近断层地震对跨海双弧形桥塔斜拉桥动力响应研究

为探究具有双弧形桥塔的跨海斜拉桥脉冲与非脉冲地震动力响应,首先基于Midas/Civil 2019建立了拉索几何非线性的三维空间有限元模型,并分析了结构自振特性;其次,结合桥址处的地震烈度选取了一定数量的脉冲与非脉冲地震动,作为地震响应分析的激励源;最后探究了脉冲与非脉冲地震作用下的结构内力、关键位置位移、拉索应力和应力幅等问题。研究结果表明：脉冲地震作用下的主梁弯矩、桥塔弯矩及剪力均要大于非脉冲地震下的响应值,且在纵向+竖向地震激励下,主梁弯矩和剪力仅有1个峰值,但在横向+竖向地震激励下有2个峰值;脉冲地震作用下的位移响应均要大于非脉冲地震作用下的位移响应,其中跨中主梁处的横向位置位移响应最大,最大值为176.8 mm;从地震激励方面看,纵向地震下的纵向位移要大于横向位移,而横向地震下的横向位移要大于纵向位移;脉冲地震作用下的拉索应力最大值为175 MPa,应力波动幅度达到100 MPa。     

斜拉索局部振动对斜拉桥动力响应的影响分析

建立了由SHELL单元模拟密集拉索的斜拉桥有限元模型,以减少大量拉索振型的干扰,用以探讨斜拉索局部振动对斜拉桥动力特性的影响,从而可以对斜拉桥整体振动控制提供参考意见。分析结果表明:利用SHELL单元模拟密集拉索是可行的;斜拉索局部振动在一定程度上减小了斜拉桥振型频率;增大了主梁在地震作用下的弯矩峰值,同时也增大了桥塔在地震作用下的弯矩峰值和位移峰值。对于存在索-塔耦合振动的斜拉索,若拉索与桥塔连接位置更接近塔顶,那么它对桥塔动力响应的影响也就越大。     

空间钻石形三塔斜拉桥结构变形特性研究

以宜兴范蠡大桥为例,采用有限元计算模拟和现场实测方法,研究空间钻石形三塔斜拉桥在水平索、斜拉索张拉过程中桥跨结构的变形特性。研究结果显示:水平索张拉时塔柱纵向位移随时间呈线性增大,实测值与理论计算值吻合;斜拉索张拉过程中塔柱纵向位移、主梁竖向位移波动较大,最终稳定值与张拉过程中出现的大值差值分别为300%、43%;多塔斜拉索同时张拉时,各索张拉力应保持同步平稳增大,以避免张拉过程中桥跨结构产生远超设计值的结构变形。     

大跨多塔斜拉桥动力特性及抗震性能研究

结合一座大跨多塔斜拉桥工程设计实例,分析了桥塔与主梁之间不同约束形式的大跨多塔斜拉桥体系动力特性,对比研究了不同塔、梁间纵向约束方式对结构关键位置地震反应的影响.分析表明,桥塔与主梁间纵向约束方式的设置对结构的动力特性影响很大;在水平和竖向地震作用下,不同桥塔主梁约束形式的结构体系,各桥塔关键位置的内力差异也较大;释放各桥塔、主梁之间的纵向约束,可以减小塔底、承台底的弯矩以及塔底剪力,但会增大由于承台振动对承台底剪力的贡献.     

不等跨矮塔斜拉桥节段施工技术研究

不等跨矮塔斜拉桥主梁节段施工时,主边跨斜拉索索力及结构位移并不相同,因而其体系的受力性能及施工技术具有重要的研究价值。以湖南省张家界市长湾澧水大桥为工程背景,采用大型有限元软件Midas civil对不等跨矮塔斜拉桥结构体系进行了整体建模,针对不等跨矮塔斜拉桥体系在不对称节段施工下的斜拉索受力状态及阶段施工梁体竖向位移进行了计算分析,以确定不等跨矮塔斜拉桥的施工方案及施工过程中的监控方案。     

基础沉降作用下斜拉桥内力调整施工监控研究

由于基础的不均匀沉降,运营状态下的斜拉桥上部结构会发生变形和内力重分布,从而影响斜拉桥的正常适用性和安全性,因此需要对其进行内力调整。运营状态下的斜拉桥进行内力调整时,结构各关键参数需要进行监测和控制。采用自适应施工监控方法,以斜拉索的索力控制为核心,以关键截面的应力、主梁挠度和桥塔塔顶位移为辅助,对斜拉桥进行内力调整,从而使斜拉桥内力与其设计值的偏差控制在容许范围以内。以南浦大桥为例,其内力调整施工过程中对索力、关键截面应力、主梁挠度和桥塔位移等关键参数的监控结果表明,各项参数控制良好,满足设计要求。     

边界条件对独塔斜拉桥动力性能的影响性分析

以某独塔斜拉桥为工程背景,采用鱼骨梁模型,基于大型通用有限元软件Midas civil,建立斜拉桥空间结构动力分析计算模型。结果可见:主梁边跨设置辅助墩与否对此类独塔斜拉桥整体刚度影响可以忽略不计,但是在对独柱型独塔斜拉桥进行设计时应重点考虑主塔和主梁主跨横桥向整体刚度;边跨设置辅助墩可以改善独塔斜拉桥边跨的竖向弯曲刚度;设置辅助墩对边跨斜拉索的布置有较大影响。     

桥塔

桥塔上海的南浦大桥属双塔双索面钢与砼结合梁斜拉桥。主桥塔１５０ｍ，采用折线Ｈ形钢筋砼塔柱，双索面呈扇形布置。塔柱每侧索面各２２对斜拉索，并在塔柱中央设置一对垂直索，以代替梁下竖向支承，使主梁在纵向成为漂浮体系。该桥全长８３４６ｍ，主跨长４２３ｍ，通航...     

锚箱式钢桥塔锚固区力学性能研究

斜拉桥钢塔锚固区是连接斜拉索和桥塔的关键部位,该部位采用钢锚箱结构可以把巨大的斜拉索索力有效传递到桥塔中。以范蠡大桥为背景,建立锚箱式钢索塔锚固区空间板壳有限元模型,并对其进行分析研究。结果表明,锚固区内板件应力分布不均匀,承压板与中隔板的结合处应力集中程度高,但高应力水平区域范围较小,应力扩散较快;斜拉索锚箱和水平拉索锚箱承担的索力比例在相同锚箱长度比例位置较为接近。     

帆型混合塔斜拉桥非线性时程地震响应分析

帆形混合塔斜拉桥跨越能力强,造型美观,因此在市政桥梁中得到了广泛的应用。今利用Midas Civil 2017软件对一座主跨设置不对称的帆形混合塔型斜拉桥进行非线性时程分析,地震波选用1940年典型地震波E1 Centro,考虑拉索垂度对弹性模量的修正以及桩土相互作用。计算结果表明,竖向地震作用对于主塔横向位移D_Y位移影响较小,主要对于纵向位移DX有较大影响,考虑竖向地震作用下D_X位移约为不考虑竖向地震的2倍,竖向地震作用对于主梁纵向位移影响较大,两种工况下Mz和My均在不同时刻达到峰值点。因此在桥梁设计时需要对主梁纵向有一定限位措施,同时常规地震分析时应适当加强塔柱抗扭构造措施。     

矮塔斜拉桥成桥索力优化实例分析

以浪滩坡矮塔斜拉桥为工程背景,基于弯曲能量最小法,利用MIDAS Civil 2017有限元软件的"未知荷载系数"和"索力调整"功能对原设计斜拉索成桥索力进行了优化。优化前后主梁弯矩、应力、位移值的大小及分布基本一致,优化后的斜拉索成桥索力分布相比于原设计斜拉索成桥索力分布更加均匀。     

斜拉桥下中跨无索区合理长度分析

以佛山某83m+150m+83m三跨单索面矮塔斜拉桥工程实例为研究背景,通过采用大型有限元分析软件Midas/civil分别建立4种不同中跨无索区长度的斜拉桥计算模型,对比分析不同的中跨无索区长度对主梁的弯矩、应力和挠度等结果的影响。通过对比分析表明:中跨无索区长度与主跨径比值为:La/L=0.20~0.25,给出了该桥合理的主梁无索区长度范围,按该比值布置拉索所用斜拉索的平均索力降低,配索量减少,更经济适用,为类似工程设计提供参考建议。     

斜拉桥空间有限元精细化建模技术研究

斜拉桥是桥梁结构中比较复杂的一种,由于有塔墩和斜拉索的作用,结构处于高次超静定状态。斜拉桥结构分析以往大多采用平面杆系模型或三维梁格单元模型,很少有人采用索单元和三维实体单元建立斜拉桥全桥模型进行结构分析。采用梁格单元模型分析斜拉桥无法准确模拟主梁抗扭刚度、剪力滞、偏心荷载作用等,在做斜拉桥荷载试验时很难获得全桥任意车列荷载作用下,空间位置测点的理论计算结果。本文将详述利用交通部公路科学研究院开发的桥梁检测分析系统QLJC建立斜拉桥的索单元和实体单元组合的精细化斜拉桥有限元全桥模型,其中拉索用2节点索单元离散,主梁和塔墩用实体单元离散,拉索、主梁和塔墩单元之间通过节点位移约束方程连接。采用的实体单元是12节点等参元,它更适合于桥梁这种横向尺寸小纵向尺寸大的细长结构,这是一种切实可行的斜拉桥空间分析方法。本文给出了一些动静力分析的结果。     

矮塔斜拉桥分丝管索鞍滑移效应分析

矮塔斜拉桥兼具斜拉桥和梁桥的受力特点。为了研究斜拉索不平衡索力作用下分丝管索鞍的滑移效应,以南盘江特大桥为背景,首先建立了矮塔斜拉桥全桥杆系有限元模型,确定出活载作用下最大不平衡索力;然后针对索鞍区建立实体有限元模型,分析在不平衡索力作用下分丝管与混凝土之间的接触力及界面应力的分布。研究结果表明：活载作用下斜拉索最大不平衡索力为142.7 kN;在索孔口附近分丝管外壁与混凝土之间存在较大的顺桥向接触力和界面应力,顺桥向接触力最大可达56.97 kN,界面应力最大可达9.739 MPa;竖向接触力较大的区域微裂缝较多且有进一步开裂的趋势。该研究结论对矮塔斜拉桥的设计具有参考价值。     

矮塔斜拉桥结构参数分析

探讨了矮塔斜拉桥塔根无索区长度及边支座无索区长度对活载作用下主梁变形、内力以及斜拉索的索力等的影响,得出了合理无索区长度的取值范围;提出了斜拉索荷载效应影响率的计算公式,定量分析了矮塔斜拉桥斜拉索作用的实质,对进一步认识矮塔斜拉桥的结构性能提供了新的判断指标。     

单索面矮塔斜拉桥长度参数的影响分析

以广东省佛山市石湾特大桥为项目背景,参照国内外其他矮塔斜拉桥的设计参数,研究矮塔斜拉桥长度参数特性,通过改变边中跨比、塔高、梁上无索区长度、塔上无索区长度等设计参数,分别分析这些长度参数对主梁内力和位移、塔的内力和位移、拉索应力幅和拉索活载系数的影响,确定其比较合理的取值范围。     

大跨径无背索斜拉桥的动力特性分析

本文结合一座跨径为223.1m的无背索斜拉桥方案,初步探讨了三座大跨径无背索斜拉桥的动力特性,并分析了斜拉索、主梁、桥塔的刚度变化及辅助措施对结构动力性能的影响,为以后同类桥梁的动力设计提供借鉴.     

行波效应下高墩多塔斜拉桥地震易损性分析

为了研究行波效应对大跨高墩多塔斜拉桥抗震性能的影响,以一座超高墩四塔斜拉桥工程实例为分析对象,采用概率性的易损性分析方法,选用OpenSees抗震有限元分析软件,建立全桥非线性动力有限元模型。从PEER数据库中选取80条有代表性的地震波数据,采用位移输入法进行地震波的多点输入以计入行波效应的影响,考虑7种不同剪切波速和一致激励情况,完成全过程非线性分析。结合大桥特点,考虑3种纵向约束体系,选择支座、斜拉索、主梁和桥塔作为易损构件,并通过比较后选取PGD(地震波峰值位移)作为地震动强度指标,建立结构地震概率需求模型,计算和绘制了易损构件的易损性曲线,选择MPGD值(损伤超越概率P_f=50%对应构件的PGD值)作为构件损伤评价指标。结果表明:支座是最易损伤的构件,桥塔相对来说易损性最小;行波效应对支座的抗震有利,对纵向全约束和半约束体系的抗震也有利;随着波速的增加,各构件和体系的抗震水平基本趋于一致激励的结果。     

高寒地区组合梁斜拉桥施工阶段温度效应研究

以青海地区主跨560 m的海黄大桥为依托工程,基于桥位附近气象站近5年气象数据,采用热传导原理对海黄大桥的钢梁、混凝土桥面板、斜拉索和桥塔温度场进行模拟,提取并分析了不同部件温度作用。基于此,采用杆系模型计算了组合梁斜拉桥在最大双悬臂和最大单悬臂2个关键工况下的温度效应。结合施工误差控制范围,给出了各部件施工控制的最佳时间段。研究结果表明:不同季节太阳辐射作用下,钢梁、桥面板、斜拉索和桥塔的有效温度和等效竖向线性温差变化规律相似,但数值相差较大,夏季最高,冬季最低; 部件温差较大,混凝土桥面板与与斜拉索最大温差为10.8 ℃,在斜拉桥设计细则规定的范围内; 拉索与主塔的最大温差为10.2 ℃,大于规范建议的温差值; 组合梁的等效竖向线性温差可达14.9 ℃,超过中国规范取值; 温度作用下,主梁位移日变化最大可达87 mm,主梁标高控制宜在19:00—6:00进行; 塔顶偏位可达54 mm,塔顶偏位监测宜选择凌晨2:00—10:00; 索力变化值达施工控制索力的4.4%,在施工控制中应当避开8:00—20:00; 在海黄大桥施工控制过程中,充分考虑了温度作用的影响,取得了良好的施工控制效果。     

油罐车火灾场景下斜拉桥钢索极限承载力有限元分析

提出不同火灾场景对斜拉桥主要结构的影响,得出受火最危险的位置。研究大型油罐车火灾对斜拉桥结构的严重影响。利用大型有限元软件ANSYS对斜拉索进行数值模拟,得出钢索在油罐车火灾升温曲线下内部的温度场。通过截面简化,计算钢索受火的极限承载力和耐火时间。