部分地锚式斜拉桥合理成桥状态二阶段确定法

研究部分地锚式斜拉桥受力特点及其合理成桥状态的确定原则,提出一种二阶段合理成桥状态下的索力确定方法.该方法采用刚性支承连续梁法确定成桥状态下的索力,并以影响矩阵法进行后续调整.根据该桥型受力特点制定了第2阶段的索力调整流程,对一座主跨1 218 m的混合梁部分地锚斜拉桥进行了计算.结果表明,按照第2阶段索力调整流程可较快确定出合理成桥状态下的索力.

大跨度部分地锚式斜拉桥抗风稳定性参数研究

为了解大跨度部分地锚式斜拉桥的抗风性能,以一座主跨1 400m的部分地锚式斜拉桥方案为背景,采用大跨度桥梁三维非线性抗风稳定性分析方法,将地锚段主梁长度、辅助墩数量、主梁宽度和高度及桥塔高跨比等影响因素对结构自振频率、颤振临界风速和跨中处主梁位移的影响进行分析。结果表明:增大地锚段主梁长度、边跨设置辅助墩有利于提高结构自振频率和颤振临界风速,减小跨中处主梁位移,但地锚段主梁长度和辅助墩数量存在最优合理值;增加主梁宽度可以有效提高结构自振频率和颤振临界风速,减小跨中处主梁位移;增加主梁高度可以有效提高结构的颤振临界风速,但对自振频率和跨中处主梁位移影响不大;增加桥塔高度可以有效提高结构自振频率和颤振临界风速,减小跨中处主梁位移。

超大跨度部分地锚式斜拉桥抗震结构体系研究

为探索大跨度部分地锚式斜拉桥的适宜抗震结构体系,以1400 m主跨的部分地锚式斜拉桥设计方案为工程背景,采用多振型地震反应谱方法进行E1地震作用下结构的地震反应分析,揭示超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应的特性。在此基础上,分析地锚段主梁长度、主梁宽度、主梁高度、桥塔高跨比、地锚索倾角、辅助墩数量和塔梁连接方式等主要结构设计参数对结构地震反应的影响,结合结构静力性能和稳定性探讨其合理取值。结果表明:水平地震作用下桥塔和主梁的地震反应显著,而桥塔的地震内力显著大于主梁,是结构抗震设计的关键构件,同时应特别重视桥塔的塔底和塔梁交接处、主梁的塔梁交接处和边跨辅助墩处等截面的抗震设计;当地锚段主梁长度和主跨之比约为0.3,采用较宽的主梁并增大其高度,桥塔高跨比约为0.2,采用较大的地锚索倾角,边跨设置1~2个辅助墩以及采用全漂浮体系时,大跨度部分地锚式斜拉桥具有良好的整体结构性能。

超大跨度部分地锚式斜拉桥抗震性能研究

以1 400 m主跨的部分地锚式斜拉桥设计方案为工程背景,分别采用多振型地震反应谱方法和非线性时程分析法进行E1和E2地震作用下结构的地震反应分析,揭示超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应的特性以及结构非线性效应对其地震反应的影响。在此基础上,对相同主跨的全自锚式斜拉桥进行结构动力特性和地震反应的对比分析。结果表明:水平地震作用下桥塔和主梁的地震反应显著,桥塔的地震内力显著大于主梁,是结构抗震设计的关键构件,同时应特别重视桥塔的塔底和塔梁交接处、主梁的塔梁交接处和边跨辅助墩处等截面的抗震设计;结构几何非线性效应对结构地震反应影响显著,特别是在E2地震作用下,超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应分析宜采用非线性时程分析法;与相同主跨的全自锚式斜拉桥相比,边跨部分斜拉索改为地锚后,结构刚度和自振频率增大,桥塔的地震反应和主梁的纵向位移均显著减小,改善了结构的整体抗震性能,超千米主跨斜拉桥更适宜采用部分地锚式结构形式。

地锚式斜拉桥换索过程中无轴力铰受力分析

跨中无轴力铰作为在地锚式斜拉桥中使用的新技术,其受力非常复杂,为确保该结构在换索过程中处于安全状态,以地锚式混凝土斜拉桥--郧县汉江大桥的换索及维修工程为背景,采用有限元软件Abaqus建立无轴力铰实体模型,在Midas/Civil全桥模型的基础上,考虑换索时的实际工况,分析换索过程中无轴力铰受力性能以及安全性。结果表明:整个换索过程中无轴力铰结构都处于安全状态,但温度的作用对跨中无轴力铰结构受力的影响不容忽视。

密索体系地锚式斜拉桥组合式换索顺序研究

为研究地锚式斜拉桥合理的换索施工顺序,结合某换索工程实例,建立该桥有限元杆系模型并进行数值计算。结合5种换索工况,讨论不同工况下换索顺序和换索数目对索力重分布及主梁、主塔线形的影响,由此提出一种安全、有序且高效的组合式换索方案。结果表明:地锚的存在大幅提高了换索时边跨拉索的安全性,中跨长索的更换对结构影响较大,根据拉索长短采用不同的换索顺序组合可以提高换索效率。

地锚式斜拉桥无轴力铰受力性能分析

介绍了地锚式斜拉桥无轴力铰这一特殊构造并研究其受力特性,结合某工程换索实例,建立全桥空间杆系模型进行整体受力计算;建立无轴力铰局部三维实体模型,对无轴力铰在设计恒载、极限承载状态和换索3种工况下的弯扭受力状态进行对比分析,并验算其承载力。结果表明,在理论荷载工况下,无轴力铰主要传递弯矩和少量扭矩,位移量较小,具有良好的受力性能。

大跨度地锚式斜拉桥综合维护关键技术

郧县汉江大桥为主跨414 m的地锚式预应力混凝土双塔双索面斜拉桥,每塔两侧各布置50根斜拉索,跨中设置4个无轴力中间铰。该桥于1994年建成,2014年检测发现斜拉索破损严重,4个无轴力中间铰均出现一端卡死现象,主桥被评定为四类桥梁,需进行全桥综合维护。根据病害情况,先更换损坏严重的21根斜拉索;再按单塔对称、双塔反对称2根索同时更换的原则更换20~25号斜拉索;最后按双塔反对称4根索同时更换的原则更换1~19号斜拉索。全桥200根斜拉索更换后调整索力和梁体标高,采用拖拉法校正无轴力中间铰。无轴力中间铰校正后,在其端部和跨中断缝处安装监测系统,监测其工作状态。监测结果表明,无轴力中间铰能够纵向自由滑移,工作状态良好。

大跨度地锚式斜拉桥换索施工技术

郧县汉江大桥为(86+414+86)m地锚式预应力混凝土斜拉桥,每塔两侧各布置2×25根斜拉索。检测发现:斜拉索索力和设计理论状态误差较大,PE护套损伤,钢丝锈蚀严重,斜拉索系统属于四类部件。为确保桥梁结构的长期安全,结合该桥斜拉索体系病害情况,运用等强度换算原理,设计新斜拉索[采用镀锌平行钢丝、PES(HD)低应力全防腐索体、全防水结构等多项技术],替换全桥旧斜拉索。斜拉索更换顺序为病害斜拉索优先,单塔对称、双塔反对称,由长索到短索的原则进行更换。有限元结果表明,在整个换索过程中,斜拉索、主梁和桥塔结构变形、应力和强度验算均能满足规范要求。换索施工工序为旧索放张→旧索拆除→新索安装与张拉→索力调整。通过优化施工工艺,长索单塔换完后,2个点4根索同时更换,将换索工期降低到120d,极大地缩短了施工工期。

部分地锚式斜拉桥受力分析

以一座主跨1218m的混合梁部分地锚式斜拉桥为例,研究了该桥型的受力性能。采用空间杆系模型建模,荷载工况考虑成桥状态、活载、温度荷载情况。

部分地锚式斜拉桥施工索力正装计算法

介绍了正装法确定部分地锚式斜拉桥施工索力的思路,采用该法对一座主跨1 100 m的部分地锚式斜拉桥的施工索力进行了计算,计算结果表明该法用于部分地锚式斜拉桥施工索力计算正确、合理。

部分地锚式斜拉桥施工过程中的索力控制方法

针对平行钢绞线斜拉索单根张拉过程中的索力控制问题,依据逐根张拉钢绞线挂索的施工工艺,建立了张拉过程中梁-索-塔的力学模型;并以斜拉索的索力均匀为目标,按正装分析法推导出了挂索过程中单根钢绞线的张拉力计算公式;在此基础上结合等值张拉法,消除了挂索期间温度变化对单根钢绞线张拉力的影响。某部分地锚式斜拉桥的工程实践表明:根据该公式计算的单根钢绞线张拉力进行张拉,能得到较均匀的索力;单根钢绞线张拉力和总索力的误差均在5%以内,可满足施工控制的精度要求,该方法可供同类斜拉桥施工参考。

独塔部分地锚式PC斜拉桥经济及设计参数研究

为得到独塔部分地锚式PC斜拉桥的合理设计参数范围,通过对拉索、主塔、锚碇、主梁的材料用量和造价进行计算,建立了全桥总造价及单位桥长造价公式,据此开展了独塔部分地锚式PC斜拉桥合理背索自锚比例、锚碇主跨长度比、边主跨比及塔跨比的研究,并与其他斜拉桥型进行了对比。结果表明:考虑全桥跨越能力时,背索自锚比例宜取0.336~0.487范围内的大值,边主跨比宜取0.487~0.544范围内的小值,考虑单跨跨越能力时反之;当主跨跨度较小时,可取适当小于依据上原则的取值,当主跨跨度较大时反之;塔跨比宜取0.372左右,对应的主跨边索倾角为20.4°左右,跨径较小时取较大值,跨径较大时取较小值,与其他斜拉桥型无明显区别。独塔部分地锚式PC斜拉桥仅在边跨自锚段空间受地形条件限制时经济性能优于独塔常规斜拉桥,在常规地形并无优势。

地锚式万向铰独斜塔斜拉桥温度效应分析

地锚式万向铰独斜塔斜拉桥结构体系新颖,为分析温度荷载作用下该类桥梁成桥状态的结构响应,以三亚海棠湾河心岛景观桥(主跨99.8 m钢斜塔双边工字钢梁独塔斜拉桥)为工程背景,建立桥梁结构有限元模型,分析体系温差、日照温差、索梁(塔)温差对桥塔偏位、主梁线形以及索力的影响。结果表明:体系温差下桥塔以纵向弯曲和纵向偏转为主,体系降温将引起全桥主梁下挠,体系升温效应相反,最大背索索力变化为成桥索力的6.1%;日照温差下桥塔以横向弯曲为主,纵向偏位较小,对主梁线形、斜拉索索力影响较小;索梁(塔)负温差下有索区主梁发生向上位移、背索索力增大,正温差下相反,对桥塔偏位基本不影响。

地锚式独斜塔斜拉桥地锚箱位置的参数研究

以贵州省内已建成的地锚式独斜塔斜拉桥为研究背景,运用有限元分析软件MIDAS-CIVIL建立有限元模型,对地锚箱位置进行参数分析。不同地锚箱位置,必然对斜拉桥的主梁内力、挠度和塔顶侧移等产生不同的影响。同时从力学角度分析了地锚索的材料用量,引入材料单价,得到地锚索的材料总造价,并对地锚箱位置进行优化分析。分析结果表明:地锚箱位置对结构静力特性及地锚索材料用量有很大的影响,且其合理位置控制在0.50~0.65的主跨长度时结构的受力性能和经济性较优。

丹江口水库特大桥地锚式桥台施工关键技术

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥,边中跨比为0.2,采用“梁塔分离、梁台固结”的结构体系,在边跨主梁端部设置地锚式桥台作为配重。地锚式桥台采用空腔式箱形台身+岩锚的组合式结构,由底板、墙身(包括前墙、后墙、侧墙、隔墙)、盖板和锚台段主梁构成,桥台长45.8 m、宽31.6 m。在地锚式桥台施工中,基坑采用明挖放坡方式开挖,并在开挖后对基底进行浅层平板荷载试验,以确保其地基承载力满足不小于350 kPa设计要求;底板采用分层分块方式施工,并设置2条横向后浇带和智能管冷循环控制系统;墙身采用竖向分层+设置双向后浇带(2条横向后浇带、1条纵向后浇带)的方式施工,并根据分块龄期差采用微膨胀混凝土施工后浇带;墙身施工后,采用传送带在墙身腔室内回填砂石,之后进行盖板与锚台段主梁施工;最后进行地锚式桥台竖向预应力施工,并优化竖向预应力张拉顺序,完成地锚式桥台施工。

丹江口水库特大桥地锚式桥台CFRP预应力岩锚施工技术

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥,边中跨比为0.2,边跨端部设置空腔式箱形台身+岩锚的组合式地锚式桥台。为提高地锚式桥台在横桥向不平衡土压力作用下的抗滑稳定性,在1号地锚式桥台台身外侧墙中心线位置布置14组(每组2束)高性能竖向CFRP预应力岩锚结构,该岩锚结构由CFRP预应力锚杆和RPC粘结介质构成,分为地上锚固段、自由段和地下锚固段3段。该岩锚结构采用后安装工艺施工,即CFRP预应力锚杆先在工厂加工制作,整体运输至现场后单根整体安装下放。为验证CFRP预应力岩锚结构的可靠性、注浆工艺的可行性,在CFRP预应力岩锚主体结构施工前进行足尺模型工艺试验。工艺试验结果表明:CFRP预应力岩锚结构具有良好的锚固性能及足够的安全储备,注浆工艺可行。地锚式桥台施工时在墙身位置预埋管道,桥台及上部主梁施工后从梁面顶部通过预埋管道进行地下锚固段孔道钻孔施工,清孔后进行CFRP预应力锚杆整体下放安装,之后进行孔道注浆,最后进行CFRP预应力锚杆张拉、封锚,完成岩锚施工。该桥28束CFRP预应力岩锚已施工完成,且岩锚注浆密实,注浆强度满足设计要求。

地锚式独斜塔混凝土斜拉桥抗震性能

为探讨单跨独塔斜拉桥在地震荷载作用下的受力状况,以国内某单跨地锚式独斜塔混凝土斜拉桥为背景,采用MidasCivil 2019有限元软件建立全桥三维有限元模型,研究地震动方向和阻尼比对斜拉桥主梁和桥塔的弯矩和位移时程响应的影响。研究结果表明:斜拉桥的整体刚度较柔,其主梁在前2阶模态中主要表现为竖向弯曲,应重点关注斜拉索受拉断裂问题。在纵桥向地震波激励下,塔底弯矩最大,易引起混凝土开裂;竖桥向地震动对主梁跨中变形的影响最大,对塔底和主梁弯矩的影响最小,而横桥向地震动对塔顶变形的影响最大。阻尼比降低,主塔和主梁的弯矩和位移地震响应明显提高。合理设计结构的阻尼比,可以有效改善主梁和桥塔的地震响应,提高结构的抗震性能,可为工程抗震设计与计算提供参考。

某独斜塔地锚式预应力混凝土(PC)斜拉桥塔柱倾角优化分析

为了研究独塔地锚式预应力混凝土(prestressed concrete,PC)斜拉桥塔柱倾角的合理取值范围,采用非线性回归的方法,通过对某斜塔柱进行受力分析,得到最小塔柱倾角近似计算公式;推导拉索、锚碇、主梁、主塔的材料用量计算公式,并引入材料单价系数,对总造价与塔柱倾角及地锚背索倾角的关系进行分析,得到经济塔柱倾角近似计算公式.结果表明:独斜塔地锚式PC斜拉桥最小塔柱倾角随主跨边索倾角的增大而增大,随轴力作用下容许压应力绝对值的增大而减小;经济塔柱倾角受地锚背索倾角及轴力作用下容许压应力的影响,地锚背索倾角及轴力作用下容许压应力绝对值越小,经济塔柱倾角越大;地锚背索倾角在一定范围内,总造价随塔柱倾角的减小先减小后增大,减小地锚背索倾角,可降低总造价;塔柱倾角a不宜小于60°,地锚背索倾角θ不宜小于43°.

地锚式独斜塔斜拉桥刚构体系的受力分析

以贵州省已建的地锚式独斜塔斜拉桥为研究背景,运用有限元分析软件MIDAS/CIVIL建立有限元模型,研究了桥塔日照温差、横向风、收缩徐变效应、主梁日照温差、体系温差、索梁温差及公路I级等7种荷载工况对独斜塔斜拉桥刚构体系受力性能的影响。研究表明:汽车荷载对塔梁受力性能及索力的影响最为敏感,其次是收缩徐变的影响。不同温度对塔梁内力及索力的影响各不相同且不容忽视;横向风主要影响主塔的受力性能,对主梁受力性能的影响较弱。