三塔悬索桥的结构体系及抗震性能研究

与通常采用的双塔悬索桥相比,三塔悬索桥因中间桥塔缺乏有效的纵向约束而导致结构整体刚度的下降,在地震作用下结构的动力反应问题可能会更加突出.以已建成的1 080m主跨的三塔双跨悬索桥-泰州长江公路大桥为工程背景,利用MIDAS/CIVIL有限元软件对其抗震性能进行分析,揭示了三塔悬索桥抗震性能的特点,在此基础上进行了主缆矢跨比、中塔刚度以及主梁约束方式等主要结构设计参数对大跨度三塔悬索桥地震反应的影响分析,并从抗震性能角度提出大跨度三塔悬索桥适宜的结构体系.研究结果表明:大跨度三塔悬索桥横桥向地震反应非常显著,尤其是边塔,因此应重视结构的横桥向和边塔的抗震性能.采用较大的矢跨比、柔性的中塔、中塔与主梁之间设置弹性索都可以有效地提高大跨度三塔悬索桥的抗震性能.     

结构连接对三塔悬索桥性能的影响线分析

为研究不同结构连接形式对三塔悬索桥静力性能的影响,进行了三塔悬索桥静力影响线分析.以泰州长江公路大桥为原型,考虑了不同的塔梁连接和缆梁连接形式,采用线性化有限位移法对反映结构性能的三塔悬索桥关键参数影响线进行了计算,分析了不同缆梁连接和塔梁连接对三塔悬索桥结构影响线的变化情况.结果表明:无中央扣时,塔梁连接形式对主梁跨中挠度、桥塔塔顶水平位移、中间塔主缆力差等的影响线无显著影响;设置中央扣时,影响线跨内部分的幅值、邻跨部分的形状具有显著变化,应引起重视.综合不同缆梁连接、塔梁连接下的影响线变化情况,采用柔性中央扣+弹性索的结构连接形式,对三塔悬索桥主梁竖向变形、中间塔受力状态及中间塔鞍座抗滑移均有利.     

悬索桥断索动力响应有限元模型参数研究

采用有限元方法（FEM）建立考虑主缆局部振动影响因素的悬索桥断索动力分析模型,研究主缆局部振动对悬索桥断索动力响应的影响程度. 对主缆物理抗弯刚度、单元网格密度、索夹质量、模型阻尼比以及吊索应力初始状态等因素进行参数分析,给出提高计算结果精度的建议. 结果表明：在进行悬索桥断索动力分析时,主缆局部振动对计算结果精度具有不可忽略的影响;有限元模型中主缆物理弯曲刚度、单元网格密度和索夹质量均是影响主缆局部振动的关键参数. 结构整体模态阻尼和主缆局部阻尼均能有效抑制断索点主缆振动,分析模型须考虑局部主缆单元阻尼和结构整体模态阻尼的差异. 结构断索动力响应随着断裂吊索初始应力增大而增大,结构断索响应动力放大系数变化幅度不大.     

中央扣对大跨度三塔悬索桥抖振性能的影响

为探究中央扣对大跨度三塔悬索桥抖振的控制作用,本文以泰州大桥为研究对象,基于有限元时域分析方法,研究了不同刚度中央扣对大跨度三塔悬索桥抖振性能的影响.研究结果表明:相比跨中短吊杆,采用中央扣后主梁竖向抖振响应显著降低,且刚性中央扣对于主梁整体竖向位移的控制效果更优;中央扣对主梁侧弯模态频率的影响较小,因而主梁侧向的抖振...     

世界首座高铁悬索桥抗震性能研究

为保障大跨悬索桥在高速铁路线中的服役表现,需掌握其在复杂荷载下的动力行为,本文以世界第一高铁悬索桥——五峰山长江大桥为研究对象,基于ANSYS平台计算其在不同视波速地震动作用下的地震响应,重点研究了中央扣对大跨高铁悬索桥地震响应的影响.结果表明:不同形式中央扣都有利于抑制地震输入下缆、梁之间的相对往复位移,有效保护跨中...     

辅助墩对大跨度铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828 m 的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置辅助墩对桥梁和列车动态响应的影响。结果表明：设置辅助墩后,加劲梁的竖向地震反应明显减小,而桥塔的地震响应增大;车辆通过桥梁时,设置辅助墩后梁端竖向转角、车辆竖向加速度和轮重减载率均减小;当辅助墩位置向梁端移动时,梁端竖向转角、车辆竖向加速度及轮重减载率均逐渐减小,车辆响应对辅助墩纵向位置的变化不敏感。     

索穹顶结构动力特性及多维多点抗震性能研究

为了弥补索穹顶这种新型大跨空间结构在动力方面研究的不足,通过对120 m跨度的肋环形索穹顶结构进行模态分析,得到了不同的参数对索穹顶结构的自振频率影响曲线;通过对其进行时程分析,发现了地震动的行波效应对结构的节点位移和杆件内力的影响规律,以及考虑多维地震与仅考虑地震单向输入之间的差别,为大跨空间结构的抗震设计提供了重要参考.研究表明,多点输入对于行波方向的位移影响显著,同时,对单元内力产生不利影响,因此,大跨度空间结构抗震分析中考虑行波效应与多维地震输入是必要的     

巨型框架结构抗震性能的有限元分析

文章建立了钢筋混凝土巨型框架结构有限元模型,并进行反应谱分析,分析表明:分别改变主框架柱刚度、主框架梁刚度对结构抗震性能的影响是不同的;主框架梁层数越多对侧移的控制作用越明显;主框架梁层数一定的情况下,靠近结构下部布置主框架梁比靠近上部布置控制侧移更明显,层间位移角分布更均匀.     

温度对悬索桥索股垂度的影响分析

针对悬索桥主缆索股线形对温度变化敏感的特点,研究了主缆索股断面温度变化以及索塔塔身温度变化对索股线形的影响.考虑主缆索股沿跨度为同一温度,并根据无应力索长恒定不变的原理,给出了空缆状态下索股温度变化与垂度关系的迭代方法,以及温度导致的索塔偏位与索股垂度之间的相互影响,及相应的修正方法.比较了迭代修正法和有限元法分别计算得到的不同温差下索股垂度的改变量,两种方法计算结果吻合较好,最大偏差为9 mm,约为3%.分析表明,运用迭代方法修正由于温差引起主缆索股垂度变化量是可行的.     

混凝土结构上轻钢结构加层抗震性能的反应谱分析

在原有结构上加层轻钢结构会导致结构的振型、刚度、周期和阻尼比发生显著的变化,由于单独分析加层结构的计算可靠性较低,因此,有必要对结构的整体进行分析计算。本文利用大型有限元软件SAP2000分析结构整体的抗震性能,为实际加层结构的抗震设计提供理论参考。     

斜拉-悬吊协作体系桥抗震性能参数分析

以一座1 400m主跨的斜拉-悬吊协作体系方案桥为工程背景,采用多振型地震反应谱方法,对其进行水平地震作用下的结构地震反应分析,揭示主缆矢跨比、吊跨比、边跨长度、辅助墩设置、主梁支承方式和主梁结构形式等结构设计参数对地震反应的影响,并提出各结构设计参数的合理取值.结果表明:当主缆矢跨比取为1/10、吊跨比为0.4~0.5、采用短边跨并设置辅助墩、半漂浮体系、桥面主梁采用混合梁时,斜拉-悬吊组合体系桥可以获得比较好的抗震性能.     

三塔自锚式悬索桥经济性能研究

在统计国内外部分已建成的自锚式悬索桥材料用量的基础上,基于银川滨河黄河大桥,研究三塔自锚式悬索桥的经济性能,建立各构件材料用量与结构参数、受力的关系,并以此为基础分析加劲梁材料、矢跨比和边中跨比等参数对造价的影响。研究得出:改变加劲梁的材料,对三塔自锚式悬索桥造价的影响较大;矢跨比的增加可以大幅减少主缆的造价;当桥梁总长一定时,边中跨比合理的范围内应选取较大值。     

三塔悬索桥刚性中塔的鞍缆防滑技术

为了解三塔悬索桥刚性中塔不同结构的鞍缆防滑效能,提出5个方案,即在跨中设置中央扣、改变矢跨比、在塔根和主缆间设置扣索、在塔顶处设置钢结构构件、在索鞍两侧主缆上添加辅助拉索.有限元法和解析法的结果显示,中央扣和扣索方案的效果甚微,其余3个方案则十分有效.据此给出相应设计建议.     

改进的适应谱Pushover方法评价桥梁结构的抗震性能

利用完全解耦的方法对适应谱Pushover方法进行简化,建立了更适于工程实际应用的改进的适应谱Pushover方法(IASPA法).利用该方法对四种典型地震动作用下的桥墩进行计算分析,并将计算结果与倒三角分布模式、均匀分布模式的Pushover分析的结果和非线性时程分析的结果进行对比研究.结果表明,改进的适应谱Pushover方法比其它两种Pushover方法的计算结果更接近于非线性时程分析的结果,从而验证了该方法的有效性.     

三塔悬索桥中塔结构选型分析

三塔悬索桥作为一种新型的桥梁体系,结构受力特征与两塔悬索桥显然不同.三塔悬索桥整体刚度低、主梁挠跨比大,中塔选择对整个结构的受力有非常显著的影响.本文以泰州桥的三塔双主跨悬索桥为研究背景,分析讨论了三塔悬索桥主梁挠跨比、主缆抗滑移安全系数、主塔截面内力等设计限制下的中主塔刚度的恰当取值,采用有限元方法对中塔纵向采用A型钢塔、A型混凝土塔、I型混凝土塔等不同的结构型式进行了分析.研究发现,中塔纵向刚度是中塔结构选型的关键,在一定的结构体系下,三塔悬索桥中塔的纵向刚度应当在一定范围之内才能满足各种设计条件.分析结果表明,泰州大桥中塔结构的纵向刚度宜在23～28MN／m之间,采用人字形钢中主塔是适宜的.     

大跨度悬索桥桥塔地震纵向损伤特征研究

为对大跨度悬索桥桥塔基于性能的抗震设计提供依据,对大跨度悬索桥桥塔在地震作用下的纵向损伤特征进行初步探究。以某大跨度悬索桥为工程背景,采用大型通用有限元软件ADINA建立地震分析模型,将20条实测地震波沿纵桥向输入,采用IDA方法,对塔中和塔底两个潜在塑性铰区的塑性损伤发展全过程进行逐级观察。结果表明:随着地震等级的增加,塔底和塔中截面的塑性损伤有协同发展趋势,但塔底截面的塑性损伤发展速度远大于塔中,因此最终的桥塔破坏形式为塔底截面破坏而导致的桥塔动力失稳。     

大跨径悬索桥动载试验研究

为检验在役大跨径悬索桥结构的动力性能,对主跨128 m地锚式悬索桥进行动力试验。测试其自振频率、振型和阻尼比;激振试验中,测试桥跨结构在汽车以不同速度通过桥跨和在桥上特定位置跳车时桥跨结构的动应变、动位移、振幅以及加速度等动力响应,计算得出冲击系数。并将实测结果与有限元结果进行对比分析。结果表明,该悬索桥具有较好的竖向刚度、横向刚度;汽车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用但并不明显,有障碍行车舒适度较差。     

管桥耦合下管线悬索桥的动力特性和地震反应

为了研究管线悬索桥大直径管线和桥梁的耦合作用对结构动力特性和地震反应的影响,以澜沧江管线悬索桥为研究对象,利用有限元软件建立实桥模型,分析了管线悬索桥在管桥耦合作用下的动力特性,并研究了管桥耦合对桥梁地震反应的影响.结果表明,与未耦合时相比,管桥耦合作用下桥梁结构的自振周期较长,自振模态被激励的先后顺序发生变化;在地震波激励下,管桥耦合作用对管线悬索桥不同构件的受力和变形具有不同的影响,其中索塔顺桥向剪力和主梁横向位移均减小,主梁上弦杆轴力和竖向挠度均增大.在计算过程中考虑管桥耦合作用的影响能够比较真实地反映结构实际的动力特性.     

独塔自锚式悬索桥结构设计与受力分析

阐述了某独塔自锚式悬索桥的结构设计,并采用有限元程序MIDAS／CIVIL进行受力分析,结果表明该大桥结构受力合理,有足移的抗风及抗震能力．