Research on key technologies in design of middle pylon of Taizhou Bridge

At the middle pylon of a three-pylon two-span suspension bridge, the effect of unbalanced loads on the adjacent spans may result in a series of technical bottlenecks in design, such as stability and anti-slippage between saddles and main cables. This article presents the researches conducted on structure selection and behavior characteristics of middle pylon, interaction mechanism between main cables and saddles and their anti-slippage safety performance, elastic and plastic stability analysis and safety assessment of steel middle pylon, and fatigue design load and method for steel pylon of Taizhou Bridge. According to the research results, a longitudinal inverted Y shape steel middle pylon is used in design, effectively solving many technical difficulties, and this type of pylon has become a suitable middle pylon structural form for many three-ovlon two-soan susoension bridges.

四主缆大跨悬索桥抗震性能分析及减震措施优化

以燕矶长江大桥为工程背景,首先,采用动力非线性时程法分析了燕矶长江大桥抗震性能,并研究了设置电涡流-摩擦组合型阻尼器和黏滞阻尼器对大跨悬索桥抗震性能的影响;然后,对附加电涡流-摩擦组合型阻尼器摩擦力、阻尼系数和阻尼指数开展了参数敏感性分析;最后,从耗能角度分析地震作用下电涡流-摩擦组合型阻尼器减震特点.结果表明:在E2地震作用下,桥塔关键截面抗弯能力均大于弯矩需求;在“纵向+竖向”地震作用下梁端纵向位移较大.设置塔梁处纵桥向阻尼器后,可有效降低主桥梁端纵向位移;增大摩擦力、阻尼系数与降低阻尼指数均可提升梁端纵向地震响应的控制效果,但参数变化对桥塔控制截面的地震响应影响较小.阻尼系数较大时,电涡流阻尼主导了电涡流-摩擦组合型阻尼器耗能,相较于黏滞阻尼器,电涡流-摩擦组合型阻尼器对梁端纵向位移控制效果更好.

基于工程经济性的公路悬索桥主缆最优垂跨比研究

为寻求工程经济性最优的公路悬索桥主缆垂跨比,以我国近年多座采用混凝土桥塔的单跨公路悬索桥为背景,建立主缆、锚碇、桥塔基础工程量的直接函数模型和桥塔塔身工程量的非线性函数拟合模型,对跨度750~2250 m、单层车道数4~8及双层车道数6+4、垂跨比1/14~1/6共952种布置形式的悬索桥进行大范围关于主缆垂跨比的工程经济性研究,并以2座实桥为算例分析主缆垂跨比对悬索桥静、动力性能及抗风性能的影响。结果表明:主缆垂跨比对悬索桥工程经济性影响显著;悬索桥主缆最优垂跨比与跨度相关,而车道数、加劲梁荷载集度的影响相对较小,涉水和不涉水的差异也不显著;基于工程经济性考虑,跨度750~2250 m的悬索桥主缆最优垂跨比为1/6.5~1/8.5,比经验值增大较多。2座实桥算例分析表明随着垂跨比增加,加劲梁挠度和活载应力有所增加,抗风性能略有提升,建议方案设计阶段加大垂跨比研究范围、对工程经济性和桥梁力学性能进行综合比选。

土耳其1915恰纳卡莱大桥无索区钢箱梁安装关键技术

土耳其1915恰纳卡莱大桥为主跨2023 m的双塔三跨钢箱梁悬索桥。钢箱梁总长3563 m,边跨及桥塔处无索区钢箱梁均为非标准节段,长度为9.8~43.6 m,吊装重量为344~1330 t,涉及多种吊装方式及节段安装工艺,施工难度大。该桥边跨S33节段定位精度要求高、顶推难度大,利用特殊设计牛腿,顺利实现节段顶推及边跨合龙;边跨焊接线形精度要求高、工序转换复杂,S32和S31节段布设临时吊索系统,确保焊接线形可控;塔区工作平台上的S01、T00和M01单个节段利用特殊设计三向可调支架及导向架施工,确保浮吊吊装安全可靠及定位精度可控;S02和M02节段吊装时与已吊装节段在空间上相互干扰,通过布设牵引荡移系统,顺利实现塔区S02和M02节段缆载吊机大角度吊装及节段荡移;采用吊索调节装置、边跨反拉系统及4台缆载吊机同步抬吊等措施,塔区S01、T00和M01组拼焊接的大节段顺利合龙。

大跨径海中悬索桥主缆施工测量技术

悬索桥具有跨越能力强的特点,在现代超大跨度跨江、跨海桥梁建设中广泛选择该桥型,本文针对大跨径海中悬索桥主缆施工测量难题,阐述了依托项目的施工测量技术要点。对海中悬索桥施工控制网的布设、单向三角高程测量精度分析、塔锚联测、悬索桥主缆基准索股和一般索股调整等测量技术做了实践应用分析,确保提供了精确可靠的测量数据,使得调索后主缆线形符合设计要求,验证了测量方法的可行性和有效性。

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。

龙潭长江大桥猫道设计与架设施工技术研究

针对龙潭长江大桥主跨跨度大、安全要求高、主索鞍预偏量大的不利情况,文章围绕龙潭长江大桥主桥上部结构悬索桥猫道的设计和施工,针对猫道跨径大、猫道需适应主索鞍超大预偏量的调整需求等特点,主要介绍了龙潭长江大桥猫道的创新设计、大跨径悬索桥猫道施工要点及重难点,旨在为后续类似超大跨径悬索桥猫道设计与施工提供借鉴和参考。

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。

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。

湖北燕矶长江大桥动力特性研究

湖北燕矶长江大桥为主跨1860 m的双层桥面钢桁梁悬索桥,采用内外缆不同垂跨比四主缆布置方式,内主缆跨度布置为(550+1860+450)m,跨中垂度142.445 m,垂跨比1/13.058;外主缆跨度布置为(510+1860+410)m,跨中垂度153.345 m,垂跨比1/12.130。为研究这种新型大跨悬索桥的动力特性,采用ANSYS软件建立大桥成桥状态有限元模型,在内缆垂跨比不变的前提下,仅改变外缆垂跨比,分别取1/13.058、1/12.700、1/12.400、1/12.130(最终方案)、1/11.800、1/11.500、1/11.200,探讨桥梁动力特性随外缆垂跨比的变化规律,并分析主缆锚固方式对桥梁动力特性的影响,最后对四主缆最终方案与不同垂跨比[1/13.058,1/12.130]双主缆方案的动力特性进行对比分析。结果表明:外缆垂跨比从1/12.700增大至1/11.500,可使桥梁侧向刚度和扭转刚度有所提升;桥梁一阶反对称和正对称竖弯自振频率随外缆垂跨比的增大而表现出先增大后减小的规律,其中一阶正对称竖弯自振频率以四主缆最终方案为最大;主缆锚固方式对桥梁动力特性影响很小;四主缆最终方案较垂跨比在[1/13.058,1/12.130]范围内的双主缆方案具有更高的竖向刚度。综合分析表明,在塔高受限条件下采用内缆垂跨比1/13.058、外缆垂跨比1/12.130的四主缆方案具有更优的动力特性。

2000m级超大跨度悬索桥主缆全寿命期可靠度分析

针对2000m级超大跨度悬索桥主缆设计无适用规范,且在全寿命期内因腐蚀而导致抗力退化,进而威胁桥梁安全的问题,以某超大跨度悬索桥为背景工程,调整各项恒载及主缆材料分项系数优化主缆设计,并对主缆在全寿命期内可靠度进行分析。结果表明:主缆全寿命期内,考虑腐蚀影响,随着主缆服役年限增加,主缆可靠度指标随之降低;且有随主缆年平均抗力损失率增加,主缆预测服役年限显著降低,为保证主缆在设计基准期内可靠度满足工程结构使用要求,主缆材料分项系数取值宜大于1.50。

基于GA-SVM模型的大跨悬索桥主梁挠度预测研究

针对大跨悬索桥主梁挠度预测问题,基于支持向量机模型(Support Vector Machine,SVM)及遗传算法(Genetic Algorithm,GA)开展了大跨悬索桥主梁挠度预测研究。首先,综合SVM模型和GA算法各自优势,提出了基于GA-SVM模型的大跨悬索桥主梁挠度预测分析框架;随后依托某实际大跨悬索桥工程项目,将大跨悬索桥测点位置和主梁挠度分别作为输入样本和输出样本,并结合本文预测方法分析了该桥的主梁挠度水平。分析结果表明,基于GA算法优化SVM参数可实现更优预测,相比于真实值,预测结果的R 2=0.9972,并且绝大部分测点预测结果的残差指标ε均小于0.1,可切实可行的应用于悬索桥挠度预测,具有一定的工程实用价值。

大跨径悬索桥主缆线形误差影响因素分析

大跨径悬索桥的主缆线形直接决定了索夹放样、吊索无应力长度计算结果,进而影响最终的成桥线形,因而主缆线形是悬索桥上部结构施工控制中的一个重要指标。鉴于此,文章利用有限元软件Midas/Civil,应用敏感性分析方法对某非对称悬索桥主缆容重、主缆弹性模量、温度三个影响因素进行分析,明确了各种参数的敏感程度,研究成果可为后续悬索桥主缆线形精确化控制提供一定参考。

湖北燕矶长江大桥体系构思与总体设计

湖北燕矶长江大桥集高速公路与城市道路功能为一体,该桥采用单孔跨越通航水域和断裂带的主跨1860 m双层桥面钢桁梁悬索桥方案。大桥邻近机场,航空限高导致桥塔高度受限、主缆垂跨比偏小、主缆规模偏大。为解决上述问题,提出一种新的不同垂度四主缆悬索桥结构体系,该体系主要特征为:4根主缆横向对称分两侧布置,同侧2根主缆采用不同垂度,加劲梁间隔交错悬吊于2组不同垂度的主缆上,不同垂度主缆按纵向前、后错开锚固于地锚。该体系降低了单根主缆规模,抗风稳定性较好,位于外侧的下主缆的跨中段可降低到桥面之下以增大垂度,较好地解决了桥塔高度受限的建设难题。基于该体系,大桥上主缆跨度布置为(550+1860+450)m,跨中垂度142.445 m;下主缆跨度布置为(510+1860+410)m,跨中垂度153.345 m。大桥缆索采用镀锌-铝合金镀层高强钢丝,加劲梁主桁采用华伦式桁架,锚碇采用可换式预应力锚固系统,桥塔采用门楼造型,基础采用钻孔桩。

悬索桥主缆架设过程分析

采用PWS法架设主缆时,基准索股的线形和锚跨索股张拉力是施工时的2个重要参数,为此,提出了2种成桥状态锚跨索股索力的分布模式,通过成桥状态的计算得到各索股精确的无应力长度,然后根据索股架设过程分析,计算基准索股的空缆线形和各索股架设时的张拉力,最后通过算例比较了基准索股线形和成缆线形的差异,并分析索股架设时各索股锚跨张拉力的变化情况。

公铁两用斜拉-悬索协作体系桥结构参数研究

为探究结构参数对公铁两用斜拉-悬索协作体系桥受力性能的影响,确定结构参数的合理取值,以甬舟铁路西堠门公铁两用大桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立该桥杆系有限元模型,计算分析辅助墩、吊跨比、矢跨比及交叉索数量等参数变化对结构竖向刚度、端吊杆活载轴力幅、桥塔弯矩等的影响,提出各结构参数的合理取值建议。结果表明:在边跨设置辅助墩能提高结构的竖向刚度、降低桥塔顺桥向弯矩和端吊杆活载轴力幅;吊跨比越大,结构的竖向刚度越小;矢跨比越大,结构的竖向刚度越大;增加交叉索对数可以降低端吊杆的活载轴力幅,但交叉索数量增至一定数量,端吊杆活载轴力幅值降低趋势趋于稳定;推荐大桥采用边跨设置2个辅助墩、跨中纯悬吊段吊跨比0.3、主缆中跨矢跨比1/6.5、交叉索9对的结构布置。

多塔连跨悬索桥基频估算实用公式

多塔连跨悬索桥的动力特性与中塔刚度、主跨数目等设计参数密切相关,而我国现有规范中的悬索桥基频估算公式是基于单跨悬索桥推导的,无法体现这些设计参数的影响,故不适用于多塔连跨悬索桥。基于能量原理,提出了多塔连跨悬索桥的竖弯和扭转自由振动基本方程,并通过修正振型基函数的Rayleigh法求解,得到了多塔连跨悬索桥的基频估算公式。考虑到工程实用性,通过量级分析略去了公式中的次要项,并对设计中难以获得的部分参数进行了近似处理,得到了多塔连跨悬索桥基频估算实用公式。最后给出了中塔刚度、主跨数、中塔约束条件、跨径等多个设计参数变化下的多塔连跨悬索桥算例。通过估算公式结果与有限元模型计算结果的对比表明,该基频估算实用公式有较高的精度,在多塔连跨悬索桥的初步设计阶段有较好的应用价值。

边跨主缆角度对悬索桥的影响分析

为了研究不同边跨主缆角度对悬索桥结构受力的影响,以西堠门大桥为原型,采用西南交通大学编制的桥梁非线性计算软件BNLAS,建立双塔单跨悬索桥计算模型,该模型中中跨主缆的跨度为1 650 m,加劲梁为单跨简支结构体系。通过比较不同边跨主缆跨度情况下悬索桥受力的变化,分析了主缆边跨角度的改变对悬索桥受力的影响。

基于初弯曲梁单元的大跨度悬索桥主缆弯曲刚度分析

针对大跨度悬索桥主缆的精细化分析中不能同时考虑主缆弯曲刚度、主缆初始弯曲、索鞍及缠丝等因素的影响,提出了一种新型的初弯曲梁单元来模拟主缆的弯曲刚度和初始弯曲,通过虚功增量方程推导其切线刚度矩阵,并编制了主缆非线性有限元程序,建立大跨度悬索桥主缆施工过程的有限元模型,计算中考虑了索鞍处主缆线形的修正及由缠丝引起的主缆弯曲刚度的变化。结果表明:弯曲刚度使主缆在恒载作用下的竖向变形减小,成桥状态时由此引起的主缆线形计算偏差没有超过工程精度的要求;成桥状态时靠近桥塔的吊索吊点处主缆的弯矩及弯曲应力显著,需要在大跨度悬索桥主缆设计和施工中加以考虑。

大跨度悬索桥主缆抗弯刚度模型试验

通过模型试验对9根索股进行静动力测试,分析抗弯刚度对悬索的自振频率及变形的影响;介绍了试验模型的设计方法、相似原则以及加载方案,对主缆抗弯刚度的计算值与测量值进行了对比。结果表明:悬索的抗弯刚度对悬索的自振频率影响较大,特别是对高阶频率;抗弯刚度对悬索的静力变形影响主要位于靠近桥塔的位置,且随着索股钢丝数的增多,影响变小。