某桥斜拉索施工技术研讨

随着桥梁设计和施工技术的不断发展,斜拉桥作为一种优秀的桥型得到了广泛应用,而斜拉索的施工在斜拉桥的建造过程中占有欲足轻重的作用,直接影响到桥梁施工工期以及成桥质量。结合阿深高速开封黄河大桥斜拉索施工实例,就该桥斜拉索的特点以及斜拉索加工、安装、张拉、索力调整等一系列施工技术关键措施作较为详细地介绍,为类似斜拉桥的挂索施工提供参考经验。     

基于高性能材料的大跨径斜拉桥抗风性能分析

为了研究活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)和碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)在大跨径斜拉桥中应用的可行性,以主跨1 100m的钢斜拉索、钢主梁、普通混凝土索塔斜拉桥设计方案为基础,构造了一座同等布置形式的CFRP拉索、RPC主梁、RPC索塔斜拉桥方案.采用有限元法对2种方案斜拉桥的动力特性、抗风性能等进行了分析和比较.结果表明:2种方案结构的自振基频相差不大,CFRP索RPC主梁斜拉桥的主梁颤振稳定性有所提高,其抖振响应位移较钢索钢主梁斜拉桥明显降低.CFRP拉索的自振频率达钢斜拉索的2倍;与钢斜拉索相比,CFRP拉索涡振幅值有所增大,但整体而言2种方案斜拉索的涡振幅值均很小,不影响其安全;CFRP拉索的风雨激振振幅不到钢斜拉索的1/2,且前者与风雨激振相关的临界风速较后者有所提高.应用高性能材料RPC与CFRP的大跨径斜拉桥整体抗风性能优于传统的钢斜拉索钢主梁斜拉桥,从抗风性能角度而言,将高性能材料RPC与CFRP应用于大跨径斜拉桥中是可行的.     

超千米级CFRP与钢组合拉索斜拉桥动力性能分析

为研究超千米级碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合拉索斜拉桥动力性能,参考苏通大桥设计参数,选择优化的组合拉索面积比,分别建立1 400 m CFRP与钢组合拉索斜拉桥有限元模型以及全钢、全CFRP拉索斜拉桥2个对比模型.首先,对组合拉索斜拉桥以及对比模型的固有频率和振型进行计算.然后,选择典型地震波进行地震动响应时程分析,并分别研究一维激励和三维激励2种输入形式.最后,采用规范法,从颤振稳定性、静力扭转稳定性以及抖振振幅估计3个方面对抗风稳定性进行分析.结果表明:采用合理优化面积比0.35,可使CFRP与钢组合拉索斜拉桥的抗震性能不仅优于传统钢拉索设计以及价格昂贵的全CFRP拉索设计,而且其主要构件内力数值也较低;对于抗风稳定性,组合拉索斜拉桥略低于全钢拉索设计,但明显优于全CRFP拉索设计,可在减轻拉索自重的同时提高其经济性能.     

基于刚度及经济的CFRP与钢组合拉索设计理论

基于钢斜拉索、碳纤维增强塑料(CFRP)斜拉索适用跨径研究结果,针对1 400~2 800 m主跨斜拉桥整体刚度不足提出一种新型结构方案,即基于刚度及经济性能的CFRP与钢组合拉索方案.该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索同时应用于斜拉桥中,将２种材料高强轻质及弹性模量高的优点进行组合,以充分提高斜拉索的等效刚度,进而提高斜拉桥的整体刚度.详细介绍该组合方案设计思路与方法,通过比较等效刚度以及经济性能给出２种材料斜拉索推荐组合比例.最后,通过一座1 400 m主跨CFRP与钢组合拉索斜拉桥试设计说明该方案相对传统方案整体刚度上的优势,证明其工程应用的可行性,是主跨为1 400~2 800 m斜拉桥的优选方案之一.     

CFRP与钢组合斜拉索设计方案及理论研究

提出两种碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合的斜拉索方案:CFRP与钢组合截面斜拉索,以及CFRP与钢组合结构斜拉索.前者发挥CFRP材料的优异性能,同时避免CFRP材料的锚固难题,两种材料的截面面积比为关键设计参数;后者将CFRP斜拉索与钢斜拉索在同一桥梁不同跨度区域分别应用,优化了整桥经济性能,不同材料斜拉索合理跨度区域的确定是其设计关键.采用解析解形式的参数分析,给出不同情况下关键设计参数的推荐数值,从理论上初步证明了两种方案替代传统钢斜拉索的可行性.     

CFRP索斜拉桥动态特性的有限元分析及动态试验

介绍了国内首座CFRP索斜拉桥的工程概况;建立了该桥的三维空间梁壳杆系有限元动态分析模型,进行了结构动态特性有限元分析;进行了环境激励下国内首座CFRP索斜拉桥结构动态特性的测试,结合试验结果对国内首座CFRP索斜拉桥的动态特性进行了分析。同时,将实桥动态试验结果与有限元动态特性分析结果进行了对比分析。结果表明,有限元动态特性分析的低阶频率和振型与试验测得的频率与振型结果基本吻合。笔者等试验及相关研究分析结论可为CFRP索桥梁的动态建模、动态特性分析、抗震抗风设计及CFRP新型缆索材料在桥梁工程中的进一步推广应用提供一定的参考依据。     

国内首座CFRP索斜拉桥荷载试验及有限元建模

介绍了国内首座CFRP索斜拉桥荷载试验,建立了该桥基于梁壳杆单元的有限元分析模型,进行结构有限元模拟,并与实测结果进行了对比分析.分析结果表明,基于所建模型的结构静力学分析结果与试验结果基本吻合,该模型可用于CFRP索斜拉桥结构的静力学分析.同时,荷载试验结果表明,国内首座CFRP索斜拉桥结构在役刚度和承载能力符合设计要求,整体工作性能良好.文中试验及其相关分析结果可为CFRP新型缆索材料在桥梁工程中的进一步推广应用提供参考依据.     

三塔单索部分斜拉桥模型试验研究

以福州市浦上大桥三塔单索部分斜拉桥主桥为原型,设计制作1∶40缩尺有机玻璃模型,开展三塔单索部分斜拉桥全桥有机玻璃模型试验和有限元结构分析,研究全桥弹性阶段结构受力性能.重点测试模型主梁变形、纵横向应力、桥墩和桥塔截面应力和支承反力,并模拟斜拉索换索状态,测试换索时结构受力性能变化情况.研究结果表明:三塔单索部分斜拉桥具有独特的受力特性,由于斜拉索的弹性支承能够承担部分活载作用,使主梁截面高度减小,结构轻巧优美、整体受力合理;但在换索时主梁应力明显增大,且变形增加约20%.     

CFRP索斜拉桥地震波行波效应分析

碳纤维增强聚合物(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优良性能,在大跨度桥梁中将会广泛应用.对跨度大或延迟时间长的结构需考虑行波效应的影响,且其对CFRP索斜拉桥和普通斜拉桥影响程度也不相同.因此,为研究CFRP索斜拉桥在地震波行波效应下的动力性能,以某一大跨度斜拉桥为背景,建立模型,按照等强度原则将钢索换为CFRP索,计算并获得CFRP索斜拉桥在地震波一致激励和多点激励作用下的位移、应力及分别对应的时程曲线.计算结果表明,行波效应对CFRP索斜拉桥地震响应有显著的影响,使得该桥的时程曲线发生了较显著的变化,塔根效应增加显著,结构部分位移增长非常显著,对轴力影响比对剪力的影响更为明显,因此在大跨度CFRP索斜拉桥的设计分析中必须考虑行波效应的影响.     

独塔无背索斜拉桥的设计研究

本文以山东聊城湖南路大桥为研究背景,通过结构受力模型,研究独塔体系在活载作用下的位移和内力,得到了独塔体系力学特性的系统研究结果。桥梁施工过程的模拟计算对整个理论设计过程起着关键性作用,通过合理的模型,采取有效的斜拉桥结构施工阶段分析方法,对桥梁的施工过程和成桥状态进行一定精确度的模拟分析,进而控制斜拉索初始张拉力,使得斜拉桥的线形和受力满足要求,确保了该桥在成桥后线形美观,受力性能满足要求。     

大跨度斜拉桥施工过程索力和线形双控研究

为了使斜拉桥在成桥后达到合理状态,必须拟定合理的施工状态,即在施工过程中使斜拉索力和结构位形同时达到理想状态.采用一阶最优化计算方法,以成桥后结构的弯曲应变能和主梁的线形为目标函数,以斜拉索的初始张拉力和主梁节段的预抛高值为设计变量,建立了斜拉桥施工控制的空间非线性有限元分析模型,并以某大跨度预应力混凝土斜拉桥为例,模拟了混凝土主梁的悬臂浇筑过程.结果表明,该方法可使成桥后主梁的线形和结构的内力得到合理控制,从而可有效地确定斜拉桥的合理施工状态.     

塔底铰接型独塔斜拉桥施工阶段力学特性分析

为了研究塔底铰接型独塔斜拉桥施工阶段的力学行为,通过有限元软件建立空间梁格的数值模型,研究了该结构在各个施工阶段桥塔、主梁的位移、内力和应力变化情况,并对塔底铰接和固结两种设计方案的整体力学行为进行对比分析。结果表明:桥塔最大弯矩位置随着施工阶段不同斜拉索的张拉而发生改变;张拉主梁拉索时,主梁曲率半径外侧受拉,内侧受压;塔底铰接对结构整体受力更加有利。可见塔底铰接型独塔斜拉桥与常规斜拉桥施工阶段的力学行为不同,研究结论可以为未来类似结构的设计、施工和监控提供参考。     

大跨度斜拉拱组合桥极限承载能力分析

以一种新颖钢管混凝土拱桥斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,考虑钢管混凝土拱在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用统一理论中的钢管混凝土组合构件本构关系及高精度不分层梁单元,对在建的某斜拉钢管混凝土拱组合桥进行了在静力荷载作用下的极限承载力分析,并用钢管混凝土拱模型实验对分析程序及钢管混凝土组合构件建模方法进行了验证,同时分析了斜拉索及斜拉索的初索力对拱桥承载能力的影响.结果表明,斜拉钢管混凝土拱组合桥具有较高的稳定性和极限承载力,斜拉索能够较大提高拱桥的承载能力,斜拉索初张力对稳定承载能力的影响不大.     

矮塔斜拉桥参数敏感性分析

以开封黄河二桥主桥矮塔斜拉桥为研究对象,采用MIDAS/Civil有限元程序,建立了该桥在最大悬臂施工阶段的有限元计算模型.考虑施工过程中可能出现的桥梁参数变化,分别进行主梁混凝土容重、主梁混凝土弹性模量、主梁截面尺寸、斜拉索弹性模量、斜拉索初张力、主梁预应力荷载和施工荷载敏感性分析,确定出悬臂施工时影响主梁位移和应力的主要设计参数.计算结果表明,主梁混凝土容重、截面尺寸、斜拉索初张力、预应力荷载和施工荷载为主要设计参数,混凝土弹性模量和斜拉索弹性模量为次要设计参数.所得结果可为该桥梁施工控制提供参考.     

斜拉桥模型的设计与制作

斜拉桥是将桥面用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,是由承压的塔,受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系,是现代大跨桥梁的重要的结构形式。斜拉桥模型试验是研究复杂桥跨结构或复杂构造细节的重要手段之一,其目的是为结构分析提供数据和结论,也是检验数值理论和解析理论正确性的主要依据。文中详细介绍了斜拉桥模型结构的设计理论、制作过程及关键工艺。并针对设计和制作等方面的问题作了一定的探讨和研究。     

大跨径斜拉桥斜拉索静风荷载计算方法比较

针对大跨径斜拉桥对风荷载作用十分敏感的特点，分析了斜拉索风荷载的不同计算方法的差异，并以苏通长江公路大桥为例比较了不同计算方法对关键截面响应的影响．分析表明，对于大跨径斜拉桥，斜拉索上的风荷载计算方法对关键截面的响应影响较大；横桥向风作用下，在不考虑斜拉索设计风速的误差的前提下，可将斜拉索上风荷载平均分配到其端部；顺桥向风荷载作用下，则斜拉索上风荷载应直接作用在拉索分段的节点上。     

高速铁路斜拉桥上无缝线路断缝值研究

为探明斜拉桥上无缝线路钢轨断缝值的规律特点,采用一种可靠的非线性梁轨相互作用模拟方式,建立了塔-索-轨-梁-墩-桩一体化的斜拉桥有限元模型,以中国高速铁路线上某（32＋80＋112）m单塔斜拉桥为例,分析讨论了线路纵向阻力模型、斜拉桥纵向约束方式、断缝出现位置、列车活载以及主梁和拉索温度变化等因素对断缝值的影响,得出以下结论：可根据《铁路无缝线路设计规范》（送审稿）选取纵向阻力模型;塔梁刚结或以固定支座相连时可有效减小断缝值;断缝出现在桥塔处时,断缝值最小（1.0cm）,伸缩调节器应设置在桥塔处;制挠力及主梁温度变化对断缝值影响较大,分析时应予以考虑.     

异形人行景观斜拉桥力学分析

景观斜拉桥结构体系复杂,为了探究该独塔斜拉桥在施工阶段以及成桥阶段的力学行为,采用有限元分析软件进行数值建模分析,针对结构的动静力学分析,静力分析方面,从结构的位移、内力以及应力等方面对桥塔和主梁在各个施工阶段以及成桥阶段进行受力分析,特别选取结构的8个代表性点位进行局部力学行为观察,动力分析方面分别从结构的稳定性以及自振频率进行分析。结果表明:结构的受力均符合相关规范要求。通过对该斜拉桥其相关力学行为分析,可以为未来类似结构的设计、施工等提供参考。     

大跨径斜拉桥施工安全风险研究现状分析

斜拉桥是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。由于施工环境恶劣、施工工序多、施工工艺复杂,大跨径斜拉桥在整个施工过程中将面临各种风险,极易出现各种事故。一旦发生事故,其带来的损失是巨大的,有时甚至是灾难性风险后果。因此,对大跨径斜拉桥施工安全风险进行分析和评价便显得尤为重要。本文通过对国内外斜拉桥施工安全风险研究现状进行分析,总结出我国斜拉桥风险管理方面存在的问题并提出建议。