三塔斜拉桥体系刚度改进措施分析

三塔斜拉桥结构体系的柔性相对于独塔和两塔斜拉桥的要大,在一侧活载作用下主梁和主塔中将产生很大的位移和弯矩,对整体结构不利。为了改善三塔斜拉桥结构体系的刚度,常有以下措施:增大主要构件的刚度;设置塔间加劲索;设置边跨辅助墩;边跨、中跨配重等。该文结合某三塔斜拉桥方案,分析了辅助墩和边跨配重对主梁、索塔的静力行为影响。     

多塔斜拉桥力学特性及其关键力学参数研究

采用有限元分析理论,应用三维有限元分析软件ANSYS,建立3～6塔主跨跨径为1 400 m的多塔斜拉桥有限元分析模型,分析了典型工况下4种方案的内力和变形,研究了索塔数对多塔斜拉桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨了索塔数对多塔斜拉桥活载挠度、塔顶纵向位移等关键力学参数的影响规律.分析结果表明：索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大47.1%,主梁弯矩最大增大39.9%,边塔塔顶位移增加15%,一阶弹性稳定系数最大下降8.3%,颤振稳定性指数最大增加4.3%;主梁边跨竖向挠度比中间跨大11%左右,且中间跨挠度相近;索塔数对索塔受力影响显著.     

辅助墩对大跨斜拉桥在地震作用下的影响——以禹门口黄河公路大跨斜拉桥为例

斜拉桥属于高次超静定柔性结构,辅助墩的设置会改变其结构的受力和变形,对塔顶位移、塔根弯矩、主梁挠度和弯矩等均有一定的影响.为了研究辅助墩的设置数量对大跨度斜拉桥地震响应的具体影响规律,依托陕西禹门口黄河公路大桥工程,采用数值分析的方法,用有限元分析软件CSiBridge对该斜拉桥建立3种方案的有限元模型,即无辅助墩方案、一个辅助墩方案、两个辅助墩方案.在3种方案下利用动力反应谱分析法和时程分析法进行地震作用下的主塔及主梁关键截面内力及线形分析,得到在不同方案下的变化特点.综合两种方法分析结果,辅助墩的设置会增加该类桥型的塔底和主梁弯矩,但对主梁位移有所改善,可见辅助墩的设置对该类型桥梁地震响应的影响有利有弊.     

索塔数对多塔悬索桥力学性能的影响

基于ANSYS平台,建立3至6塔主跨跨径为1 400m的多塔悬索桥有限元计算模型,研究索塔数对多塔悬索桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨其对多塔悬索桥活载挠度、塔顶纵向位移及主缆抗滑移性能等关键力学问题的影响特征.结果表明:索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大240%,主梁弯矩最大增大18%,主缆抗滑移系数最大减小11%,中间塔顶位移减小2%,一阶弹性稳定系数最大下降6.8%,颤振稳定性指数最大增加8.5%;主梁边跨竖向挠度比中间跨小40%左右,且中间跨挠度相近;索塔数对中间索塔受力影响显著.     

多塔斜拉-悬吊协作体桥力学性能探讨

采用有限元方法,应用分析软件ANSYS,建立3至6塔主跨跨径为1 400 m的多塔斜拉-悬吊协作桥(简称多塔协作桥)有限元计算模型,研究了索塔数对多塔协作桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨了其对多塔协作桥活载挠度、塔顶纵向位移及主缆抗滑移性能等关键力学问题的影响特征.分析结果表明:索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大50%,主梁弯矩最大增大33%,主缆抗滑移系数最大减小36%,中间塔顶位移减小2%,一阶弹性稳定系数最大下降8.3%,颤振稳定性指数最大增加9.2%;主梁边跨竖向挠度比中间跨小36%左右,且中间跨挠度相近;索塔数对索塔受力影响显著.     

大跨径三塔缆索承重桥梁力学参数敏感度分析

建立了主跨为1 400m的三塔悬索桥、三塔斜拉桥和三塔斜拉-悬吊协作体系3种桥型的有限元分析模型.考虑几何非线性效应,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编制了计算程序,分析了主梁的最大挠度、索塔塔顶最大位移及主缆抗滑移系数对主梁刚度、索塔刚度、塔梁约束刚度、矢跨比、中央扣等参数的敏感程度,并进一步确定了主梁刚度和索塔刚度合理取值范围.结果表明:主梁刚度对悬索桥影响较小;主塔刚度是3种桥型的核心参数;塔梁约束可改善3种桥型的力学性能;减小矢跨比或设置中央扣可提高结构刚度,但会降低主缆抗滑性能.     

交叉索布置方式对多塔斜拉桥力学性能的影响

为提高主跨设交叉索的多塔斜拉桥刚度,改善其受力性能,在现有的交叉索布置方式基础上,提出间隔布置、非对称布置两种新的交叉索布置方式。建立主跨设交叉索的三塔至五塔斜拉桥有限元模型,与现有布置方式对比,分析新的交叉索布置方式对活载作用下主梁挠度、中塔塔顶位移、结构竖向基频及中塔内力的影响。结果表明：在拉索用钢量相同的条件下,与原有的交叉索布置方式相比,交叉索间隔2根索布置时,三至五塔斜拉桥的中塔塔顶位移减小3.9%~8.9%,主跨跨中下挠减小0.03%~4.9%,竖向基频增大1.40%~4.3%,中塔塔底弯矩减小2.2%~6.6%;交叉索采用非对称布置时,中塔塔顶位移减小8.2%~9.2%,主跨跨中下挠减小0.01%~6.6%,竖向基频增大0.7%~2.7%,中塔塔底弯矩减小5.6%~7.7%。间隔布置、非对称布置可有效提高交叉索对中塔的约束效果,提高结构刚度、改善桥塔受力。采用非对称布置的结构刚度最大、桥塔受力最小。     

基于变形协调原理的多塔斜拉桥非边塔纵向抗推刚度

为深入探寻多塔斜拉桥刚度特征,将斜拉索对桥塔的约束比作弹簧刚度这一理念引入多塔斜拉体系.选取多塔斜拉桥的最典型形式——三塔斜拉桥建立弹簧刚度等效模型,基于变形协调原理,求解多塔斜拉桥非边塔纵向抗推刚度,对推导的公式进行算例验证,并分析结构主要参数对桥塔纵向抗推刚度的影响.研究结果表明:对非边塔左跨施加均布荷载时,本文推导公式的非边塔塔顶偏位解与已有文献有限元解间的误差在6.82%以内,说明本文推导的非边塔纵向抗推刚度公式能够反映多塔斜拉桥桥塔的刚度特征,符合多塔斜拉桥概念设计的要求;非边塔纵向抗推刚度与桥塔自身刚度、主梁刚度、拉索与主梁夹角、拉索线刚度和桥塔拉索锚固间距等因素有关.     

三塔自锚式悬索桥模型试验研究

介绍福州市螺洲大桥试验模型的设计、试验过程和试验研究结果.通过对实测结果与有限元计算结果的分析对比,研究三塔自锚式悬索桥这一新型结构形式的静力行为.结果表明,三塔自锚式悬索桥的结构变形和内力与外荷载基本呈线性关系,主梁挠度与主塔的水平位移之间存在密切关系,主塔刚度对多塔自锚式悬索桥的竖向刚度影响较大.     

多塔斜拉悬吊协作桥活载效应近似计算方法

根据斜拉-悬吊协作桥的受力特点,建立结构简化计算模型.基于悬索桥重力刚度理论,推导多塔斜拉-悬吊协作桥的悬吊部分在活载作用下的竖向位移表达式.针对多塔斜拉-悬吊协作桥的关键力学问题,应用推导出的竖向位移表达式,给出主梁最大活载挠度、塔顶纵向位移、主缆恒活载轴力和中塔主缆抗滑移系数等关键力学参数的估算公式.建立主跨为600,1 080和1 400m的三塔斜拉-悬吊协作桥和主跨为1 400m的二至六塔斜拉-悬吊协作桥有限元模型,较全面地验证所推导的公式.结果表明:对于三塔斜拉-悬吊协作桥,关键力学参数的最大误差为15%左右;对于四塔及以上斜拉-悬吊协作桥,关键力学参数的最大误差为20%左右.     

斜弯独塔混合梁斜拉桥参数敏感性分析

为研究斜弯独塔混合梁斜拉桥在成桥状态下受结构设计参数的影响程度,对结构设计、施工监控和关键控制量制定等提供参考,以张家口纬二桥为工程背景,建立有限元模型。基于结构参数敏感性分析的摄动原理,引入敏感度分析指标,选取塔梁固结处弯矩值、桥顶纵向位移值、背索索力、主梁最大挠度为控制目标,对桥梁钢混结合段位置、桥塔局部温度荷载、斜拉索初拉力和背索竖向倾斜角度等结构参数进行敏感性研究。分析结果表明：桥梁钢-混结合段位置、斜拉索初拉力、背索竖向倾斜角度对斜弯独塔混合梁斜拉桥主梁挠度和桥塔线形影响较大。其中,混凝土梁和钢梁的跨度比变化15.73%,塔顶纵向位移、主梁最大挠度将分别变化30.3%和29.4%;桥塔局部温度荷载主要影响此类桥塔的纵向变形,对桥塔受力敏感度较低;背索竖向倾斜角度对斜弯独塔混合梁斜拉桥影响最为显著,背索竖向倾斜角度变化7%,塔顶纵向位移较初始位置最大变化也达到205.8%。     

墩高对不对称高墩连续刚构桥力学特性的影响（英文）

对不同墩高下的不对称高墩连续刚构桥成桥阶段进行了力学特性研究,获得了高墩连续刚构桥在不同墩高下的主梁和桥墩的内力、位移变形特性.研究结果表明,桥墩墩高的变化对主梁内力、主梁竖向位移、墩内力、墩横向位移均产生不同程度的影响,其中对跨中主梁竖向位移和墩顶剪力的影响较大,主梁竖向位移随着墩高的增大而增大,最大位移处平均增幅14.3%,墩顶主梁剪力随着墩高的增大而减小,平均变化率37.1%.     

双薄壁墩刚构矮塔斜拉桥地震时程响应分析

为了研究双薄壁墩墩高和壁厚组合的厚高比对双薄壁墩矮塔刚构斜拉桥地震反应的影响,以甘肃天水国际陆港市政道路工程渭河五号桥（75+126+75）m连续刚构矮塔斜拉桥为研究对象,依托Midas Civil软件建立全桥空间有限元分析模型,利用非线性时程分析法,对五种不同工况组合的厚高比形式下的建模结构的地震响应进行对比。对比结果表明,墩高相比壁厚更能影响墩顶纵向弯矩,厚高比越大,对纵向弯矩的贡献值越小。各厚高比的塔身最高处索鞍横向剪力小于最低处索鞍横向剪力,工况厚高比越大,墩顶横向剪力越小。塔墩梁固结附近的横向剪力明显大于其他各关键位置的横向剪力。除主跨跨中位置处竖向外移需要注意外,梁端竖向位移突出,由于刚构斜拉桥的特殊性,在实际工程中应在此种结构的边墩处设置合适的减隔震装置或支座以减小地震响应影响。     

桥台对连续梁桥纵向地震响应的影响

以一座带桩基础U形座式桥台的连续梁桥为背景,采用非线性时程方法,研究主梁、桥台和台后填土相互作用对桥梁结构纵向地震响应的影响,探索地震作用下容许桥台背墙进入弯曲屈服或背墙底剪断对桥梁支座位移、桥墩延性需求和桥台单桩弯矩地震响应的影响,并以桥台背墙的屈服弯矩、台梁之间间隙和墩高为参数进行参数分析.结果表明,与容许桥台背墙进入弯曲屈服相比,容许桥台背墙底部被剪断工况中的支座纵向位移、桥墩位移延性需求和桥台单桩弯矩明显减小;增大桥台背墙屈服弯矩可减小支座位移,桥墩位移延性需求随桥台背墙屈服弯矩增加呈现先逐渐增加再趋于稳定的趋势,桥台单桩弯矩呈现逐渐增加的趋势;减小伸缩缝间隙的大小可减小支座纵向位移,但可能会增大桥墩位移延性需求.     

墩身高阶振型对高墩地震反应影响

采用增量动力分析的方法,全面讨论了墩身高阶振型对桥梁结构地震反应的影响.首先分析了现有规范中的桥梁抗震设计方法应用于高墩的局限性;随后采用了增量动力分析方法,在考虑墩身高阶振型效应的情况下,对高墩桥梁结构在地震作用下的性能进行了研究.结果表明:由于墩身高阶振型贡献,高墩在强震作用下可能沿墩身产生多个塑性区域;墩顶位移与墩底曲率不再同步变化,高墩墩顶极限位移不能采用规范中的方法进行计算;高墩墩身的地震剪力及弯矩需求也会由于墩身高阶振型的显著影响而变得十分复杂.最后提出了针对高墩抗震设计的一些改进措施.     

基于有效约束集法的混合梁斜拉桥合理成桥状态确定方法

 针对混合梁斜拉桥的结构特点,提出基于有效约束集法的混合梁斜拉桥合理成桥状态优化方法.以混合梁斜拉桥主梁、桥塔的弯曲及拉压能量之和为目标函数,以钢箱梁段竖向位移、桥塔水平位移、主梁上下缘及桥塔两侧应力、斜拉索索力及其均匀性为约束条件,建立混合梁斜拉桥合理成桥状态的二次规划数学模型,采用有效约束集算法进行合理成桥状态的优化.实例优化及比较结果显示,优化所得成桥状态,主梁竖向位移-22~8 mm,桥塔塔顶水平位移为向主跨侧偏20 mm,结构整体线形平顺;钢箱梁上下缘及钢桥塔两侧应力为-84.43~16.38 MPa,混凝土主梁上下缘及混凝土桥塔两侧应力为-16.31~-0.003 MPa,结构内力及应力均与无约束最小弯曲能量法计算结果相近;斜拉索索力为2061~2457 kN,其分布比无约束最小弯曲能量法的计算结果更均匀,且边墩具有更大的压力储备,表明该方法的有效性和优越性.     

斜度对多梁式连续斜交小箱梁桥力学性能的影响

基于斜交箱梁桥弯扭耦合的受力特点,利用梁格法求解了自重作用下0°,10°,20°,30°,45°,60°共6种情况下多梁式连续小箱梁的弯矩、扭矩、应力和位移,对比分析了斜度对斜交连续小箱梁桥力学性能的影响。研究结果表明,在常用斜度范围(θ60°)内,主梁跨中截面的弯矩、位移随斜度的增大先减小后增大,而墩顶截面的弯矩、跨中截面的扭矩随斜度的增大先增大再减小;各截面上缘应力随斜度的增大先增大后减小,而下缘应力则随斜度的增大先减小后增大;当斜度达到临界斜度45°时,各截面的内力、位移均达到最值,此时,跨中截面扭矩值与正桥跨中截面的扭矩值相差倍数达到了100以上;斜度为0°~10°时,主梁弯矩、应力和位移变化均较小,可近似按直桥计算。在设计中,应充分考虑斜度对斜交箱梁弯扭耦合性能的影响,合理布置墩顶截面和跨中截面的抗弯、抗扭预应力钢束,使设计更经济、安全。