悬索桥塔体抗震性能分析

有学者研究发现跨度悬索桥桥塔顺桥向简化为固结悬臂柱结构后,在水平罕遇地震作用下出现具有同时性特征的双塑性铰[1],从而产生破坏。本文基于此结论,借助Open Sees有限元分析程序,以哈尔滨某大跨度悬索桥的设计方案为背景,分析三维罕遇地震作用时,某悬索桥桥塔的抗震性能。文中以在三维地震作用下塔底截面曲率达到等效屈服曲率,从而桥塔产生具有同时性特征的双塑性铰为破坏基准[1]。分析发现在顺桥向罕遇地震作用下,悬索桥塔结构塔底截面在7度E2地震作用下可出现塑性破坏。     

悬索桥的非弹性动力分析

提出一种精确的计算方法,用于地震作用下悬索桥的非线性时程分析。该方法考虑了几何非线性和材料非线性。利用稳定函数分析桥塔和主梁的几何非线性,而用弹性悬链线的精确解析方程分析索杆的几何非线性。利用切线模量概念和精细塑性铰模型按构件长度和截面划分屈服等级。给出一种基于Newton-Raphson法的Newmark平均加速算法。计算结果与商业软件SAP2000的分析结果吻合,说明该计算程序准确有效。     

大跨度悬索桥沉井基础抗震性能分析

大跨度悬索桥结构一般由梁体、桥塔、桥墩、主缆、锚锭基础以及连结上下部结构的连接构件(如支座)等组成,组成桥梁的各部分构件的性能、重要性各不相同。悬索桥的基础是非常重要的部件,一旦地震作用下基础发生损伤和损坏,不但很难检查和修复,更谈不上替换。论文依托武汉杨泗港长江大桥沉井基础的应用实例,验算大跨度悬索桥沉井基础的抗震性能。     

钢筋锈蚀对塑性铰转动能力的影响

介绍了钢筋混凝土梁在钢筋锈蚀之后,其塑性铰的转动能力退化的情况。依据钢筋发生锈蚀后其受力性能的变化规律和钢筋混凝土结构的基本原理,推导出锈蚀率超过某一范围后,梁上将不出现塑性铰而产生脆性破坏。为分析钢筋混凝土构件在钢筋锈蚀后其延性的变化,提供了一定的帮助。     

基于IDA方法的悬索桥地震破坏机理分析中地震输入合理选择

以非线性时程分析为基础的IDA方法可作为展现以桥塔为主要目标的悬索桥地震破坏模式研究的有力工具。地震动输入的不确定性是时程分析结果离散性大的决定性因素。因此首先需为以IDA为工具的悬索桥地震破坏模式研究选择恰当的地震动记录以及IM指标。基于地震动记录选波研究现状,明确恰当的选波数量、选波方法及采用的工具和数据库。以悬索桥为对象,根据悬索桥桥塔高阶振动和非线性软化效应的地震响应特点,讨论谱匹配参数设置。以PGMD开放程序为工具,采用两级选波方法在PEER-NGA数据库中选出40条地震动记录,通过对比Sa(T1,5%)和PGA调幅下桥塔地震响应离散性,最终选定18条地震动记录以及PGA为合理的IM指标,并通过悬索桥IDA分析曲线验证选波的合理性。研究详细展示了如何利用现有开放强震数据库,以IDA为工具进行某一特定结构抗震性能研究时,选择合理地震动记录及IM指标的方法及过程,也可为悬索桥地震破坏模式的研究提供基础。     

钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构动力弹塑性分析

利用集中塑性铰有限元模型,对钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构进行了动力弹塑性计算,分析了结构的破坏模式,依据基于结构内容物的抗震性能指标,评价了该结构的抗震性能.研究表明:结构破坏集中在柱根,内柱首先出现塑性铰,结构进入塑性后,角柱的塑性发展程度最深;内柱与角柱为结构薄弱环节;钢桁架屈服杆件主要分布在悬挑端和柱头区;7度设防时,结构满足基于内容物抗震设防的基本目标,且在达到基本目标时承受的地震作用加速度峰值约为340 gal.     

琼州海峡超大跨度公铁两用悬索桥方案的提出和初步研究

以琼州海峡地质、地貌条件为基础,研究了超大跨度公铁两用悬索桥的合理桥跨布置;分析不同跨度对各种材料性能和构件尺寸的要求;探讨连跨悬索桥中间桥塔纵向刚度对全桥竖向刚度的影响;对比适用于超大跨度公铁两用悬索桥的加劲梁截面形式;提出琼州海峡超大跨度公铁两用悬索桥的结构可行方案及若干需要进一步研究的问题。     

锚碇及索塔变位对大跨度悬索桥结构影响的敏感性分析

锚碇及索塔是大跨度悬索桥的重要受力构件,地震或者地层潜动引起的锚碇和桥塔变位会对悬索桥结构的内力和变形产生一定的影响。针对西堠门大桥建立空间杆系模型,对锚碇和桥塔在偏位和转动的情况下主缆、吊索、加劲梁和桥塔的内力和位移进行分析。分析结果表明悬索桥结构的内力对锚碇和桥塔变位较为敏感,加劲梁和桥塔的挠度对锚碇的水平位移和沉降较为敏感。     

非经典阻尼对悬索桥地震反应的影响

我国建设了四座大跨悬索桥。现代悬索桥多使用钢加劲梁和钢筋混凝土桥塔,使得其阻尼分布不均而具有非经典阻尼性质,导致主座标系的运动方程耦联。本文讨论了非经典阻尼系统运动方程的几种解法,并编制了通用软件。对青马桥和虎门桥的地震分析表明,非经典阻尼对悬索桥地震反应有明显影响,用经典阻尼解法无法得出可靠的解。     

中央扣对大跨悬索桥地震响应的影响研究

以一在建大跨度钢桁梁悬索桥为背景,建立有限元计算模型,分析设置不同模式中央扣情况下结构动力特性和地震响应。利用非线性时程分析方法,研究阻尼器对设置不同模式中央扣的悬索桥地震响应的影响。结果表明,中央扣的设置对悬索桥的纵飘特性影响较大;在无阻尼器情况下,设置中央扣能有效减小加劲梁的纵向位移,但大幅增加加劲梁上桁梁的应力;设置阻尼器后能明显减小加劲梁上桁梁增加的应力、桥塔剪力和弯矩。最后指出,采用合理的中央扣模式和阻尼器参数能显著改善结构的抗震性能。     

Investigation of Live Load Deflection Limit for Steel Cable Stayed and Suspension Bridges

Long span bridges such as steel cable stayed and suspension bridges are usually more flexible than short to medium span bridges and expected to have large deformations. Deflections due to live load for long span bridges are important since it controls the overall heights of the bridge for securing the clearance under the bridge and serviceability for securing the comfort of passengers or pedestrians. In case of sea-crossing bridges, the clearance of bridges is determined considering the height of the ship master from the surface of the water, the trim of the ship, the psychological free space, the tide height, and live load deflection. In the design of bridges, live load deflection is limited to a certain value to minimize the vibrations. However, there are not much studies that consider the live load deflection and its effects for long span bridges. The purpose of this study is to investigate the suitability of live load deflection limit and its actual effects on serviceability of bridges for steel cable-stayed and suspension bridges. Analytical study is performed to calculate the natural frequencies and deflections by design live load. Results are compared with various design limits and related studies by Barker et al. (2011) and Saadeghvaziri et al. (2012). Two long span bridges are selected for the case study, Yi Sun-Sin grand bridge (suspension bridge, main span length?=?1545 m) and Young-Hung grand bridge (cable stayed bridge, main span length?=?240 m). Long-term measured deflection data by GNSS system are collected from Yi Sun-Sin grand bridge and compared with the theoretical values. Probability of exceedance against various deflection limits are calculated from probability distribution of 10-min maximum deflection. The results of the study on the limitation of live load deflection are expected to be useful reference for the design, the proper planning and deflection review of the long span bridges around the world.     

宜昌长江公路大桥钢箱梁制造

我国在 2 0世纪 90年代建造的大跨度桥梁数量猛增 ,前所未有。这 10年是我国建桥史上大跨度桥梁发展的 10年。悬索桥、斜拉桥等形式的大跨度桥梁中大量采用钢箱梁桥体形式。在此 ,详细介绍宜昌长江公路大桥钢箱梁的制造程序 ,从钢箱梁的分解单元件制造到钢箱梁匹配拼装技术 ,无余量下料 ,反变形施焊 ,机械化焊接等     

自锚式悬索桥参数影响挠度理论研究

基于自锚式悬索桥挠度理论计算公式及程序,分析自锚式悬索桥矢跨比、边中跨比、加劲梁竖向抗弯刚度、主梁竖曲线等参数,以及外伸跨的设置与否及设置长度等对结构内力、变形、主缆的活载水平拉力的影响,通过算例计算和理论分析表明:自锚式悬索桥采用相对较大的矢跨比时不仅可以减小加劲梁的活载轴力还可以提高结构的刚度,并且从解析角度解释了矢跨比变化对自锚式悬索桥力学特性的影响;边中跨比的增大,结构的刚度要减小;外伸跨的设置不仅可以起到压重的作用,还可较大幅度地提高结构的整体竖向刚度;自锚式悬索桥外伸跨跨度的变化对自锚式悬索桥边跨和主跨内力影响较小;加劲梁最大竖向位移随着主梁刚度的增加而减小,加劲梁的内力随着主梁的刚度的增加而增加,但增大的幅度很小,而应力却随着梁的刚度的增加而减小;自锚式悬索桥设有竖曲线时结构的刚度有所增大。最终对自锚式悬索桥静力特性进行全面的总结。     

Super-long span bridges

Bridges can be categorised by span lengths, such as short-span, medium-span, long-span and super-long-span and also by type, such as girder bridges, arch bridges, cable-stayed bridges and suspension bridges. This paper studies how long a span for each of these four types of bridges can be.     

大跨度桥梁的抗风强健性及颤振评价

国际学术界公认的结构强健性,是指结构系统抵抗未曾遇见或超乎正常的环境作用的能力。为了突出风灾的未曾遇见性和超乎正常性,文章率先将结构强健性的理念引入桥梁抗风设计与颤振评价中,定义桥梁抗风强健性包括强度、刚度和稳定3个方面,并提出采用桥梁可以抵抗的设计风速的重现时间来表示抗风强健性。针对桥梁抗风稳定中的颤振强健性评价问题,建立用4个随机变量表示的颤振安全域度随机模型,提出采用等效中心点法来计算颤振强健性的可靠指标、失效概率和重现时间。基于提出的颤振强健性评价方法,对4座已经建成的大跨度桥梁和4座将要建设的大跨度桥梁进行颤振强健性分析。     

悬索桥全焊接主缆鞍座设计

悬索桥主缆鞍座以全铸结构为主,近年来国内全焊主缆鞍座有所发展。结构钢全焊接鞍座具有基材受力可靠、自重轻、造价低、吊装及运输方便等诸多优势,在规模适宜的悬索桥上采用结构钢全焊接鞍座,已进行了尝试并有成功的工程实例。着重论述几座悬索桥的全焊接主缆鞍座设计要点。     

交叉吊索对超大跨CFRP主缆悬索桥颤振性能的改善作用

颤振一旦发生,将给桥梁结构带来毁灭性灾难,颤振稳定性是大跨桥梁重要的抗风控制指标。交叉吊索可显著提高超大跨悬索桥的扭转刚度,从而提高其颤振性能。该文以某主跨3500m的超大跨径CFRP（carbon fiber reinforced plastics）主缆悬索桥为工程背景,从频率和振型两方面分析了水平交叉吊索和竖向交叉吊索对其动力特性的影响,并绘制与颤振相关的弯频和扭频随交叉吊索设置位置的变化曲线（简称“影响曲线”）,进而针对提高结构颤振稳定性提出11种交叉吊索设置方案。基于耦合颤振的分步分析法,分析这11种方案的颤振稳定性。分析结果表明,在中跨满布水平交叉吊索的同时,在中跨L/3和边跨跨中各对称设置一对竖向交叉吊索,结构的颤振稳定性最好,颤振临界风速提高达49%。     

Concept and requirements of sustainable development in bridge engineering

The concept of sustainability is described in this paper using a single sustainable principle, two goals of sustainable development, three dimensions of sustainable engineering, four sustainable requirements and five phases of sustainable construction. Four sustainable requirements and their practice in China are discussed in particular. The safe reliability of bridges is first compared with the events of bridge failure in China and in the rest of the world and followed by structural durability, including the cracking of concrete cable-stayed bridges, deflection of concrete girder bridges and fatigue cracks of orthotropic steel decks. With respect to functional adaptability, lateral wind action on vehicles and its improvement are introduced regarding a sea-crossing bridge located in a typhoon-prone area. The Chinese practice of using two double main span suspension bridges and a twin parallel deck cable-stayed bridge is presented in discussing the final sustainable requirement: capacity extensibility.     

大跨度悬索桥三维颤振的非线性分析

基于PK—F法 ,考虑结构以及气动力随结构变形的非线性变化影响因素 ,提出了大跨度桥梁三维非线性颤振频域分析方法。该方法能预测出结构在颤振前后整个过程的振动特性以及颤振临界状态。最后 ,运用该方法对江阴长江大桥和跨度为 2 0 0 0m的超大跨度悬索桥进行了非线性颤振分析 ,揭示了非线性因素对大跨度悬索桥颤振特性影响的机理和规律     

Reliability analysis of long span steel arch bridges against wind-induced stability failure

An efficient method for reliability assessment of long span steel arch bridges against wind-induced stability failure is presented in this paper. The prediction of wind-induced stability of such bridge structures is performed by an eigenvalue method and the reliability estimates are determined by a generalized first-order reliability algorithm. A software strategy for interfacing the present method with ANSYS is developed via a freely available MATLAB software tool (FERUM). A numerical example involving a detailed computational model of a long span steel arch bridge with a main span of 550 m is presented to demonstrate the applicability and merits of the present method and the software strategy. Finally, the most influential random variables on the reliability of long span steel bridges against wind-induced stability failure are identified by a sensitivity analysis.