大跨径三塔缆索承重桥力学性能研究

分别建立了三塔缆索承重桥3种桥型的有限元计算模型,通过对比研究,给出了3种桥型的一些力学特性.进行主跨为1 400m的3种桥型方案试设计,论证了3种桥型的可行性,给出了三塔缆索承重桥的一些经济特性.对比了3种桥型的施工方法,论述了施工期间力学性能较佳的桥型.研究结果表明:协作桥的中塔主缆抗滑移稳定性较难满足设计要求;3种桥型索塔的轴力相近,而斜拉桥主梁的轴力很大,稳定性相对较差;斜拉桥扭弯频率比最大,比悬索桥大37%左右,比协作桥大8%左右;协作桥经济性能较佳,其单位面积造价比斜拉桥和悬索桥分别少29%和15%;悬索桥的施工工艺较为成熟,施工期间具有更好的稳定性.     

中塔刚度对三塔缆索承重桥动力特性影响研究

为研究三塔缆索承重桥中塔刚度的合理取值,本文以马鞍山长江公路大桥和武汉二七长江大桥为例,探究中塔纵桥向弯曲刚度、横桥向弯曲刚度和扭转刚度与三塔悬索桥和三塔斜拉桥的动力特性的关系。研究表明:三塔缆索承重桥某些振型的频率受中塔刚度变化影响较大,并表现为振型频率随刚度放大而迅速增大,然后增大的趋势逐渐放缓,直到趋于稳定值。例如,三塔悬索桥中塔纵桥向弯曲刚度放大5倍时一阶反对称竖弯频率增大37.2%,而100倍时增大为38.0%。     

超大跨径CFRP缆索悬索桥静力性能

为研究超大跨径CFRP缆索悬索桥的静力特性,并比较其与传统钢悬索桥静力性能的区别,探索性设计了主跨分别为2000 m、3000 m的CFRP缆索悬索桥和钢缆索悬索桥,以及主跨为5000 m的CFRP缆索悬索桥,采用有限元法对比分析了这几种悬索桥在恒载、汽车荷载以及温度作用下的内力和变形.结果表明:在恒载作用下,随着跨径的增大,结构内力迅速增大,且跨径越大增长速度越快,相同跨径条件下,CFRP缆索悬索桥主缆张力、吊索平均索力均小于钢缆索悬索桥的相应值,但加劲梁最大弯矩值略大;在汽车荷载作用下,CFRP缆索悬索桥的竖向位移稍大于钢缆索悬索桥的相应值;在温度作用下,CFRP缆索的内力增量和竖向位移较钢缆索的相应值小很多.     

主跨1600m自锚式斜拉桥的静力特性分析

以主跨1 600 m的双塔三跨自锚式斜拉桥为基本研究对象,建立有限元分析模型,计算该跨径斜拉桥结构体系在恒载、活载、风荷载以及各种荷载组合下的结构静力响应情况。通过试设计方案的整体结构计算和参数分析,进一步摸清该跨径斜拉桥的静力力学特性,论述该跨径斜拉桥采用常规的双塔三跨自锚式全钢箱梁斜拉桥结构体系的技术可行性。     

大跨度CFRP缆索悬索桥的抗风稳定性能

以主跨为2 000～5 000m的悬索桥为研究对象,利用悬索桥静风稳定和颤振稳定的非线性有限元计算方法,分析了CFRP(碳纤维增强塑脂)缆索悬索桥的抗风性能.对比研究指出,采用了CFRP缆索后,静风失稳风速将降低,而颤振失稳风速则略微提高,这是由缆索质量降低和扭转基频提高的综合作用引起的.为了进一步提高CFRP缆索悬索桥的抗风性能,讨论了一系列相应的改善措施,并对其有效性进行了验证.结果表明:增大矢跨比对提高抗风性能有一定的作用;当主跨为3 000m级或以下时,可以采用辅助拉索;当主跨达到4 000m级时,可以采用带有稳定板的中央开槽箱梁;当主跨超过5 000m时,则应采用分离式中央窄断面或宽开槽断面.     

下期文章摘要预报

缆索支承桥梁模态阻尼特性及理论分析郭震山 ,陈艾荣　　在广泛收集国内大跨缆索支承桥梁的模态阻尼实测资料的基础上 ,通过对收集到的实测资料进行统计分析 ,研究了 2种缆索支承桥梁———斜拉桥和悬索桥的模态阻尼特性 .在现有的基于能量耗散的模态阻尼计算方法的基础上 ,发展了一种缆索支承桥梁模态阻尼计算方法 ;利用模态阻尼实测数据 ,得到了结合梁斜拉桥、混凝土斜拉桥和钢悬索桥子结构的损失系数 ,然后利用该方法计算了南浦大桥、武汉长江二桥和虎门大桥的模态阻尼 .一种新型的光子晶体压力传感器许震宇 ,张若京 ,龚益玲　　通过研究…     

空间缆索体系对自锚式悬索桥的动特性影响研究

为了探索理想的自锚式悬索桥缆索体系以提高桥梁在地震作用下的稳定性,以吉林某自锚式悬索桥为工程实例,设计另外两种不同缆索体系的自锚式悬索桥。运用自振特性的研究方法对其自振特性进行分析;运用时程分析方法,对其自地震作用下的稳定性进行分析。结果表明：自锚式悬索桥采用内倾式空间缆索体系时,结构的侧弯及扭转频率增大,对动力特性有利;采用外倾式空间缆索体系时,结构的侧弯及扭转频率减小,对动力特性不利;在纵向地震波作用下,外倾式与平行缆索体系的结构响应更小;在横向地震波作用下,内倾式与平行缆索体系的结构响应更小。     

空间缆索悬索桥的主缆线形分析

用空间分析模型 ,考虑了主缆和吊索的耦合效应和鞍座的影响 ,采用数值解析法对空间缆索悬索桥成桥状态和空缆状态主缆线形进行分析 ,然后通过算例验证了所提方法的正确性 .计算表明 ,该方法具有使用方便、计算速度快、精度高等优点 ,并适用于多跨空间缆索悬索桥、纵桥向斜吊索及常规悬索桥     

自锚式双塔斜拉桥的力学参数研究

基于近似计算解析公式,建立了自锚式双塔斜拉桥的静力行为力学评价体系,总结了自锚式双塔斜拉桥的力学评价指标和力学参数.针对双塔斜拉桥各种结构体系力学评价指标,分析其各个影响因素的敏感性;针对各种力学参数,研究了其变化时对双塔斜拉桥结构体系力学性能的影响.研究成果为自锚式双塔斜拉桥方案阶段的概念设计提供了参考依据.     

桥塔刚度对悬索桥的影响分析

为了研究悬索桥中桥塔刚度对悬索桥整体刚度的影响,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建立了双塔单跨悬索桥计算模型,该计算模型中跨主缆的跨度为1 650 m,加劲梁为单跨简支结构体系。通过比较不同桥塔刚度（相对原型的0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2及1.3倍）情况下悬索桥受力的变化,分析桥塔刚度对悬索桥受力的影响。同时,随着越来越多的多塔多跨悬索桥的建造,笔者也研究了中间桥塔刚度变化对多塔多跨悬索桥受力的影响。     

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.     

超大跨斜拉桥地震行波效应分析

对多点激励下的振型方程进行了推导,简化成类似于一致激励下的振型方程形式,导出多点激励下的振型参与系数和振型等效地震波,从而可由反应谱判断多点激励对结构振动的影响.以一座试设计的主跨1 400m斜拉桥为例,采用振型分析法分析了考虑行波效应的超大跨斜拉桥振动机理。通过拟静力法分析了行波效应引起的各支承点地震动位移的差异对超大跨斜拉桥结构变形的影响,同时,利用位移输入法,对超大跨斜拉桥进行了地震时程分析,研究了行波效应对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震损伤的影响.研究结果表明:行波效应减小了耗能辅助墩的耗能作用,增大了桥塔的地震损伤,对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震反应的影响是不利的.视波速为1 000~3 000m·s-1范围内的长周期地震动作用下行波效应的影响尤为显著,因此在超大跨斜拉桥地震反应分析时必须考虑.     

采用拉索减震支座的斜拉桥地震易损性分析

利用易损性方法对斜拉桥设置拉索减震支座与否进行了细致的研究,并得到了塔底弯矩和墩梁位移的易损性曲线.通过基于概率的分析研究表明,拉索减震支座能够有效地限制墩梁的相对位移,同时还能够适当地减小塔底的弯矩.对斜拉桥安装拉索减震支座的减震机理进行探讨表明,依靠摩擦增加阻尼以及通过拉索改变地震力的传力路径是减小斜拉桥地震响应的主要方式.     

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。     

基于随机有限元法大跨度斜拉桥体系可靠度分析

大跨度斜拉桥由于存在众多不同的失效模式,导致其体系可靠度分析比较困难。但在众多失效模式中,仅有主要的失效模式对整个结构系统的失效概率起决定性作用。β约界法是体系可靠度分析中一种简单而精确的用于搜索主要失效模拟的方法。在β约界法搜索失效模式的过程中,需计算各个单元的可靠度指标。基于有限元的可靠度分析方法是一种高效和精确的可靠度计算方法,用该法研究了一座大跨度斜拉桥的体系可靠度问题。分析结果表明索的失效在整个斜拉桥的失效中起关键作用。     

Research on the stiffening girder erection sequence of three tower suspension bridge

Compared to the conventional two-tower suspension bridge, the three-tower suspension bridge has obviously different characteristics in structural performance because of the extra middle tower and main span. The construction sequence for the stiffening girder is significantly different between the three-tower suspension bridge and the two-tower suspension bridge. The tangential angle of the main cable is one of the controlling factors of the stiffening girder erection stage for a suspension bridge. According to 5 feasible cases for the stiffening girder erection scheme in Taizhou Bridge, the research about the tangential angle in each case mentioned above was made, and some factors that should be taken into account for the erection scheme of stiffening girder were pointed out.     

预应力砼斜张桥结构空间分析

本文对大跨度的斜张桥进行空间分析，推导出在用空间分析时的一般情况下索面单元的刚度矩阵和平行索情况下的刚度矩阵，用推导出的结果分析了一个工程算例，计算结果表明对于大跨度的斜张桥采用空间分析是必要的。     

预应力混凝土斜拉桥施工控制新进展

在预应力混凝土斜拉桥的施工中几何线形和结构内力的控制非常重要,据此介绍近年来我国在这一方面的新进展,应用现代工程控制理论中自适应控制的思想形成控制系统,其中主要在结构参数辨识和现浇主梁底模标高的实时修正等关键技术上有了突破,并经过几座大跨预应力混凝土斜拉桥的实践取得了成功的经验。     

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.     

多塔斜拉桥纵向约束体系研究

为确定多塔斜拉桥纵向合理的抗震约束体系,以我国某六塔斜拉桥为研究对象,分析研究了塔梁纵向四种不同固结约束下的结构动力特性和线性地震反应.计算结果表明,对于多塔斜拉桥,仅从调整塔梁纵向固结约束位置的角度出发,部分塔梁固结体系不是理想的抗震体系;塔梁纵向全固结体系和全漂浮体系都有助于减小结构地震反应在各塔的分配差异,但将纵向全漂浮的多塔斜拉桥应用于软土地基时,需关注边塔的抗震设计和结构的纵向位移.