空间缆索悬索桥体系转换方案研究

为探索空间缆索悬索桥合理的体系转换方案,以主缆空间效应显著的江东大桥为原型,按照几何缩尺比1∶16设计了全桥缩尺模型,利用该模型进行了3种体系转换方案。体系转换后模型的索力及线形与理论计算非常一致,说明所采用的计算方法在吊索力控制、线形控制方面具有足够的精度。结果表明,通过调整吊索的张拉次序可以解决部分吊索安装前后横向角度差变化大的问题;由于主缆的扭转刚度难以准确确定,为减小施工误差,可通过扭转角的实测数据及时修正索夹空间安装角度,同时吊索索夹应尽量延迟安装紧固。     

自锚式悬索桥吊索不接长体系转换方案及索鞍数值模拟

为降低自锚式悬索桥体系转换施工费用、提高施工效率、简化分析过程，以抛物线理论为依据，推导出主缆垂度的影响参数，结合各参数的可控性、敏感性，通过调整主索鞍顶推和吊杆张拉策略，提出3阶段2轮张拉吊索不接长体系转换方案。为在有限元计算时精确模拟方案中主、散索鞍施工状态，将索鞍圆心点与塔顶或散索鞍底座中心点建立刚臂和主从约束两个边界，通过激活、钝化刚臂模拟索鞍临时固定和滑移状态，通过设置索鞍圆心点强制位移模拟索鞍超顶状态。以双塔3跨和独塔2跨2座自锚式悬索桥为例，根据现场实际情况分别制定了2套吊索不接长体系转换方案，并建立有限元模型对2座桥梁体系转换过程进行模拟和分析。结果表明：自锚式悬索桥主跨是避免吊索接长的关键桥跨，主缆跨径和主缆长度是影响主缆垂度、避免吊索接长的关键可控参数；通过增大主缆初期变形可有效避免吊索接长，实施方案为张拉主跨长出段吊索使主索鞍超前就位，以改变主缆跨度；提前施工部分二期恒载、加劲梁在第1轮吊索张拉后脱架，以增加主缆弹性伸长。由2座桥梁实例分析结果可知，体系转换前期主索鞍可控滑移、超前就位，后期对称张拉桥塔两侧吊索，使主缆和主索鞍间的抗滑移安全系数和桥塔应力均变化平稳，所提方案和索鞍模拟方法达到了预期目的，可为同类型自锚式悬索桥体系转换提供参考。     

基于几何非线性的自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥索力计算

目的研究确定自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥状态时构件的空间位置和缆索的成桥索力．方法根据无应力索长和索力的概念推导了无应力索长的索力不变原理,提出了自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥索力的计算方法．结果运用该方法对大连跨海大桥的设计方案进行了计算分析,利用该方法计算得到的成桥状态下斜拉索和吊索的索力均匀,主缆线形平顺．除主塔附近的加劲梁由于索距较大造成弯矩较其他区域偏大外,其他区域弯矩分布均匀合理,加劲梁的最大弯矩为14716kN·m．主塔弯矩较小且塔顶水平变位接近于零．结论计算结果表明利用该方法能够按照要求得到该类桥梁的合理成桥索力,并且通过非线性迭代计算得到的缆索无应力长度可以直接应用于施工阶段分析．     

无索区长度对矮塔斜拉桥活载效应的影响

矮塔斜拉桥在梁段内存在无索区,怎样设置这些无索区合理地布置斜拉索,使斜拉索结构与连续体系梁结构协调地工作,是设计人员关心的问题。基于此,将典型的3跨矮塔斜拉桥梁段内无索区的分布以主塔附近无索区长度、中跨跨中无索区长度以及边跨端部无索区长度3个参数表示,并以此3个参数为研究对象进行结构行为的影响分析。以某大跨度矮塔斜拉桥方案的结构数据为基础,建立(ANSYS)结构有限元模型。在此模型的基础上,设置3个参数可能的合理变化范围,构造其他工况的结构有限元模型。利用参数化设计语言(APDL)编制计算程序,分析参数变化对车辆荷载作用下主梁内力和变形的影响,从而得出主梁在活载作用下合理的无索区长度及分布的范围,为矮塔斜拉索立面布置的优化设计提供参考。     

矮塔斜拉桥施工控制

以某大桥为背景,介绍了矮塔斜拉桥施工控制的原则和目标.结合钢绞线斜拉索的自身特点,介绍了钢绞线斜拉索的张拉方法,根据矮塔斜拉桥结构的特点,提出以控制主梁上下缘应力的原则,索力一次张拉到位的控制方法,使斜拉索索力和主梁线形均达到了设计要求.     

自锚式悬索桥体系转换实用计算分析

为设计阶段更简洁方便地计算自锚式悬索桥在其体系转换过程中各吊索的张拉力,提出一种基于主缆内力状态计算吊索力的实用计算方法,根据吊索张拉完成的程度将主缆划分为张拉完成段与自由悬挂段两部分,借鉴结构力学中位移法的求解思路,首先在主缆相应吊点处添加约束使主缆张拉完成段内力与目标状态内力一致,然后释放约束使各主缆节段自由变形达到平衡得到该工况下的主缆状态.综合考虑约束释放前后各主缆节段能量守恒以及主缆的变形协调条件,建立主缆平衡方程求解得到体系转换完成后各主缆节段内力状态.再根据自锚式悬索桥各主缆节段间的竖向不平衡分力,求得该工况下各吊索力.通过与工程实例中的试验结果对比,结果表明:此方法计算方便简洁,无需依赖于上一阶段的效应状态,且计算精度满足要求,可用于一般跨径自锚式悬索桥的体系转换分析以及结构设计分析,对结构设计、优化具有一定的指导作用.     

高墩大跨矮塔斜拉桥结构体系及静力性能研究

为研究高墩大跨矮塔斜拉桥的结构静力性能及其合理结构体系,以一座主跨265 m的高墩大跨矮塔斜拉桥洪溪大桥为工程背景,参照国内外矮塔斜拉桥的设计参数,通过改变主梁高度、边主跨比、塔根无索区长度、跨中和边跨端部无索区长度、桥塔高度、桥塔刚度、桥塔结构形式、斜拉索布置形式和桥墩刚度等结构设计参数,分析各个设计参数对高墩大跨矮塔斜拉桥的主梁内力和位移、塔的内力和位移以及斜拉索索力等结构静力性能的影响,并探讨各自的合理取值范围,为高墩大跨矮塔斜拉桥设计提供参考。     

塔梁分离式悬索桥动力及抗震性能

针对塔梁分离式悬索桥具有塔底不等高及设置地锚索等特点,以矮寨桥为背景,基于9组空间有限元模型从主梁的支承条件、吊跨比以及地锚索的数量三个方面进行桥梁结构模态以及抗震性能分析.结果表明:在动力特性方面,塔梁分离对悬索桥振动模态影响十分微小,而吊跨比的增加会使悬索桥的整体刚度下降,加设地锚索能很大程度提高结构整体刚度;在抗震性能方面,塔梁分离提高了悬索桥横桥向的抗震性能,纵桥向基本无提升,随着吊跨比增大,主梁内力及位移响应减小幅度较大,而主缆和吊索内力几乎无变化,地锚索主要影响纵桥向地震响应,减小主塔位移与内力,降低了主缆与端部吊索的应力响应.     

大跨度斜拉桥施工过程中的索力控制方法

针对平行钢绞线斜拉索施工过程中的索力控制问题,根据逐根张拉的斜拉索施工工艺,建立了张拉过程中索-梁-塔的力学模型;并以斜拉索索力均匀为目标,按正装分析法推导了挂索时单根钢绞线的张拉力计算公式。在此基础上结合等值张拉法,消除了挂索期间温度变化对钢绞线张拉力的影响,并给出了施工和运营过程中的索力测量方法。北方某斜拉桥的工程实践表明：根据该方法确定的单根钢绞线张拉力进行张拉,能够得到较均匀的索力;不论单根钢绞线拉力还是总索力,误差都在5％以内,均能满足施工控制的精度要求;该方法可供同类型斜拉索施工参考。     

沈阳市三好桥钢拱塔拉索施工关键技术研究

目的 系统研究斜拉索和水平索组成的混合体系斜拉桥的拉索张拉方法、施工工艺及施工关键技术.方法 以沈阳市三好桥拉索施工为研究对象,针对由斜拉索和水平索组成的混合体系相互影响的特点,从理论上分析钢绞线拉力均值性和索力之间的关系.结果 导出控制等值张拉法的张力计算公式.三好桥拉索施工关键技术为:首先进行水平索施工,一侧水平索先张拉到90%的初索力,待另一侧同索号的水平索安装初张拉后,两根水平索同时张拉至100%的初张拉力,水平索全部张拉完成后,再进行斜拉索的施工.结论 对于钢拱塔斜拉桥拉索施工,需要处理好水平拉索的安装张拉带来的低应力锚固状态不利问题,把握住先水平索张拉,再进行斜拉索张拉的关键技术,混合体系索才能安装成功.     

斜拉桥恒载索力长期变化趋势分析与评估

为获取恒载索力,以在役斜拉桥封闭交通时的索力监测数据为研究对象,通过温度与索力的相关性分析,得到索力与温度呈线性关系的结论,并通过有限元模型计算结果进行验证;通过有限元模型对不同斜拉索索力的温度敏感性进行分析,得出温度对塔两侧较短索、边跨辅助墩附近较长索以及中跨长索索力影响较大的结论;利用斜率关联度和变权综合原理,根据成桥后9年内的数次封桥监测数据,对索力状态进行评估.结果表明,提出的索力评估模型能有效反映索力的均匀变化和非均匀变化趋势.     

超大跨径三塔悬索桥加劲梁吊装方案

为了寻找超大跨径三塔悬索桥建设中更为有利的加劲梁吊装方案,以主跨2 000 m三塔悬索桥为对象,运用参数分析结合有限元数值模拟的方法研究了主、边跨加劲梁不同吊装顺序对边塔鞍座偏移量、主缆线型、合龙位置、合龙段施工方法以及吊装过程中结构动力响应的影响.结果表明,超大跨径三塔悬索桥主跨加劲梁宜从跨中向索塔方向吊装,边跨加劲梁宜从锚碇向边塔方向吊装,该方案下主缆水平倾角小,扭转基频较大,颤振稳定性更好,且采用预偏合龙方法时所需要的牵引力小,因而按该方案吊装对桥梁建设更为有利.     

弹性索参数对三塔悬索桥抗震性能影响研究

以一座三塔悬索桥为分析对象,采用有限元仿真分析法,研究了中塔、主梁间设置弹性索对该桥抗震性能的影响。针对不同弹性索参数,比较了结构主要构件和部位的内力及位移的地震响应结果。分析结果表明,选用合适的弹性索刚度时,可以显著减小主梁位移、主塔位移和中塔与主梁间的相对位移,减小边塔底内力,而中塔底内力增加很小。弹性索不是耗能装置,只能改变惯性力的传递途径,使结构体系惯性力分配更加合理。     

考虑塔梁影响的交叉索多塔斜拉桥中塔抗推刚度估算公式

为深入研究交叉索的作用机理,基于变形协调原理,忽略边塔水平小位移,推导了在塔、梁自身刚度影响下,交叉索对多塔斜拉桥中塔约束刚度的估算公式,并进行算例验证.研究结果表明:推导的公式解与有限元解的误差在8%以内,满足斜拉桥概念设计的精度要求.跨中交叉拉索可以使主梁挠度减小,进而提高多塔斜拉桥的整体刚度.多塔斜拉桥整体刚度随交叉索数量的增加而增大,设置10对交叉索后中塔位移减小量高达51%,但刚度增大趋势逐渐减缓.对于交叉索多塔斜拉桥而言,桥塔自身刚度的改变对中塔抗推刚度的影响大于主梁,但二者皆小于跨中交叉索对中塔抗推刚度的影响.     

多塔斜拉桥交叉索的纵向约束刚度

为明确交叉索对于提高多塔斜拉桥刚度的效果,建立带跨中交叉索多塔斜拉桥的力学模型.选取一个主跨作为隔离体,并将部分交叉索等效为竖向弹簧,研究交叉索的作用机理,推导交叉索对桥塔纵向约束刚度的解析公式.研究表明,当桥塔发生纵桥向位移时,梁段重量在交叉索中重新分配,导致交叉索的索力发生改变,从而产生对桥塔的约束作用.交叉索对桥塔的约束作用取决于交叉索的长度,水平投影长度以及交叉索的轴向刚度.建立三塔四跨有限元模型对解析公式进行验证,有限元结果与公式理论值符合良好,公式可有效估算交叉索的纵向约束刚度.数值分析表明,采用交叉索与增大桥塔或主梁刚度均能有效增大结构刚度,在桥塔及主梁刚度较低时,交叉索对增大结构刚度的效果尤其明显.     

蝶形拱桥的索力非线性及影响因素分析

蝶形拱桥由于造型独特使得其非线性受力行为较之普通拱桥更加难以掌握,传统的未充分考虑非线性影响的设计方法已不再适用.在自编程序的基础上,全面分析了蝶形拱桥的索力非线性及影响因素.结果表明:均布荷载作用下,主吊索力的非线性系数与索力值成反比;3种索中主吊索的垂度对索力的影响最大;对于主吊索力,拱肋单元的梁柱效应在全部梁柱效应中的比例并不大;密索布置时,不考虑索的垂度效应得到的斜拉索力偏于不安全;偏载荷载越靠近索面,索力受非线性因素的影响越小;主吊索采用斜索形式后,使得自身的非线性效应降低,而斜拉索和副吊索的非线性效应增大.     

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥梁动力性能

讨论了自锚式斜拉-悬吊协作体系在主梁、辅助墩及主塔基础等不同约束方式下结构动力特性。通过分析得出该体系桥梁自振周期长,振型密集且振型间相互耦合;缆、塔、梁共同参与振动,提高了结构的扭转频率,结构的抗风稳定性较好;加劲梁受到主缆水平分力和斜拉索水平分力的共同作用,降低了结构的弯曲刚度,需加大截面尺寸;桥梁各阶振型频率随主梁弹性约束刚度的增加而增加,一阶纵飘频率受弹性约束刚度影响比较显著,其他振型频率影响较小;通过设置边跨辅助墩,可以提高协作体系的结构刚度,增加各阶振型的频率;主塔对结构动力特性的影响取决于基础对塔底的约束强度,当群桩基础足够强大时,其自振频率仅略小于沉井、沉箱基础。