大跨度公铁两用斜拉桥研究进展

 跨海大桥是最需要考虑节约资源和进行环境保护的桥梁,而大跨度公铁两用斜拉桥是世界上设计的桥梁中占用跨海通道资源最节约型的大桥,是跨海大桥设计的首选桥型。通过对国内外已建或在建的跨海通道大跨度公铁两用斜拉桥的调研,论述了部分大跨度公铁两用斜拉桥的结构设计关键技术,分析了大跨度公铁两用斜拉桥的钢梁和斜拉索的耐久性,并结合大跨度公铁两用斜拉桥的结构特点,对比了适用于大跨度公铁两用大桥斜拉桥的结构体系和桥面布置,指出了影响公铁两用斜拉桥跨度增大的问题与对策。     

大跨度公铁斜拉桥的几何非线性效应

考虑几何非线性效应,计算大跨度公铁斜拉桥承载能力和正常使用极限状态下的结构变形和内力. 采用分步迭代调索方法计算成桥索力,建立迭代修正Ernst公式,在索力计算和结构内力计算中考虑垂度效应, 研究拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应对斜拉桥极限状态时内力的影响. 研究结果表明,几何非线性对大跨度公铁斜拉桥的内力影响比较显著,线性计算结果与非线性计算结果相比偏不安全,在公铁斜拉桥结构设计中,必须计入几何非线性的影响. 各种非线性因素中斜拉索的垂度效应最为显著,其影响效应随外荷载的增大而变大.     

大跨度结合梁斜拉桥非线性动力特性研究

以大跨度半漂浮体系组合梁斜拉桥为例,首先运用有限元理论,并考虑结构几何刚度与非线性的影响,建立了三维空间动力分析模型,然后采用分块兰索斯法对桥梁进行动力特性研究。结果表明:几何刚度与非线性对结构动力特性影响明显,结构基本周期长,自振频率低,模态振型密集,空间性与耦合性显著。对大跨度组合梁斜拉桥进行动力特性研究时应考虑结构的几何刚度与非线性以及空间性,同时为研究抗震与抗风性能奠定了基础。     

天兴洲三主桁斜拉桥不同主梁纵向约束方式结构特性分析

结合拟建的天兴洲三主桁公铁两用结合梁斜拉桥,建立了大跨度公铁两用斜拉桥空间计算模型,并对其在恒载、活载、温度作用下静力性能进行了研究.重点探讨了不同主梁纵向约束方式对大跨度公铁两用斜拉桥静力性能的影响以及主梁合理纵向约束刚度.计算结果表明:对主梁设置合理纵向约束刚度,能使结构的受力性能得到改善.图2,表17,参5.     

几何非线性对大跨度斜拉桥内力的影响分析

文章围绕大跨度斜拉桥考虑施工全过程及成桥后的几何非线性分析问题展开研究工作,针对线性和非线性两种计算工况,分析了两座大跨度斜拉桥结构内力的几何非线性行为,最后得到几何非线性对大跨度斜拉桥结构内力影响的大小及其规律性。     

大跨度公铁两用斜拉桥阻尼器参数研究

以我国正在建设的某大跨度公铁两用斜拉桥为背景,分析研究了在地震荷载和列车制动力作用下,塔梁之间采用阻尼装置的结构动力响应.计算结果表明,塔梁之间采用液压阻尼装置,能较好地解决温度、列车制动力和地震荷载作用下大跨度公铁两用斜拉桥的受力问题,而选取合理的阻尼参数可以有效控制梁体的纵向位移.     

几何非线性效应下的CFRP索斜拉桥动力特性

为研究CFRP索斜拉桥与钢索斜拉桥的静动力特性的区别,分别讨论以南京长江三桥为原型的跨径为648m的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥,采用有限元法对比分析了考虑几何非线性效应的CFRP索及钢索斜拉桥的主要静动力性能,并对比分析了垂度效应、大变形及梁-柱效应对这2种斜拉桥的静动力性能的影响。最后分析了不同的结构体系、辅助墩设置个数等参数对CFRP索斜拉桥的动力特性的影响。研究结果表明:垂度效应对CFRP索斜拉桥的静动力性能影响较小,对钢索斜拉桥静动力性能影响显著;大变形及梁-柱效应对2种斜拉桥的静动力性能影响较大,计算时不可忽略该效应;所得结论可为长大跨斜拉桥的分析计算提供一定的参考。     

纵向阻尼器对大跨度斜拉桥桥塔的抗震性能影响分析

为确定大跨度斜拉桥在阻尼器抗震约束体系作用下的减震性能,文章以某大跨度斜拉桥为研究对象,采用通用有限元软件SAP2000建立全桥有限元模型,采用非线性时程分析方法,研究主塔在有、无阻尼器的情况下内力变化情况。研究结果表明:该桥动力特性分析表明,第1阶周期为7.821 s,对应的振型为主梁纵漂+主塔纵向弯曲振动,远远大于结构的竖向、横向振动周期2.798、2.049 s,抗震需求明显;设置纵向阻尼器的方式能有效地减小主塔在地震荷载作用下的内力,达到内力重新分布的目的,尤其是对弯矩的减小最为明显,从而改善结构的受力性能。     

考虑上下协同工作大跨度储煤结构的抗震性能

为了研究多维地震作用下大跨度储煤结构的振动特性,通过对考虑上下部协同工作的双层网壳结构进行了多维地震响应分析,对比分析双层网壳结构在单维地震与多维地震动作用下的动力响应的差别,分析结果表明:采用一致地震激励的方法进行大跨度网壳结构的动力分析是不够完善的,在进行前期工程设计时,大跨度空间结构其上下协同工作的特性不容忽视,在多维一致地震作用下,整体结构的各杆件内力响应整体大于网壳结构,下部支承结构附近的节点位移和杆件内力变化较大;多点地震激励下的整体结构的杆件内力响应整体小于一致激励,当视波速取值较大时,杆件内力与一致激励较接近.可为今后类似大跨度空间结构工程参考和借鉴.     

三主桁三索面公铁两用双塔斜拉桥动力特性分析

以某三主桁三索面公铁两用双塔斜拉桥为研究对象,采用ANSYS软件建立了有限元模型,计算了桥梁的振动特性,计算分析结果表明该桥横向刚度相对较小。对于不同成桥索力情况,研究了索力对结构动力特性的影响。然后考虑到列车荷载的影响,将列车荷载以等效均布质量的形式加载桥上,对不同车辆荷载工况进行了动力分析。计算分析结果表明该桥成桥索力对结构振动频率影响不明显,横向振动影响甚微。列车荷载对结构竖向振动频率影响较明显,横向较小。     

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.     

地震频谱特性对独塔斜拉桥纵向地震响应影响

以一座实际的独塔斜拉桥为背景,分别以速度脉冲波和实际地震波作为地震动输入,研究了不同频谱特性地震输入下独塔斜拉桥地震响应特点.结果表明,近断层地震动的长周期速度脉冲对独塔斜拉桥的地震响应影响显著,特别是当地震动峰值速度(VP)与地面运动峰值加速度(aP)比值较大时,速度脉冲波的周期与主梁第一阶竖弯振动周期接近,塔柱、梁体、拉索和支座等受力明显增加,并可能出现支座脱空和拉索松弛等现象.进一步研究了支座脱空和拉索松弛现象,结果表明,支座脱空和拉索松弛对主梁位移、拉索索力和支座竖向反力等响应的影响较大,不考虑支座脱空和拉索松弛可能会低估梁体位移和拉索的地震响应.     

基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题,提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型,并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程;列车采用31自由度刚体动力学模型,轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力;利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车-桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象,开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析,研究了桥梁整体和局部动力响应,以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明:正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁;大跨度斜拉桥的动力系数较小,受车速和轨道不平顺谱的影响较小;钢桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态,在疲劳性能研究中需要特别关注;设计速度条件下,桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.     

广东江顺大桥抗风性能试验研究

采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对主跨700m的广东江顺大桥主桥结构抗风性能进行研究,包括主梁、桥塔气动参数试验与CFD模拟、主梁1/60几何缩尺比节段模型测振试验、主梁1/25几何缩尺比节段模型涡振试验、全桥气弹模型试验研究等.结果表明:该桥在成桥状态和施工状态具有足够的抗风稳定性,在设计风速下涡振性能和抖振响应性能均满足规范要求;大比例主梁节段模型得到的涡振振幅小于常规比例节段模型得到的涡振振幅,表明采用常规比例模型进行桥梁主梁涡振性能评估是偏于保守的.     

铁路斜拉桥的地震响应特性研究

通过对典型铁路斜拉桥在地震作用下的响应分析，研究了斜拉桥这种适用跨度大、空间受力性能优越的桥型的抗震性能。结果表明，影响斜拉桥在地震作用下的响应特性及桥上运行列车稳定性和安全性的因素主要是桥、车的动力特性及输入地震激励的物理特性。通过对不同结构参数、列车速度和地震作用条件下桥车响应的对比分析，得出了行车速度、桥梁横向刚度（宽跨比）、桥梁下部结构刚度以及不同输入地震激励对桥梁地震响应的影响规律与特点。     

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.     

基于均匀设计的组合梁斜拉桥施工控制多参数敏感性分析

为确定影响钢混组合梁斜拉桥结构响应的主要因素及其影响程度,依托某在建钢-混组合梁斜拉桥进行参数敏感性分析。采用MIDAS/Civil建立有限元仿真模型,从试验设计和统计学角度出发引入均匀设计试验、多元线形回归分析并结合统计检验方法,以成桥状态下主梁线形、主塔位移、拉索索力为结构目标响应,选取主塔和主梁混凝土梁弹性模量、斜拉索弹性模量、拉索初张力、桥面板容重、桥面板钢束张拉控制应力等参数进行敏感性分析。结果表明：拉索初张力、桥面板容重和斜拉索弹模为成桥线形、成桥塔偏的敏感参数且拉索初张力的敏感程度远大于其他两个参数,成桥索力的敏感参数为拉索初张力、桥面板容重;引入的方法可准确的获取该桥成桥状态下结构响应的敏感性参数。     

基于极限状态法的钢桁梁公铁斜拉桥结构分析

 以某钢桁梁公铁斜拉桥为研究对象,采用空间有限元方法,计入几何非线性影响,进行基于极限状态法的斜拉索初应力计算及桥梁 结构特性的数值分析。提出基于极限状态法的计入主梁恒载增大系数的斜拉索初应力计算方法,计算了两组斜拉索初应力：不考虑 恒载增大系数和考虑恒载增大系数。进行该斜拉桥自振特性分析,以及两种极限状态下的静力特性分析：承载能力极限状态和正常 使用极限状态。讨论以极限状态法为基础的分析方法的有效性。研究结果表明：斜拉索初应力大小对钢桁梁斜拉桥主塔和主梁构件 静力响应的影响显著;以极限状态法为基础的考虑提高系数计算出的斜拉索初应力能使斜拉桥在外荷载作用下具有更加良好的结构 性能;按照承载能力极限状态法来进行大跨度钢桁梁公铁斜拉桥的设计和分析更经济合理。     

斜拉桥施工过程模拟结构分析

应用非线性有限元结构计算理论与计算机技术，对斜拉桥施工过程进行了数值模拟分析，得出了各施工阶段结构的位移和内力状态，并应用结构优化理论对斜拉桥成桥的主梁线型与结构内力状态进行了优化调整．     

斜拉桥动力特性分析

以某斜拉桥为工程背景,基于ANSYS建立了三维有限元分析模型,分析了斜拉桥自身的动力特性,主要包括自由振动频率、振型特性。结果表明:大跨度斜拉桥自振周期长,频谱密集,自振特性表现出明显的三维性和振型相互耦合的特点。