自锚式吊拉组合体系桥主缆线形计算方法

基于分段悬链线理论，考虑自锚式吊拉组合体系桥主缆锚固点位置及桥塔高度的变化，分别介绍了其成桥和空缆状态主缆线形及主缆无应力长度的计算原理和步骤．考虑索鞍的影响，编制了主缆线形计算程序．算例验证结果表明该方法是正确可行的，所编程序具有收敛速度快、计算精度高、便于工程应用等特点，对自锚式吊拉组合体系桥的设计和施工都具有很好的指导作用．

自锚式吊拉组合体系桥的非线性影响分析

基于有限位移理论,针对自锚式吊拉组合体系桥的受力特点,全面考虑缆索垂度效应、大位移效应、初始内力效应、梁柱效应、混凝土收缩徐变和预应力损失等因素对自锚式吊拉组合体系桥的非线性影响,给出适于自锚式吊拉组合体系桥非线性分析的有限元方法.对一座主跨400 m的自锚式吊拉组合体系桥进行分析,得出关于自锚式吊拉组合体系桥力学性能的一般结论.

自锚式吊拉组合体系桥静风稳定性随机分析

为了研究复杂结构体系结构参数不确定性对其静风稳定性的影响,采用响应面法,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。利用该方法对大连湾自锚式吊拉组合体系桥静风稳定性进行随机分析。计算分析表明,材料、几何尺寸的变异对大跨自锚式斜拉-悬索组合体系桥静风失稳临界风速影响较为明显,其中主梁截面面积和质量密度的变异最为敏感。所做工作能为自锚式斜拉-悬索组合体系桥结构受力分析及合理设计提供参考,同时为复杂结构体系不确定性参数的随机分析提供相应的思路。

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。

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。

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。

斜风下斜拉-悬吊组合体系桥颤振性能研究

为了解斜风作用下斜拉悬吊组合体系桥的颤振性能,采用考虑静风效应和全模态耦合影响的斜风下大跨度桥梁三维精细化颤振分析程序,以主跨1400 m的斜拉悬吊组合体桥设计方案为研究对象,分析了结构动力特性和斜风作用下结构的颤振稳定性,并揭示斜风和静风效应对斜拉悬吊组合体系桥颤振稳定性的影响。研究结果表明:斜拉悬索组合体系桥是长周期的大跨柔性结构,自振频率密集分布,模态耦合效应强,具有显著的多模态耦合颤振特点;斜拉悬索组合体系桥的颤振临界风速随着风偏角的增大呈现波动起伏变化特征,并非如斜风分解法所述呈单调递增的变化规律,且主要在斜风情况下达到最低值;斜风和静风效应均会降低斜拉悬索组合体系桥的颤振稳定性,且静风效应起主要作用;斜风和静风效应使颤振临界风速的平均降幅分别达到1.53%和9.83%,而斜风和静风的综合作用则进一步降低斜拉悬吊组合体系桥的颤振稳定性,降幅平均值达到了13.8%。因此,斜拉悬吊组合体系桥颤振分析必须综合考虑斜风和静风效应及其产生的不利影响。

斜风下斜拉-悬吊组合体系桥静风稳定性研究

采用斜风作用下结构三维非线性静风稳定性分析程序(3DNASA-SW),以主跨1400 m的斜拉-悬吊组合体系桥设计方案为工程背景,进行了斜风作用下的静风稳定性分析,揭示了斜风作用对斜拉-悬吊组合体系桥静风稳定性的影响。分析结果表明:与法向风情况类似,斜拉-悬吊组合体系桥的静风失稳为主梁竖向弯曲和扭转耦合主导的失稳形态,斜风作用不会影响其静风失稳形态;随风偏角增大,斜拉-悬吊组合体系桥静风失稳临界风速并非呈现如斜风分解法所述的余弦变化趋势,其最小值大多出现在斜风作用情形。程序与斜风分解法计算结果的差异率为-11.7%~2.9%,且以负值为主,斜风分解法将高估斜拉-悬吊组合体系桥的静风稳定性;斜风作用对斜拉-悬索组合体系桥的静风稳定性存在着正负影响,影响率为-4.7%~9.5%,尤其要注意非负攻角下较大风偏角斜风作用的不利影响。为准确预测斜拉-悬吊组合体系桥的静风稳定性,必须采用考虑静风荷载和结构非线性的斜风作用下结构三维非线性静风分析方法。

大跨度自锚式斜拉-悬吊协作体系桥模型试验研究

某跨海大桥主通航孔为主跨800 m的自锚式混合梁斜拉-悬吊协作体系桥,通过模型试验对该新桥型的静力性能和动力特性进行了详细的研究,与基于有限元理论的计算结果进行了对比,试验结果与理论结果相吻合;分析了辅助墩、混合梁对该体系的动力影响:边跨增设辅助墩后,协作体系的各阶频率都有所增大,能改善协作体的1阶竖弯和1阶侧弯频率,能抑制桥梁在风载作用下的侧向位移;采用混合梁结构形式,使主梁自振频率均增加,提高了全桥的竖弯和横弯刚度,为自锚式斜拉-悬吊协作体系桥的设计和力学性能研究提供参考依据。

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。

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力分析

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥是一种新近出现的国内外研究尚少的桥型.以大连港航道桥设计方案为背景,利用空间有限元模型通过与地锚式桥的动力特性对比分析,得出大跨径自锚式斜拉-悬吊协作体系桥具有主梁竖向弯曲振型总是优先出现等新的动力特点;针对主跨主缆易于振动的特征提出了采用斜向交叉拉索的抑振措施,并给出其最优设置位置为0.287 5跨度处;利用反应谱方法对该桥型的动力性能初步匡算表明,该新型体系桥的地震响应较大,其抗震设计应引起足够的重视.

先斜拉后悬索组合梁自锚式悬索桥桥面板浇筑方案研究

以一拟建钢-UHPC组合梁自锚式悬索桥为工程背景,建立全桥空间有限元杆系结构模型,研究了在“先斜拉后悬索”的施工过程中,UHPC桥面板浇筑阶段、UHPC桥面板的分段浇筑方案对加劲梁受力性能的影响。研究结果表明:UHPC桥面板在临时斜拉桥成桥后浇筑,在最终成桥状态下桥面板和钢梁的受力性能均优于在吊杆张拉完成后浇筑和在斜拉-悬索体系转换完成后浇筑;在临时斜拉桥成桥后浇筑UHPC桥面板,先浇筑斜拉索区梁段后浇筑中支点附近梁段,在最终成桥状态下中跨桥面板和钢梁的受力性能均优于先浇筑中支点附近梁段后浇筑斜拉索区梁段。

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥梁动力性能

讨论了自锚式斜拉-悬吊协作体系在主梁、辅助墩及主塔基础等不同约束方式下结构动力特性。通过分析得出该体系桥梁自振周期长,振型密集且振型间相互耦合;缆、塔、梁共同参与振动,提高了结构的扭转频率,结构的抗风稳定性较好;加劲梁受到主缆水平分力和斜拉索水平分力的共同作用,降低了结构的弯曲刚度,需加大截面尺寸;桥梁各阶振型频率随主梁弹性约束刚度的增加而增加,一阶纵飘频率受弹性约束刚度影响比较显著,其他振型频率影响较小;通过设置边跨辅助墩,可以提高协作体系的结构刚度,增加各阶振型的频率;主塔对结构动力特性的影响取决于基础对塔底的约束强度,当群桩基础足够强大时,其自振频率仅略小于沉井、沉箱基础。

自锚式吊拉协作体系桥端吊索破断效应

目的探寻自锚式吊拉协作体系桥端吊索发生破断对结构受力性能的影响机理及规律.方法采用三维有限元模型,首先对端吊索各破断工况下的结构进行静力分析,在此基础上,引入端吊索发生破断的时间因子,对端吊索发生突然破断这一极端情况的动力过程进行准确模拟,研究端吊索发生突然破断对结构受力性能影响的动态效应.结果端吊索发生破断会引发吊拉协作体系桥缆索系统局部范围发生剧烈的内力重分布,吊索索力变化幅度最大可达70%;考虑破断时间因素的影响后,结构的内力及位移会在其静态效应基础上存在不同程度的放大,等效动态因子最大为1.09.结论端吊索发生破断会对自锚式吊拉协作体系桥缆索系统受力及安全性产生显著影响.研究结果可为该桥型缆索系统设计理论的进一步完善提供依据.

自锚式悬索与斜拉组合体系桥梁换索模型试验研究

以某独塔双索面自锚式悬索与斜拉组合体系桥梁为对象,建立换索试验模型,分析了自锚式悬索与斜拉组合体系桥梁在更换斜拉索过程中的力学行为、几何变形特征及结构的安全性。验证了换索工程的可行性。有针对性地指出了换索时应注意的问题,为实桥换索的实施提供必要的技术支持。

自锚式吊拉协作体系桥动力特性随机分析

为了研究复杂结构体系中不确定性结构参数对其动力特性的影响,采用响应面法,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。采用该方法对大连湾自锚式吊拉协作体系桥动力特性进行了敏感因子分析。计算分析表明,自锚式吊拉协作体系桥主梁质量密度的随机性对其动力特性最为敏感,同时缆索体系和主梁结构参数的随机性对斜拉桥低阶模态的敏感性较强。所做工作能为自锚式吊拉协作体系桥结构受力分析提供参考,同时为复杂结构体系不确定性参数的随机分析提供相应的思路。

自锚式悬索桥拉–吊体系转换中索力力学特性

鹅公岩轨道专用桥为主跨600 m的自锚式悬索桥,该桥采用"先斜拉,后悬索"的方式实现主梁的安装及体系转换。为了更好地把控超大跨自锚式悬索桥以"拉–吊"方式顺利完成体系转换,以鹅公岩轨道专用桥为依托,采用MIDAS Civil仿真模拟了此桥"拉–吊"体系转换过程,对此过程中吊索和斜拉索索力变化规律及吊索力变化的特性进行了研究。结果表明:吊索索力受相邻吊索张拉而减小,非相邻吊索张拉及斜拉索的拆除使其索力累积增加;斜拉索索力在吊索张拉作用下减小,受斜拉索卸除影响索力增大;主索鞍顶推使边跨吊索力增大,中跨吊索力减小,而边中跨斜拉索索力受之影响相反;在体系转换过程中,吊索力的几何非线性行为呈现出"先由弱到强,再从强变弱"的总体变化趋势,在主索鞍顶推及成桥恒载作用下吊索力变化表现为线性特征。

自锚式吊拉协作体系桥结构参数敏感性分析

为研究自锚式吊拉协作体系桥静力特性受结构参数的影响程度,根据线性二阶加载法,对不同结构参数改变引起其静力性能的变化进行分析。结果表明:吊跨比、主缆弹性模量及主梁抗弯刚度对主缆拉力、主梁和桥塔内力、结构位移等力学响应关键指标的影响较大,主缆矢跨比和主梁拱度对结构受力性能影响较小。

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。

混凝土自锚式吊拉组合索桥的静力性能研究

通过对一座跨径133 m混凝土加劲梁自锚式吊拉组合索桥的静力分析,研究了非线性、索面形式、吊索形式、加劲梁拱度、初始内力、温度及混凝土收缩徐变等因素对自锚式吊拉组合索桥的受力影响。结果表明:该跨径的自锚式吊拉组合索桥基本满足弹性理论;吊索形式对结构受力影响较大;加劲梁拱度的增加可以提高结构刚度,减小活载挠度;混凝土收缩徐变对结构的受力影响较大。