大跨度柔性斜拉-悬索体系风-车-线路耦合振动研究

针对斜拉-悬索体系跨度大、刚度小以及对风和车辆作用较为敏感的特点,以一待建空中客车系统为工程背景,在分析风、车、线路三者相互作用的基础上,建立了风-车-线路非线性空间耦合分析模型。对有限元分析软件ANSYS进行二次开发,通过风荷载和车辆荷载的自动加载,实现车辆运行全过程的仿真模拟,从而得到车辆和斜拉-悬索体系的动力响应。实例分析结果表明,斜拉-悬索体系中斜拉索的位置和刚度对车辆的竖向加速度响应有显著的影响。研究结论为大跨度柔性斜拉-悬索体系的进一步优化设计提供了依据。

柱式塔同向回转斜拉-悬索体系桥梁设计关键技术

安徽某跨江通道方案设计中,提出主桥采用主跨1620 m的斜拉-悬索协作体系桥梁。为解决该体系刚度低、主梁压力间断、边吊杆应力幅大等传统疑问,以及因不能设置辅助墩而引起的边跨刚度小、尾索应力幅高的特殊问题,设计采用单柱式桥塔、空间化悬索构建整体结构,并对结构的合理性、可行性进行理论和计算验证。设计针对体系形成的主要过程,提出边孔悬吊辅助跨构造,采用四索面斜拉索和空间双悬索四索面吊索。借助四索面拉吊融合方式在横向转换的便利、同向回转拉索对不对称布索的支持,使调整在更大空间内进行,实现两种体系更加平顺的融合。采用斜置阻尼约束系统使结构纵、横向动力性能满足规范要求。

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。

某斜拉-悬索协作体系桥三柱塔空间作用受力分析

为研究斜拉-悬索协作体系桥的三柱塔结构空间作用受力性能,以一座主跨1,680m的斜拉-悬索协作体系桥方案为背景,采用ALGOR建立桥塔空间有限元模型,对其进行局部应力分析,得到各种工况作用下的关键结构的局部应力分布情况。分析结构应力水平,对结构安全进行评价,为优化设计提供了依据。

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。

桥梁工程柱式塔同向回转斜拉-悬索协同体系设计分析

某跨江桥梁设计采用主桥为斜拉-悬索协同体系存在结构刚度低、主梁压力间断、边悬索应力幅大等问题,同时因不能安装辅助墩而造成边跨刚度小、尾索应力幅大等问题,提出单柱式桥塔、空间悬索结构的结构方案,从理论和计算上论证其合理性和可行性。根据体系形成的主要工序,提出采用四索面斜拉索和空间双悬索的方法。利用四索面拉索组合结构的侧向转换方便,同向回转拉索对非对称布索的支撑,使得调节在较大的空间内进行,从而达到两种体系的平稳结合。采用斜式减振约束体系,使结构的纵、横向动力性能达到设计规范的要求。

自锚式斜拉—悬索协作体系桥梁设计研究

为满足桥梁性能要求,本文介绍了自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁的设计方案,描述了本次桥梁结构的主缆设计、吊索设计以及斜拉索设计等内容,并利用大型有限元软件MIDAS/CIVIL展开有限元分析,在构建基于桥梁单元的全桥空间有限元模型后,对桥梁的抗震性能以及边主跨优化路径展开详细评估。根据最终的模型测试结果可知,本次提出自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁设计方案科学合理,其各项力学性能满意,值得做进一步推广。

斜拉悬索协作体系桥梁塔-基钢混结合段受力分析

为了解斜拉-悬索协作体系桥梁塔-基钢混结合段受力情况,根据某实际工程,利用ANSYS软件建立塔-基钢混结合段的三维实体有限元模型,分析计算其在最不利荷载工况下的力学特性。结果表明:运营阶段的作用效应组合工况为塔-基钢混结合段受力最不利荷载工况;塔-基钢混结合段的钢箱部分受力呈近承台面应力水平低、近结合段上分界面应力水平高的分布规律,钢箱部分最大Mises应力小于材料屈服强度;主桥塔钢箱内填混凝土在钢混结合段上分界面处及与承台顶面交界面因尺寸突变均出现小范围点状拉应力集中,峰值达8.5 MPa;最大主压应力为16.8 MPa,均小于规范限值。在不考虑极少位置应力集中开裂的情况下,塔-基钢混结合段受力安全。

公铁两用斜拉-悬索协作体系桥结构参数研究

为探究结构参数对公铁两用斜拉-悬索协作体系桥受力性能的影响,确定结构参数的合理取值,以甬舟铁路西堠门公铁两用大桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立该桥杆系有限元模型,计算分析辅助墩、吊跨比、矢跨比及交叉索数量等参数变化对结构竖向刚度、端吊杆活载轴力幅、桥塔弯矩等的影响,提出各结构参数的合理取值建议。结果表明:在边跨设置辅助墩能提高结构的竖向刚度、降低桥塔顺桥向弯矩和端吊杆活载轴力幅;吊跨比越大,结构的竖向刚度越小;矢跨比越大,结构的竖向刚度越大;增加交叉索对数可以降低端吊杆的活载轴力幅,但交叉索数量增至一定数量,端吊杆活载轴力幅值降低趋势趋于稳定;推荐大桥采用边跨设置2个辅助墩、跨中纯悬吊段吊跨比0.3、主缆中跨矢跨比1/6.5、交叉索9对的结构布置。

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.

基于几何非线性的自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥索力计算

目的研究确定自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥状态时构件的空间位置和缆索的成桥索力.方法根据无应力索长和索力的概念推导了无应力索长的索力不变原理,提出了自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥索力的计算方法.结果运用该方法对大连跨海大桥的设计方案进行了计算分析,利用该方法计算得到的成桥状态下斜拉索和吊索的索力均匀,主缆线形平顺.除主塔附近的加劲梁由于索距较大造成弯矩较其他区域偏大外,其他区域弯矩分布均匀合理,加劲梁的最大弯矩为14 716 kN.m.主塔弯矩较小且塔顶水平变位接近于零.结论计算结果表明利用该方法能够按照要求得到该类桥梁的合理成桥索力,并且通过非线性迭代计算得到的缆索无应力长度可以直接应用于施工阶段分析.

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.

自锚式斜拉-悬索协作体系桥基础微分方程近似推导

按连续体的方法描述自锚式斜拉-悬索协作体系桥在竖向荷载作用下的结构静力行为。基于分区广义变分原理,考虑了主梁和主塔的压弯耦合效应,建立了三跨自锚式斜拉-悬索协作体系桥的大位移不完全广义势能泛函,通过变分导出了自锚式斜拉-悬索协作体系桥的基础微分方程。以一座自锚式斜拉-悬索协作体系桥为例,求出其解析解,并与数值解相互比较,二者比较接近。所得基础微分方程可以用于自锚式斜拉-悬索协作体系桥的初步分析,并为阐述此类桥型的结构静力行为提供理论依据。

自锚式斜拉-悬索协作体系桥非线性随机静力分析

大跨度自锚式斜拉-悬索协作体系桥具有显著的几何非线性行为,且存在材料特性、几何尺寸的随机性.应用响应面法,选择出若干个对因变量影响较大的随机变量参与响应面拟合.针对一座大跨度自锚式斜拉-悬索协作体系桥方案设计进行了非线性随机静力分析.讨论了在竖向活载作用下材料、几何尺寸的随机性对主梁跨中挠度的影响.结果表明,结构随机性的影响较明显,主缆、斜拉索的材料、几何尺寸的变异对结构响应影响较大.

大跨度自锚式斜拉-悬索协作体系桥的概念设计

大跨度自锚式斜拉-悬索协作体系桥是一种崭新的桥型,它具有结构新颖,受力合理和工程造价低等优点,将会成为大跨径桥梁中具有竞争力的桥型。文章以大连跨海大桥为背景,介绍了该桥型的结构特点及概念设计。可为大跨径桥梁方案选择提供依据。