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.     

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.     

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%。     

大跨度斜拉桥下击暴流风致振动响应实测

以苏通长江公路大桥为工程背景,针对该桥风致振动响应监测系统实测的一次下击暴流风与桥梁结构振动加速度响应实测数据,对该桥在一次雷暴天气下风速、风向及主梁振动响应进行研究.首先,对桥位处下击暴流实测风速、风向数据进行分析,获得了该桥主梁跨中、桥塔塔顶处下击暴流风的时变平均风与脉动风特性;然后,对下击暴流作用下主梁风致振动加速度响应数据进行分析.结果表明:在下击暴流作用下,该桥主梁与塔顶高度处风速发生了明显突变,持续时间约为10～24 min;主跨跨中主梁外侧边缘处下游、上游侧最大瞬时风速分别为32.4 m/s和27.3 m/s,南、北桥塔塔顶高度处最大瞬时风速分别达60.5 m/s和62.9 m/s.主梁高度处30 s时距湍流度约0.048～0.32,10 min时距湍流度约0.43～0.51;主梁下游与北塔处折减脉动风速符合高斯特性,其功率谱与Burlando等学者的实测结果吻合较好.主梁跨中附近(即NJ26D、NJ32D拉索锚固处)发生了较为明显的短时竖向与横桥向振动,相应加速度响应幅值分别为0.25 m/s2和0.10 m/s2,对应位移幅值分别为0.12 m与0.03 m;主梁竖向振动响应明显大于横桥向振动响应,主梁竖向振动主频为0.183 Hz,与主梁全桥一阶正对称竖弯振型频率0.174 Hz接近;横桥向振动主频为0.117 Hz,与主梁全桥一阶正对称侧弯振型频率0.0975 Hz接近.     

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.     

设置纵桥向粘滞阻尼器的斜拉桥的简化动力模型

漂浮体系斜拉桥的桥塔和主梁之间通常设置纵桥向粘滞阻尼器来控制梁端位移,合理的阻尼器参数需通过全桥有限元模型进行反复试算得到.文中基于此类桥梁的显著动力响应特点,即主梁纵漂振型的贡献占绝对优势,利用结构动力学基本原理提出了考虑附加粘滞阻尼器的漂浮体系斜拉桥三质点简化动力模型.修正了两质点模型在力学模式上的缺陷,并推导出在近断层脉冲型地震作用下的动力响应计算公式,最后以一实际桥梁工程为例,通过比较各简化模型与全桥模型的差异,证明了三质点简化模型不仅可以有效地计算出脉冲型地震作用下斜拉桥的动力响应,还能提供塔梁之间更为精确的相对位移差和速度差,有利于更合理和准确地设计阻尼器参数,验证了三质点模型的合理性.     

大跨双层斜拉桥地震响应控制

以目前跨度最大的双层公路斜拉桥——闵浦大桥为例,基于Abaqus平台建立非线性动力分析模型,研究了非线性粘滞阻尼器、弹性/非弹性连接对该桥地震响应的减震控制效果.多组非线性时程分析研究表明:塔梁间的非线性粘滞阻尼器增大了下塔柱纵桥向弯矩和剪力,对上塔柱影响较小;阻尼指数一定的情况下,塔底纵桥向剪力和弯矩随阻尼系数的增加而增大.由于大跨斜拉桥的振动模态具有密集、低周期的特点,因而其地震响应受地震输入的影响较大;塔梁间增加弹性/非弹性连接会影响桥梁的纵漂振型,进而影响结构的地震响应,因此塔梁间增加弹性/非弹性连接的减震效果取决于输入地震特性以及塔梁间增加弹性/非弹性连接后的动力特性.文中提出采用非弹性连接参数的联合分布以分析其对地震响应的影响,非弹性的初始刚度和屈服位移联合作用对主梁地震响应的影响较为复杂,文中研究表明,其屈服位移对桥梁地震响应的影响较为明显.     

三索面地锚式斜拉桥静力计算分析

目的研究三索面地锚式斜拉桥在成桥状态、均布车载及偏载、温度作用等情况下,对主梁应力、变形及拉索索力的影响.方法以沈阳市某三索面地锚式斜拉桥为工程背景,以有限元为基础,通过桥梁专用软件MIDAS/CIVIL建立有限元计算模型,对全桥整体进行静力计算分析.结果恒载状态下三索面地锚式斜拉桥的成桥索力变化比较均匀,距离桥塔由近至远呈现由小至大的分布规律;主梁上缘最大拉应力为17.05 MPa,最大压应力为30.04 MPa;下缘最大拉应力为13.29 MPa,最大压应力为20.71 MPa;主梁竖向最大位移为33.36 mm,塔顶水平位移为28.94 mm.结论三索面地锚式斜拉桥在恒载及活载等其他荷载作用下主梁应力变化平缓,且数值较小,最大应力发生在墩塔梁固结处;在非对称活载作用下地锚侧对称位置斜拉索索力差值很小,主塔横向设计时可不考虑此项差值的影响;温度作用时对三索面地锚式斜拉桥主梁应力及位移的影响较大.     

车致桥梁振动与黏滞阻尼器参数

目前国内外已通车运营的大跨度悬索桥,在车辆荷载作用下普遍存在因主梁纵向累计位移过大而引起的伸缩缝和支座提前破坏现象。针对该问题,通过在主梁纵桥向设置黏滞阻尼器,并采用非线性时程分析方法对结构进行动力响应分析,研究了阻尼器对车辆荷载引起的纵向振动响应的控制效果及阻尼器参数变化对控制效果的影响规律。结果表明：设置恰当参数的黏滞阻尼器,可以有效抑制悬索桥在车辆荷载作用下的振动响应;主梁梁端最大位移、梁端累计位移和1/4跨处的竖向最大位移随阻尼器参数变化的规律具有一致性。最后,对大跨度悬索桥黏滞阻尼器参数的选用问题进行总结,建议先以车辆荷载作用下的主梁纵向振动位移和阻尼器工作功率为优化目标,再根据地震响应的控制效果确定最优参数。这样既能保证黏滞阻尼器具有足够的安全储备,又能同时实现对地震及车辆荷载的控制。     

大跨度斜拉桥地震反应MR阻尼器半主动控制

应用新研制的MRF-04K型磁流变阻尼器对大跨度斜拉桥的地震反应实施半主动控制．建立了多点不同步地震激励下大跨度斜拉桥MR阻尼器控制的运动方程，采用子空间模态分析法建立了适合大跨度斜拉桥地震反应控制分析的瞬时最优控制算法，数值仿真结果表明，不同地震波激励下斜拉桥的反应幅值相差很大，且在天津波激励下的反应幅值最大，说明大跨度斜拉桥的地震反应对地震波的频谱特性十分敏感；当受El—Centro波激励时，主跨跨中顺桥向位移幅值降低57．0％，塔顶顺桥向位移幅值降低67．5％，主跨跨中竖向位移增大28．3％；行波效应对斜拉桥地震反应的控制效果影响明显，其中主跨跨中和塔顶顺桥向位移响应更加减小，而主跨跨中竖向位移会有所增加．     

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.     

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%.     

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥静风响应分析

自锚式斜拉-悬吊协作体系是一种新型桥梁结构形式,存在着抗风稳定性等技术难题.采用计算缆索承重桥静风响应的方法,研究了金州海湾大桥方案桥在静风作用下,主梁初始攻角与附加攻角、桩基础刚度、缆索体系风荷载和拉索分段对主梁和桥塔静风位移的影响.研究结果表明:附加攻角对方案桥的静风位移影响不大;如果不考虑桩基础刚度的影响会严重低估结构的侧向位移;在缆索体系风荷载作用下的侧向位移占总体位移的20%左右.     

钢板组合梁桥主梁与竖向加劲肋连接细节疲劳应力特征

为研究钢板组合梁桥主梁与竖向加劲肋连接细节的疲劳应力特征,通过建立四跨连续钢板梁桥整体有限元模型以及无横梁处、小横梁处主梁两种节段有限元模型,提取疲劳荷载移动下的两主梁竖向位移差,对比分析无横梁与小横梁两种情况主梁相对竖向位移的差异及原因,进一步提取主梁与竖向加劲肋连接细节应力,讨论无横梁与小横梁两种情况主梁与竖向加劲肋连接细节疲劳应力的差异,得到钢板组合梁桥主梁与竖向加劲肋连接细节的疲劳易损部位。结果表明:车辆荷载对主梁构造应力顺桥向影响范围为荷载所在跨范围内,横桥向对无横梁处主梁的竖向位移差影响效果更大;无横梁处主梁在主梁腹板与下翼缘连接焊缝的焊趾处有较大拉应力,而小横梁处主梁在竖向加劲肋与主梁腹板围焊端部的焊趾处产生更大的拉应力。     

高风速区钢箱梁桥施工过程抗风稳定性分析

 对大跨度钢箱连续梁桥施工过程最大悬臂状态进行非线性气动稳定性分析.提出基于风荷载非线性及结构几何非线性的气动稳定性分析理论.以某跨海大桥为工程背景,进行静风效应及风致抖振效应计算,明确钢箱梁最大悬臂状态位移响应均方根最大值,并以结构一期恒载作用下的位移为初始缺陷,静风力与抖振力作为荷载进行主梁最大悬臂状态非线性气动稳定性验算.结果表明,随着桥位处风速的增加,主梁悬臂端和跨中水平及竖向位移均呈现非线性增长趋势;结构的位移响应随着风攻角的正负变化而产生变化,风荷载的影响不容忽视.由于主梁刚度较大,在120 m·s^-1风速范围内并没有出现失稳临界状态,但悬臂端水平及竖向位移变化幅度较大,为了保证人员安全及合龙顺利进行,提出3 种抗风措施.     

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.     

城际铁路变宽度连续箱梁桥的动力特性

研究了变宽度连续箱梁桥在成桥状态下的动力特性.以某五跨变宽度连续箱梁桥为背景,建立整桥三维空间有限元模型,对大桥的模态进行分析,并选用50年超越概率分别为3%(E1)和10%(E2)两个水准的反应谱进行成桥阶段的地震响应分析.结果表明:E1,E2概率下,变宽度连续箱梁桥制动墩上的内力较大,且顺桥向地震荷载作用对制动墩的内力影响比横桥向地震荷载作用大,竖向地震荷载作用对桥墩轴力影响较大,而对桥梁上部结构位移影响不大,变宽度连续箱梁桥地震反应随桥墩高度增加而增强.建议桥梁设计时,重点考虑固定墩及固定支座的设计,并对固定墩底部进行加固处理,抗震分析时,慎重考虑地震荷载竖向分量取值.通过地震反应谱分析,在规范要求的地震荷载作用下,变宽度连续箱梁桥整体抗震性能良好,满足抗震设计要求.     

强震作用下独塔斜拉桥模型的非线性动力响应分析

建立了基于隐式积分和显式积分的2种有限元模型,对独塔斜拉桥振动台试验中得到的地震响应特性及其破坏模式进行了模拟.然后,利用基于隐式积分的有限元模型,分析了行波效应和索塔梁耦合振动对独塔斜拉桥地震响应特性的影响.结果表明:基于隐式积分的有限元模型可以有效地模拟斜拉桥发生破坏前的地震响应特性,而基于显式积分的有限元模型则可用于模拟独塔斜拉桥在地震作用下发生破坏的全过程;由于输入地震波频谱效应以及视波速各异,行波效应对独塔斜拉桥地震响应特性的影响各不相同;在强震作用下,模型会发生索塔梁耦合振动,导致主塔的纵桥向位移响应明显增加.     

静风荷载下的大跨度斜拉桥稳定性分析

由于风荷载对斜拉桥的作用比较敏感,尤其是对于柔性大跨度斜拉桥。文章基于伯努利方程推导整个断面的3方向静风荷载原理,并采用内外增量双重迭代以及发散机理的数学描述给出静风稳定性计算过程;结合斜拉桥本身特性,分析了某跨江大跨度斜拉桥的横桥向风荷载和竖桥向风荷载的影响;使用大型有限元软件MIDAS/Civil建立桥梁模型,并进行成桥状态静风荷载下的特性分析,据此来评估该桥的静力抗风性能,为相关桥梁的抗风性能分析与设计提供依据。     

超高墩对山区三塔斜拉桥力学响应的影响

多塔斜拉桥是跨越宽阔水面和山谷的一种可行方案。然而,山区多塔斜拉桥的超高桥墩会改变全桥结构的整体刚度,使其力学响应有别于普通的多塔斜拉桥。为研究超高墩对三塔斜拉桥力学行为的影响程度,以某在建的超高墩三塔斜拉桥为例,首先确立了力学响应指标和计算方法,然后分析了桥墩高度、桥墩高差、主梁刚度和主塔刚度对塔顶位移、墩底弯矩、跨中挠度等结构响应的影响规律。结果表明:当桥墩高度增加时,车道荷载和温度荷载所引起的墩底附加弯矩会随之减小,而塔顶的纵向位移和主梁的跨中挠度随之增大;桥墩高差对桥墩的内力影响很大,高差较大时,矮墩会承受更多的弯矩;提高主塔刚度能够更有效的控制结构位移。