基于Mindlin解的自锚试桩Q-s曲线研究

文章在Mindlin应力解基础上结合分层总和法,于变形计算中引入地基修正变形模量,考虑地基土体的非线性变形,推导了计算自锚试桩上、下段桩加载在地基中引起变形的公式。采用该方法对自锚试桩室内试验分析,结果表明:采用未修正变形模量计算得到,变形量仅能反映荷载低于承载力特征值阶段的Q-s曲线变化规律,修正变形模量后的变形量能较好地反映试桩加载至塑性破坏阶段的Q-s曲线变化规律,可为自锚试桩Q-s曲线向传统抗压桩Q-s曲线的转换提供新途径。

自锚式悬索桥上部结构施工工艺优化及应用

南浔大桥为双塔双索自锚式悬索桥,上跨长湖申三级航道,跨径(3+45+100+45+3)m。为了消除自锚式悬索桥临时地锚在软弱地基中的施工风险,将缆索吊机节段安装钢梁节段,优化为少支架法大节段钢梁安装,取消临时锚碇和临时索股。采用先梁后缆工艺,利用主跨纵向钢梁轴向水平力,平衡主缆水平分力,缆索、端横梁及纵向钢箱梁自成受力稳定体系,主缆架设及吊杆张拉施工程序简单,索股线型准确,提高了缆索系统的安装精度,节约了临时锚碇及临时索股的工程造价,缩短了施工工期。

自锚式悬索桥主缆锚固设计及铸钢锚锭制造

主缆锚固区是自锚式悬索桥的关键部位,其结构型式的设计一定程度上决定了自锚式悬索桥的总体布置。针对主缆锚固构造在设计和建造中存在的问题,先对比分析了自锚式悬索桥主缆4种锚固方式、适用条件及其优缺点,后以九乔路大桥为实例,介绍了该桥总体设计、主缆钢结构锚固方案,并探讨了铸钢锚锭在制造、安装过程中的难点和关键技术。建成后通车运行情况表明:1)本桥总体设计、主缆锚固方案合理,适应航道、路网规划,桥型美观;2)铸钢锚锭的铸造、安装工艺先进,主缆锚固可靠。

洪塘大桥自锚式悬索桥设计要点

洪塘大桥位于福州西郊,跨越乌龙江,需原桥位拓宽改建,新建主桥采用自锚式悬索桥。基于施工期间保通车的民生要求,提出了三阶段横向拼接施工的设计方案,建成了国内第一座在改建工程中实现保通车目标的自锚式悬索桥。首次提出了主缆平弯锚固方案,改善了主缆锚固区的管养条件。采用有限元程序对桥梁运营及施工过程中的关键工序进行仿真分析,根据分析结果指导施工和施工控制,现场监测数据表明计算值与实测值相符。

地锚转自锚式悬索桥吊装施工控制探究

为探究矢跨比较大的自锚式悬索桥吊装施工控制要点,本文以某地锚转自锚式悬索桥为例,应用Midas Civil软件构建全桥有限元模型和主梁模型,进而对吊装前准备。吊装期间应考虑的要素及吊装施工重难点展开分析论述。结果表明,对于矢跨比较大的自锚式悬索桥,在设置临时地锚的先缆后梁施工期间,主缆位移和索力变化较大,主缆和索鞍间也面临较大滑移;通过合理吊装次序的选择和施工控制的实施,为梁段吊装及顺接过程中的结构安全与稳定提供了保证。

大跨度自锚式悬索桥半封闭箱型加劲梁抗风性能试验研究

文章以一拟建大跨度自锚式悬索桥为工程背景,通过ANSYS有限元分析和节段模型风洞试验,研究了半封闭箱型钢-UHPC组合加劲梁的抗风性能。研究结果表明,半封闭箱型钢-UHPC组合加劲梁在-3°、0°及3°风攻角下,颤振临界风速均大幅高于颤振检验风速,颤振稳定性满足规范要求,且安全储备较大。加劲梁在5°、3°和-3°风攻角下发生了超过规范允许幅值的竖向涡激共振,在3°风攻角下发生了超过规范允许幅值的扭转涡激共振。对原加劲梁进行气动外形改良后,竖向涡激共振和扭转涡激共振均消失,同时颤振稳定性也明显改善。

大跨径自锚式悬索桥钢-STC组合梁涡振抑制试验研究

以某大跨度钢-STC组合梁自锚式悬索桥为背景,在风洞实验室开展了1∶50缩尺比节段模型风洞试验,比较分析了涡振抑制优化措施,包括加装稳定板等单一气动措施,并重点研究了上下稳定板、稳定板加栏杆等组合气动措施。试验得出:①该桥的原始断面出现了大振幅涡振,主梁采用加装稳定板等单一气动措施有一定的抑振效果。②组合气动措施中,设置1道上中央稳定板+1道下中央稳定板会明显提高涡振振幅;设置2道下稳定板+中央防撞墩密封,涡振抑制率达到26%;设置2道下稳定板+栏杆局部封闭,抑制率达到47%;设置2道下稳定板+风嘴涡振,抑制率达到77%;设置2道下稳定板+倒L型导流板,完全抑制涡振幅值。

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。

新工艺在框架梁防护工程中的应用--自锚小车技术的探索与实践

框架梁防护工程作为防护结构工程领域中的重要组成部分,其施工过程的效率和质量直接关系到工程的安全性和可持续发展。为了在施工中取得更好的效益,不断探索和引入新工艺成为当前工程领域的研究热点。基于此,聚焦锚杆(索)框架梁防护工程的施工要点,深入研究了自锚小车技术的应用实践,旨在通过对新工艺的应用,提高施工效率、降低安全风险、优化工程成本。

考虑吊索拉伸效应的空间索面自锚式悬索桥无量纲连续体动力模型

连续体动力模型是连续参数化分析与健康监测基准校核的重要工具;缆-索的空间耦合性、各子系统间的内部自平衡性与弹性协调性,是制约空间索面自锚式悬索桥进行高精度自由振动连续体建模和求解的核心因素。该文拓展挠度理论至振动形态,推导考虑吊索拉伸效应的缆-索-梁空间耦合变形方程与考虑自平衡性的相容方程,建立可考虑吊索拉伸的自由振动连续体模型,并将其无量纲化以便于识别控制动力特性的特征参数。采用伽辽金方法将连续体模型转换为矩阵形式求解其模态频率与振型。分别利用文献的平行索面自锚式悬索桥算例与空间索面自锚式悬索桥有限元模型来验证该文方法的精确性与普适性,并对关键特征参数进行敏感性分析。研究表明:吊索相对弹性轴向刚度对主梁相对弹性抗弯刚度较为敏感,是否考虑吊索拉伸效应将影响高阶次模态频率,尤其影响反对称模态;空间索面倾角对模态频率影响微弱,高阶次频率基本不受其影响;主梁相对弹性抗弯刚度显著影响模态频率,且会导致模态交叉现象的产生,主缆弹性刚度仅对低阶次对称模态频率有轻微影响。综上,考虑吊索拉伸的连续体模型更为准确,既可对动力特性进行连续参数化分析,又可作为基准解析模型为初步设计、模型修正与损伤识别提供必要前置数据。

自锚式悬索桥钢混结合段受力性能试验研究

为保证混合梁在钢混结合段内力传递平顺,本文以海南省琼海市博鳌乐城先行区乐城大桥为依托工程,通过模型试验和精细化有限元分析研究了自锚式悬索桥钢混结合段的受力特性。根据应力等效原则设计制作部分截面1∶4缩尺试验模型,分级加载至1.7倍承载力工况得到试验模型的应力、变形、破坏模式并与有限元分析结果对比,建立全桥截面节段模型分析钢混结合段的传力机理。结果表明:承载力工况下,乐城大桥钢混结合段受力合理、结构安全;该钢混结合段受负弯矩影响大,潜在破坏模式为钢梁顶板与混凝土梁顶板在钢-混连接面的分离;预应力钢束是保证弯矩传递的重要措施,其余钢梁内力通过承压板与剪力钉逐步传递至混凝土。本文研究成果可为同类桥梁的设计优化和施工监控提供参考。

自锚式悬索桥主缆与索鞍间抗滑移特性理论分析

为准确评估主缆与索鞍间的抗滑移安全性,确保快速施工过程中自锚式悬索桥的结构安全,亟待研究主缆与索鞍间的抗滑移性能。通过探究既有侧向力计算公式的理论基础,评估了不同侧向力计算方法的精确性;基于离散体接触关系的侧向力分析理论,推导了主缆-索鞍抗滑移安全系数改进表达式,改进了施工状态与成桥状态下安全系数衡量指标,建立了不同状态下主缆的失效准则与失效模式。结果表明,索鞍与主缆间的摩擦系数和鞍座结构参数是索鞍处主缆抗滑移性能的主要影响因素,优化索鞍的结构参数及在索鞍内设置金属隔板等方式能够有效提高主缆的抗滑移安全性。

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。

采用塔锚式架设法施工自锚式悬索桥可行性研究

针对自锚式悬索桥“先梁后缆”法施工影响交通和环境的问题,提出塔锚式架设法。该方法借助边跨加劲梁延长主缆力的传递路径,通过塔梁临时锚固装置将主缆水平力由边跨加劲梁临时传递至桥塔,实现中跨加劲梁的“先缆后梁”架设。为研究塔锚式架设法的可行性及桥塔的复杂受力行为,以某双塔三跨自锚式悬索桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥模型,同时建立桥塔ANSYS实体模型和桩基与桩周土体FLAC 3D有限差分模型,分析桥塔压弯耦合失效、塔柱变形失效、桥塔基础推移失效3种桥塔失效模式,并分析垂跨比、加劲梁自重、边中跨比、桥塔墩高对桥塔压弯耦合失效模式的影响。结果表明:在中跨加劲梁吊装过程中,桥塔关键截面内力均在允许承载能力范围内,3种失效模式下各项指标均满足规范要求,说明塔锚式架设法可行。桥塔压弯耦合失效模式下,随垂跨比的减小、加劲梁自重的增加,桥塔塔底截面和塔梁连接处截面内力轨迹均呈现增大趋势;随桥塔墩高的增加,桥塔塔底截面内力明显增大,而塔梁连接处截面内力几乎没有变化;边中跨比对桥塔关键截面的内力轨迹影响程度有限,可以忽略。建议塔锚式架设法主要应用于加劲梁自重较小(如钢箱梁、钢-混组合梁等)、桥塔墩高较矮、塔基抗推性能较好的双塔三跨自锚式悬索桥。

某自锚式悬索桥主缆锚固区力学性能

为研究自锚式悬索桥主缆锚固区的应力分布及传力机制,以烟台夹河大桥为例,在桥梁体系转换过程中对锚固区布置测点进行应力监测。随后基于多尺度有限元方法,分别从宏观和局部尺度建立全桥杆系模型和锚固区局部精细模型,依据平截面假定在模型界面处建立控制方程,形成多尺度模型耦合。将关键工况下的测点监测结果与多尺度模型和局部精细模型的计算结果进行对比,并将多尺度模型用于主缆锚固区力学性能分析。结果表明:多尺度模型可有效改善局部模型边界的圣维南效应,与实测值更为相符;锚固区整体以受压为主,主要受力构件纵桥向应力自锚固端向跨中方向呈增大趋势;压重混凝土与钢结构共同受力,使锚固区相应构件的应力分布更加均匀;主缆力首先传递至腹板F1、F2,然后逐步传递至底板,最终各构件受力达到稳定状态。

涂覆聚脲混凝土自锚式悬索桥主梁抗爆性能试验与数值模拟

为研究爆炸荷载作用下涂覆聚脲混凝土自锚式悬索桥主梁的抗爆防护效果,以山东湖南路大桥为背景,通过试验和数值模拟结合的方法对自锚式悬索桥主梁的爆炸破坏特征和动力响应进行研究。采用2发3 kg TNT和1发5 kg TNT药柱,开展1∶3缩尺节段箱梁试件的2发单次爆炸试验和1发重复爆炸试验,分别编号为G(未涂覆聚脲箱梁)、PCG(涂覆聚脲箱梁首次起爆)、PCGR(涂覆聚脲箱梁二次起爆),试件顶面涂覆聚脲厚度为1.5 mm。通过LS-DYNA软件进行试件爆炸响应数值模拟及验证。研究结果表明,聚脲涂层可有效增强混凝土箱梁的抗爆性能,3 kg TNT在中间箱室上方0.4 m处首次起爆时,试件G中间箱室顶板形成贯穿性椭圆形破洞;试件PCG中间箱室顶板未贯穿,仅发生轻微的局部凹陷;5 kg TNT二次起爆后,试件PCGR中间箱室顶板出现近似圆形贯穿性破洞,1号和3号箱室在支撑处出现明显裂缝。涂覆聚脲后自锚式悬索桥主梁抗爆性能得到至少20%的提升,300 kg、500 kg、800 kg、1000 kg TNT当量作用下,未涂覆聚脲主梁顶板混凝土均出现贯穿性破洞;涂覆聚脲后仅在TNT当量为1000 kg时发生轻微贯穿。

时变效应下自锚式悬索桥车载响应演变规律

为研究长服役期内混凝土收缩徐变、环境温度变化对车载作用下自锚式悬索桥主梁应力状态演变的影响规律,建立了山东省湖南路大桥ANSYS精细化实体有限元模型,分析了30 a运营期内混凝土收缩徐变、5~20℃温升工况下超宽箱梁底板的应力变化规律。结果表明:随着桥梁运营年限增加,箱梁底板纵向压应力逐渐减小,30 a期时部分位置出现0.085 MPa的纵向拉应力;箱梁底板与最外侧腹板交接处出现2 MPa的横向拉应力,需优化横向预应力筋的布置方式。桥梁运营30 a时,在1.0~1.6倍对称等效设计活荷载下,箱梁底板与内侧腹板交接处的纵向拉应力达到1.06~2.70 MPa。桥梁运营30 a并且环境温度升高5℃时,在对称等效设计活载下,箱梁底板部分区域的纵向拉应力超过混凝土抗拉强度,20℃温升使得底板最大纵向拉应力达到8.65 MPa。

混凝土自锚式悬索桥徐变效应倒退分析

为混凝土自锚式悬索桥考虑徐变效应进行倒退分析提供一种计算方法,针对混凝土自锚式悬索桥考虑徐变效应分析需要,基于混凝土徐变机理提出一种倒退分析计算方法。首先以混凝土自锚式悬索桥已知时刻的结构状态为分析基础,引入混凝土倒退徐变系数,通过倒退徐变系数进行徐变效应分析得到加载龄期时的结构状态,然后以加载龄期结构状态为基础,利用徐变系数进行徐变效应分析,即可得到混凝土自锚式悬索桥任意时刻的结构内力及变形状态,整个分析过程的关键在于加载龄期结构内力状态分析。工程实例验证结果表明:混凝土徐变效应倒退分析过程方便简洁,分析结果准确、有效,适用于包括混凝土自锚式悬索桥在内的混凝土结构徐变效应倒退分析,对混凝土结构设计优化及施工过程控制具有一定的指导作用,为混凝土徐变效应分析提供了一种新的研究方法。

自锚式悬索桥桥塔群桩基础的抗推性能研究

自锚式悬索桥桥塔群桩基础在主塔自重与强大的主缆下崩力的作用下,其水平抗推力要比一般梁桥群桩基础大得多,充分释放和利用桥塔群桩基础的水平抗推潜能,对于改变自锚式悬索桥施工工艺有着重要的研究意义。通过现行规范法与Flac 3D有限差分模型就群桩基础的水平抗推性能进行研究对比,并建立Flac 3D有限差分模型,模拟自锚式悬索桥桥塔群桩基础在施工阶段结构的受力状况。研究表明,规范法在水平荷载较小时能较准确地反映桩土相互作用,随着水平荷载的增大,该方法会导致计算结果误差较大;采用Flac 3D有限差分软件建立桩土模型能够较好地模拟桩土之间的相互作用,为实际工程中采用临时塔锚式施工的自锚式悬索桥提供一定的指导帮助和参考价值。

粘性土地区自锚式悬索桥猫道架设动力特性研究

基于粘性土地区的环境特征和区域特征,采用ANSYS程序提取出自锚式悬索桥猫道架设的风攻角、姿态角和风偏角对应的三分力系数,对自锚式悬索桥猫道架设进行静风响应分析,利用抗风缆系统结构示意图,分析了抗风缆系统在自锚式悬索桥猫道架设中的作用,根据抗风吊杆的不同形式,在自锚式悬索桥猫道架设中,分析吊杆形式以及动力影响因素,设置抗风门架和斜索的空间位置,在猫道架设中布置抗风门架以及斜索,分析起动力特性影响因素,结合横向天桥设置的影响分析,实现了自锚式悬索桥猫道架设动力特性研究,保证了自锚式悬索桥猫道架设施工人员的安全。