双塔三跨自锚式悬索桥受力特性研究

以某双塔三跨自锚式悬索桥为研究背景,分析了活载作用下,矢跨比、边主跨比、加劲梁抗弯刚度和主塔抗弯刚度对主跨跨中挠度、主塔塔顶位移和主缆水平分力的影响。研究各设计参数对自锚式悬索桥结构受力变形的影响,可为该类桥型的设计提供理论依据。     

结构参数对自锚式悬索桥静力性能的影响

以河南省桐柏自锚式悬索桥为例,利用建立的有限元模型分析了不同的结构参数变化对静力特性的影响,得出主缆矢跨比、抗拉刚度、加劲梁竖向抗弯刚度对自锚式悬索桥的静力性能影响较大,加劲梁轴向刚度和主塔纵向抗弯刚度的变化则对其影响不大.     

矢跨比对悬索桥结构刚度的影响

主缆的矢跨比是设计悬索桥时需要首先确定的一个重要设计参数,其对结构刚度有较大影响。鉴于人们对大跨悬索桥的结构刚度随矢跨比的减小而增大的普遍认识存在一定的片面性,提出悬索桥的结构刚度应综合考虑重力刚度及几何刚度的贡献,两种刚度效应的叠加才能较真实地反映结构刚度。参照某悬索桥建立有限元计算模型,计算矢跨比取1/15～1/5时,悬索桥加劲梁的竖向挠度、梁端的纵向位移及梁端的竖向转角,以研究重力刚度及几何刚度各自随矢跨比的变化规律及其在结构刚度中所占的比重,从而得出结构刚度随矢跨比的真实变化规律,并给予合理解释,得出一些有用的结论,为结构的优化设计提供参考。     

大跨度非对称悬索桥振动基频的参数敏感性分析

为了研究大跨度非对称悬索桥的动力特性,基于ANSYS软件建立了某大跨度主缆不等高支承悬索桥的三维有限元模型。在计算自振频率时考虑了表征结构非对称的参数,进行了前20阶模态分析,并分析了矢跨比、结构非对称参数、加劲梁抗弯刚度及主塔抗弯刚度等关键结构参数对其振动频率的影响。研究结果表明：不同的参数对非对称悬索桥振动基频的敏感性不同,一阶竖弯和扭转频率随矢跨比的增大减小,相对于正对称的振动频率,反对称的频率对矢跨比参数更敏感;非对称悬索桥的一阶反对称竖弯和扭转基频不受非对称结构参数的影响,而正对称竖弯和扭转基频随非对称结构参数的增大而减小;一阶横弯的自振频率对加劲梁刚度的变化非常敏感,当加劲梁的抗弯刚度增加到原来的3倍时,结构原有的振型次序发生了改变,但主塔抗弯刚度参数的变化对结构各向频率的影响很小,研究结果可为非对称悬索桥的结构设计和动力分析提供参考。     

混凝土自锚式悬索桥极限跨径分析

国内自锚式悬索桥的兴建方兴未艾,而该结构的极限跨径在桥梁界论述较少。就此问题从结构因素出发,通过研究主缆线性矢跨比、边跨和中跨比值、塔高和主跨比、鞍座左右主缆切角、二期荷载和活载比重等因素对极限跨度的影响,推导了双塔三跨混凝土自锚式悬索桥的极限跨度表达式。并结合目前混凝土自锚式悬索桥常用的材料特性、材料用量、通常的结构布置形式,对混凝土加劲梁自锚式悬索桥的极限跨度进行参数分析,给出了混凝土自锚式悬索桥的极限跨度。     

大跨度自锚式悬索桥的自振特性分析

运用数值积分法对自锚式悬索桥自振特性进行分析,通过改变自锚式悬索桥矢跨比、边跨与中跨比、桥面系质量、主梁刚度、主缆刚度变化、横梁数量及位置等结构参数,探讨其对自振特性的影响,结果表明,横梁数量及布置方式、矢跨比、主缆与吊杆抗拉刚度变化对自振特性的影响较大,自振频率随着桥面系质量、边跨与主跨的比值的增大而减小等自振特性规律,为大跨度自锚式悬索桥结构动力特性优化设计提供可靠的科学依据,具有重要的研究意义。     

自锚式悬索桥受力设计分析

自锚式悬索桥是一种特殊的悬索桥,以其固有的方式形成自平衡结构体系。其结构受力情况与普通的地锚式有所区别,通过有限元对自锚式悬索桥进行受力特性分析是常见的方法,但其只能得到特定的结果,无法提供给设计人员准确的参考,所以对自锚式悬索桥的计算方法进行研究是非常必要的。改变主塔高度、加劲梁抗弯刚度、主塔抗弯刚度,对主缆垂度变化量、加劲梁跨中挠度、吊索力等效膜张力的影响进行分析,总结出结构的受力变形和设计参数的变化规律,为以后的设计工作提供相应的参考。     

佛山平胜大桥全桥模型试验研究

广东佛山平胜大桥是世界首座独塔、单跨悬吊钢混结合梁的自锚式悬索桥,跨度达350m。本文利用全桥模型研究这种新型结构的体系转换过程和结构在荷载作用下的响应,重点介绍了该桥全桥静动力试验模型的结构设计及关键技术、试验过程和试验研究结果。自锚式悬索桥的试验模型在满足相似条件方面需要考虑加劲梁压缩变形的影响;在结构体系转换过程中,虽然主缆等的变形是几何非线性的,但由于结构的成桥内力状态与吊索张拉顺序无关,因此各种体系转换过程都能实现要求的线形。无应力长度控制法是确定自锚式悬索桥体系转换过程中的张拉力和结构状态较好的方法;在活载作用下,自锚式悬索桥的受力特性表现为线性的,自锚式悬索桥与地锚式悬索桥力学特性上既有一些相同的地方,又有较大的差异。     

列车作用下悬索桥刚度参数对桥梁动力性能影响

分析研究了某多塔悬索桥不同的桁宽、桁高、主缆刚度和中塔刚度等刚度敏感参数对桥梁自振特性以及桥梁动力响应的变化规律,分析表明,加劲梁桁宽的增加能显著增大桥梁横向基频,且能减小跨中横向振动响应;加劲梁桁高、主塔刚度以及主缆刚度的增加均能提高结构整体竖向刚度,显著减小桥梁跨中竖向振动位移。     

混凝土自锚式悬索桥配重设计初探

针对塔梁分离的混凝土加劲梁自锚式悬索桥,讨论为平衡主缆锚固端上拔力的配重设置的影响因素和设计方法.选取某三跨连续自锚式悬索桥,通过调整边主跨比、垂跨比、边跨压重及调整锚固端配重分布,对自锚式悬索桥减小或消除支座上拔力的方法进行了探讨.经对比分析,边主跨比的合理设置、增大锚固端配重对减小锚固端支座上拔力作用显著；附加压重荷载应尽量靠近支座处布置；调整主缆张力,适当增加加劲梁的分担载荷,对减小支座上拔力有利.     

大跨径自锚式悬索桥受力分析

介绍主跨跨径为328m的自锚式悬索桥的结构形式和施工方法,并阐述其分析理论。针对主缆索的几何非线性,采用较为精确的分段悬链线法计算其空缆线形、成桥线形及无应力索长。然后,通过不同矢跨比和吊杆间距的比较以及预拱度的设置对自锚式悬索桥的受力特性进行了研究。根据恒载、移动荷载、制动力、支座沉降、风荷载和温度变化组合的7种工况,建立合理的力学模型对大桥进行仿真分析,采用有限位移法计算施工时的鞍座预偏量,主梁预拱度及营运阶段的应力、挠度和侧移。     

Limit span of self-anchored cable-stayed suspension cooperation system bridge based on strength

The limit span of self-anchored cable-stayed suspension bridge is deduced. The relations among the geometrical parameters, loads and material characteristics are also analyzed. Based on the material strength and commonly used materials, the limit spans of self-anchored cable-stayed suspension bridges with concrete girder or steel girder under vertical static load are discussed in detail. The corresponding upper limit spans and the effect of the factors on the span are given. The results indicate that increasing rise-span ratio, height-span ratio and cable-stayed segment length or reducing the second dead load could increase the cooperation system span.     

结构参数变化对自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力特性的影响

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥的动力特性主要包括体系的自振频率和主振型,它是自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力分析的基础和前提。以大连港跨海大桥设计方案为工程背景,通过建立空间有限元模型,给出了前10阶频率和相应的振型,分析了加劲梁刚度、主塔刚度等结构参数变化对自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力特性的影响,对其影响规律进行了讨论。     

基于挠度理论的三塔悬索桥参数分析

采用多塔悬索桥挠度理论,对三塔悬索桥的矢跨比、主塔刚度、加劲梁高度和主塔高差等进行了参数分析。通过这些分析,有利于帮助人们把握三塔悬索桥的受力特点,得出的结论可供类似桥梁方案设计时参考。     

Limit span of self-anchored cable-stayed suspension cooperation system bridge based on strength

The limit span of self-anchored cable-stayed suspension bridge is deduced. The relations among the geometrical parameters, loads and material characteristics are also analyzed. Based on the material strength and commonly used materials, the limit spans of self-anchored cable-stayed suspension bridges with concrete girder or steel girder under vertical static load are discussed in detail. The corresponding upper limit spans and the effect of the factors on the span are given. The results indicate that increasing rise-span ratio, height-span ratio and cable-stayed segment length or reducing the second dead load could increase the cooperation system span. __________ Translated from Journal of Dalian University of Technology, 2008, 48(3): 387–391 [译自: 大连理工大学学报]     

单层K6型球面胶合木网壳结构受力性能试验研究

为分析不同节点刚度、矢跨比对单层K6型木网壳结构受力性能的影响,设计了4个跨度为4m,矢跨比分别为1/10、1/5,连接节点分别为单列、双列螺栓的缩尺比1∶10网壳试件,进行了全跨、半跨以及破坏荷载作用下的试验。研究结果表明：在不同加载阶段,试件节点位移基本呈顶点位移最大,1环其次,2环最小的趋势,矢跨比对试件的初始刚度影响较大;半跨加载阶段,矢跨比对试件刚度的影响比全跨加载阶段更明显;破坏荷载作用阶段,矢跨比对提高试件跨中挠度达到l/400（l为跨度）时的加载值的影响更大,节点刚度对提高杆件出现第2条裂缝时的加载值的影响更大;矢跨比越大,试件由于节点处应力集中而易发生开裂,节点刚度提高有利于抑制第2条裂缝的发生,并减缓试件刚度的退化;矢跨比大的试件易发生承载力破坏,矢跨比较小的试件易发生失稳破坏。     

悬索桥易损性分析与简化模型

对中国当前已建和在建的车行悬索桥进行了统计分析,总结其分类特点,得到了统计意义上桥梁主要参数间的关系,并利用线性拟合得到趋势拟合公式。选取3座典型悬索桥（双塔地锚式平行双索面桥、双塔自锚式平行双索面桥、独塔自锚式空间索面桥）建立有限元模型,对影响悬索桥振动的主要参数进行了敏感度分析;利用塔底弯矩曲率曲线确定不同等级的损伤指标,采用增量动力分析(IDA)法得到地震反应需求值,通过计算不同损伤指标的能力需求比,对悬索桥的易损性进行分析。针对震后灾害快速评估的需求,建立单塔简化模型来计算易损性曲线。结果表明:对算例桥梁而言,主塔顺桥向弯曲振动,主塔刚度对自锚式平行索面悬索桥影响大,主缆刚度对地锚式平行索面悬索桥影响大;横桥向主塔刚度对3座桥影响均较大;地锚式悬索桥比自锚式悬索桥易损,而自锚式悬索桥中双塔平行索面桥抗震性能优于独塔空间索面桥;单塔简化模型在一定程度上能够满足震害后快速评估的需求,误差基本在工程上可以接受的范围。     

独塔自锚式悬索桥设计

中小跨径的自锚式悬索桥造型优美,是城市桥梁的可选桥型之一。通过一座独塔自锚式悬索桥的方案选择及结构分析,介绍了具体的设计方法。     

Nonlinear static analysis of continuous multi-span suspension bridges

This paper performs the static analysis of multi-span suspension bridges using the deflection theory. Applying the deflection theory conventionally used in three-span suspension bridges to multi-span suspension bridges, the horizontal forces of the main cables due to live loads are obtained by converting the suspension system to the equivalent beam system and using the compatibility equation of cables for four spans. Iterative computations are used due to nonlinearity of the differential equations. The results, such as deflections and moments of girders and horizontal forces of the main cable, are compared with the finite element analysis for verification. The resultant values from two methods are almost the same. Finally, using the linearized deflection theory, parametric studies are performed by influence line analyses for parameters such as the side-to-center span ratio, the tower stiffness ratio and the sag to span ratio. From the parametric studies, alternatives to reduce displacements of girders in the center span and girder moments of all spans are investigated.