独塔斜拉-悬索协作桥合龙方案研究

文章依托某主跨2×638m独塔斜拉-悬索协作体系桥,结合不同合龙位置选择合适的合龙方案,研究独塔斜拉-悬索协作桥施工方案特点。基于正装分析法,采用非线性有限元软件对施工过程进行全过程模拟,针对设置在吊拉交叉区或交界处的合龙口位置,研究交叉区梁段的安装方法,通过施工可行性、难易程度对比,明确各方案、合龙位置受力特点与优缺点。结果表明,选择交叉区梁段合龙,调整吊索无应力长度即可完成合龙口线形调整,该过程结构受力良好,施工难度小。

拉吊协作桥的施工控制与吊索疲劳控制研究

斜拉－悬吊协作体系（简称拉吊协作桥）具有结构新颖、美观，受力合理，抗风性能好，施工安全和造价低的优点，在软土地基、强风地区尤能突出其优越性，在超大跨桥型中极具竞争力．但是，由于斜拉与悬吊两部分结构的施工方法和受力机理有差异，使得结构在施工阶段的控制问题和运营阶段吊索的疲劳问题成为推广应用该桥型的主要障碍．据此结合协作桥的施工方法，先定成桥合理状态，再分别确定斜拉和悬吊部分的施工状态，实现其施工控制；采用改变结构体系等措施。

协作桥合理成桥状态确定方法研究

对于大跨径斜拉-悬索协作桥,如将斜拉段和悬索段作为独立的体系分别计算其成桥状态,再直接组合,将由于两大体系的相互影响而无法得到理想的成桥状态。以成桥时桥塔和主梁的位移最小为优化目标,以斜拉索初始索力、主梁压重为主要施调变量,提出了一种考虑主要几何非线性效应的协作桥合理成桥状态迭代方法,并以琼州海峡的主跨3 000 m协作桥方案为例进行了验证。结果表明,该方法计算得到的成桥状态中,桥塔竖直、基本处于纯轴压状态,主梁处于刚性支承连续梁状态、弯矩较小且均匀,整体优于直接组合法计算结果,有利于斜拉体系和悬索体系协同受力。

斜拉-悬索协作桥结合部合理设计研究

为了研究斜拉-悬索协作桥斜拉段和悬索段的合理过渡问题,基于琼州海峡跨海通道的主跨3 000 m协作桥方案,采用有限元方法,分析了协作桥结合部受力机理,并进一步研究了交叉吊索数量、过渡段主梁刚度等参数的影响。结果表明,协作桥结合部设计需解决端吊索稳定受拉、端吊索活载索力幅可控、以及主梁刚度过渡平顺3个关键难题;增设交叉吊索数量可以有效改善结合部受力性能,增加过渡段主梁刚度效果有限且成本较高。

多塔斜拉-悬吊协作桥活载效应近似计算方法

根据斜拉-悬吊协作桥的受力特点,建立结构简化计算模型.基于悬索桥重力刚度理论,推导多塔斜拉-悬吊协作桥的悬吊部分在活载作用下的竖向位移表达式.针对多塔斜拉-悬吊协作桥的关键力学问题,应用推导出的竖向位移表达式,给出主梁最大活载挠度、塔顶纵向位移、主缆恒活载轴力和中塔主缆抗滑移系数等关键力学参数的估算公式.建立主跨为600,1 080和1 400m的三塔斜拉-悬吊协作桥和主跨为1 400m的二至六塔斜拉-悬吊协作桥有限元模型,较全面地验证所推导的公式.结果表明:对于三塔斜拉-悬吊协作桥,关键力学参数的最大误差为15%左右;对于四塔及以上斜拉-悬吊协作桥,关键力学参数的最大误差为20%左右.

三塔协作桥合理成桥状态的确定在ANSYS中的实现

提出并研究三塔协作桥合理成桥状态的确定方法。在ANSYS中进行主缆成桥状态计算模块、边缆成桥状态计算模块、斜拉索索力张拉模块和斜拉索索力优化的二次开发,以实现其工程的应用。通过工程实例,证明以ANSYS为工具,使用该方法可快速确定三塔协作桥的合理成桥状态,且结果合理,满足工程需要。

空间缆斜拉—悬索协作桥合理成桥状态确定方法的研究

将斜拉—悬索协作体系拆分为斜拉子系统和悬索子系统,先分别确定两子系统的成桥状态再组合起来形成协作体系,这样易导致协作体系的成桥状态与子系统的受力状态不一致。基于无应力状态法的思路,保证组合前后受力状态一致的核心是控制各构件无应力状态量保持不变。分析了斜拉子系统和悬索子系统中缆索及斜拉索索单元无应力长度的计算方法,并通过温度补偿法抵消主梁和主塔的轴向压缩变形,实现对塔、梁单元无应力长度的修正;通过斜拉子系统成桥状态竖向位移在协作体系中设置预拱度,避免了主梁线形的变化对索力的影响;探讨了协作体系交叉区斜拉索与吊索索力的竖向分力的合理分配比例,为协作体系的拆分提供依据。形成了一套斜拉—悬索协作体系合理成桥状态的实现方法,并以某独塔空间缆斜拉—悬索协作桥为例对该方法进行了验证。结果表明,该方法解决了将子系统组合为协作体系时结构状态偏离目标状态的问题,实现了将复杂的协作体系拆分为悬索系统、斜拉系统进行计算的目标。

大跨度公铁两用斜拉-悬索协作体系桥断索动力响应

研究大跨度公铁两用斜拉-悬索协作体系桥在极端作用下发生断索时桥梁结构及桥上列车的动力响应,以G3铜陵长江公铁大桥为研究对象,建立全桥有限元模型;研究各个位置斜拉索、吊索断裂后桥梁结构的动力响应;研究在列车-桥梁耦合振动作用下,各断索组合工况中桥梁及列车的动力响应.结果表明:斜拉-悬索协作体系桥具有较高的结构刚度及安全冗余;在单根斜拉索、吊索断索后,可保持列车通行;在吊索区域单侧发生4根以上断索,可导致连续断索破坏;在斜拉索-吊索交替及斜拉索区域,单侧断索达到8根也不会发生连续断索破坏;断索动力放大系数取2.0合理,但仅对断索位置附近剩余吊索和斜拉索具有工程应用价值;当断索发生时,若列车经过,列车竖向加速度会发生突变,但仍在安全范围内;剩余斜拉索与吊索动应力增加主要来自于主梁作用,列车作用占比不超过13%.

斜拉-悬索协作体系桥的施工与设计优化方案研究

简要描述了斜拉-悬索协作体系桥的设计要领,并根据目前的设计水准进行了较优设计方案的讨论,对吊筋内力、桥梁主塔、桥梁动力特性以及颤振等问题进行了较为详尽的分析。

自锚式悬索-斜拉协作体系桥梁主缆锚固区空间受力分析

主缆锚固区作为自锚式悬索-斜拉协作体系桥梁的关键结构,承担着将巨大的主缆轴力均匀传递到加劲梁全截面的重要作用。为研究主缆锚固区的受力状况和主缆力的传递规律,以60 m航空限高条件下主跨420 m自锚式悬索斜拉协作体系桥梁方案为背景,建立板壳-实体有限元模型,对大跨度自锚式协作体系桥主缆锚固区各板件进行空间受力分析,得出锚固区主要板件受力的应力水平和分布情况,以及锚体中混凝土对锚固区板件应力的影响作用,对主缆锚固区结构设计的合理性和安全性进行了验证。

斜拉-悬索协作体系桥过渡区斜拉索和吊索布置形式研究

针对斜拉-悬索协作体系桥过渡区斜拉索和吊索共用梁上锚点的传统布置时易出现端吊索疲劳、边跨主梁恒活载弯矩大等问题,提出过渡区斜拉索和吊索纵向交错的新型布置形式。以某主跨1488 m的公铁两用斜拉-悬索协作体系桥为背景,分析过渡区斜拉索和吊索采用传统布置形式与新型布置形式时主梁竖向位移、斜拉索索力、吊索索力、刚度过渡匀顺性、主梁与桥塔活载弯矩等方面的差异。结果表明:新型布置形式对结构竖向刚度的影响较小,但显著改善了斜拉索和吊索的受力状态,提高了承载效率,且解决了端吊索的疲劳问题,改善了主梁的匀顺性,减小了主梁和桥塔的活载弯矩。

主梁抗弯刚度对斜拉-悬索协作体系桥力学性能影响研究

为了解主梁抗弯刚度对斜拉-悬索协作体系桥力学性能的影响,以甬舟铁路西堠门公铁两用大桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立该桥初步设计方案主桥有限元模型,分析9种主梁抗弯刚度情况下,桥梁结构的竖向位移、竖向转角、梁端伸缩量、主缆缆力、桥塔顺桥向弯矩以及端吊索的活载索力幅等力学性能的变化规律。结果表明:当主梁抗弯刚度增大为原来的10倍时,桥梁结构的竖向位移、竖向转角、梁端伸缩量、主缆缆力、塔底顺桥向弯矩以及端吊索的活载索力幅最大分别降低38.9%、50.0%、13.5%、0.4%、13.2%、56.4%,主梁抗弯刚度对斜拉-悬索协作体系桥主梁竖向转角和端吊索的活载索力幅影响很大,对主梁竖向位移、梁端伸缩量、桥塔顺桥向弯矩的影响较大,对主缆最大缆力的影响较小。

多塔斜拉-悬吊协作体系合理成桥状态确定方法

基于悬索桥挠度理论和斜拉桥索力优化方法,针对斜拉-悬吊协作桥的合理成桥状态,提出有限元迭代优化方法。该算法以既定的合理成桥状态为目标,首先应用悬索桥解析公式和斜拉桥刚性支承连续梁法获得初始成桥状态,接着利用零位移法通过迭代计算获得结构目标线形,再以弯曲能量最小为目标,指定各种约束条件,利用ANSYS优化模块中的一阶优化方法进行求解,最终获得目标成桥状态,求解过程中考虑各种几何非线性效应。建立3~6塔主跨为1 400m斜拉-悬吊协作桥的有限元模型,利用参数化设计语言(APDL)编制算法程序,进行算例分析。结果表明:悬吊部分与斜拉部分相互影响较小;主梁恒载弯矩在斜拉悬吊结合处有峰值,其它部位分布均匀;索塔以轴压为主,塔根弯矩接近为零;微调斜拉索索力,对斜拉部分主梁弯矩影响显著,对其它部分内力影响不大。

海上大跨桥梁沉井设置基础施工技术研究

本文研究以甬舟铁路及甬舟高速公路复线跨越西堠门水道的共用跨海桥梁西堠门公铁两用大桥为工程背景,针对海上4#墩深水裸岩沉井设置基础的技术特点,对施工技术方案进行研究,详细研究设置基础加工、整体浮运、定位、水下爆破、基坑整平,下沉,设置基础内混凝土浇筑等施工技术,针对海上风大浪急、深水裸岩环境对施工产生的不利影响进行了相应环境荷载计算及分析,较为详细的介绍了设置基础施工的关键技术与施工步骤。本技术研究对类似海上裸岩深水设置基础施工具有指导性建议。

自锚式斜拉-悬索协作体系桥合理成桥状态确定的分步算法

对自锚式斜拉-悬索协作体系桥进行分析计算的首要问题是如何确定成桥状态时构件的空间位置,即成桥状态初始构形和缆、索的内力。根据不变形预张力和无应力索长的概念推导不变形预张力的索力不变原理。利用该原理,结合现有的一些计算方法提出自锚式斜拉-悬索协作体系桥合理成桥状态确定的分步算法。运用该方法对大连跨海大桥的设计方案进行计算。计算结果表明利用该方法能够按照要求得到该类桥梁合理的成桥状态,并且计算得到的不变形预张力结果可以作为下一步的施工阶段分析计算的基础。

斜拉-悬吊协作体系桥的颤振稳定性研究

运用多模态颤振有限元分析方法 ,分别从悬索的矢跨比、吊跨比、斜拉索索面布置形式、边跨辅助墩的设置以及桥面主梁构成等设计参数着手 ,对主跨 14 0 0m的斜拉 -悬吊协作体系桥进行了颤振稳定性分析 ,指出了影响斜拉 -悬吊协作体系桥颤振稳定性的关键设计参数 ,并从抗风性能角度探讨了斜拉 -悬吊协作体系桥的合理结构型式。

自锚式斜拉-悬索协作体系桥模型试验研究

鉴于自锚式斜拉-悬索协作体系桥结构新颖,目前世界上尚无先例,为了检验其设计及计算理论的正确性,探索自锚式斜拉-悬索协作体系桥的整体结构特性,以大连湾跨海大桥推荐方案为原型,制作1/100的试验模型,进行全桥静力和动力模型试验分析,试验结果与理论结果基本吻合.试验验证了理论计算的正确性,表明用现有的有限位移理论分析是安全可靠的.为实际工程的设计与力学性能研究提供依据.

斜拉-悬索协作体系桥的温度效应分析

对自锚式和地锚式2种斜拉-悬索协作体系桥进行了成桥后的温度效应分析,分别考虑了体系温差、索梁塔温差、索塔日照、索梁日照4方面的影响,并对比了2种体系的结果.结果显示温度效应对2种体系内力和位移的影响都比较大,不同种类的温度效应对2种体系的影响程度也不相同,并对其原因进行了分析.

大跨度自锚式斜拉-悬吊协作体系桥模型试验研究

某跨海大桥主通航孔为主跨800 m的自锚式混合梁斜拉-悬吊协作体系桥,通过模型试验对该新桥型的静力性能和动力特性进行了详细的研究,与基于有限元理论的计算结果进行了对比,试验结果与理论结果相吻合;分析了辅助墩、混合梁对该体系的动力影响:边跨增设辅助墩后,协作体系的各阶频率都有所增大,能改善协作体的1阶竖弯和1阶侧弯频率,能抑制桥梁在风载作用下的侧向位移;采用混合梁结构形式,使主梁自振频率均增加,提高了全桥的竖弯和横弯刚度,为自锚式斜拉-悬吊协作体系桥的设计和力学性能研究提供参考依据。