基于挠度理论的三塔四跨悬索桥静力特性分析

为研究三塔四跨悬索桥活载效应下的静力特性,拓展单跨悬索桥挠度理论公式,建立了多塔连跨悬索桥挠度理论非线性微分方程组,引入“代换梁法”求解方程组。基于MATLAB语言平台考虑了集中力引起的主缆水平力增量对影响线的非线性影响,开发出基于挠度理论的多塔连跨悬索桥内力线形的程序。研究结果表明:挠度理论解与有限元法的计算结果具有较好的一致性,位移相对最大偏差为5.3%,弯矩最大相对偏差为13.9%; 加劲梁最大挠度发生在两个主跨跨中处; 挠度理论的位移和弯矩大于有限元的计算结果,依此控制结构设计是较安全的。挠度理论在三塔四跨悬索桥设计中具有足够的适用性,可以应用在多塔连跨悬索桥的初步或者概念设计方面。     

大跨径多塔连跨悬索桥结构特性影响因素分析

文章在分析回顾多塔悬索桥结构特性研究进展的基础上,初步总结了多塔悬索桥力学行为规律;基于主缆垂跨比、中塔纵向刚度等参数对结构静、动力性能的影响趋势分析,建立了大跨径多塔悬索桥结构参数选取决策分析模型,使用层次分析法(AHP)对各设计参数进行了重要性排序,得出中塔纵向刚度、主缆垂跨比及加劲梁支承形式是影响结构整体性能的主要因素,指出了设计阶段参数选择的次序。     

地锚式独塔单跨空间双缆面悬索桥结构体系分析

为了得到某地锚式独塔单跨空间双缆面悬索桥合理的结构参数,采用有限元软件计算的方法,研究了该地锚式悬索桥在恒载、活载、温度荷载作用下分别采用1/14、1/15、1/16的垂跨比、45o、60o、75o的边跨主缆锚固方式、π型钢梁和钢桁梁两种加劲梁形式对主缆、吊杆受力及主梁的内力、挠度的变化影响。结果表明：随着垂跨比的增大,主缆、边吊杆受力及主梁的内力和挠度、塔底弯矩逐渐减小;随着锚固角度的增大,主缆背索力、主梁弯矩及挠度、塔底弯矩随之减小,主跨主缆力影响较小。适当增加垂跨比及边跨主缆锚固角度,可改善结构的受力与变形。采用钢桁梁截面形式,主缆力及吊杆力较π型钢梁的大,主梁挠度较π型钢梁的小。相关研究结论将会为该类桥梁的设计结构参数的拟定提供参考。     

特大跨径三塔两跨悬索桥的位移特性初探

泰州大桥采用三塔两跨悬索桥方案,以泰州大桥工程为例,分析了三塔悬索桥与双塔悬索桥位移特征的不同点,并研究分析了塔的刚度、高度、主梁高度、矢跨比变化、边中跨比变化对三塔悬索桥位移特征的影响。     

三塔两跨悬索桥猫道设计与施工

泰州大桥为国内外首座千米级三塔两跨悬索桥,中塔首次采用全钢结构,工程实践经验少,猫道系统作为悬索桥上部结构安装工程最为重要的临时施工设施,其设计和施工尤为重要。在分析三塔两跨悬索桥猫道设计与施工中存在的关键问题的基础上,泰州大桥猫道设计选择了不设抗风缆的四跨连续构造。叙述猫道结构的总体设计以及猫道承重索及扶手索、锚固系统、猫道面层、横向通道等细部设计,并分别描述了猫道牵引系统施工、承重索施工、面层系统施工等猫道施工工序,为今后三塔连跨悬索桥猫道设计与施工提供有力的参考依据。     

三塔悬索桥结构竖向刚度及主缆抗滑需求

为研究不同跨径三塔悬索桥对于结构竖向刚度及主缆抗滑安全的综合需求特征,构建了主跨500～1 500 m范围内的6座三塔悬索桥计算模型,通过改变中塔纵向刚度,对加劲梁竖向挠度及主缆抗滑安全系数进行了计算分析,并探讨了将主缆抗滑安全系数限值进行折减的合理性.研究表明:跨径越大的三塔悬索桥越易满足结构竖向刚度及主缆抗滑安全的要求,有效缓解了中塔效应问题;中塔纵向刚度对结构刚度、塔顶偏位及主缆抗滑安全系数均有较大影响,但该影响随中塔纵向刚度的提高而趋于恒定;适当增大缆-鞍间摩擦系数后,三塔悬索桥桥跨布置及中塔纵向刚度的合理设计区间大幅拓宽;杆系模型配合规范计算公式得出的主缆抗滑安全系数要比多尺度模型结果小21%～30%,因此建议可偏保守地对规范抗滑安全系数限值进行15%的折减,即由2.0降低至1.7.     

独塔悬索桥基本参数研究

基于挠度理论以及等代梁法,分析矢跨比和高跨比对主缆和索塔用量的经济性影响和结构受力变形的影响,得出矢跨比和高跨比在经济性和结构刚度方面的各自适用范围.为验证建议范围内的矢跨比和高跨比可以满足结构经济性的同时亦满足结构的受力变形要求,试设计一座独塔双主跨悬索桥,并与中国某三塔悬索桥进行比较分析.结果表明:独塔悬索桥主缆用...     

多塔连跨悬索桥受力特性分析

跨海大桥建设的兴起,需要我们探索更大跨越能力的桥梁结构形式.本文以泰州长江公路大桥的模型为基准,计算分析了3塔4跨悬索桥及4塔3跨悬索桥,并与基准模型进行了对比.经过计算分析连跨效应对主塔、主缆、抗滑移安全、加劲梁的影响,以期对工程建设方案选取有所借鉴.     

双缆悬索桥体系的力学特性(Ⅰ)

鉴于双缆体系在多塔悬索桥中的应用前景,研究了双缆悬索桥体系的基本力学特性,主要分析了双缆体系在承受满布均布荷载时,荷载在上缆与下缆间的分配情况,推导了主缆竖向刚度表达式.研究表明,均布荷载在上缆与下缆间的分配比例取决于缆的截面参数及垂跨比,垂跨比越大,承受均布荷载时主缆的竖向刚度越大.由以上关系导出主缆在均布荷载下由缆...     

双塔单跨混合梁自锚式悬索桥缆梁同步施工方案

针对双塔单跨混合梁自锚式悬索桥传统上"先缆后梁"总体架设方法修建临时锚固体系造价高、工期长,且由临时锚固体系转换到永久锚固体系过程中工序复杂及"先梁后缆"总体架设方法工期长、成本高、风险大的弊端和不足,以株洲枫溪大桥为工程背景,提出"缆梁同步"施工方案。分析了不同跨径、垂跨比下锚固处空缆水平力的大小,计算了单墩所能抵抗最大不平衡水平力的量值,确定了该施工方案的可行范围。研究结果表明:(1)锚固处空缆水平力随跨径的增大而增大,随垂跨比的增大而减小。(2)跨径100~300m、垂跨比1/6.0~1/4.0、锚固处空缆水平力在2 900kN以内;跨径100~300m、垂跨比1/8.0~1/6.0以及跨径300~450m、垂跨比1/6.0~1/4.0时,锚固处空缆水平力在6 400kN以内;跨径300~450m、垂跨比1/8.0~1/6.0时,锚固处空缆水平力都在6 400kN以上,最大值超过10 000kN。(3)该不平衡水平力由锚固处以下边墩承受,跨径100~300m、垂跨比1/6.0~1/4.0的该类桥梁可实施该方案。(4)墩顶适量配重,或边墩受拉区配置一定预应力筋,或在设计阶段增大边墩截面或惯性矩,能使该方案在墩高更高、跨径更大而垂跨比更小的该类桥梁中实施。该成果在依托工程中的应用效果良好。     

人行悬索桥竖向荷载作用下简化计算方法

为解决人行悬索桥在竖向荷载作用下计算挠度变形过程繁琐、有限元分析复杂等问题,根据人行悬索桥柔性较大的结构特征,忽略其加劲梁的刚度作用,考虑主缆IP点处位移、边缆垂度效应、几何非线性等因素,提出了一种简化计算方法.对不同跨度、不同矢跨比桥梁的主缆无应力长度和跨中挠度变形进行了试算,并根据试算结果对简化计算方法的适用范围和误差进行了分析,验证了计算方法的计算精度和适用范围.以跨度为117 m的人行悬索桥为例,利用本文计算方法对该桥分别在成桥状态和受竖向荷载作用时的悬索桥力学性能进行了分析,并与有限元分析和试验检测结果进行了比较.结果表明:本文所提简化计算方法实用性较好,能在实际工程中为人行悬索桥快速求解和有限元分析校核提供参考.     

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。     

活载下悬索桥主缆变形特性

分别研究了悬索桥塔顶位移、主缆的弹性伸长及不平衡均布活载作用下的主缆的变形特性.研究了塔顶位移及主缆伸长与主缆垂度变化的关系,垂跨比越小,主缆垂度改变量越大,并给出了相应的解析式.通过能量守恒与主缆中力的平衡关系研究了使主缆产生最大竖向位移的均布荷载加载形式.研究表明,在假定主缆不可伸长的情况下,最不利加载并非为半跨加载,不平衡活载引起的最大挠度仅与恒活载之比及主缆垂度有关,并给出了相应的计算公式.根据实际工程建立有限元模型对上述公式进行了验证,结果与理论值符合良好.     

双缆悬索桥体系的力学特性(Ⅱ)

研究了双主缆悬索桥体系在承受不平衡活载时的力学特性——双缆体系根据荷载在上缆与下缆间的分配情况,可等效为一根虚拟主缆;单跨加载时,加载跨主缆内力增大,非加载跨荷载由下缆向上缆转移,虚拟缆垂度减小,以达到与加载跨主缆的内力平衡.根据加载跨与非加载跨主缆水平力相等的关系,通过求解虚拟缆的垂度,得到了荷载在上缆与下缆间的分配比例,建立了有限元模型进行验证,并与理论值进行了对比.结果表明,双缆体系在承担不平衡活载时,其塔顶位移及跨中挠度远小于传统悬索桥.     

三塔悬索桥汽车效应几何非线性

以主跨为2×1 080 m的泰州长江大桥为研究对象,分别采用线性挠度理论、非线性-UL增量理论和非线性-CR全量理论,计算三塔悬索桥的主梁挠跨比、中塔受力、中塔主缆抗滑安全系数等控制指标,研究其汽车效应几何非线性影响。研究结果表明:非线性-CR全量理论精度和效率最高,但需要独立开发软件;采用非线性-UL增量理论计算3个指标的最大误差仅为0.3%;广泛采用的线性挠度理论计算3个指标的误差分别为6.6%、4.5%、-2.64%,误差较大,不能满足三塔悬索桥精细化分析的要求。     

考虑风速空间分布的三塔悬索桥静风稳定分析

为了研究平均风速空间分布对大跨桥梁静风稳定性的影响,将风速空间分布系数引入到大跨桥梁静风稳定性计算中,建立了考虑风速空间分布的静风稳定分析方法.以马鞍山大桥为算例,分析了平均风沿展向的不均匀分布对三塔悬索桥静风失稳临界风速和失稳形态的影响.结果表明:风速非对称分布且风速最大值位于任一跨跨中时的静风失稳临界风速最低.风速非对称分布时,低风速下两跨扭转位移和竖向位移的变化趋势类似,随着风速增长,风速较大的一跨变形加剧,由于主缆的牵扯作用,另一跨只能以相反的趋势变化.风速空间分布对三塔悬索桥静风稳定具有较大影响,不可忽略.     

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.     

中央扣对三塔悬索桥地震反应的影响

针对三塔悬索泰州长江大桥这一特殊桥型,基于Abaqus台建立了该桥的空间动力有限元模型并进行非线性动力分析.研究了地震作用下,缆梁间刚性中央扣对三塔悬索桥塔梁位移、塔柱内力以及塔梁间弹性拉索的影响.研究结果表明:中央扣对三塔悬索桥动力特性有不可忽视的影响;由于中央扣增强了缆梁间相互作用,在地震作用下,中塔横向位移与加劲梁跨中竖向位移均有所增加,中塔柱纵桥向剪力有所减小;中央扣限制了加劲梁纵向位移并减小了加劲梁对中塔下横梁的作用,但边塔柱底扭矩有所增加.     

三塔双跨悬索桥动力特性分析

桥梁结构的动力特性对进行桥梁的动力性能设计、健康检测和维护具有十分重要的意义,而三塔双跨悬索桥具有和传统的大跨径悬桥不完全相同的静、动力性能。针对泰州大桥工程实例,通过ANSYS有限元分析软件研究了三塔双跨悬索桥在成桥阶段和施工阶段的动力特性,并与传统的悬索桥作比较,得出了一些有意义的结论,供工程设计人员参考。     

移动荷载作用下三跨钢-混组合连续梁桥面铺装动态响应

为研究移动荷载作用下三跨钢-混组合连续梁桥面铺装层响应,建立了一种三跨钢-混组合连续梁模型,桥面铺装层采用沥青混合料黏弹属性,移动荷载采用DLOAD与UTRACLOAD子程序实现.结果表明,上面层、下面层、水泥混凝土层及钢板层的最大垂向挠度值比纵梁大17%.由于纵梁与横梁支撑,纵梁的最大垂向挠度比非纵梁小6.6%,横梁最大垂向挠度比非横梁小3.1%.剪力钉与混凝土全接触时的竖向挠度最大,黏结与接触共同作用时的竖向挠度次之,全黏结时的竖向挠度最小.桥面铺装层承受垂向压应力,上、下面层承受横向压应力,钢板层承受横向拉应力,上面层与水泥混凝土层承受纵向压应力,下面层既承受纵向压应力又承受纵向拉应力,钢板层承受纵向拉应力.