六塔单索面矮塔斜拉桥拉索设计研究

六塔单索面矮塔斜拉桥是目前我国比较少见的斜拉桥。从斜拉索选型、斜拉索构造、斜拉索锚固和斜拉索减振等角度对六塔单索面矮塔斜拉桥的斜拉索进行了设计与研究。该桥采用抗拉强度标准值为1 860 MPa的钢绞线斜拉索,每根钢绞线的理论直径为15.2 mm。梁端斜拉索通过锚具锚固在预应力混凝土箱梁的隔板齿块上,而在塔端,采用索鞍分丝管形式将斜拉索锚固在桥塔锚固区。斜拉索在梁端采用粘性剪切型阻尼器进行减振,在塔端采用减振圈减振。为了提高斜拉索的使用寿命和耐久性,在钢绞线斜拉索外表面包裹环氧涂层、防腐油脂和高密度聚乙烯(HDPE)保护套。最后结合未知荷载系数法,对斜拉索索力进行了优化设计,优化后的部分索力虽略有增加,但主梁截面弯矩和应力更加趋于平稳,有利于结构受力。

罕遇地震下高速铁路大跨矮塔斜拉桥减隔震性能研究

为研究不同减隔震装置对高速铁路大跨矮塔斜拉桥的减隔震机理,以某(90+180+90)m矮塔斜拉桥为研究背景,基于非线性时程分析建立有限元模型,研究摩擦摆支座、黏滞阻尼器和减隔震组合装置的减震效果及桥梁的抗震性能。结果表明:罕遇地震作用下,全桥主塔处采用摩擦摆支座和黏滞阻尼器的组合装置可以有效解决抗震问题,优化后选取摩擦系数为0.06、曲率半径为2 m的摩擦摆支座和阻尼系数为12000 kN·(m·s^(-1))-α、阻尼指数α为0.8的黏滞阻尼器;相比于单独使用摩擦摆支座或黏滞阻尼器,减隔震组合装置可大幅度减小全桥各关键截面的内力、桥墩位移及梁端转角,显著提升桥梁的抗震性能,剪力和弯矩的减震率分别达70.85%和76.94%,桥墩墩顶位移减震率达76.08%;各关键截面安全系数均大于1,结构均处于弹性范围,满足桥梁抗震性能的要求。

大跨铁路混凝土梁矮塔斜拉桥结构体系研究

为研究不同结构体系对大跨铁路混凝土梁矮塔斜拉桥力学性能的影响,并寻求最优的结构体系,以崇凭铁路上金左江双线特大桥为背景,采用MIDAS Civil和ANSYS软件建立主桥有限元模型及车-轨-桥耦合动力学模型,对半飘浮体系、刚构体系、塔梁固结体系和塔梁固结-刚构组合(高墩塔墩梁固结、矮墩纵向设置双排活动支座)体系方案进行比选,分析典型工况下主桥的静、动力特性。结果表明:在列车活载和温度作用下,采用塔梁固结-刚构组合体系的桥梁受力性能良好,采用较小的梁高即可满足桥梁结构的刚度要求;CRH2列车编组通过时不同结构体系的桥梁结构和列车编组的动力响应值均满足要求,考虑温度变形影响时不同结构体系对列车运行的安全性和舒适性的影响较小。基于力学性能计算结果,上金左江双线特大桥主桥最终采用塔梁固结-刚构组合体系。

大跨环形矮塔斜拉桥主塔力学性能分析

以大跨度环形矮塔斜拉桥的主塔为研究对象,借助大型有限元程序midas进行了静力及地震动时程分析,通过提取杆系模型中的最不利内力,对索塔锚固区及下塔柱钢混结合段空间应力进行分析。结果表明:1)钢塔在静力及地震工况下强度及稳定均满足要求;2)索塔锚固区及钢混结合段应力状态良好、构造细节处理较为合理。

钢拱塔斜拉桥的温度耦合效应和索力预测

钢拱塔斜拉桥的受力体系与传统斜拉桥有所不同,为研究环境温度变化对这种异形桥塔斜拉桥主要受力部件的影响,以某钢拱塔斜拉桥为工程背景,首先基于在线监测获取的环境和部件温度数据,分析斜拉索索力、拱塔倾角和主梁应变的温度时变效应;然后以斜拉索为研究对象,通过该桥的有限元模型升降温模拟,分析各部件温差引起的温度耦合效应对拉索索力的影响;最后以环境温度、主梁温度、桥塔温度为输入,索力为输出,利用长短期记忆神经网络对实测索力-温度数据进行映射,实现数据压缩和特征提取,建立温度-索力预测模型,再对网络模型输入新的温度监测数据,以预测索力。研究结果表明:主梁和钢拱塔温度变化具有周期性,且滞后于环境温度;主梁应变与环境温度的变化趋势基本一致但具有一定的滞后性,环境温度变化对拱塔倾角的影响很小且没有周期性规律;索力与环境温度呈线性负相关,且需要考虑斜拉桥各部件的温差所引起的温度耦合效应;长短期记忆神经网络对带有时序特性的数据训练效果好,建立的温度-索力关系模型准确度高,可用于该桥索力的实时预测。

大跨度矮塔斜拉桥建造关键控制因素研究

新建淮北至宿州至蚌埠高铁淮河特大桥采用(124+248+124)m矮塔斜拉桥跨越淮河。本文介绍了工程概况,施工方案,通过建立有限元计算模型,主要从斜拉索第一次张拉力比值及二次张拉时序、预应力施工对徐变的影响、刚构体系对顶力、合龙温度对刚构墩受力影响等施工关键控制因素进行了分析。结果表明斜拉索第一次张拉力比值,二次张拉时序、跨中底板束及顶板束预应力施工对控制工后徐变影响明显,塔梁墩固结体系梁体合龙前施工对顶力、合龙温度对刚构墩受力影响较大,施工过程应严格控制这些关键因素以提高成桥质量。

高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥减隔震设计研究

多跨长联连续梁结构存在固定墩地震力大、延性部位震后不易恢复等问题,在高烈度震区抗震设计存在困难。为了解决高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥的抗震设计问题,以某(65.65+8×110+65.65) m单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,采用非线性时程积分方法,对单固定墩、刚构连续梁和摩擦摆支座隔震3种不同的抗震体系方案进行分析比选。研究结果表明,采用摩擦摆支座隔震体系方案优势明显,在地震作用下,与单固墩体系相比,桥墩横桥向墩底弯矩普遍减小70%以上,固定墩纵桥向墩底弯矩减小约80%;进一步通过摩擦摆隔震支座参数分析,确定了合适的支座参数,获得较好的支座变形量、墩顶剪力,减隔震效果明显。因此,在桥墩剪跨比小、下部结构刚度大的情况下,设置摩擦摆隔震支座后,可显著减小地震时下部结构的地震响应,使各个桥墩受力均匀,同时通过合理的支座设计可满足大震位移需求,并具有足够的自复位能力。

基于综合优化法的矮塔斜拉桥成桥索力优化

为确定矮塔斜拉桥合理成桥索力,提出一种索力综合优化法。该方法以影响矩阵法为基础,采用数据标准化法将2种或以上不同类型的离散数据变为无量纲的统一化数据,以结构控制截面位移及弯矩综合最小为目标进行索力求解。以南京地铁宁句线矮塔斜拉桥为算例,采用最小弯曲能量法、刚性支承连续梁法和综合优化法对成桥状态的索力进行计算,将计算结果与原设计成桥索力进行对比。结果表明:对于矮塔斜拉桥,在恒载作用下,采用综合优化法计算得到的索力及主梁弯矩分布最为合理;在运营阶段,综合优化法计算得到的索力与原设计索力相比,主梁上、下缘最大压应力分别降低3.3%、3.8%,并且主梁应力分布更优。

大跨度矮塔斜拉桥施工预埋索导管角度的修正方法

为保证成桥后达到设计目标,避免平行钢绞线斜拉索与索导管在桥梁运营期间碰撞摩擦发生损伤导致耐久性病害,以鹤大高速佳木斯松花江特大桥为工程背景,分析了施工期间主梁梁段累计转角、张拉索力等因素对索导管修正角度的影响,基于悬链线方程迭代方法计算并确定了索导管角度的修正值,降低摩擦对索导管的损害。结果表明:影响索导管修正角度的主要因素是斜拉索的长度和截面面积,与张拉索力无关,其中斜拉索截面面积对修正值的影响较大;桥梁成桥时斜拉索状态良好,角度修正方法准确可靠,对施工质量提升具有积极作用。

大跨曲线矮塔斜拉桥主梁锚固区蝶形应力区及优化配筋研究

为了探究曲线矮塔斜拉桥主梁局部锚固区受弯扭耦合效应的影响,优化局部配筋方案,以王家河大桥为工程背景,从应力、变形及预应力施加效率3个层面,对成桥和最大悬臂工况下直桥和弯桥局部节段模型开展对比计算,提出弯扭耦合效应造成的锚固区蝶形剪应力集中区域。结果表明:弯扭耦合效应增大了锚固区主梁各构件的主拉应力;同时,增大蝶形剪应力集中区域的面积约40%,在该区域可采用非对称配筋方案,适当增加锚固处弯曲侧抗剪钢筋比例;弯扭耦合效应会使主梁锚固区横向位移明显增大,增幅接近30%,但对挠度无显著影响;弯扭耦合效应下主梁锚固区预应力施加效率小幅度提升,在配束计算时应予以考虑。

预应力混凝土矮塔斜拉桥0号块钢束布置方案研究

成达万高速铁路渠江特大桥主桥为(139+278+139) m预应力混凝土矮塔斜拉桥,0号块为墩塔梁固结,固结区域构造及预应力钢束布置均较为复杂。为了探究该墩塔梁固结区域的应力分布,验证该区域预应力钢束布置的合理性及合规性,基于静力等效原理,首先提取出全桥整体计算模型的单元内力,并采用有限元软件建立0号块局部计算模型;其次将全桥整体计算模型单元内力转换至整体坐标系下并施加于有限元模型;最后对0号块在主力及主力+附加力等多种工况进行精细化计算分析,并对有无塔柱范围内竖向预应力钢束两种钢束布置方案分别进行计算分析和对比。计算结果表明,塔柱范围内布置竖向预应力钢束后,塔柱根部主拉应力由2.41 MPa降低至0.76 MPa,塔柱的应力分布状态也得到了明显的改善,同时也验证0号块纵向及横向预应力钢束设置的合理性,为该桥0号块位置纵横向及竖向预应力钢束布置提供了理论依据。

地震下拉索损伤对矮塔斜拉桥索力的影响

为研究拉索损伤和地震双重作用下矮塔斜拉桥索力变化规律,以某矮塔斜拉桥为工程背景,采用Midas Civil软件建立有限元梁格模型,研究不同数量、不同位置拉索损伤对桥梁动力特性的影响,并深入分析地震和拉索损伤双重作用时拉索索力的变化规律。结果表明:边跨外侧及中跨索塔中部的拉索损伤对结构的自振频率影响较大,随着拉索损伤程度的增大,结构的自振频率变化率也在不断增大,且二者之间基本呈线性变化;地震下单索断裂会对矮塔斜拉桥剩余拉索索力产生规律性的影响,索力变化率的最大值一般出现在与断索相邻的拉索中,且距离断索越远,索力变化率越小,但索力变化率基本保持在10%以内;在拉索损伤程度不断增大的过程中,存在一个极值,使得剩余拉索的索力变化率在该极值两侧随拉索损伤程度的变化而基本呈线性变化。

基于Midas的矮塔斜拉桥主桥结构施工安全模拟研究

矮塔斜拉桥基于其结构性能的优势已经在我国逐渐发展成一种新型桥梁结构,预应力混凝土矮塔斜拉桥具有抗弯刚度大、稳定性好、整体受力情况好等优点。为了确保施工的安全性,需要采用有限元软件模拟施工阶段并进行分析。文章以引江济淮工程江淮沟通段文山路桥施工为背景,建立文山路桥主桥Midas有限元模型、主桥结构模型,进行了施工方案的模拟,分别对主桥结构的施工阶段、正常使用极限状态、桥塔及下部结构进行验算,验算结果均符合规范要求。

矮塔斜拉桥施工过程自动化监测系统设计与应用

为了减小施工过程对矮塔斜拉桥成桥状态的影响,以沙颍河大桥为工程背景,设计了矮塔斜拉桥施工过程自动化监测系统。该系统由数据采集子系统、数据传输子系统和综合监测云平台三部分组成,可实现应力、索力、主梁扰度、桥塔偏位等多种关键参数的连续自动化监测,并提供了监测预警功能。在自动化监测系统基础上,采用自适应控制法对案例工程施工过程中各关键参数进行监测调整,结果表明:索塔偏位误差均控制在5 mm以内,斜拉索索力误差均控制在±5%以内,主梁变形和应力所有一定误差,但均在可控范围之内,表明设计的自动化监测系统对于矮塔斜拉桥施工起到了较好的辅助作用。

高温天气对宽幅矮塔斜拉桥大悬臂施工控制影响研究

为研究高温天气下温度梯度对处于大悬臂施工阶段的宽幅矮塔斜拉桥施工的影响,通过理论计算宽幅等高箱梁的太阳辐射和热边界条件,采用Abaqus建立宽幅等高箱梁的热分析有限元模型,使用智能弦式传感器与红外测温仪实测箱梁截面温度,计算宽幅箱梁在夏季某天从日出至日落的温度梯度大小及其分布。采用Midas Civil建立施工阶段有限元模型,分析大悬臂阶段控制工况下正温度梯度对主梁线形与应力的影响规律。结果表明:热分析有限元模型结果与实测温度结果吻合较好。宽幅等高箱梁边中腹板处温度梯度效应最显著,中午高温时段内宽幅等高箱梁边中腹板顶部竖向温度梯度大小与作用范围均高于《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)规定值。正温度梯度使主梁产生下挠,并且随着悬臂的增大,主梁下挠效应越显著,与无温度梯度相比最大悬臂节段浇筑后正温度梯度使主梁悬臂端下挠量增大了36.08 mm,尾索张拉主梁悬臂端下挠量增大了40.23 mm。正温度梯度使主梁顶板压应力显著增加。

Norea矮塔斜拉桥索力优化

为确定柬埔寨Norea三跨双塔单索面混凝土矮塔斜拉桥的最优成桥索力,基于有限元模型,分别采用刚性支撑连续梁法、最小弯曲能法、影响矩阵法对成桥索力进行了分析和优化。结果表明:三种优化方法中以影响矩阵法得到的索力值效果最好,将最终优化索力值与原设计值对比,分析了斜拉桥的内力、位移以及应力变化,在恒荷载或恒荷载+附加荷载组合作用下,优化后的索力分布更加均匀,结构整体的弯矩、位移以及应力均有所减小,矮塔斜拉桥整体受力和线形更加理想。

大跨度矮塔斜拉桥关键节点受力性能的仿真分析

宁波中兴大桥跨越甬江,其主桥由于机场航空限高的要求,采用主跨为400 m的大跨度矮塔斜拉桥设计方案。主桥采用V形钢主塔,塔梁固结并通过大型球钢支座支承在主墩上。经分析,索塔锚固区与塔梁固结处是主桥设计的2个关键节点。节点构造设计复杂,需借助3D空间有限元方法对其受力性能进行仿真分析。利用ANSYS软件建立关键节点的3D有限元仿真模型,并与MIDAS整体模型结果进行比较,验证仿真模型的有效性。通过仿真模型,得到不利荷载工况下关键节点空间应力分布的计算结果,为关键节点构造设计提供可靠依据。

矮塔斜拉桥PSC梁预制及架设关键施工技术分析

PSC梁因其具有抗裂性好、自重轻、受压构件稳定性强的优点,在桥梁得到了广泛应用。依托非洲马古富力大桥工程,分析工程PSC梁预制及安装全过程关键技术。结果表明:采用应力和伸长量双控方法进行钢绞线伸长计算较为准确;预制梁张拉过后,可以考虑采用优化混凝土配合比和梁端台座处理的方式,去有效解决梁端混凝土破裂的问题。

温度效应对矮塔斜拉桥墩梁支撑体系的影响

为探究单索面多跨矮塔斜拉桥在温度作用下的受力特性,以某矮塔斜拉桥工程为例,基于Midas/civil软件建立了全桥有限元模型,分析了不同墩梁支撑体系下的多跨矮塔斜拉桥体系温度效应.分别考虑中塔、次边塔及边塔均为墩梁全固结(体系1),边塔为墩梁铰接、中塔及次边塔为墩梁固结(体系2),中塔为墩梁固结、次边塔及边塔为墩梁铰接(体系3),次边塔为墩梁固结、中塔及边塔为墩梁铰接(体系4),边塔为墩梁固结、中塔及次边塔为墩梁铰接(体系5)等5种组合下的墩梁支撑体系方案,分析墩梁支撑体系在升温或降温20℃时,主梁与主塔的应力与位移变化规律.研究表明,体系温度效应对墩梁全固结支撑体系下的主梁与主塔的位移与应力产生显著影响.在体系1中,体系温差为20℃时,主梁与主塔的最大位移分别为66.6 mm与94.07 mm,主梁与主塔应力分别为5.95 MPa与5.96 MPa;体系温度效应对仅在中塔处进行墩梁固结而其余位置进行墩梁铰接的体系下主梁与主塔的位移产生显著影响,但对其应力影响则较小;在体系3中,体系温差为20℃时,主梁与主塔的最大位移分别为74.20 mm与70.67 mm,主梁与主塔应力分别为0.59 MPa与0.48 MPa;在相同体系温度下中塔、次边塔和边塔位置任意选择两个墩梁固结,其余位置为墩梁铰接时,中塔、次边塔以及边塔位置处主梁结构响应显示出较高的相似性,且体系温度效应对主梁结构位移和应力产生的影响程度介于体系4和体系5之间.研究成果可为多跨矮塔斜拉主梁的施工线形控制提供参考.

铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁力学性能分析

W形腹板箱梁具有典型桁式体系受力特征,更符合单索面斜拉桥的受力要求,目前已在公路桥中推广应用。为指导铁路桥相关设计,通过采用有限元软件建立计算模型,对某铁路矮塔斜拉桥W形腹板箱梁设计开展系统分析,研究不同设计参数对箱梁各板件内力的影响、荷载作用下箱梁截面横向受力性能、以及箱梁截面剪力滞效应。研究结果表明,同梁高、不同斜腹板倾角的铁路W形截面顶板、内腹板均受拉,底板与外腹板均受压;随着边斜腹板倾角减小和内腹板倾角增大,顶板、外腹板轴力变大,内腹板轴力减小,底板轴力则基本不变;根据计算分析得到不同位置处的W形截面在铁路荷载作用下,预应力筋合理的布置方式;剪力滞效应方面,荷载作用下,支点及拉索附近的剪力滞效应较为明显,剪力滞系数约为1.1。通过研究,对铁路荷载作用下该种新型截面形式有了系统全面的认识,合理选择截面参数的同时应考虑剪力滞效应以提高结构经济性。