超大跨缆索承重桥梁用关键材料研发与示范应用

自上个世纪九十年代以来,我国在长大跨桥梁建设方面持续取得重大突破,桥梁跨径不断提升,尤其是以斜拉索、悬索桥为代表的缆索承重桥梁,分别有9座和8座桥梁位列世界前十,已成为世界第一桥梁大国。交通强国国家战略的提出和深入实施,推动跨江跨海及山区桥梁的建设,驱动缆索承重桥梁向超大跨方向发展,对缆索承重桥梁用关键材料提出了新的需求。2022年,科技部“十四五”国家重点研发计划“先进结构与复合材料”重点专项设立了“超大跨缆索承重桥梁用关键材料研发与示范应用”项目,面向超大跨缆索承重桥梁及锚固体系关键材料高性能、长寿命等发展需求,针对其在复杂服役条件下的疲劳退化、腐蚀破坏等问题,开发多元合金镀层钢丝、索股、锚固体系及缆索防护材料;揭示缆索及锚固体系在潮湿、腐蚀、疲劳等服役环境下的损伤及失效机理;形成缆索及锚固体系的服役性能高效评估和长效保障技术;制定缆索、锚固体系、性能评估与保障技术等专项技术标准或指南,实现示范应用。法尔胜泓昇集团有限公司联合9家桥梁缆索科研、设计、制造、建设管理领域的优势单位,承担了该项目。

超大跨径缆索承重桥梁新型结构体系研究与实践

文章以正在建设的常泰长江大桥和张靖皋长江大桥为例,对超大跨径斜拉桥和悬索桥的结构体系进行分析,讨论了超大跨径斜拉桥的塔梁约束、索塔锚固及沉井基础,超大跨径悬索桥的缆塔约束、索塔形式、锚碇基础及正交异性桥面板等结构体系设计的关键技术问题,给出了相应的解决方案,以期为我国其它超大跨径缆索承重桥梁的建设提供借鉴。

大跨径缆索承重桥梁钢箱梁经常检查模式研究

为提高大跨径缆索承重桥梁钢箱梁检查工作效果,通过全面总结行业规范和地方标准中对钢箱梁经常检查方面的规定,明确了钢箱梁经常检查工作中存在的问题,并提出了对常规病害按优先级进行检查、对疲劳裂纹采用网格化和分区域的经常检查模式,使经常检查具有可操作性,有利于养护资源的合理分配。

HC火灾下缆索承重钢箱梁温度场分析

本文以缆索承重钢梁桥为例,采用HC火灾标准升温曲线对缆索承重钢箱梁进行桥面和桥下受火研究,获得了不同受火形式下梁截面的温度场分布。研究表明:HC火灾下,钢箱梁截面升温迅速,桥下受火与桥面受火情况下梁截面的升温模式基本相同,主要差异性表现在高温区段的分布位置不同,采取防火措施对保障桥梁结构安全起着至关重要的作用。

舟山连岛工程缆索承重体系桥梁管养

缆索承重体系桥梁本身易损点较多,养护困难,管养人员针对缆索体系桥梁的养护经验较少。文章以舟山连岛工程跨海大桥中的西堠门大桥、桃夭门大桥、金塘大桥三座缆索承重体系桥梁为研究对象,总结了我国缆索承载桥梁管养体系方面存在的主要问题,并从养护模式、养护科研和智慧化管养等方面提出了相应的建议。

大跨径缆索承重桥梁状态评估的研究现状与发展

对大跨径缆索承重桥梁进行合理的状态评估有助于掌握桥梁结构的技术状况、指导制定养护对策,以保证桥梁的正常运营和结构安全.首先综述了基于标准和规范的评估方法和基于系统工程理论的评估方法的研究现状及应用;其次对桥梁管理系统和长期监测系统的发展情况和评估数据信息源现状进行综述和分析;然后阐述了大跨径缆索承重桥梁状态评估面临的机遇和挑战,并提出了多源信息融合的功能模型和结构模型.综合分析表明:大跨径缆索承重桥梁评估规范的制定迫在眉睫;人工巡检信息和长期监测信息都有其各自的弊端,都难以独立成为桥梁状态评估的理想数据来源,引入多源信息融合技术,有望提高大跨径缆索承重桥梁评估结论的可信度;对缆索承重桥梁群实现评估方法标准化是未来发展方向之一.

缆索承重桥梁桥塔自立状态涡激共振及其控制

在建的某大跨度悬索桥位处东南沿海,桥塔施工时期处于台风多发期,设计风速较高.对比其他同类型的桥塔,该桥桥塔发生涡振的可能性较大,有必要在初设计阶段评价桥塔涡振性能,并考虑采取有针对性的涡振控制措施.通过裸塔气动弹性模型风洞试验,分析了桥塔在多种工况中的涡振响应特点,表明涡振效应不容忽略.比较了气动措施、机械措施以及桥塔动力特性形态和风环境因素对于涡振响应的影响.

大跨径缆索承重桥梁非线性空气静力稳定理论

汕头海湾二桥模型在风洞试验过程中意外的发生了静风失稳现象。为了彻底探明这一现象，首次提出了非线性空气静力稳定理论。通过运用所编制的程序对这一实例展开深入、全面的力学分析，获得了与试验极为接近的力学行为及临界风速值，并探明了失稳的力学机理，从而初步证明这一理论的适用性及程序的正确性。

缆索承重桥的体系比选

从结构体系受力特点出发,将斜拉桥和悬索桥与其他各种双塔三跨缆索承重桥进行对比分析,并探讨在面对隧道竞争的情况下,不同跨径范围内结构体系的合理选择;比较了各种多塔缆索承重体系桥梁的力学与经济性能.分析表明,对于双塔三跨的缆索承重桥,主跨小于1 100m时,优先选择斜拉桥体系;超过1 100m时,悬索桥将面对其余缆索体系及隧道的竞争,可考虑锚碇和基础处水深及其他因素比较确定.

大跨度缆索承重桥梁非线性静风扭转失稳机理的研究

建立了静风荷载作用下大跨度缆索承重桥梁的非线性扭转失稳模型,导出了求解平衡路径的非线性方程。对于静风扭转平衡路径的稳定性进行了全过程的理论分析。分析了升力矩系数和扭转刚度的非线性特性对于稳定条件、失稳点以及失稳机理的影响。静风扭转失稳的性质为跳跃式极值失稳。发生失稳的条件取决于升力矩系数和扭转刚度的曲线形状。只有当升力矩系数曲线有上凹段或扭转刚度曲线有下凹段存在时,扭转失稳才有可能发生。对于升力矩系数曲线不存在上凹段和扭转刚度曲线不存在下凹段时,平衡路径是稳定的,不会发生静风扭转失稳。扭转刚度的弱化是引起静风扭转失稳的因素之一。升力矩系数的非线性特性将引起等效刚度弱化,也是引起静风扭转失稳的因素之一。当初始攻角较大时,这种等效刚度弱化效应尤其应该给予重视。提出了新的失稳临界风速公式。公式统一,包含了非线性失稳及线性理论的结果;公式简洁,形式上与线性理论的公式相同。对于线性扭转刚度或线性升力矩系数的情形,临界点的物理意义明确、便于图解。新的临界风速公式还反映了初始攻角的影响。初始攻角增大,临界风速减小。

缆索承重桥梁的颤振可靠性

基于公路桥梁抗风设计规范校准得到极值风速变异系数约为0．13；由苏通大桥桥址风速统计资料计算得到极值风速变异系数在0．13～0．14之间。提出了计算结构可靠指标的随机梯度算法，采用该算法从多种角度分析了变量分布类型及统计特征对苏通大桥颤振可靠指标计算结果的影响。计算结果表明：极值风速变异系数宜取为0．15；随机梯度算法思路简单，具有很好的稳定性，计算效率高。

超大跨径缆索承重桥梁极限承载力分析的现状与展望

介绍了超大跨径缆索承重桥梁极限承载力分析的现状和发展趋势。

缆索承重桥近距离并列索气动力的雷诺数效应

近距离并列索在工程实际中有着广泛的应用,但针对并列索的气动性能及其雷诺数效应的研究并不多,特别是在临界雷诺数区域。通过风洞试验,在雷诺数Re=0.9×105~3.2×105之间（涉及亚临界雷诺数和临界雷诺数）研究了近距离双圆柱的气动性能及其雷诺数效应。研究结果表明：近距离双圆柱的气动性能有强烈的雷诺数效应,在不同的风攻向角下,临界雷诺数的圆柱平均气动力系数与亚临界区有很大差异;在临界雷诺数区域,下游圆柱的平均升力系数可达到1.35以上,平均升力系数与阻力系数会随雷诺数的变化发生不连续突变,这应该是流态发生了变化;上游圆柱的平均升力系数可达1.0以上,平均升力系数会随雷诺数的变化发生不连续突变,这种气动力的突变与双圆柱绕流场的流态结构的变化有关。

大跨径三塔缆索承重桥梁力学参数敏感度分析

建立了主跨为1 400m的三塔悬索桥、三塔斜拉桥和三塔斜拉-悬吊协作体系3种桥型的有限元分析模型.考虑几何非线性效应,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编制了计算程序,分析了主梁的最大挠度、索塔塔顶最大位移及主缆抗滑移系数对主梁刚度、索塔刚度、塔梁约束刚度、矢跨比、中央扣等参数的敏感程度,并进一步确定了主梁刚度和索塔刚度合理取值范围.结果表明:主梁刚度对悬索桥影响较小;主塔刚度是3种桥型的核心参数;塔梁约束可改善3种桥型的力学性能;减小矢跨比或设置中央扣可提高结构刚度,但会降低主缆抗滑性能.

超大跨度缆索承重桥梁结构体系

设计和建造跨海连岛大桥是新世纪桥梁工程面临的巨大挑战。超大跨度桥梁并不只是常规概念的外推,需要与之对应的结构体系。从根本上改变缆索承重桥梁的缆索体系,可以突破跨度极限。本文指出了常规结构体系向更大跨度发展的制约因素,从缆索体系的角度介绍了超大跨度斜拉桥、悬索桥以及斜拉 悬索组合桥可能采用的各种体系。这些体系试图在静力、动力方面能远远超出现有限制范围,极大地提高桥梁的跨越能力。同时,新体系的采用也给材料、设计和施工提出了很大的挑战。

非线性缆索单元及其在缆索承重桥中的应用

柔性缆索本身所具有的高度几何非线性给缆索计算带来困难,而缆索线形的确定是缆索承重桥能否实现的关键.文中建立了Lagrange坐标系下缆索曲线方程,推导出2节点非线性缆索单元的切线刚度矩阵,并给出了应用该单元求解缆索线形的迭代格式.用该方法计算某大桥方案主缆线形和无应力长度,并将结果与解析法结果对比分析,二者相对误差不大于0.06%,从而证明该方法的可靠性.

缆索承重桥梁空气静力失稳与动力失稳(颤振)的比较

通过对缆索承重桥梁空气静力失稳和动力失稳 (颤振 )进行的比较分析 ,指明了在何种条件下静力失稳会提前于动力失稳 (颤振 )前发生 ,为今后进行桥梁的抗风设计提供参考。

缆索承重桥并列索尾流致气弹失稳研究

为了研究表面粗糙度和雷诺数对并列索尾流致气弹失稳的影响规律,以圆心间距为4D(D为圆柱直径)的双圆柱为研究对象,通过风洞试验,在风向角α=0°~20°、雷诺数Re=18000~168800,研究下游圆柱发生尾流失稳的起振条件、振动幅度及运动轨迹等振动特性,分析增大阻尼比对尾流失稳的减振效果,探讨了圆柱表面粗糙度和雷诺数对尾流失稳的作用效应。研究表明,下游圆柱在不同的风向角及风速条件下会出现尾流驰振和尾流颤振2种气弹失稳形式;增大阻尼比对尾流驰振有明显的减振效果,但对尾流颤振的影响较小。尾流致气弹失稳有明显的雷诺数效应,随着雷诺数的增大,下游圆柱的振动形式会由尾流驰振转变为尾流颤振。增加上游圆柱表面粗糙度对下游圆柱气弹失稳的影响较小;而增大下游圆柱表面粗糙度,则会明显降低下游圆柱出现尾流失稳的可能性,并会使发散性振动转变为"限幅限速"振动。

缆索承重桥的缆索防雷技术研究

随着经济社会发展,缆索承重桥的应用越来越普遍,缆索是缆索承重桥受力核心构件,其特殊布置容易被雷击。然而根据现行防雷技术规范,桥梁设计和施工中通常只着重考虑索塔、主缆的防雷设计与施工,使斜拉索、吊索存在较大雷击风险,从而危及桥梁结构安全。为了避免斜拉索、吊索遭受雷击而损坏,确保缆索承重桥防雷安全,首先应用滚球法分析计算缆索承重桥遭受雷击的可能性,计算表明缆索易遭受天面和侧面的雷击;然后通过国家标准推荐的短时雷击和长时间雷击两种雷击试验波形对三个桥梁缆索样品进行了多次冲击试验,表明短时雷击对缆索使用寿命影响不显著,长时间雷击是影响缆索使用寿命的主要因素,甚至可能导致缆索断裂;进而提出缆索承重桥缆索的防雷措施。

缆索承重桥梁全桥气动弹性模型模态测试分析

本文详细介绍了大跨缆索承重桥梁全桥气弹模型模态测试分析方法 ,结合这类桥梁全桥模型的结构及模态特征探讨了影响模态测试分析结果的各种因素。并将这些方法应用于主跨为 14 90m的润扬长江公路大桥南汊悬索桥全桥气弹模型模态测试分析 ,得到了较为理想可信的模态测试分析结果。