大跨度钢-混结合梁悬索桥涡激振动控制指标体系研究

为保证已建桥梁发生涡激振动后桥梁结构的安全以及桥上行车和行人安全,提出综合考虑人员舒适性、结构受力和停车线形三方面的大跨度钢-混结合梁悬索桥涡激振动控制指标体系。该体系包含9项指标,分别为驾乘人员舒适度、驾乘人员晕动症、行人舒适度(狄克曼指标)、加劲梁强度、加劲梁应力、加劲梁挠度、桥面纵坡、竖曲线半径和停车视距。以武汉鹦鹉洲长江大桥为背景,分别计算了“限速”和“封桥”2个交通管制措施下9项指标对应的涡激振动振幅限值。在此基础上,将9项指标对应的涡激振动振幅限值的最小值作为涡激振动限值建议取值。结果表明:当该桥发生低阶竖弯涡激振动(VS1、VAS1)时,涡激振动的控制因素为加劲梁挠度指标;当大桥发生VAS2模态的竖弯涡激振动时,涡激振动由驾乘人员晕动症指标和行人舒适度指标共同控制;当大桥发生高阶竖弯涡激振动(VAS3、VAS4)时,涡激振动由行人舒适度指标控制。涡激振动控制指标体系及限值标准的计算框架可适用于不同桥型涡激振动限值的计算。

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%.

钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥结构体系转换方案的比较研究

自锚式悬索桥的非线性受力行为主要集中在体系转换过程中,而且钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥桥面板的施工影响了结构体系转换时加劲梁的刚度,导致该类自锚式悬索桥体系转换过程中的受力非常复杂。以桂花大桥为工程背景,根据不同的吊索张拉顺序和桥面板施工顺序,制订了4种结构体系转换方案,并确定了桂花大桥的体系转换原则。通过有限元仿真计算,分析体系转换过程中吊索变形、加劲梁内力及主缆变形演变规律,给出了各方案的关键计算结果,通过比较选出最优方案。

自锚式悬索桥拉 - 吊体系转换主缆位移特性分析

重庆市鹅公岩轨道专用桥主跨为600 m,2019建成后将成为世界最大跨径自锚式悬索桥。该桥采用“先斜拉,后悬索”的体系转换方式为业界首次尝试,这种建造方法在国内外工程界均无成熟的经验可寻。为了研究大跨自锚式悬索桥在“斜拉-悬索”体系转换过程中主缆的位移特性,以鹅公岩轨道专用桥为工程背景,采用MIDAS/Civil对其体系转换过程进行仿真模拟,分析主缆在此过程中的位移变化规律。结果表明:主索鞍顶推使主缆呈现出边跨“紧绷”,中跨“松弛”的现象,边中跨主缆位移是主索鞍顶推作用和吊索张拉作用的耦合效应;在吊索张拉阶段,主缆位移经历了线性特征显著、几何非线性特性增强、几何非线性特性弱化3个阶段;在拆除临时斜拉索阶段,主缆的竖向位置较稳定,主缆几何非线性特性呈现出“由弱到强,再从强变弱”的变化规律;在主索鞍顶推及成桥恒载作用下,主缆位移特性表现为显著的线性特征。

独塔斜拉-自锚式协作体系悬索桥合理约束体系研究

为研究独塔斜拉-自锚式协作体系悬索桥合理约束体系,以主跨2×350 m的济南绕城高速二环线北环段工程黄河特大桥主桥为背景,采用BNLAS软件建立主桥空间有限元模型,对比不同纵向、竖向约束体系方案下结构的荷载响应、自振特性,分析不同塔梁约束体系对独塔斜拉-自锚式协作体系悬索桥静、动力性能的影响。结果表明:塔梁处竖向双排支座有效约束了塔梁之间的相对转动自由度,使塔梁协调受力,相较于传统的全飘浮体系和竖向单排支座体系,竖向双排支座体系提供了更大的整体结构刚度;设置纵向约束能显著增强独塔斜拉-自锚式协作体系悬索桥结构纵向刚度,建议在纵向上设置固定约束;相较于传统塔梁墩固结体系,竖向双排支座体系对主梁提供了更强的转动约束,且塔梁间约束在构造上处理简单。该桥桥塔处设置竖向双排支座并设置纵向固定限位装置。

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。

鹅公岩轨道专用桥斜拉-悬索体系转换施工技术

鹅公岩轨道专用桥桥跨布置为(50+210+600+210+50)m,是世界上最大的自锚式悬索桥。该桥创造性地采用先斜拉后悬索的施工方案,通过在主塔顶设置临时钢塔,在钢塔与加劲梁之间设置临时斜拉索,采用斜拉扣挂法施工加劲梁形成临时斜拉桥,然后通过斜拉-悬索体系转换最终形成悬索桥。工程实践证明,按加劲梁线形调整、吊索安装、临时斜拉索拆除3个阶段进行斜拉-悬索体系转换,既能有效减少施工步骤和设备数量,又可避免体系转换过程中各工序的相互干扰,降低施工难度。

空间缆索自锚式悬索桥体系转换过程中受力行为的全桥模型试验研究

依据广州猎德大桥1/10比例全桥模型试验的实测数据,系统深入地研究空间缆索自锚式悬索桥体系转换过程中的非线性受力行为,揭示利用叠加原理、按照线性化计算二期恒载及活载效应的合理性,分析主缆变形、吊索索力在体系转换过程中的演变规律,阐明主缆变形、吊索索力变化规律与体系转换状态的相关性,指出吊索索力、主缆位移的弱相干性特征仅适用于加劲梁完全脱架、转换为自平衡体系后的结构状态,得出空间缆索索夹横向扭转角的量值特征与分布规律,指出此扭转角可通过预设偏角予以抵消,提出自锚式悬索桥宜按两阶段进行施工控制,探讨各阶段的施工控制目标与控制目标,为同类桥梁的设计及施工控制提供借鉴。

双塔大横向倾角空间主缆自锚式悬索桥体系转换方案与控制方法

针对双塔大横向倾角空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工期的受力和变形特点,提出该类自锚式悬索桥体系转换方案(即吊索张拉方案)确定的原则。以杭州江东大桥为工程背景,研究该类自锚式悬索桥体系转换方案的确定过程,提出"在适当时机张拉临时索附近的永久吊索,以克服临时索容许索力不足的缺陷"的调索思路。通过优化计算,获得无需主动放松临时索的该类自锚式悬索桥体系转换方案,并给出该方案各施工步桥梁的反应。基于施工期的参数敏感性分析,提出该类自锚式悬索桥临时吊索及永久吊索的张拉控制方法。江东大桥的工程实践表明,按该方法进行双塔大横向倾角空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工或控制,能确保成桥线形和内力达到理想效果。

黄河桃花峪自锚式悬索桥体系转换方案的比较研究

结合世界最大跨度自锚式悬索桥黄河桃花峪大桥的工程实例,针对平面主缆双塔三跨自锚式悬索桥缆索体系各阶段的几何和力学特点,明确该桥型吊索张拉有"先边后中"、"边中共进"2类和每类6种的吊杆张拉思路,分析空缆状态及各种方案转换过程缆索系统的几何与力学特点、"多轮循环法"与"逐步推进法"的施工特点,指明体系转换方案择优的方向。在此基础上,确定并比较"先边后中"的方案2、"边中共进"的方案1和"边中共进"的方案2,明确"先边后中"的方案2和"边中共进"的方案1是黄河桃花峪大桥较优的体系转换方案,且各有特点和优势。继而给出其中之一的体系转换优选典型方案——"先边后中"的方案2的关键计算结果,证明该方案的可行性、安全性、经济性和可控性。体系转换的结构效应实测值与理论值吻合良好,表明了体系转换方案确定与论证的正确性,以及体系转换方案实施的高质量。

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。

自锚式斜拉-悬索桥体系转换施工关键技术研究

自锚式斜拉-悬索协作体系桥不仅设计困难,施工方面从空缆到成桥状态的体系转换过程非常复杂,需研究开发许多项关键技术。本文针对南平剑州大桥的吊索张拉这一关键技术开展研究,最终成功完成了该桥的体系转换,对同类大桥的体系转换施工有一定的借鉴意义。

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.

大跨自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换技术研究

为快速实现大跨自锚式悬索桥体系转换,以(160+406+160)m的双塔三跨自锚式悬索桥——桃花峪黄河大桥为背景,研究以吊索引出量控制为主、索力控制为辅的吊索张拉与体系转换技术。建立实桥有限元模型,计算吊索无应力长度,定义索头引伸出下锚垫板的长度值为引出量;采用引出量控制,从塔根向远离桥塔方向对称张拉吊索(每次8组),跨中几组吊索采取纵向相邻2组同时装千斤顶,在n号吊索张拉的同时,预拉(n+1)号吊索;进行主桥缩尺模型试验,对该方案进行验证及细节优化。研究结果及实际工程表明:采用该体系转换技术方案,主缆与吊索张力、临时墩反力、主梁应力计算值等均满足要求;缩尺模型实测应力、位移与有限元计算值吻合;主梁线形质量好,吊索索力精度高,快速实现了体系转换。

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.

大跨自锚式斜拉-悬索协作体系桥地震响应及减震控制分析研究

基于结构非一致激励地震动方程,建立空间非线性有限元模型,探讨一致输入、行波输入下结构的地震响应.分别以主梁纵向位移、塔底内力为控制目标,研究粘滞阻尼器参数变化对结构减震效果的影响.计算结果表明:地震作用下塔底顺桥向弯矩达365.12MN.m,对自锚式斜拉-悬索协作体系桥的设计起控制作用;行波效应使得主梁跨中横向位移增大42%,横向弯矩减小14%;结构纵向位移及塔底内力在考虑行波效应后减小9%左右,安装参数合理的阻尼器使主梁纵向位移减小44%,主梁跨中弯矩和剪力减小41%,塔底纵向弯矩减小37%,达到减震效果.

合龙及体系转换顺序对多跨刚构-连续组合梁桥影响分析

以长株潭城际铁路湘江特大桥12跨刚构-连续组合梁桥为工程背景,建立有限元分析模型,对5种合龙方案和3种体系转换顺序进行数值模拟,计算该桥竖向位移和底板应力,探讨合龙次序和体系转换顺序对该类桥梁的受力和变形规律,得出宜采用方案1、2或者5的合龙顺序和方案3的体系转换顺序的结论,为同类桥梁设计和施工提供借鉴和参考。

自锚式悬索桥体系转换张拉力与标记线双控方法研究

针对自锚式悬索桥缆索体系几何非线性较为明显,传统吊杆张拉控制方法精度较低的问题,提出采用张拉力与标记线双重控制方法进行精细化控制。首先确定自锚式悬索桥合理成桥状态,吊杆加工时预制环形标记线,根据张拉过程中分步张拉力计算对应主缆及主梁位移,得出各步张拉的标记线目标位置及锚杯外露量;对于边跨吊杆,进行首轮全桥吊杆张拉时以锚杯外露及标记线位置为控制量一次张拉到位;对于中跨吊杆,以张拉力及标记线位置为控制量分批逐步张拉到位,边跨吊杆内力随索鞍顶推被动增加至目标值。此方法已成功应用于南京小龙湾大桥与聊城湖南路大桥,实践结果表明:张拉力与标记线双控方法操作方便,可避免传统控制方法中繁琐的索夹位移测量工作及高空作业危险,各控制量间相互校核可快速识别并修正误差,避免各张拉步骤误差累积;所得成桥吊杆内力、主缆及主梁线形与目标成桥状态吻合良好。

自锚式悬索桥吊索不接长体系转换方案及索鞍数值模拟

为降低自锚式悬索桥体系转换施工费用、提高施工效率、简化分析过程,以抛物线理论为依据,推导出主缆垂度的影响参数,结合各参数的可控性、敏感性,通过调整主索鞍顶推和吊杆张拉策略,提出3阶段2轮张拉吊索不接长体系转换方案。为在有限元计算时精确模拟方案中主、散索鞍施工状态,将索鞍圆心点与塔顶或散索鞍底座中心点建立刚臂和主从约束两个边界,通过激活、钝化刚臂模拟索鞍临时固定和滑移状态,通过设置索鞍圆心点强制位移模拟索鞍超顶状态。以双塔3跨和独塔2跨2座自锚式悬索桥为例,根据现场实际情况分别制定了2套吊索不接长体系转换方案,并建立有限元模型对2座桥梁体系转换过程进行模拟和分析。结果表明:自锚式悬索桥主跨是避免吊索接长的关键桥跨,主缆跨径和主缆长度是影响主缆垂度、避免吊索接长的关键可控参数;通过增大主缆初期变形可有效避免吊索接长,实施方案为张拉主跨长出段吊索使主索鞍超前就位,以改变主缆跨度;提前施工部分二期恒载、加劲梁在第1轮吊索张拉后脱架,以增加主缆弹性伸长。由2座桥梁实例分析结果可知,体系转换前期主索鞍可控滑移、超前就位,后期对称张拉桥塔两侧吊索,使主缆和主索鞍间的抗滑移安全系数和桥塔应力均变化平稳,所提方案和索鞍模拟方法达到了预期目的,可为同类型自锚式悬索桥体系转换提供参考。