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。

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-悬索协作体系桥非线性分析

阐述自锚式斜拉-悬索协作体系桥几何非线性特征,分析混凝土收缩徐变、主缆矢跨比和主梁拱度对协作体系的影响.应用线性理论、线性二阶理论和非线性理论对一座主跨800m的自锚式斜拉-悬索协作体系桥进行分析,得到主梁、主塔在活载作用下不同矢跨比和主梁拱度下的弯矩和位移.分析表明:主跨800m的自锚式斜拉-悬索协作体系桥可以采用较简单的线性二阶理论进行近似活载计算,其误差不超过6%;混凝土收缩徐变对结构受力影响较大;整体刚度优于悬索桥;主缆、主梁轴力和刚度随着矢跨比的增大而减小;主梁设置拱度可以提高体系整体刚度.

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.

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.

空间自锚式斜拉—悬索协作体系桥梁上部结构施工关键技术

结合东苕溪大桥的总体布置、结构特点和现场条件,对跨中合龙和近塔端合龙的两种总体施工方案进行了对比分析,并分别对主缆空间线形形成、主梁安装及合龙、吊索安装及张拉等关键工艺和技术进行比选和介绍。实践表明,总体及分项施工方案能有效降低安全质量风险,并具有较好的经济性。

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。

大跨径自锚式斜拉-悬索协作体系桥非线性随机静力分析

自锚式斜拉-悬索协作体系桥综合了斜拉桥和自锚式悬索桥的特点,完全取消了庞大的锚碇,为深海软基建设大跨径桥梁提供了一种理想方案.对自锚式斜拉-悬索协作体系桥进行了确定性非线性分析并应用响应面法进行了非线性随机静力分析,算例研究结果表明,各种随机变量的变异对自锚式斜拉-悬索协作体系桥响应影响规律不同,同其他随机变量相比,主缆弹性模量和截面面积的变异对桥梁跨中挠度影响最为显著,其次是钢主梁参数,而吊杆参数的变异对其影响可以忽略不计.

自锚式斜拉-悬索协作体系桥基于强度的极限跨径分析

推导了自锚式斜拉-悬索协作体系桥的极限跨径,分析了其极限跨径与结构几何参数、荷载和材料特性的关系.从材料强度出发,并结合目前桥梁常用的材料,对混凝土主梁和钢主梁自锚式斜拉-悬索协作体系桥在竖向静荷载作用下的极限跨径进行了具体研究,得到了相应的极限跨径上限和各因素对极限跨径的影响.分析结果表明,增大矢跨比、高跨比和斜拉段长度比例,减小二期恒载,均可以提高协作体系的跨径.

自锚式斜拉-悬索协作体系竖向弯曲振动计算公式

为方便计算自锚式斜拉-悬索协作体系的竖向自振频率,以三跨连续协作体系为研究对象,在计入主塔刚度的影响下,应用Rayleigh法,推导了该体系的竖向弯曲振动频率公式,提出了主塔刚度影响系数的表达式,最后对此公式的可行性进行了算例验证.研究结果表明:该体系的竖向弯曲振动频率比同等结构布置的自锚式悬索桥的竖向弯曲频率略有增大;主塔刚度对该体系的一阶对称竖弯频率影响较大,进行此频率计算时应计入主塔刚度的影响,而对一阶反对称竖弯无影响;给出的能量法得到的竖弯基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求;该公式可用于自锚式斜拉-悬索协作体系在初步概念设计中选择合理的结构计算参数.

大跨地锚式斜拉-悬索协作体系桥梁上部结构总体施工方案研究

斜拉-悬索协作体系桥梁整体刚度大,在大跨公铁两用桥中极具竞争力。该文依托在建的博斯普鲁斯海峡三桥,从不同施工工序、不同合龙口位置、结构受力特性、工期和施工措施等方面对地锚式协作体系桥梁3种总体施工方案进行对比。结果表明:跨中合龙方案、重叠区拉吊索同步施工合龙方案和重叠区拉吊索异步施工合龙方案均可行,其中重叠区拉吊索异步施工合龙方案具有结构受力合理、工期较短、合龙便利等优点,推荐采用。

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%.

三塔斜拉-自锚式悬索协作体系模型桥温度效应分析

为研究三塔斜拉-自锚式悬索协作体系桥温度效应下的受力机理和工作性能,以某在建桥梁为依托工程,制作了1∶20缩尺试验模型,研究了桥梁整体温差、索梁温差、桥塔日照和桥面日照等4种工况下桥梁结构的变形响应及索力变化规律。结果表明:在这4种工况下,相邻吊索索力变化呈现正负跳跃的特点,影响索力的均匀性;索梁温差对主梁位移影响最大,对短索索力影响也较大;分缆索力变化值均较小。

自锚式悬索与斜拉组合体系桥梁使用阶段模型试验

为充分了解自锚式悬索与斜拉组合体系桥梁使用阶段的受力性能,以实桥为工程依托,基于相似理论,建立了缩尺比例为1∶20的全桥试验模型,并进行了使用阶段模型试验。分析了自锚式悬索与斜拉组合体系桥梁使用阶段主梁的变形规律、主缆的线形变化特征以及主塔的受力特性。研究结果表明:使用阶段实测模型主塔最大应力增量为2.08 MPa;斜拉区受力变化对悬索区结构影响明显;全桥对称加载主跨跨中挠度比主跨对称加载减小了14.3%。

矮塔自锚式斜拉—悬索协作体系桥梁动力特性研究

斜拉-悬索协作体系桥梁作为斜拉桥与悬索桥的结合体,由于其卓越的结构性能与经济效益,越来越受到人们的关注,然而目前对该种桥型的研究较少,尤其是针对其动力特性的研究更为少见。而且现今许多桥梁建设均有限高要求,此时缆索体系桥梁均需采用矮塔设计,因而对矮塔自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁动力特性的研究迫在眉睫。因此,以某在建大桥为背景,利用有限元软件,对矮塔自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁的动力特性进行研究,并就可能影响其动力特性的因素进行一定的参数分析。结果表明:矮塔自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁的动力特性更为接近于同等条件下的斜拉桥体系,其整体刚度较高;索塔高度与主缆垂跨比对其动力特性影响较大,而斜拉索于吊索交汇区域的大小对其动力特性影响较小。