多塔斜拉桥纵向约束体系研究

为确定多塔斜拉桥纵向合理的抗震约束体系,以我国某六塔斜拉桥为研究对象,分析研究了塔梁纵向四种不同固结约束下的结构动力特性和线性地震反应.计算结果表明,对于多塔斜拉桥,仅从调整塔梁纵向固结约束位置的角度出发,部分塔梁固结体系不是理想的抗震体系;塔梁纵向全固结体系和全漂浮体系都有助于减小结构地震反应在各塔的分配差异,但将纵向全漂浮的多塔斜拉桥应用于软土地基时,需关注边塔的抗震设计和结构的纵向位移.

超高墩多塔混凝土斜拉桥纵向约束体系研究

为探讨不同纵向约束体系对超高墩多塔混凝土斜拉桥地震响应的影响,以墩高178m的赤石特大桥为研究对象,建立全桥有限元模型并进行非线性时程分析,研究了一致和非一致2种纵向约束方式下约束刚度对结构地震反应的影响,并综合对比了各类典型纵向约束体系下结构的抗震效果,最后根据分析结果确定该新桥型的合理纵向约束体系。研究结果表明:一致纵向约束方式下,约束刚度对结构变形的影响较内力更加突出,设计时应以控制结构变形为主,设置较刚性的纵向约束对改善结构抗震性能更加有利;非一致纵向约束方式下,边塔约束刚度对各塔地震反应的分布有重要影响,合理设置边塔纵向约束刚度对平衡结构的响应分布非常关键;对于超高墩多塔斜拉桥而言,采用全漂浮体系和弹性约束体系,抗震效果均不是十分理想,而采用固结体系和弹性-固结体系,可在不显著增大结构内力的同时大幅降低结构变形,是比较合理的纵向约束体系。

不同纵向约束体系多塔悬索桥行波效应研究

为了研究行波效应对不同纵向约束体系大跨多塔连跨悬索桥地震响应的影响,本文以泰州长江公路大桥为背景,设计并制作1/40缩尺比例模型,进行了全桥振动台模型试验。试验设计了3种纵向约束体系:无约束体系;弹性索体系和阻尼器体系,分别测试了行波效应下3种约束体系多塔悬索桥的地震响应。比较3条不同地震波下考虑行波效应的结构地震响应,发现chichi波考虑行波输入时会极大地增加结构的位移,泰州波输入增加程度次之,EI Centro波输入甚至会减小结构的位移。比较无约束、弹性索和阻尼器体系3种结构体系下行波效应对结构地震响应的影响,发现弹性索和阻尼器体系受行波效应影响的程度更大。试验结果表明,行波效应对结构响应的影响与结构自身特性以及地震波特性密切相关。数值结果与试验结果吻合较好,说明此数值模拟方法可用于大跨度桥梁行波效应分析。

三塔四跨地锚式悬索桥纵向约束体系研究

为了得到三塔四跨地锚式悬索桥中最优的纵向连接方式,以某座三塔四跨悬索桥为工程背景,建立三维空间有限元模型,考虑各种不同荷载作用对结构响应的影响规律,探讨最优的纵向约束体系。研究结果表明:边塔内力和桩基础内力受地震作用控制,而中塔内力则受汽车荷载控制,伸缩缝变形主要受温度作用控制;在多种荷载作用下,刚性约束体系优于漂浮体系和阻尼约束体系,可以较好地改善各种荷载作用下的响应。通过对约束装置进行位置和参数优化,提出"中塔和桥台处设置纵向固定支座"的刚性优化约束方案。

大跨度三塔斜拉桥纵向约束体系设计研究

针对三塔斜拉桥温度效应显著、整体刚度不足的特点,以黄茅海大桥[主桥为(100+280+720+720+280+100)m独柱塔双索面三塔斜拉桥,采用分体钢箱梁]为背景,采用非线性时程分析方法,对比分析不同纵向约束体系下斜拉桥的静、动力响应。结果表明:中塔通过设置弹性索实现弹性约束,单侧弹性约束刚度6.5×10^(5) kN/m,可起到塔梁固结的效果;在中塔采用弹性约束基础上,边塔采用纵向放松体系,每个边塔设置4个粘滞阻尼器[阻尼系数C为2500 kN/(m/s)α,速度指数α为0.3],明显改善了斜拉桥的静、动力响应;采用的中塔设置弹性约束-边塔设置阻尼器的组合结构体系,与全飘浮体系相比,梁端最大位移减小69%,边、中塔塔底弯矩分别减小40%、15%,与中塔固结体系相比,地震作用下组合结构体系梁端位移减小44%,中塔塔底弯矩减小51%,边塔塔底弯矩变化幅度较小,该组合结构体系合理。

虎门二桥坭洲水道桥纵向约束体系研究

虎门二桥坭洲水道桥为主跨1 688m的双塔双跨悬索桥。为减小该桥在汽车活载、温度作用及风荷载下的梁端位移,提出一种在塔梁连接处设置静力限位-动力阻尼装置的纵向约束体系。采用有限元软件SAP2000Nonlinear建立全桥有限元模型,分析该静力限位-动力阻尼装置的限位间隙、限位刚度对梁端位移、塔梁相对位移、限位力的影响规律,确定限位装置的合理参数取值,分析设置静力限位-动力阻尼装置前、后加劲梁应力、桥塔纵向弯矩和梁端位移。结果表明:该桥静力限位-动力阻尼装置的限位刚度取200MN/m,广东侧和东莞侧限位间隙分别取0.82m和1.05m;采用静力限位-动力阻尼体系后,静力作用和地震作用下的梁端位移大幅降低,伸缩缝规模从2 758mm降到2 106mm,减小23.6%。

某大跨度钢桥纵向约束体系锚固结构设计与优化

大跨度钢桥常采用弹性索体系作为大桥的纵向约束,其锚固结构的局部应力较大、传力路径复杂,设计中需要针对其进行专门的计算分析,以保证锚固结构的可靠性。对某大跨度异型拱桥的弹性索锚固结构建立有限元模型,计算分析了钢锚箱结构在最大索力作用下各板件的应力分布。计算结果表明,钢锚箱在最大索力作用下各板件的各项应力值均满足规范要求,结构处于弹性工作状态。同时,针对钢锚箱各板件的布置情况进行优化计算分析,得到合理的锚箱加劲板布置形式。

某斜拉桥纵向约束体系设计研究

结构的约束体系包括竖、纵、横三个方向,其中纵向约束体系对桥梁整体结构受力行为影响很大,是结构约束体系的主要特征。本文以某双塔双索面组合梁斜拉桥为工程背景,针对该斜拉桥的结构特点及静、动力性能目标,进行静力及非线性地震时程分析,对其结构的纵向约束体系进行研究与设计。

三塔地锚式空间缆悬索桥纵向约束体系研究

为探讨三塔地锚式空间缆悬索桥的合理纵向约束方式,以浔江特大桥(153 m+2×520 m+210 m)为研究对象,选取3种纵向约束体系(纵向飘浮、纵向限位及固结约束),拟定6种静、动力荷载工况(包含5种静力荷载工况组合和地震动),基于Midas有限元软件平台开展三塔悬索桥静、动力受力特性分析、纵向约束体系比选及约束刚度合理取值研究。结果表明,三塔地锚式空间缆悬索桥的静、动力荷载效应存在差异,且静力荷载工况组合(恒载+温度+汽车活载+活载风+制动力、恒载+温度+百年风)下的响应明显高于动力荷载(地震动);考虑构造复杂性和施工难易性、塔底受力及梁端位移,三塔地锚式空间缆悬索桥推荐采用纵向限位体系;纵向限位体系推荐采用带有摩擦阻尼器(阻尼力为200 kN)的纵向限位支座,其纵向约束刚度值建议取为1.9×105kN/m,纵向限制位移为±10 mm,可满足桥梁结构受力性能及支座设计构造的要求。

三塔悬索桥纵向约束体系优化

为确定三塔悬索桥的合理纵向约束体系,以泰州长江大桥为研究对象,综合考虑各静动力分项作用效应及作用效应组合,对纵向弹性索和粘滞阻尼器2种附加约束的设置位置及参数优化进行研究,重点分析了2种可行布置方案的合理参数选取,并在确定参数下,对比了2种可行方案的效果。结果表明:全漂浮体系、全阻尼器体系和全弹性索体系均不是理想的约束体系;可行的约束体系是仅中塔设置弹性索和中塔弹性索加边塔阻尼器体系,前者可显著减小梁端水平位移,并适当减小塔顶水平位移、梁端转角、主梁挠度并增加主缆抗滑系数,但地震作用下中塔受力集中,后者可改善中塔地震受力集中状况,但增大了边塔地震力;考虑到中塔受汽车作用控制而边塔受地震作用控制,以及粘滞阻尼器制造和维护困难,推荐采用仅在中塔与主梁间设置纵向弹性索的结构体系。

超大跨度公铁两用斜拉桥纵向限位约束体系荷载作用效应分析

超大跨度公铁两用斜拉桥的控制荷载为纵向极限风荷载与温度荷载,而两者所需的约束体系是互相矛盾的。为寻找合理的纵向约束体系,以常泰过江通道工程主航道桥为背景,采用非线性有限元理论,结合各体系及荷载的特点,提出在主梁上增设限位装置的纵向限位约束体系,分析不同结构体系在纵向极限风荷载、温度荷载、组合荷载及活载作用下的纵向位移及塔底反力差异。研究结果表明:纵向限位约束体系较为合理,与半飘浮体系相比减小了纵向极限风荷载作用下结构纵向位移、塔底面内弯矩,与固结体系相比削弱了温度作用的影响,减小了塔底纵向剪力及面内弯矩。该桥合理的纵向限位间隙为0.206 m,恰好完全释放温度荷载作用下主梁纵向变形。

温度和纵向风荷载组合作用下斜拉桥结构体系研究

超大跨度斜拉桥的结构响应对体系升/降温作用和纵向风荷载作用是十分敏感的,对不同结构体系力学性能的研究是必要的。文章以某主跨1176 m的超大跨斜拉桥为工程背景,建立有限元模型,先后分析和考察了半漂浮体系、纵向固定体系、纵向弹性约束体系和温度自适应塔梁纵向约束体系等结构体系的结构力学响应及其结构性能规律。研究结构表明:温度和纵向风荷载组合作用下,塔梁纵向约束方案对超大跨度斜拉桥结构性能优化具有关键性作用;传统的纵向弹性约束体系不能使得斜拉桥结构纵向抗风性能优化和温度次内力控制同时分别达到最优状态;温度自适应塔梁纵向约束体系可以实现纵向抗风性能优化和温度次内力控制同时分别达到最优状态。研究内容和结论可以为超大跨度斜拉桥工程设计的结构体系优化选择提供了新的思路和研究支撑。

常泰长江大桥主航道桥结构体系及钢梁设计

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m的公铁两用斜拉桥,上层为高速公路,下层为城际铁路与普通公路(采用非对称布置)。该桥首次采用温度自适应塔梁纵向约束体系,该体系采用塔梁分离、塔墩固结形式,塔梁之间设置支座和纵向阻尼器,有利于降低梁端位移和桥塔内力;辅助墩采用压重+锚索方案,以消除活载负反力。主梁采用N形桁式两主桁钢桁梁结构,桁宽35 m,有利于控制偏载对结构线形的影响,主桁及桥面系构件采用Q500qE、Q420qE、Q370qE钢;主桁上、下弦杆件采用箱形截面,腹杆采用箱形、H形或王字形截面;主桁节点处设置组合式横梁;上层桥面采用纵横梁体系正交异性桥面板,与主桁形成板桁组合结构;下层桥面采用整体钢箱桥面,与主桁形成箱桁组合结构;索梁锚固采用双腹拉板式钢锚箱结构。整体结构及桥面系局部分析结果表明,结构设计满足规范要求。

行业视窗

世界在建最大跨度公铁两用斜拉桥完成“肩膀”施工2022年3月19日,经过近46 h的连续浇筑,由在鄂央企中铁大桥局承建的世界在建最大跨度公铁两用斜拉桥——常泰长江大桥6号主塔下横梁首个“L”形区域浇筑完成,标志着大桥主塔下横梁浇筑施工全面展开,这也意味着大桥开始了最为关键的“肩膀”施工。据悉,常泰长江大桥建设将在新结构、新材料、新设备、新工艺等方面实现“四个世界首创”:首创温度自适应塔梁纵向约束体系(TARS);首创台阶型减冲刷、减自重沉井基础;首创“钢箱-核心混凝土”组合索塔锚固结构;首创“钢-混”混合结构空间钻石型桥塔。

常泰长江大桥主体工程开工

11月22日,长江上首座集高速公路、普通公路、城际铁路“三位一体”的跨江大桥——常泰长江大桥主体工程在泰兴奠基,大桥建设全面开工。常泰长江大桥路线全长约10 km,建成后将创下世界最大跨度斜拉桥和世界最大跨度公铁两用钢拱桥两项世界记录。将实现超大跨度斜拉桥温度自适应塔梁纵向约束体系、钢-混组合四塔肢空间钻石型桥塔结构、核芯混凝土索塔锚固结构、台阶型抗冲刷沉井基础型式4个结构型式世界首创。

塔-梁纵向连接方式对多塔自锚式悬索桥抗震性能的影响规律

以福州市某在建的三塔自锚式悬索桥为工程背景,建立三维有限元模型,应用直接积分法进行非线性时程分析,分别研究纵向漂浮体系和约束体系下三塔自锚式悬索桥的抗震性能.计算结果表明:相对纵向漂浮体系而言,纵向约束体系中塔梁纵向约束可以有效地限制主梁的纵向振动,使得索鞍抗滑安全系数较大,边塔及中塔地震变形较小,主梁截面弯矩较小,梁端伸缩缝位移需求也较小.因此,从多塔自锚式悬索桥的抗震安全性角度考虑,建议采用塔-梁纵向约束体系.