钢壳组合结构A形塔,塔高262 m,基础采用直径3.2 m的钻孔灌注群桩基础。斜拉索采用标准抗拉强度2100 MPa的高强度锌铝合金镀层平行钢丝拉索,斜拉索与塔、梁端均采用钢锚箱锚固。辅助墩、过渡墩均采用空心截面双柱墩,下设分离式承台+群桩基础。

贵州凯峡河特大桥总体设计

贵州凯峡河特大桥为(180+230)m不对称半飘浮体系独塔结合梁斜拉桥,桥梁依次跨越凯峡河河谷和U形溶蚀槽谷。主梁采用双边“上”字形钢主梁与混凝土桥面板组成的结合梁,全宽30 m,桥面板采用C55高性能混凝土。桥塔采用“人”字形结构,塔高117 m。斜拉索采用环氧喷涂钢绞线成品索,按空间双索面扇形布置,单个索面布置18对,全桥共72根斜拉索。索塔锚固采用钢锚梁;索梁锚固采用锚拉板,为适应空间索面斜拉索锚固,锚拉板与钢主梁腹板采用小角度弯折焊接。桥塔采用爬模法施工,钢主梁采用桥面吊机悬拼。分别采用有限元软件MIDAS Civil和MIDAS FEA对斜拉桥进行总体和局部计算,结果表明该桥各项指标均满足规范要求。

佛山富龙西江特大桥主桥设计

佛山富龙西江特大桥主桥为(69+176+580+176+69)m双塔双索面混合梁斜拉桥,全宽41.4 m(含风嘴)。该桥采用半飘浮体系,桥塔下横梁设置竖向支座及横向抗风支座,塔梁间设置纵向阻尼器。桥塔采用融入佛山文化性与地域性特征的“白鹭”形桥塔。主梁采用混合梁,边跨为混凝土箱梁;中跨为超高性能混凝土(UHPC)组合梁,由高3.1 m的槽形钢主梁和带PBL剪力键的UHPC组合桥面板构成。斜拉索采用∅7 mm锌铝合金镀层平行钢丝斜拉索,标准抗拉强度1770 MPa。桥塔墩采用钻孔灌注桩基础,辅助墩和过渡墩均采用分幅式板式墩。建立该桥的空间有限元模型进行静、动力分析,结果表明:该桥整体静力性能、抗风及抗震性能均符合规范要求。

独塔斜拉桥的抗震分析及减隔震措施研究

对于大跨径斜拉桥,抗震计算涉及的因素较多,需要根据其自身特点,进行专项研究,以昆阳路闵浦三桥为研究对象,分别采用反应谱法和时程分析法对半飘浮体系独塔斜拉桥的结构地震响应进行对比分析,选取合适的地震波和阻尼参数。在E2地震作用下,采用时程分析法分别对塔梁间纵向约束支座剪坏前后两种不同的受力体系进行分析,结果表明,对支座剪坏前的纵向约束体系,主塔支座承受较大的水平力,而对支座剪坏后的纵向活动体系,主塔塔顶位移和主梁梁端的纵向位移均较大。针对大跨度独塔斜拉桥桥型方案特点,采用减隔震组合体系,不仅可大幅降低塔底纵向受力,同时可将塔顶和梁端的纵向位移控制在合理范围之内,是理想的抗震约束体系。

武汉市杨泗港快速通道跨线斜拉桥总体设计

武汉市杨泗港快速通道跨线斜拉桥为(40+88+252+88+40)m半飘浮体系双独柱塔转体钢箱梁斜拉桥。该桥主梁采用流线型扁平整幅钢箱梁,梁长507m、高3.3m,桥面宽44m。桥塔为独柱型钢筋混凝土结构,塔高95.6m,塔柱采用矩形空心截面。下塔柱两侧设置牛腿式横梁,桥塔横梁高3～5.9m,为预应力钢筋混凝土结构。全桥共设72根(36对)斜拉索,斜拉索为中央双索面,采用标准强度1 670MPa的高强度平行钢丝拉索。索塔锚固采用齿块锚固方案,索梁锚固采用钢锚箱方案。桥塔下设双层矩形承台,承台下布置16根直径2.0m的嵌岩柱桩。该桥采用平转施工法跨越既有铁路,采用以球铰中心支撑为主、环道支撑为辅的转动体系,转体吨位达1.75万吨。桥面采用SS级和SX级双防撞墙防护体系。

沌口长江公路大桥主桥设计

沌口长江公路大桥是长江上首座双向8车道高速公路特大桥,主桥采用(100+275+760+275+100)m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。该桥为半飘浮体系,塔梁间采用弹性+阻尼复合式减震装置。主梁采用PK断面钢箱梁,箱梁总宽46m(含风嘴),钢箱梁顶板与U肋采用双面焊接。桥塔采用钻石形结构,塔高233.7m,桥塔基础采用整体式群桩基础。全桥共240根斜拉索,采用空间双索面扇形布置,索体采用1 860MPa高强平行钢丝。斜拉索梁端采用锚箱锚固,塔端采用钢锚梁锚固。辅助墩采用实体墩,墩柱顶部设系梁形成框架结构,墩柱下采用整体式承台+直径3m的大直径桩基。过渡墩顶部设置较大尺寸的墩帽,墩柱下采用分离式矩形承台+直径3m的大直径桩基。

铁路悬索桥在制动力作用下的动力响应分析

为了解纵向约束体系对铁路悬索桥在列车制动力作用下的动力响应的影响,以某设计中的三跨铁路悬索桥为背景,给出制动力的时程曲线和加载模式,采用有限元软件ANSYS建立全桥模型,计算3种纵向约束体系(塔梁纵向固定约束体系、半飘浮体系及阻尼体系)在列车制动力作用下的动力响应,并对阻尼体系进行参数分析。结果表明:列车制动力作用下,半飘浮体系的梁端位移和梁端速度远远大于纵向固定约束体系和阻尼体系;3种纵向约束体系下,塔顶纵向位移差异不大;半飘浮体系的塔底内力在3种体系中最小,纵向固定约束体系的塔底内力最大;在铁路悬索桥中,纵向约束体系采用阻尼体系更合理。

深中通道中山大桥总体设计

深中通道中山大桥为(110+185+580+185+110)m半飘浮体系双塔钢箱梁斜拉桥,按双向8车道高速公路标准设计。桥塔采用H形钢筋混凝土结构,塔高213.5m。塔柱采用单箱单室不规则多边形截面,塔底连接系梁将两柱底基础连接成整体以增强抗船撞能力。主梁采用正交异性钢桥面板整幅流线型扁平钢箱梁,双边腹板构造,桁架式横隔板,中心线处梁高4m。全桥共设120根斜拉索,按双索面扇形布置,采用7 mm高强镀锌平行钢丝索,标准抗拉强度1 960MPa。斜拉索在钢箱梁上采用锚拉板锚固,在桥塔上采用钢锚梁锚固。桥塔采用分离式承台+群桩基础;边墩、辅助墩采用大悬臂板式整体墩,群桩基础。桥梁基础采用先平台后围堰法施工,塔柱采用液压爬模施工,钢箱梁采用架梁吊机双悬臂架设施工。

双塔双索面斜拉桥抗风稳定性分析

斜拉桥结构的复杂性和特殊性,使得结构对风十分敏感,在风荷载作用下的响应一直是工程实践中的重要问题。以某预应力混凝土双塔双索面斜拉桥为背景,通过改变梁索塔结合方式得到半飘浮和飘浮体系,对其动力特性和抗风稳定性进行分析比较。通过建立全桥有限元模型进行动力特性分析,得到自振频率及振型等参数,然后进行抗风稳定性分析。可知无论是飘浮体系还是半飘浮体系,在成桥状态下都十分安全,且飘浮体系抗风性能优于半飘浮体系,为同类双塔双索面斜拉桥抗风分析提供了有效的分析方法。

鄂东长江公路大桥主桥静动载试验

鄂东长江公路大桥为半飘浮体系双塔混合梁斜拉桥,为评定该桥的性能及承载力,结合有限元法理论计算分析,对其主桥进行实桥静、动载试验。由静载试验测得主梁和桥塔的位移、应力及斜拉索的索力,通过实测值与计算值的比较,得出该桥主桥结构竖向整体刚度、承载力、桥塔结构整体纵向抗弯刚度、斜拉索索力均满足设计要求。通过由动载试验测得的桥梁结构自振特性、冲击系数与计算值的比较,可知该桥的颤振稳定性、振幅、冲击系数均满足规范要求,结构动力性能良好。

石首长江公路大桥主桥总体设计

石首长江公路大桥主桥为(75+75+75)m+820m+(300+100)m的单侧混合梁斜拉桥,半飘浮结构体系。主梁采用钢箱梁与预应力混凝土梁组成的混合梁,分离式双箱断面,全宽38.5m。钢箱梁顶板横桥向变厚,设实腹式横隔板;预应力混凝土梁采用短线法预制;钢-混结合段采用带钢格室的部分连接填充活性粉末混凝土构造。南、北桥塔高分别为234m、232m,基础均采用直径2.5m的群桩基础,由于地质条件差,桩端采用后压浆技术提高承载力。索-塔锚固采用钢锚梁方案,钢牛腿壁板与塔壁结合采用开孔板连接件。斜拉索采用标准强度1 770 MPa的平行钢丝,外置式阻尼器采用杠杆质量减振器LMD。

铺前大桥主桥近断层地震响应及减震设计

海南铺前大桥主桥为跨度(230+230)m的独塔扁平钢箱梁斜拉桥。鉴于工程场地近场发生过7.5级的大地震,需进行近断层地震响应分析。在PEER数据库选取4组近断层场地震动,进行调幅使之匹配设计目标反应谱。采用MIDAS Civil建立主桥有限元模型,分析主桥在4组地震动输入下的响应,在此基础上进行减震设计。该桥纵向采用半飘浮体系,主梁纵向均设活动支座,在桥塔、主梁间设置纵向粘滞阻尼器及横向E型钢阻尼器,同时在主梁、边墩间设置横向E型钢阻尼器。采用数值分析和模型振动台试验对减震效果进行验证,结果表明设置阻尼器后有效减小了主桥的地震响应,主桥的抗震性能满足要求。

济南凤凰黄河大桥主桥设计

济南凤凰黄河大桥主桥为三塔六跨组合梁自锚式悬索桥,跨径布置为(70+168+428+428+168+70)m。主桥采用半飘浮体系,塔、梁之间设纵、横向阻尼器和竖向支座。辅助墩、桥塔处加劲梁内设置混凝土压重,以平衡主缆竖向力及结构总体偏载效应。加劲梁采用钢-混组合梁,全宽61.7 m,梁高4.0 m。钢梁采用闭口钢箱梁,外设挑臂;在机动车道及缆吊区采用正交异性钢桥面上铺设厚120 mm C60纤维钢筋混凝土层的组合桥面。2根主缆采用镀锌铝合金平行钢丝,中跨垂跨比1/6.15,索股在锚固区按长方形排布。吊索根据需要采用柔性吊索、刚性吊索及中央扣3种形式。桥塔采用A形塔,中塔高126 m,边塔高116.1 m,塔柱采用五边形断面,均为上部钢结构、下部钢-混组合结构混合塔。桥塔采用整体式基础,矩形承台,下设35根∅2.0 m钻孔灌注桩。边墩、辅助墩采用六边形分离式墩,钻孔灌注桩基础。

淡江大桥主桥设计

淡江大桥主桥跨越淡水河口,主桥采用单塔不对称半飘浮体系斜拉桥,全长920 m,跨径布置为(2×75+450+175+75+70)m,主跨450 m,桥面净宽44.7 m,桥下通航净高20 m,倒Y形桥塔高200 m。在桥塔及两端伸缩缝处的桥墩设置减隔震阻尼器,主梁采用钢箱梁(长660 m)及钢-混结合梁(长260 m),斜拉索按扇形双索面布置,共94根斜拉索。桥梁设计寿命为120年,依据基于性能的设计规范AASHTO LRFD及性能化抗震设计,结构强度满足规范要求。采用风洞试验与数值风力分析验证主桥结构的气动稳定性,结果表明当风速达100 m/s时,结构仍然稳定。