大跨度三塔悬索桥地震位移控制效果对比

针对地震作用下超大跨度悬索桥梁端位移过大的问题,通过附加减震阻尼器保证桥梁结构的安全至关重要。考虑行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响,以主跨2×1 080 m的大跨度三塔悬索桥泰州大桥为研究对象,研究了弹性拉索、黏滞阻尼器、软钢阻尼器控制超大跨度悬索桥地震响应的最优参数取值,并对比了其地震响应控制效果。结果表明:弹性拉索和软钢阻尼器可较好的控制塔梁相对位移;黏滞阻尼器对塔梁相对位移的控制效果次于弹性拉索和软钢阻尼器,但黏滞阻尼器在控制塔梁相对位移的同时未显著增加塔底内力。     

三塔悬索桥中塔适宜刚度

为了明确三塔悬索桥的中塔刚度取值范围,以主缆与中塔鞍座的抗滑安全系数和加劲梁挠跨比为控制指标,推导了三塔悬索桥中塔刚度上、下限值解析公式,建立有限元模型验证了公式的有效性,最后分析了垂跨比、恒活载比值、跨径等主要设计参数对中塔刚度取值的影响.结果表明:理论值与有限元值符合良好,可在初步设计阶段指导多塔悬索桥的中塔选型;恒活载比值对中塔刚度取值的影响较大,当恒活载比值约大于6. 5时,才存在合适的中塔刚度使三塔悬索桥同时满足结构变形和主缆抗滑的要求;主缆垂跨比主要影响中塔刚度上限值,且对上限值的影响与恒活载比值有关;中塔刚度取值范围随着主跨跨径增大而增大.     

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.     

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、主粱挠跨比大,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。     

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。     

三塔悬索桥的缆索体系及其抗风稳定性

以在建1 080 m主跨的三塔双跨悬索桥-泰州长江公路大桥为工程背景,分别试设计了具有空间缆索体系和平行双缆体系的两座方案桥,采用三维非线性空气静力和动力稳定性分析方法,分别对其动力特性、空气静力和动力稳定性进行了分析和比较,并探讨了具有良好抗风稳定性的三塔悬索桥的合理缆索体系.结果表明:三塔悬索桥采用平面双缆体系尤其是空间缆索体系后,结构的刚度明显增强,具有良好的结构动力特性,结构的抗风稳定性显著提高,相比而言采用空间缆索体系则更有利.     

抗风缆对大跨度悬索桥的抗风静力效果研究

在悬索桥有限元模型上加抗风缆,施加风荷载,用二维线性方法计算桥梁临界失稳风速,计算在不同风荷载下跨中节点的横向、竖向和扭转位移．通过比较施加抗风缆前后桥梁跨中的响应表明：侧向位移显著减小,横向屈曲临界风速有所提高,表明侧向刚度增加;但竖向位移增大,通过比较加缆前后跨中节点的位移,加缆后扭转失稳有所提前,扭转发散临界风速有所降低．     

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.     

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.     

中央扣对三塔悬索桥动力特性的影响

基于ANSYS软件建立了泰州长江公路大桥的三维有限元计算模型,并采用子空间迭代法对其进行了自振特性分析,研究了在主跨跨中主缆和主梁之间设置中央扣对大跨度三塔悬索桥动力特性的影响。结果表明：中央扣的设置对第1阶竖弯振型有较大影响,对某些竖弯振型有非常大的影响,而且较明显地推迟了1阶反对称扭转振型的出现,增大了侧弯振动频率;对单跨内反对称侧弯振型的影响大于单跨内正对称侧弯振型,使得以缆索振动为主的振型推迟出现;所得结论为该桥的抗风、抗震研究提供了必要的信息和研究基础。     

三塔悬索桥刚性中塔的鞍缆防滑技术研究

为了提高三塔悬索桥刚性中塔的鞍缆防滑安全度,研究了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等的有效性。以泰州长江大桥为工程背景,结合有限元数值方法和解析法,证明了中央扣和扣索方案的效果甚微,而其余三个方案则十分有效,并给出相应的设计建议。     

三塔自锚式悬索桥合理成桥状态研究

三塔自锚式悬索桥作为一种新兴的自锚式悬索桥体系其在国内的建设方兴未艾。通过对该类桥型合理成桥状态的取得进行了原则和方法上的探讨,给出了一组确定合理成桥状态的具体步骤。同时以某实际工程桥梁为例,验证了该方法可行性,得到了较好结果。     

悬索桥的非线性地震响应计算

对悬索的几种计算理论作了简要的介绍并进行了比较,针对悬索桥的非线性问题作了单独的分析,在使用有限元对悬索桥进行空间分析时,考虑悬索桥不同结构部件的不同结构性能而提出采用不同的单元来模拟,另外对求解悬索桥的非线性方程的数值方法作了简要的介绍,最后分析了悬索桥地震响应中地震激励模型的选取方法。     

大跨度悬索桥施工阶段静风稳定性精细化分析

大跨度悬索桥施工期结构柔性大,静风作用下结构大变形和刚度变化以及桥址区域内风速空间分布的非均匀性可能会对其静风稳定性造成影响。考虑结构非线性、静风效应和风速空间非均匀分布等因素,建立了精细化的大跨度桥梁三维非线性静风分析方法,并编制了相应的计算分析程序。以润扬长江大桥南汊悬索桥为例,模拟加劲梁从跨中向两侧桥塔和由两侧桥塔向跨中对称拼装两种主梁架设顺序,分析了施工全过程悬索桥静风稳定性的变化趋势,并探明了风速空间分布非均匀性对成桥和施工状态悬索桥静风稳定性的影响。结果表明:加劲梁采用从两侧桥塔向跨中对称架设时,悬索桥可以获得较好的静风稳定性,尤其在施工初期;风速沿竖向高度变化和风速空间分布宽度对成桥和施工状态悬索桥的静风稳定性影响不大,但风速非对称分布因素影响则比较显著,须在分析中重视和考虑。     

大跨度悬索桥一体化节段模型疲劳试验研究

以青草背长江大桥(主跨跨径为788 m)为研究对象,为整体评估主缆-吊杆-钢箱梁一体化结构重要构造细节的疲劳特征,并验证其设计的经济合理及安全耐用性,开展了比例为实桥1:4的节段模型疲劳试验研究.试验结果表明:在设计疲劳荷载作用下,所得的应变位移结果与荷载近似呈一次函数特征,实测位移及应变在加、卸载过程中呈现较好的弹性特征,且应力重分布现象不明显,结构处于弹性变形状态;在节段模型关键构造细节处未发现疲劳开裂,其疲劳性能符合设计要求.通过对节段模型的疲劳试验研究,揭示了结构的疲劳特征和传力途径,试验结果进一步验证了一体化结构的实际抗疲劳能力,具有一定的工程参考意义.     

超大跨度悬索桥二维颤振频域直接分析方法

为改善传统复模态特征值分析方法（CEVA）求解二维颤振问题时迭代不收敛和运算时间较长的问题,基于传统复模态特征值分析方法和费拉里求解一元四次方程的思路,提出了二维颤振频域直接分析方法（Straight forward method）,在超大跨度悬索桥二维颤振分析中无需频率的预先选取和迭代求解,计算时间短.采用该方法对闭...     

三塔悬索桥主缆与中塔鞍座抗滑简化计算方法

为研究三塔悬索桥主缆与鞍座的抗滑特性,给出了三塔悬索桥主缆抗滑安全系数的简化计算方法.考虑活载作用下塔、缆变形以及加载跨与非加载跨主缆内力的平衡关系,推导鞍座处主缆抗滑安全系数的解析计算公式;建立有限元模型对公式进行验证;研究垂跨比、塔缆刚度比、恒活载比、跨径等主要设计参数对主缆抗滑安全系数的影响.研究表明:该公式可用于悬索桥初步设计阶段主缆抗滑安全系数的估算,能够为设计参数的合理取值提供理论依据.主缆抗滑安全系数随着塔缆刚度比增大而减小,当塔缆刚度比小于3时,增大塔缆刚度比,主缆抗滑安全系数迅速减小,当塔缆刚度比大于3时,塔缆刚度比对主缆抗滑安全系数影响较小;垂跨比对主缆抗滑安全系数的影响取决于桥塔刚度;主缆抗滑安全系数随着恒活载比值及跨径增大而增大.     

大跨度悬索桥主缆线形及内力计算方法研究

随着悬索桥跨度的增加,几何非线性的影响愈来愈突出,因此如何在结构分析中合理、精确地考虑其影响,具有重要的理论意义和工程价值。本文具体阐述了大跨度悬索桥线形与内力计算所涉及到的成桥、空缆及加劲梁吊装阶段基本原理,并充分考虑了施工过程中主缆的温度修正,在此解析法的基础上编制了悬索桥主缆计算程序SUSP-CABLE,算例表明本文计算方法的正确性,可供广大技术人员参考。     

大跨度碳纤维复合材料主缆悬索桥的抗风性能研究

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动力特性、静风和空气动力稳定性的分析．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性能的影响．分析结果表明大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆后：（1）结构的自振频率特别是扭转频率有显著的提高；（2）静风作用下结构变形增大，但其静风稳定性却与钢主缆悬索桥基本接近；（3）空气动力稳定性要比钢主缆悬索桥好．因此从抗风性能角度而言，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为原则．     

悬索桥主缆施工控制与监测

分析悬索桥主缆施工过程中测量数据的影响因素及误差来源,介绍测量方法的应对调整方案。 主缆线形基准索股测量无法使用几何水准,采取先进高精度测量全站仪器、只能单向三角测量,一台全 站仪器进行单向三角测量如果出现粗差无法校对,同时测量的基准索股对温度变化、风力的大小、塔位 的偏移等因素十分敏感,因此对测量方案进行调整,选择在无风或风力很小、温度稳定的夜间进行,用两 台高精度的自动跟踪全站仪同步单向三角测量,使得测量任务能在短时间完成,满足悬索桥主缆施工控 制精度要求。