大跨径斜拉桥静风稳定性的参数研究

随着斜拉桥跨径的不断增大,空气静力失稳现象已引起了人们的广泛重视.本文用作者导出的大跨径斜拉桥非线性静风稳定性的方法,编制了计算软件BNAP.对一座主跨1000m的斜拉桥的静风稳定性进行了参数分析与比较,给出影响大跨径斜拉桥静风稳定性的主要参数.     

大跨度桥梁空气静力失稳机理研究

在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上提出一种大跨径桥梁空气静力稳定性的计算方法 ,并编制了相应的计算软件BNAP。然后分别对汕头海湾二桥 (斜拉桥 )和虎门大桥 (悬索桥 )的空气静力稳定性进行了计算。从计算结果中主梁跨中点处位移随风速的变化图入手 ,选取几个关键点 ,结合这几个关键点处结构的变形情况和对应的三分力系数变化情况 ,详细探讨了结构空气静力失稳机理     

西堠门大桥成桥状态的非线性静风稳定性分析

根据国内外风洞模型试验成果,在强静风荷载作用下,大跨径桥梁静力失稳的临界风速可能低于动力失稳的临界风速,因此对大跨悬索桥进行静风稳定性分析不可或缺。以西堠门大桥为工程背景,考虑静风荷载的非线性和悬索桥结构的几何非线性,然后运用增量和迭代相结合的计算方法,利用大型有限元ANSYS软件和现有的文献资料对该大桥成桥状态的静风稳定性进行分析,并与线性分析方法进行了比较,为大跨度悬索桥的抗风设计提供了一定的参考。     

不同风嘴形式分体箱梁桥梁的静力风致稳定性能

作为大跨径以及超大跨径桥梁一种新兴的断面形式,分体箱梁可以改善空气动力性能和提高颤振临界风速,但是还需要保证其静力风致稳定性能, 研究了不同风嘴形式下分体箱梁的静力三分力系数和静力风致稳定性能随开槽率的演变规律。结果表明：两种风嘴形式分体箱梁的阻力系数随开槽率增加而 增大,采用断面实体宽度为无量纲化标准时断面升力系数绝对值会随开槽率的增加而增加,这与采用断面总宽为无量纲化标准时结果相反,升力矩系数绝对 值会随着开槽率的增加而减小,但这种规律性会受到风攻角的影响;风嘴对称性的变化仅改变断面阻力系数随开槽率的变化规律;两种计算模型下,对称风 嘴断面分体箱梁桥梁跨中的各向位移绝对值和静力风致失稳临界风速随开槽率的变化规律完全相反,而不对称风嘴断面的各向位移变化规律相似但也有区别 ;总体上对称风嘴断面的最低静力风致失稳临界风速要高于不对称风嘴断面;考虑结构刚度变化会使断面开槽后静力风致失稳临界风速随着开槽率的增加而 升高并超过不考虑刚度变化时的相应值,故对分体箱梁静力风致稳定性能分析时需要考虑开槽率不同带来的结构刚度变化。     

大跨径连续刚构桥的稳定性分析

以某大跨径连续刚构桥为背景,利用Midas／Civil程序,计算分析了几何非线性和材料非线性对连续刚构桥稳定性的影响,同时探讨了不同阶段、不同荷载工况下结构失稳破坏的特点、形式以及极限承载力,得出该桥控制失稳的关键阶段是最大悬臂施工阶段的结论。     

大跨梁拱组合体系景观桥梁设计和受力性能分析

下承式组合体系拱桥用于城市桥梁时,为美观需要,常常弱化拱肋截面或采用某些特殊拱肋造型。当应用于大跨径时,必须重视其稳定性并采取额外措施。为研究大跨径梁拱组合体系景观桥梁的整体受力性能和稳定性,以深圳市宝安区展览大道某桥为例,介绍拱肋、吊杆、钢纵梁、钢横梁设计,采用大型有限元软件MIDAS CIVIL建立有限元模型,进行成桥静力分析、成桥特征值分析、成桥屈曲分析,计算结果表明:大跨径钢拱纵横梁组合体系桥梁成桥受力合理,拱肋稳定性较好,为同类型桥梁设计提供参考。     

大跨度桥梁风振响应问题的研究

介绍了自然风的构成,对桥梁结构风致振动的机理进行了探讨,并将该机理应用到实例的风毁分析上,成功地解释了该桥毁坏的原因。同时,对大跨桥梁风致振动控制的研究现状进行了总结,讨论了风洞试验在桥梁风致振动控制研究中的作用,并对数值风洞技术的发展及其应用前景进行了展望。     

汾河景观桥力学性能分析

火山新区汾河景观桥为下承式连续梁拱组合体系桥,跨径布置为(28+36+80+36+28) m,桥面标准宽度为27 m,采用Midas Civil软件建立有限元计算模型,对该桥进行了静力分析、稳定性分析及抗震分析,根据计算结果得知,全桥各主要构件受力良好,桥梁整体线形控制较好。该桥的设计兼顾桥梁美学与工程经济性的要求,计算结果已为该桥的设计复核提供了参考。     

纵向弹性索对斜拉桥稳定性的影响

为了探讨纵向弹性索对斜拉桥稳定性的影响,用ANSYS非线性有限元程序,结合重庆一座超大跨径预应力混凝土斜拉桥——奉节长江大桥,对其有无纵向弹性索约束时结构的失稳模态、线性与非线性稳定安全系数进行了数值模拟分析,研究表明：结构无纵向弹性约束时斜拉桥一阶线性失稳模态为沿纵桥向飘逸,有弹性索作用时为主梁下挠失稳,在两种情况下,非线性失稳模态均为主梁跨中下挠失稳,纵向弹性索对斜拉桥的稳定性有比较大的影响。     

资中沱江二桥主桥结构分析

结合资中沱江二桥主桥工程概况,介绍了该桥主桥结构的分析内容,包括总体结构静力分析、横梁计算等,计算结果均满足规范要求,表明该桥采用的大跨径刚构—连续组合梁桥方案受力合理、造价经济,可在桥梁结构中推广应用。     

特高压大跨越输电塔动力特性和风振响应分析

针对特高压大跨越输电塔跨越档距大、塔体高且负荷重的特点,从材料选取、导线排列方式、结构动力特性以及风振响应等几个方面对1 000 kV特高压双回路跨越输电塔进行分析,总结了所研究塔型的动力特点,对其风振系数进行了计算和讨论,并根据动力特性分析提出了结构设计中风振系数的取值方法。结果表明:风振系数具有较大的离散性,不同塔身高度应取不同的值进行计算;该方法为特高压大跨越输电塔的结构设计提供了参考。     

斜风下大跨度悬索桥颤振稳定性研究

为确保斜风作用下大跨度悬索桥的抗风稳定性,采用考虑静风效应和全模态耦合影响的斜风下大跨度桥梁三维精细化颤振分析程序,以润扬长江大桥南汊悬索桥为工程背景,在0°和±3°初始风攻角下,分析了斜风下成桥状态和加劲梁从跨中向两侧桥塔对称架设全过程的颤振稳定性,并揭示了斜风作用和静风效应对成桥和施工状态大跨度悬索桥颤振稳定性的影响。结果表明：悬索桥成桥和施工状态的颤振临界风速随着风偏角的增加呈现波动起伏变化特征,且主要在斜风情况下达到最低值;斜风作用和静风效应不会影响悬索桥施工期颤振稳定性的演变规律,但会显著降低悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性;斜风作用使得成桥和施工状态颤振临界风速的最大降幅平均值分别达到了8.0%和19.6%,而斜风和静风的综合效应则进一步劣化悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性,最大降幅平均值分别达到了11.5%和22.4%,因此大跨度悬索桥成桥尤其是施工状态的颤振稳定性分析必须考虑静风和斜风综合效应的不利影响。     

大跨度两铰钢拱桥面内结构设计计算方法

大跨度拱桥具有显著的几何非线性力学行为,按线性设计理论不能满足安全要求,考虑由拱肋变形产生的附加弯矩和精确推算结构的稳定强度是设计中的重要课题。以两铰钢拱桥为对象,提出了考虑非线性影响以及高精度稳定强度的拱桥结构设计方法,以跨度160 m和200 m的两桥计算模型为例,验证了按非线性理论设计的必要性以及本设计方法的合理性,分析结果表明按线性计算方法和弹性稳定理论不能精确评价结构的受力特性和强度。     

应用碳纤维缆索的大跨度悬索桥抗风稳定性研究

为了探讨碳纤维复合材料缆索在大跨度悬索桥中应用的可能性,以主缆等轴向刚度为原则,拟定了一座主跨为1490m的碳纤维复合材料主缆悬索桥,并运用三维非线性计算理论进行了空气静力和动力稳定性分析。通过与同跨度钢主缆悬索桥的比较,讨论了不同主缆材料对大跨度悬索桥抗风稳定性的影响。分析结果表明:大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆后,静风作用下结构的变形增大,但其静风稳定性却与钢主缆悬索桥基本接近;由于结构自振频率特别是扭转频率有显著的提高,使得其空气动力稳定性要比钢主缆悬索桥好。因此从抗风稳定性角度而言,大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆是可行的,但是主缆截面尺寸的确定应采用等轴向刚度的准则。     

Modal coupling assessment and approximated prediction of coupled multimode wind vibration of long-span bridges

While single-mode analysis is simple and straightforward in the prediction of wind-induced responses of long-span bridges, it has adequate accuracy only for bridges with a weak modal coupling. With the increase of bridge span lengths and the adoption of streamlined cross-sections, aeroelastic modal coupling due to the interaction between the bridge and wind flow has become an important aspect of vibration. To more accurately predict wind-induced vibrations for modern long-span bridges, coupled multimode analyses of buffeting and flutter are usually required. The common approach to predicting coupled multimode response is to solve simultaneous equations with selected modes. However, quantitative information about modal coupling effects is not available in the process of selecting modes. Consequently, people can only choose much more than necessary modes to avoid missing any important ones in the coupled analysis. The objective of the present study was to quantify the modal coupling effect and provide a practical methodology to predict coupled multimode vibration without actually solving the coupled equations of motion. To achieve the objective, a closed-form spectral solution was derived by ignoring high order small coupling effects, while keeping the primary coupling effects in the solution. The modal coupling effect was then quantified using a so-called modal coupling factor (MCF). The MCF facilitates key mode selection and simplifies coupled multimode analysis. A prototype bridge was analyzed.     

独塔斜拉桥的空间杆系结构研究

部分斜拉桥是由多根斜拉索、塔、梁和墩通过杆件相互联结共同组成的空间杆系结构,本文通过对某部分斜拉桥的空间杆系结构的研究,运用ANSYS软件构建部分斜拉桥的空间杆系结构模型。根据该桥最不利的横向载荷工况,对该桥空间杆件结构进行静力载荷分析,进一步验证该部分斜拉桥的空间杆系结构的稳定性     

State-of-the-art of long-span bridge engineering in China

This paper introduces the state-of-the-art of longspan bridge engineering in China with emphases on recent long-span bridge projects, bridge deck configuration and material, design codes of long-span bridges and improvement of aerodynamic performance. The recent long-span bridge projects include thirty-eight completed suspension bridges, cable-stayed and arch bridges with a main span over 400 m, and eighteen major bridges are under construction. The bridge deck configuration and material, with prestressed concrete decks, steel-concrete composite decks and steel box decks together with several popular cross-sections, are presented. The third part briefly outlines four design codes, including static and dynamic design for highway long-span bridges, and the recent engineering experiences gained from several aerodynamic vibration control projects of long-span bridges are shared in the last part.     

Influence of Stabilizing Cables on Seismic Response of a Multispan Cable-Stayed Bridge

Abstract:   A recent trend in the design of long-span bridges is multispan cable-stayed bridges with three or more towers. A critical problem of multispan cable-stayed bridges is the stabilization of the central tower(s), which has resulted in increasing application of stabilizing cables. The Ting Kau Bridge in Hong Kong is one of a few multispan cable-stayed bridges adopting stabilizing cables ever built. In this article, the dynamic properties of multispan cable-stayed bridges with stabilizing cables and the effect of stabilizing cables on bridge seismic response are studied by referring to the Ting Kau Bridge. Based on a validated 3D finite-element model, modal analysis is conducted which shows that the longitudinal stabilizing cables bring about a number of global modes with strong modal interaction among the deck, towers, and cables. The seismic response and internal force in the central tower are found to be much larger than those in the side towers. The longitudinal stabilizing cables are very effective in reducing the internal force in the central tower generated by longitudinal earthquake excitation, but insignificantly affect the seismic response in the bridge deck and side towers. As a whole, the stabilizing cables act favorably in the reduction of seismic response of the bridge.     

多点激励下桩-土-斜拉桥全模型振动台试验研究

大跨斜拉桥的自振频率和阻尼低以及空间尺度大,其地震响应受桩基础、场地土特性和地震动空间效应的影响较大。然而,由于试验条件和技术所限,目前尚缺乏相关的全模型振动台试验研究。以一座试设计主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计和制作了一座几何相似比为1/70且包括上部结构、桩基础和场地土等在内的试验模型,通过振动台试验研究了多点激励对桩-土-斜拉桥全模型地震响应的影响及其规律。试验结果表明：纵向多点激励使一侧主塔的纵向位移、一侧主塔和桥墩的纵向桩-土-结构相互作用效果以及主跨一侧竖向位移增大,而另一侧减小;横向多点激励使一侧主塔的横向位移和一侧桥墩的横向桩-土-结构相互作用效果增大,另一侧减小,但使两侧主塔的横向桩-土-结构相互作用效果和主跨两侧横向位移响应均增大;桩-土-结构相互作用对斜拉桥的加速度响应产生不利影响。基于上述结果,大跨斜拉桥的抗震设计或性能评估应考虑多点激励和桩-土-结构相互作用的影响。