大跨度部分地锚斜拉桥力学分析与参数研究

为分析大跨度部分地锚斜拉桥受力特征,合理确定其设计参数,进行了解析方法研究和参数分析.基于斜拉索面膜化假定,推导了大跨度部分地锚斜拉桥的平衡微分方程,求得其近似解;推导了若干关键力学响应的计算公式,并与有限元计算成果进行了对比;通过解析计算公式,对边中跨比、塔梁高跨比、主梁刚度、索塔刚度和地锚锚索支承刚度等参数进行了研究,提出了大跨度部分地锚斜拉桥的若干设计建议.计算结果表明,所推导公式的误差均小于15%,可满足概念设计时的精度要求.参数分析表明,大跨度部分地锚斜拉桥边中跨比可取0.3左右,塔梁高跨比可按传统斜拉桥取值;主梁、索塔自身刚度对结构整体受力影响较小,而地锚索支承刚度影响较大.

部分地锚式斜拉桥合理成桥状态二阶段确定法

研究部分地锚式斜拉桥受力特点及其合理成桥状态的确定原则,提出一种二阶段合理成桥状态下的索力确定方法.该方法采用刚性支承连续梁法确定成桥状态下的索力,并以影响矩阵法进行后续调整.根据该桥型受力特点制定了第2阶段的索力调整流程,对一座主跨1 218 m的混合梁部分地锚斜拉桥进行了计算.结果表明,按照第2阶段索力调整流程可较快确定出合理成桥状态下的索力.

部分地锚式悬索桥的基本结构性能

为了拓展自锚式悬索桥的适用范围,在传统地锚式和自锚式悬索桥的基础上,提出了一种新型的部分地锚式悬索桥,并对该结构体系的基本性能进行了研究。主要研究内容包括基于挠度理论的结构分析、静力性能和自振特性、锚碇设计方法等。研究结果表明,部分地锚式悬索桥结构的静力性能介于地锚式悬索桥和自锚式悬索桥之间,其重力刚度由成桥状态时的锚索拉力提供;活载作用下主缆的内力增量在锚索和主梁中按照刚度分配,体现了"部分地锚"的特点;该体系可以通过主动张拉锚索来调整结构受力状态,并且通过发挥被动土压力的有利作用可以减小重力式锚碇的体量。部分地锚式悬索桥特别适用于建设条件受限的特殊桥位,可张拉调整的锚索为设计和施工提供了新的方案,并具有一定的优势。

独塔部分地锚式PC斜拉桥经济及设计参数研究

为得到独塔部分地锚式PC斜拉桥的合理设计参数范围,通过对拉索、主塔、锚碇、主梁的材料用量和造价进行计算,建立了全桥总造价及单位桥长造价公式,据此开展了独塔部分地锚式PC斜拉桥合理背索自锚比例、锚碇主跨长度比、边主跨比及塔跨比的研究,并与其他斜拉桥型进行了对比。结果表明:考虑全桥跨越能力时,背索自锚比例宜取0.336~0.487范围内的大值,边主跨比宜取0.487~0.544范围内的小值,考虑单跨跨越能力时反之;当主跨跨度较小时,可取适当小于依据上原则的取值,当主跨跨度较大时反之;塔跨比宜取0.372左右,对应的主跨边索倾角为20.4°左右,跨径较小时取较大值,跨径较大时取较小值,与其他斜拉桥型无明显区别。独塔部分地锚式PC斜拉桥仅在边跨自锚段空间受地形条件限制时经济性能优于独塔常规斜拉桥,在常规地形并无优势。

部分地锚斜拉桥经济性能分析

将部分地锚斜拉桥分为拉索、主塔、主梁、锚碇、基础等五部分,分别推导了其材料用量计算公式,引入材料单价系数,得到了全桥总造价和单位桥面面积造价.据此开展了该桥型经济性能参数研究,得到了主要结构参数的最优取值,即地锚与中跨跨径之比为0.3～0.4,边中跨比为0.40～0.45,塔跨比为0.15～0.20.对比结果表明,随锚碇处地质条件不同,在主跨跨径超过800～1600 m后,部分地锚斜拉桥的经济性能优于全自锚斜拉桥.

大跨度部分地锚式斜拉桥抗风稳定性参数研究

为了解大跨度部分地锚式斜拉桥的抗风性能,以一座主跨1 400m的部分地锚式斜拉桥方案为背景,采用大跨度桥梁三维非线性抗风稳定性分析方法,将地锚段主梁长度、辅助墩数量、主梁宽度和高度及桥塔高跨比等影响因素对结构自振频率、颤振临界风速和跨中处主梁位移的影响进行分析。结果表明:增大地锚段主梁长度、边跨设置辅助墩有利于提高结构自振频率和颤振临界风速,减小跨中处主梁位移,但地锚段主梁长度和辅助墩数量存在最优合理值;增加主梁宽度可以有效提高结构自振频率和颤振临界风速,减小跨中处主梁位移;增加主梁高度可以有效提高结构的颤振临界风速,但对自振频率和跨中处主梁位移影响不大;增加桥塔高度可以有效提高结构自振频率和颤振临界风速,减小跨中处主梁位移。

超大跨径部分地锚交叉索斜拉桥的概念设计

提出了一种适用于跨径1 500 m左右斜拉桥的原创设计方案,即"部分地锚交叉索斜拉桥",其主要特点是将长索交叉并锚固于地锚,使长索不对主梁产生水平压力。研究表明该方案具有以下显著优势:大幅度降低了斜拉索引起的主梁水平压力;交叉索有效提高了跨中区域的刚度;由于交叉索提供了双重竖向支撑,水平力又相抵,因此长索倾角可以适当减小,塔高可以降至L/5.5左右;长拉索在跨中区域形成索网结构,有效改善了长索的气动性能。

超大跨度部分地锚式斜拉桥抗震结构体系研究

为探索大跨度部分地锚式斜拉桥的适宜抗震结构体系,以1400 m主跨的部分地锚式斜拉桥设计方案为工程背景,采用多振型地震反应谱方法进行E1地震作用下结构的地震反应分析,揭示超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应的特性。在此基础上,分析地锚段主梁长度、主梁宽度、主梁高度、桥塔高跨比、地锚索倾角、辅助墩数量和塔梁连接方式等主要结构设计参数对结构地震反应的影响,结合结构静力性能和稳定性探讨其合理取值。结果表明:水平地震作用下桥塔和主梁的地震反应显著,而桥塔的地震内力显著大于主梁,是结构抗震设计的关键构件,同时应特别重视桥塔的塔底和塔梁交接处、主梁的塔梁交接处和边跨辅助墩处等截面的抗震设计;当地锚段主梁长度和主跨之比约为0.3,采用较宽的主梁并增大其高度,桥塔高跨比约为0.2,采用较大的地锚索倾角,边跨设置1~2个辅助墩以及采用全漂浮体系时,大跨度部分地锚式斜拉桥具有良好的整体结构性能。

超大跨度部分地锚式斜拉桥抗震性能研究

以1 400 m主跨的部分地锚式斜拉桥设计方案为工程背景,分别采用多振型地震反应谱方法和非线性时程分析法进行E1和E2地震作用下结构的地震反应分析,揭示超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应的特性以及结构非线性效应对其地震反应的影响。在此基础上,对相同主跨的全自锚式斜拉桥进行结构动力特性和地震反应的对比分析。结果表明:水平地震作用下桥塔和主梁的地震反应显著,桥塔的地震内力显著大于主梁,是结构抗震设计的关键构件,同时应特别重视桥塔的塔底和塔梁交接处、主梁的塔梁交接处和边跨辅助墩处等截面的抗震设计;结构几何非线性效应对结构地震反应影响显著,特别是在E2地震作用下,超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应分析宜采用非线性时程分析法;与相同主跨的全自锚式斜拉桥相比,边跨部分斜拉索改为地锚后,结构刚度和自振频率增大,桥塔的地震反应和主梁的纵向位移均显著减小,改善了结构的整体抗震性能,超千米主跨斜拉桥更适宜采用部分地锚式结构形式。

部分地锚斜拉桥结构参数分析

部分地锚斜拉桥既保留了传统斜拉桥的特点,又添加了新的元素,减小了塔根部主梁的拉(应)力,是大跨径斜拉桥发展的思路之一。该文设计了一座全长1788 m的部分地锚斜拉桥方案,通过有限元计算的方法,对该结构进行了参数分析,主要研究了地锚段长度、主梁刚度和桥塔刚度三方面参数的改变对结构静力性能的影响。在得到了恒、活载作用下,不同参数的结构受力响应,归纳分析后和其他文献进行了验证,得出了具有普遍意义的结论。

部分地锚斜拉桥自振频率的近似计算

部分地锚斜拉桥是斜拉桥中的一种新体系,基于斜拉索面连续化假定研究部分地锚斜拉桥自振频率的近似计算公式.在成桥状态下,考虑斜拉索轴向刚度的垂度效应,建立了基于索面连续假定的部分地锚斜拉桥竖向正对称振动的动力平衡微分方程组.求得了部分地锚斜拉桥竖弯一阶自振频率的近似解,该近似解同样适用于自锚式斜拉桥.为验证本文计算公式的正确性,对不同跨径的钢主梁部分地锚斜拉桥和自锚式斜拉桥进行有限元建模分析,并将本文计算结果和有限元计算结果进行了对比,结果表明本文近似计算结果与有限元结果的相对误差均在5%以内.本文导出的近似计算公式可用于部分地锚斜拉桥和自锚式斜拉桥的参数分析和概念设计,也可用于验证其他数值计算方法的正确性.

基于主梁轴力的部分地锚斜拉桥极限跨径及关键部位力学响应

为了解决部分地锚斜拉桥极限跨径不清晰的问题,以钢主梁极限抗拉、抗压强度相等即跨中地锚段主梁所受拉力和塔根处主梁所受压力相等为前提,基于斜拉桥索膜理论,求解部分地锚斜拉桥极限跨径,并得到极限锚跨比.推导了部分地锚斜拉桥极限跨径下的关键力学响应并与有限元解进行对比.研究结果表明:基于主梁轴力的部分地锚斜拉桥极限跨径约为普通自锚斜拉桥的1.4倍,其极限锚跨比约为0.293;近似计算公式推导的部分地锚斜拉桥关键力学响应与有限元结果基本吻合,误差产生的主要原因是实际桥梁结构中拉索布置体系通常为扇形而非辐射型.公式能满足概念设计阶段的要求,适用于快速分析部分地锚斜拉桥的受力特征与关键响应.

部分地锚式斜拉桥受力分析

以一座主跨1218m的混合梁部分地锚式斜拉桥为例,研究了该桥型的受力性能。采用空间杆系模型建模,荷载工况考虑成桥状态、活载、温度荷载情况。

部分地锚式斜拉桥施工索力正装计算法

介绍了正装法确定部分地锚式斜拉桥施工索力的思路,采用该法对一座主跨1 100 m的部分地锚式斜拉桥的施工索力进行了计算,计算结果表明该法用于部分地锚式斜拉桥施工索力计算正确、合理。

部分地锚式斜拉桥施工过程中的索力控制方法

针对平行钢绞线斜拉索单根张拉过程中的索力控制问题,依据逐根张拉钢绞线挂索的施工工艺,建立了张拉过程中梁-索-塔的力学模型;并以斜拉索的索力均匀为目标,按正装分析法推导出了挂索过程中单根钢绞线的张拉力计算公式;在此基础上结合等值张拉法,消除了挂索期间温度变化对单根钢绞线张拉力的影响。某部分地锚式斜拉桥的工程实践表明:根据该公式计算的单根钢绞线张拉力进行张拉,能得到较均匀的索力;单根钢绞线张拉力和总索力的误差均在5%以内,可满足施工控制的精度要求,该方法可供同类斜拉桥施工参考。

超大跨径部分地锚交叉索斜拉桥的索-梁锚固技术

针对超大跨径斜拉桥主梁轴压力过大的问题,提出了部分地锚交叉索斜拉桥方案。特殊的结构体系使得交叉索段主梁的整体受力、索-梁锚固构造、局部应力分布与常规斜拉桥不同,有必要对其进行全面的分析。以1 408 m部分地锚交叉索斜拉桥方案与1 408 m常规体系斜拉桥方案为基础,分别建立了整体梁单元模型以及主梁局部模型,在整体受力分析的基础上,进一步分析了扁平钢箱梁在拉索交叉锚固作用下的应力分布。结果表明,新体系斜拉桥相较常规体系斜拉桥主梁最大轴力削减了28.7%;交叉索段主梁锚固区最大Mises应力为108 MPa;拉索水平分力不再累积使得交叉索段主梁整体处于很低的应力水平。证明了新体系斜拉桥主梁受力的优越性以及新型交叉拉索索-梁锚固结构的合理性。

独塔部分地锚式PC斜拉桥边主跨比研究

为明确独塔部分地锚式PC斜拉桥合理边主跨比范围,根据斜拉桥主梁轴力计算公式,以恒载作用下主梁轴向受力平衡为条件建立方程,得到了锚碇有效恒载集度与主梁恒载集度比、锚碇与边跨长度比、拉索部分地锚比例等因素与边主跨比的关系。结合经济性能分析,研究总造价随边主跨比及锚碇与边跨长度比的变化规律,得到了独塔部分地锚式斜拉桥的合理边主跨比范围。结果表明:锚碇有效恒载集度与主梁恒载集度比、锚碇与边跨长度比为边主跨比的主要影响因素;边主跨比在0~1范围内均可满足受力要求,考虑经济性能宜取0.365~0.490;若受地形条件限制,锚碇边跨比较小时可取略大于上述范围的值,锚碇边跨比较大时可取略小于上述范围的值,但不应小于0.3。

丹江口水库特大桥地锚式桥台施工关键技术

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥,边中跨比为0.2,采用“梁塔分离、梁台固结”的结构体系,在边跨主梁端部设置地锚式桥台作为配重。地锚式桥台采用空腔式箱形台身+岩锚的组合式结构,由底板、墙身(包括前墙、后墙、侧墙、隔墙)、盖板和锚台段主梁构成,桥台长45.8 m、宽31.6 m。在地锚式桥台施工中,基坑采用明挖放坡方式开挖,并在开挖后对基底进行浅层平板荷载试验,以确保其地基承载力满足不小于350 kPa设计要求;底板采用分层分块方式施工,并设置2条横向后浇带和智能管冷循环控制系统;墙身采用竖向分层+设置双向后浇带(2条横向后浇带、1条纵向后浇带)的方式施工,并根据分块龄期差采用微膨胀混凝土施工后浇带;墙身施工后,采用传送带在墙身腔室内回填砂石,之后进行盖板与锚台段主梁施工;最后进行地锚式桥台竖向预应力施工,并优化竖向预应力张拉顺序,完成地锚式桥台施工。

丹江口水库特大桥地锚式桥台CFRP预应力岩锚施工技术

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥,边中跨比为0.2,边跨端部设置空腔式箱形台身+岩锚的组合式地锚式桥台。为提高地锚式桥台在横桥向不平衡土压力作用下的抗滑稳定性,在1号地锚式桥台台身外侧墙中心线位置布置14组(每组2束)高性能竖向CFRP预应力岩锚结构,该岩锚结构由CFRP预应力锚杆和RPC粘结介质构成,分为地上锚固段、自由段和地下锚固段3段。该岩锚结构采用后安装工艺施工,即CFRP预应力锚杆先在工厂加工制作,整体运输至现场后单根整体安装下放。为验证CFRP预应力岩锚结构的可靠性、注浆工艺的可行性,在CFRP预应力岩锚主体结构施工前进行足尺模型工艺试验。工艺试验结果表明:CFRP预应力岩锚结构具有良好的锚固性能及足够的安全储备,注浆工艺可行。地锚式桥台施工时在墙身位置预埋管道,桥台及上部主梁施工后从梁面顶部通过预埋管道进行地下锚固段孔道钻孔施工,清孔后进行CFRP预应力锚杆整体下放安装,之后进行孔道注浆,最后进行CFRP预应力锚杆张拉、封锚,完成岩锚施工。该桥28束CFRP预应力岩锚已施工完成,且岩锚注浆密实,注浆强度满足设计要求。

某三塔地锚式部分斜拉桥荷载试验研究

文章通过对某三塔地锚式部分斜拉桥进行空间梁单元有限元计算与荷载试验,了解该桥型在不同的荷载作用下的应变位移、斜拉索的工作状态,为结构的设计、施工、结构运营检测提供依据。