地震下三塔悬索桥主缆-鞍座摩擦滑移行为及其影响

三塔悬索桥中塔两侧主缆并未直接与锚锭连接,中塔处主缆的纵向约束较弱,地震下主缆-鞍座易发生显著的摩擦滑移。为了揭示三塔悬索桥中主缆-鞍座摩擦滑移及其对结构地震响应的影响规律,本文依托浔江大桥实际工程,建立了三塔悬索桥的非线性有限元模型,利用摩擦单元重现了主缆-鞍座界面的摩擦滑移行为,揭示了地震下主缆在边塔和中塔处的不同滑移变位,分析了摩擦系数对于界面滑移、主塔内力等响应量的影响规律。分析结果表明:摩擦系数大于0.1,在设计地震下主缆-索鞍界面无摩擦滑移,而在罕遇地震和极罕遇地震下,有一定的摩擦滑移,最大摩擦滑移量随着摩擦系数增大而减小;主缆-索鞍界面在地震作用下会发生明显滞回现象,最大可提供约2.0%的等效阻尼比;边塔顶剪力对塔底弯矩的贡献率达到了50%~70%,而中塔由于设置阻尼器,剪力贡献率仅为20%~40%;适当减小摩擦系数有利于降低塔的响应,但摩擦系数降低至0.001时,主缆将失去对塔变形的约束能力,将显著改变塔的变形模式与动力效应。

考虑不确定性斜拉桥参数的重要性与易损性分析

许多结构参数对桥梁数值模型的计算结果产生影响,结构的恒载、阻尼以及相关材料特性等参数涉及的不确定性被称为建模不确定性。研究表明建模不确定性的存在使得结构易损性曲线的偏差程度达到70%,因此在地震易损性分析中考虑不确定性很有必要。文章采用一种基于随机森林(random forest,RF)模型的概率地震需求模型(probabilistic seismic demand model,PSDM)易损性计算方法,分析桥梁构件的材料特性、荷载条件和构件几何特性等不确定因素对桥梁易损性的影响,并从中筛选出重要的不确定性参数。借助随机森林模型的学习与预测功能对结构易损性曲线进行预测。

单边空间索面曲梁独塔悬索桥主缆线形分析

目前空间索面悬索桥主缆成桥线形分析方法需要进行复杂的主缆微分方程求解,具有约束方程形式复杂、迭代收敛性受初值影响大等不足.为解决主缆线形求解过程收敛性问题,本文借鉴等代梁法思路,推导得到外荷载与主缆线形的几何关联方程,并进一步构造出求解空间主缆线形的两阶段分析方法:在粗算阶段,通过解耦处理将初值要求降到最低,得到“具有足够精度且确保收敛”的结果,作为精算阶段初值;在精算阶段,采用迭代计算得到空间主缆线形精确解.通过人行悬索桥算例验证两阶段分析方法的可行性和有效性,并使用有限元软件验证计算成果精度.研究成果表明:本文所提出的方法对初值要求低,无需专门构造初值,迭代循环剔除了变形相容条件及无应力长度计算,求解效率更高,并且能快速收敛得到主缆线形精确解,适用于单边空间索面曲梁独塔悬索桥主缆成桥线形分析.

单索面曲梁人行悬索桥设计探讨

单索面曲梁人行悬索桥桥型新颖美观,空间异型曲面结构受力复杂。单侧悬吊曲梁承受偏心力矩和水平分力,通过调整三角形截面桁架梁的重心位置和主梁悬吊点的高度,桁架梁上弦杆和下弦杆的水平径向抵抗力均指向曲线外,实现曲线杆件以轴向受拉为主,提高其稳定性。单侧倾斜空间索面布置于曲梁外侧,利用有限元迭代计算修正空间主缆节点坐标、内力及吊索张拉力,得到成桥线形。斜塔两侧主缆形成水平夹角,通过在塔顶张拉2根背索平衡主缆水平分力,确保主塔的整体稳定性。结合跨径300 m单索面曲梁人行悬索桥设计,有限元模型计算结果表明,承载力和变形满足规范要求,为同类型桥梁设计提供参考。

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。

单索面曲线人行桥人致振动及减振控制

单索面曲线人行桥自振频率若处在行人步频范围,则人与桥梁容易发生共振。依据德国人行桥设计指南EN03规范,考虑人群驻足效应,对某人行桥进行人致振动及舒适度分析。研究结果表明:人群驻足效应会使桥梁结构的自振频率减小,该桥模态5与模态6的竖向频率为1.25~2.30 Hz,需进行竖向人致振动加速度响应分析;考虑人群驻足效应前,模态5与模态6对应的行人舒适度级别分别为CL4和CL3,需进行减振控制;在设置TMD装置后,模态5与模态6在各工况下的行人舒适度均满足能达到德国人行桥设计指南EN03规范舒适度CL1等级要求。

单塔双索面大跨径斜拉桥荷载试验技术研究

斜拉桥作为大跨径桥梁的主要形式,具有跨越能力强、结构轻巧、造型美观的特点,斜拉桥的荷载试验是通过对斜拉桥结构直接施加荷载后进行有关检测、数据分析,从而了解斜拉桥结构在试验荷载作用下的实际工作状况,进而评定桥梁结构施工质量和使用状况。通过桥梁的荷载测试,可以对桥梁的施工质量和结构受力性能做出判断,根据测试结果推断桥梁结构的实际承载能力,确定斜拉桥的实际运营情况和使用状况,为桥梁的验收、后期的运营使用提供科学有效的依据。论文通过某斜拉桥的主桥为例,对单塔不等跨斜拉桥荷载试验过程及要点进行研究分析。

大跨度单索面地锚式悬索桥异形主塔施工技术研究

为了探究大跨度单索面悬索桥异形主塔的受力变形机理与施工控制成果,本研究以南宁英华大桥为背景,采用数值计算与现场监测的方法对其异形浮吊施工的主塔进行了研究。结果表明:在20℃设计基准温度条件的成桥永久荷载作用下,其稳定性和受力均满足相关规范要求。经过现场实测可知:主塔施工过程中,线形良好,合龙精度满足规范要求。

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。

独塔双索面斜拉桥荷载试验研究

为准确评估斜拉桥成桥时的承载能力及工作状态,检验桥梁结构是否达到设计及有关规范规定的要求,为桥梁交工验收提供技术依据,以沥桂大桥(独塔双索面预应力混凝土斜拉桥)为研究对象,采用Midas Civil建立了斜拉桥有限元模型,介绍了斜拉桥荷载试验检测的主要测试断面及测试内容,对比分析了主梁应变、挠度、主塔塔顶纵桥向水平位移、索力增量等静力理论计算值与实测数据,并对该桥的自振特性及动力特性等动力荷载试验进行了分析。结果表明:1)该桥各项静载试验参数、校验系数均在规范要求的合理范围内,相对残余均小于20%;2)结构的自振频率、阻尼比及动力响应均处于正常工作状态,该桥整体处于弹性工作状态,受力状态良好,满足设计荷载及有关规范的使用要求。

京港高铁鳊鱼洲长江大桥北汊航道桥设计

京港高铁鳊鱼洲长江大桥北汊航道桥设计为双主跨140 m独塔预应力混凝土曲线梁斜拉桥,4线铁路整幅布置,客运专线和客货共线分别采用无砟、有砟轨道。大桥采用塔墩梁固结体系;主梁采用单箱六室预应力混凝土曲线箱梁,梁高4 m,主跨全宽32.5 m,边跨主梁因不设斜拉索,梁宽缩减为28 m;桥塔采用双柱式钢筋混凝土结构,上、下塔柱间设置1道半圆拱形横梁,主梁通过横梁与桥塔固结,上塔柱设置横桥向预偏,以抵消索力引起的塔柱横桥向往主梁曲线内侧产生的位移;全桥共设32对斜拉索,按竖琴式双索面布置在主跨;斜拉索采用标准抗拉强度1770 MPa的锌铝合金镀层平行钢丝;基础采用钻孔灌注桩基础。桥塔采用爬模施工,主梁分区段采用牵索挂篮悬臂浇筑和支架现浇施工。该桥设计验算和成桥荷载试验结果均满足要求。

超宽幅主梁扭背索独塔斜拉桥总体设计

厦漳同城大道沙洲岛特大桥西溪主桥采用(88+200)m扭背索独塔斜拉桥,塔墩梁固结体系。主梁采用钢-混混合梁,其中主跨为整幅钢箱梁,梁宽47 m;边跨为预应力混凝土箱梁,梁宽51 m;钢-混结合面位于主跨距桥塔理论跨径线15 m处。桥塔采用独柱式钢筋混凝土斜塔,总高134.6 m,桥塔向边跨倾斜8°,其下布置整体式承台,钻孔桩群桩基础。斜拉索采用标准抗拉强度1670 MPa平行钢丝拉索,边跨斜拉索为双索面空间扭背索,主跨斜拉索为准单索面。针对超宽桥面,采用空间梁格法分析剪力滞的影响,将混凝土梁纵腹板由6道增至8道。按3 m顺桥向标准间距设置钢箱梁实体式横隔板,可使该桥宽幅主梁偏载、扭转效应导致的应力增量控制在允许范围内。对塔墩梁结合部进行有限元精细化分析,针对应力集中情况,优化局部构造和配筋设计,经计算,优化后结构受力满足设计要求。

空间索面地锚式悬索桥结构行为研究

为研究空间索面地锚式悬索桥结构行为,以主跨610 m的空间索面地锚式悬索桥——重庆市郊铁路跳磴至江津线跨江轨道专用桥为背景,采用SNAS软件建立大桥有限元模型,分析主缆横向矢跨比、主缆弯扭刚度对结构受力特性的影响以及施工期间空间索面线形变化规律。结果表明:随主缆横向矢跨比增大,结构竖向刚度基本不变,横向刚度提高;主缆弯扭刚度仅对成桥状态近塔处主缆局部线形及少数吊索索力有所影响,对结构整体受力基本无影响;施工期间以空缆状态为基准进行索夹定位和横向预偏角放样时需考虑主缆转动角的影响,而以主缆横向对拉后状态为基准则可不考虑;采用5对拉杆张拉主缆进行横向定位可有效控制主缆横向位置及吊索横向倾角接近成桥状态。

大跨悬索桥主缆抗火性能及其防护

为了分析主缆的抗火性能并提出适宜的抗火防护方案,基于实际工程,采用油罐车燃烧火灾模型计算方法,分别从油罐车火灾燃烧的形式、火灾发生的位置、火灾燃烧的状态等方面进行对比分析,确定悬索桥最不利火灾场景为无风工况+油罐火灾+顶面和近主缆侧面燃烧+跨中靠近吊索位置.采用Ansys软件分析最不利火灾场景下主缆的温度分布及耐火极限,得到主缆的耐火极限为48 min,最大失效厚度为90 mm.通过对各类防火材料分析和调研,提出高硅氧复合材料防火结构;在高温试验60 min后,试件防火结构内侧温度为484℃,压缩后的防护结构的抗火性能略有提升.基于试验结果并结合数值模拟,得到10 mm厚高硅氧复合防火结构;该结构可以满足在火灾发生后60 min主缆外表面温度不超过300℃的抗火设计目标.

地锚式独塔悬索桥非对称主缆合理设计参数计算方法研究

为快速拟定地锚式独塔悬索桥非对称主缆的合理设计参数,并估算主缆、锚碇、桥塔等工程量,提出非对称主缆合理设计参数计算方法。该方法基于传统抛物线理论,推导主缆的线形以及拉力近似解,通过比选得到满足工程实际控制因素的设计参数合理取值区间,确定主缆垂跨比与高跨比,估算主缆设计截面面积。以济新高速黄河三峡大桥--单跨510 m地锚式独塔回转缆钢桁梁悬索桥为背景,采用该方法计算主缆的合理设计参数,最终选择垂跨比为0.0675,高跨比为0.20,主缆截面面积为339024.2 mm 2,与节线法、分段悬链线法进行对比验证,结果表明:该计算方法路径明确,效率高,精度满足拟定方案与初步估算需要,可用于同类型桥梁的设计。

大跨度铁路单索面预应力混凝土斜拉桥设计关键技术及创新——以隆叙铁路沱江特大桥主桥设计为例

隆叙铁路沱江特大桥是隆叙铁路的控制性工程,为满足行洪、通航及一跨跨越珍稀、特有鱼类国家级自然保护区需求,结合本线新建单线预留双线条件的情况,采用主跨292 m单索面矮塔斜拉桥结构形式。为避免长期偏载,预留线二期恒载同步实施。通过对单箱三室截面、单箱双室贯通锚固截面、单箱单室大隔板截面、W形截面进行比较,优选传力路径直接、受力合理、施工方便的W形截面。针对变梁高时连续内腹板构造复杂、不便于施工的特点,在传统W形截面基础上提出纵向间隔布置预应力混凝土斜杆的W形截面主梁结构形式。通过对钢斜杆及预应力混凝土斜杆两种方案对比,分析斜杆内的预应力钢筋可主动承受拉索竖向分力、预压应力可有效避免较大变形和顶板开裂的特点。梁部采用挂篮悬臂浇筑施工。根据拉索布置及受力需要,结合泸州地方经济文化特色,提出束腰酒尊造型的桥塔结构。下部结构采用双薄壁墩、钻孔灌注桩基础,根据防洪、通航及两个主墩均衡受力的需求,对主墩岸坡进行刷坡防护。

越龙山人行玻璃悬索桥总体设计

越龙山人行玻璃悬索桥为主跨710 m的空间索面地锚式人行玻璃悬索桥。该桥主缆垂跨比为1/11.8,采用大张开量的空间索面,跨中设置3对柔性中央扣,桥下设置空间索面的抗风缆,以提高桥梁整体抗风稳定性,主索鞍采用竖向摩擦隔板技术以提高索鞍的抗滑移安全系数。桥塔采用门式结构,由混凝土塔柱和钢横梁组成。根据地形因素,西北侧及东南侧主缆设置隧道式锚碇,东北侧及西南侧主缆设置重力式锚碇,抗风缆设置岩锚桩结构。加劲梁采用纵横梁格构体系,纵梁采用4道工字钢,横梁采用箱梁形式,外侧2道纵梁间距由跨中8.5 m按抛物线变化至桥塔处17.5 m,中纵梁3 m宽度范围内设置玻璃桥面,外侧设置压型钢板超韧性混凝土桥面。

双曲线形桥面的山坡锚固悬索和斜拉索混合索桥设计

针对峡谷河流两岸原有公路需修建曲线形桥梁解决车辆转弯过河的问题,提出双曲线形桥面的山坡锚固悬索和斜拉索混合索桥方案。双曲线形桥面交通流畅,山坡锚固的筒网状悬索网悬吊左、右2幅双曲线形加劲梁的内侧,山坡锚固的空间曲面斜拉索网斜拉左、右2幅双曲线形加劲梁的外侧,结构简明。结合某400 m超大跨径的峡谷河流双曲线桥梁工程,进行几何构形研究,建立midas有限元计算模型,开展竖向荷载和动力模态特性分析。

单主缆悬索桥结构扭转刚度研究

为探讨不同关键设计参数对单主缆悬索桥结构整体静、动力扭转性能的影响,以广西英华大桥为工程背景,分别考虑加劲梁刚度、中跨跨径、有无外伸跨、中跨空间吊索、边跨空间吊索等参数,基于单一参数变量法建立了多种不同设计参数模式下的有限元静、动力计算模型,并对得出的计算结果进行了对比分析。结果表明:跨中处加劲梁扭转角位移随着外伸跨长度的增加而降低,结构静、动力扭转刚度均能提高,但不宜设置过长,否则对结构扭转刚度提升效果不明显;另外,设置一定长度外伸跨可保证偏载作用下桥塔处支座全部处于受压状态;增设中跨空间吊索对数,提高了结构扭转静、动力刚度,但不宜设置过多,否则提升效果有所降低,另外合理跨径设计能较好提升该类结构扭转刚度;综合可知,通过增大加劲梁自身的抗扭刚度、设置一定跨度的外伸跨及在中跨近塔处设置一定数量的空间吊索等措施可以有效提高单主缆结构的整体抗扭刚度;综合考虑汽车、人群荷载偏载以及结构扭转频率等多因素,建议单主缆悬索桥主跨合理跨径为400 m左右,跨径设置过大会大幅削弱结构扭转刚度,中跨单侧塔附近空间吊索合理对数为4~6对。

单主缆悬索桥A形桥塔创新设计

柳州双拥大桥为国内首座大跨地锚式单主缆悬索桥,创新性地采用了独特的非相似等腰三角形截面所形成的A形钢塔。对该桥塔结构构造和受力行为进行的系统研究表明:该桥塔结构形式的景观效果和受力性能良好;塔底采用承压板-拉杆形式的钢混连接结构具有受力明确、施工便利的优点,塔顶需重点解决不同于双缆悬索桥的索鞍巨大竖向力向2个塔柱有效传递的构造问题。