“望东长江大桥建设成套技术研究及应用”斩获全国性大奖

2020年12月28日,在中国公路建设行业协会科学技术奖奖励大会上,"望东长江大桥建设成套技术研究及应用"荣获特等奖。望东长江大桥为主跨638 m、全联长1250 m的钢混组合梁斜拉桥,于2016年12月建成通车。在望东长江大桥科研创新工作中,项目建设团队攻克钢混组合梁斜拉桥往更大跨径发展的关键技术瓶颈,推动了大跨组合梁工业化建造技术的发展,明晰了钢混组合结构关键受力行为,解决了特殊条件下深水基础施工难题,弥补了我国组合梁斜拉桥技术研究与发展的空白。项目高质量的创新成果有力支撑了大桥建设,节约建设资金8700万元,并在多座跨江、跨河桥梁上得到推广应用。     

大跨径组合梁斜拉桥极限承载能力分析

斜拉桥是由索、塔、梁形成的一种组合结构,主梁以压弯受力为主,主塔以心受压为主,因此结构的稳定性问题是斜拉桥设计中必须考虑的关键问题之一。在同时考虑几何非线性和材料破坏准确情况下的弹塑性稳定分析,实际上就是反映结构极限承载能力破坏的过程。为了分析组合梁斜拉桥的极限承载能力特性,文章利用ANSYS空间有限元模型研究了某大跨径组合梁斜拉桥的极限承载能力特性。分析了依托工程斜拉桥的极限破坏过程及其极限承载能力特性,得到了这种结构体系丧失承载能力的过程及破坏形态。研究表明这种结构首先在桥塔应力最大断面纤维进入塑性,主塔变形增大,然后轴力较大位置钢梁应力进入屈服阶段,形成结构体系的塑性铰,体系达到承载能力极限状态。文章的极限承载能力分析方法能够更加真实的反映斜拉桥结构的真实承载能力情况,可为类似结构研究提供借鉴。     

安徽望东长江大桥建设成套技术研究通过验收

正2018年6月8日,受交通运输部委托,交通运输部科学研究院在北京主持交通运输建设科技项目"望东长江大桥建设成套技术研究"成果评价验收会。会议邀请杜彦良院士等国内知名专家组成验收委员会。与会专家经过讨论审议后认为,项目研究成果总体上达到国际先进水平,其中所构建的大跨径组合梁斜拉桥"竖向大位移弹性支撑+项目纵向多阶约束"组合约束体系达到国际领先水平。该科研项目以望东长江大桥为依托,系统构建了大跨径组合梁斜拉桥组合约束体系,显著改善了桥面系结构的受力状态;创     

三塔结合梁斜拉桥几何非线性精细化仿真分析

随着斜拉桥跨径的不断增大,结构几何非线性的影响越来越明显。本文介绍了大跨径斜拉桥几何非线性的三个主要因素及其分析方法,通过有限元软件ANSYS,采用空间板壳和实体单元与梁单元相结合,完全按照实际的结构形式建立武汉二七长江大桥精细化空间有限元模型,分析其在恒载作用下的几何非线性效应。结果表明,非线性对主梁竖向位移影响最大,主跨跨中处达到25.6%,故进一步研究该桥在运营阶段主跨跨中位移在活载最不利工况下的非线性影响。本文的建模方法和分析结果对该类大跨径结合梁斜拉桥的设计和施工具有实际参考价值。     

施工误差对大跨径斜拉桥极限承载力影响研究

基于Monte Carlo思想对斜拉索索力随机误差进行了模拟,对千米级斜拉桥按照第二类稳定问题的求解方法对其施工过程进行了模拟分析,主要考察了斜拉桥处于最大双悬臂和中跨最大单悬臂状态时最不利施工工况下结构的极限承载力,给出了不同施工误差下大跨径斜拉桥荷载安全系数的比较和分析结论。     

在施工过程中施工误差对大跨径斜拉桥极限承载力影响的研究

在斜拉桥施工过程中由于不可避免地产生几何尺寸和索力的误差时,主梁和主塔也会产生偏离理论纵轴线的误差,当悬臂施工过程中悬臂长度增大时斜拉桥主梁就会发生出平面的变形.当前斜拉桥跨径已经突破千米,如果施工误差引起悬臂施工中主梁的平面外偏移,则必然降低结构的安全性.文中综合考虑影响斜拉桥几何非线性的因素,同时计及材料非线性,基于Monte Carlo思想对斜拉索索力随机误差进行了模拟,利用大型通用有限元程序ANSYS对千米级斜拉桥按照第二类稳定问题的求解方法对其施工过程进行了模拟分析,主要考察了斜拉桥处于最大双悬臂和中跨最大单悬臂状态时的最不利施工工况下结构的极限承载力,给出了不同施工误差下大跨径斜拉桥荷栽安全系数的比较和分析结论.     

某大跨空间结构屋盖复杂节点有限元分析

本文以某大型综合交通枢纽大跨空间结构屋盖为例,采用ABAQUS分别对其复杂铸钢节点、超大焊接球节点进行非线性有限元分析,同时考虑弹塑性与几何非线性,分析了不同加载工况下模型构件节点的承载能力,对模型构件节点的安全进行校核。     

钢变电构架考虑损伤的承载能力计算模型研究

针对无侧向支撑的两跨人字形钢结构变电构架,在构架柱损伤前后,分别进行了考虑结构二阶效应的承载能力分析。为了模拟构架柱的凹陷损伤,分别采用了等效刚度模拟方法和区段损伤模拟方法。分析中考虑了构架柱的初始几何缺陷,加载过程分别考虑了几何非线性、材料非线性以及两种非线性因素共同作用的影响。在导线荷载作用下,通过分析对比变电构架受损前后的二阶弹性、一阶弹塑性和二阶弹塑性曲线,得到了其承载能力的变化规律:变电构架的极限承载能力主要受弹塑性二阶效应的影响,但与弹性极限差别较大;与区段损伤模拟方法相比,采用等效刚度模拟方法时,其极限承载能力降低较为明显。     

纵向弹性索对斜拉桥稳定性的影响

为了探讨纵向弹性索对斜拉桥稳定性的影响,用ANSYS非线性有限元程序,结合重庆一座超大跨径预应力混凝土斜拉桥——奉节长江大桥,对其有无纵向弹性索约束时结构的失稳模态、线性与非线性稳定安全系数进行了数值模拟分析,研究表明：结构无纵向弹性约束时斜拉桥一阶线性失稳模态为沿纵桥向飘逸,有弹性索作用时为主梁下挠失稳,在两种情况下,非线性失稳模态均为主梁跨中下挠失稳,纵向弹性索对斜拉桥的稳定性有比较大的影响。     

曲线双工字钢板组合梁桥受弯破坏全过程分析

为进一步研究中小跨径双主梁式钢板-混凝土组合梁桥的受力性能,探讨其在抗弯荷载作用下的承载能力及破坏模式,以曲率半径R=460 m的235 m桥跨结构为研究对象,采用非线性数值分析方法对结构进行受力全过程仿真分析,并以塑性铰方法对结构在特定荷载下的极限承载力及安全储备进行计算。结果表明:该方法能够较好地模拟钢板-混凝土组合梁在受弯破坏全过程中的整体非线性响应,且能够追踪全桥在逐渐加载过程中各构件的破坏路径;该钢板-混凝土组合梁的承载能力破坏过程是一个缓慢的延性变化过程,具有较高的安全储备。     

FRP-胶合木-UHPC组合梁桥设计与试验

为适应我国桥梁建设环境友好转型发展的需要,并针对传统木-混凝土组合梁自重大、长期变形大及耐久性不足,难以应用到中等跨径桥梁的问题,提出一种可整体预制、整跨吊装的FRP-胶合木-UHPC组合梁桥。对20m、30m跨径的FRP-胶合木-UHPC组合梁桥试设计,并与同等跨径的传统木 混凝土组合梁桥和预应力混凝土梁桥进行材料用量和经济性的对比;对30m跨径的试设计桥梁进行荷载组合效应计算,根据计算结果以中国桥梁设计规范为基础,同时参考欧洲规范5,基于弹性设计法对FRP-胶合木-UHPC组合梁桥的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计计算;对30m跨径的试设计桥梁按照纵向1∶5的比例缩尺,设计制作了2根试验梁模型,并进行试验研究。研究结果表明：20m跨径的试设计桥梁的自重分别减至传统木-混凝土组合梁和预应力混凝土梁的72.7%和48.0%,全寿命造价分别为二者的79.1%及106.4%;30m跨径的试设计桥梁的自重减至预应力混凝土梁的49.3%,全寿命造价为它的134.0%;试设计FRP-胶合木-UHPC组合梁桥具有足够的抗弯与抗剪承载力,活载作用下的结构挠度小于限值,满足工程受力要求;按照欧洲规范5进行设计,结构具有较大安全储备,理论计算偏安全;FRP的植入使组合梁的极限承载能力提高了约8.6%,并能改善其破坏形态、提高延性。     

云阳长江大桥施工正装模拟方法

在大跨径斜拉桥的施工控制中,正装模拟结果的高精度是保证结构施工安全和成桥状态达到设计要求的关键。以云阳长江大桥施工控制实践为例,论述了正装模拟方法与过程,并给出了正装模拟结果和施工控制结果。结果表明,大跨径斜拉桥施工控制,采用正装法模拟及将主梁划分为4个施工工况可以满足施工控制精度要求。     

大跨度混凝土斜拉桥静力稳定性分析

对大跨度混凝土斜拉桥进行稳定性研究,考虑混凝土斜拉桥的非线性和构件的极限承载能力,计入施工过程的变形和应力的叠加效应。评价了该桥的整体稳定性,并就大跨度斜拉桥静力稳定分析中考虑构件的极限承载能力以及采用不同加载方式对稳定性的影响进行了探讨。     

大跨斜拉钢制箱梁桥施工控制分析

在桥梁工程施工实践中,斜拉桥凭借跨越能力强、柔性结构抗冲击振动效应好、受力体系分布合理、造型美观等特点在工程实践中应用较为广泛;尤其是在跨海、跨江及对桥下净空条件要求较高的工况中,使用更加普遍。为了提高大跨径钢箱梁斜拉桥结构的施工质量,本文以某跨海大桥施工项目为研究案例,选用无应力状态法,并综合考虑结构的非线性特性,结合桥梁结构总体布置及截面形式特点确定合理的成桥方案及施工控制方法。以最大程度提升大跨径钢制箱梁斜拉桥的成桥质量及合龙精度。     

双曲线索网结构极限能力影响因素分析

以双曲抛物面索网结构为研究对象,考虑索网结构在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性。采用钢绞线本构关系及ANSYS中索单元,对双曲抛物面索网在固定边界条件下承受静力荷载作用下的极限承载力进行分析,研究了索网结构中索的初索力及索网结构几何大小对索网结构承载能力的影响。结果表明,索网结构随着预应力比的增加。索网结构的承载能力逐渐下降。在半跨荷载作用下,索的极限承载能力相对于全跨荷载工况略有提高：随着预应力增大,两种荷载布置引起的极限荷载差别减小。在工程上。常用几何大小范围内几何尺寸对极限承载能力的影响不大。本文结果可供索网结构设计及施工时参考。     

双曲索网结构极限能力影响因素分析

以双曲抛物面索网结构为研究对象,考虑索网结构在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用钢绞线本构关系及ANSYS中索单元,对双曲抛物面索网在固定边界条件下承受静力荷载作用下的极限承载力进行分析,研究了索网结构中索的初索力及索网结构几何大小对索网结构承载能力的影响.结果表明,索网结构随着预应力比的增加,索网结构的承载能力逐渐下降,在半跨荷载作用下,索的极限承载能力相对于全跨荷载工况略有提高;随着预应力增大,两种荷载布置引起的极限荷载差别减小.在工程上,常用几何大小范围内几何尺寸对极限承载能力的影响不大.本文结果可供索网结构设计及施工时参考.     

钢-混凝土连续组合梁强度极限状态调幅系数

在连续组合梁塑性极限分析的基础上,推导了两跨连续组合梁极限状态所需的调幅系数,探讨了结构所能提供的调幅能力以及调幅系数的确定方法,给出了连续组合梁承载力计算公式.结合算例,与现行<钢结构设计规范>(GB 50017-2003)的弯矩调幅方法的计算结果进行了比较,采用该方法可有效发挥连续组合梁极限承载能力,对连续组合梁的合理优化设计具有参考价值.     

Midas/Civil在大跨斜拉桥几何非线性分析中的应用

结合某大跨径混合梁斜拉桥工程,运用Midas/Civil软件建立了其完整有限元模型,阐述了斜拉桥各部件具体简化方法以及斜拉桥合理成桥状态计算方法,对各种典型工况实现方法进行了说明,通过比较线性计算结果与非线性计算结果,论述了该软件在大跨度桥梁几何非线性分析时的应用方法。     

“行业视窗”神州行

武汉第6座长江大桥合龙创4项世界纪录；世界首座大跨径斜吊拱曲线桥梁合龙；世界最大跨铁路转体斜拉桥成功转体；沿海铁路通道上最大旅客站房——福州火车南站开建。     

动载作用下的大跨度双层斜拉桥组合梁桥面响应分析

采用全三维精细建模方法,建立了轻轨车辆及大跨度双层斜拉桥的耦合振动分析有限元模型,模型考虑了几何和材料的非线性,单元与节点数超过百万。采用接触均衡的并行计算方法在上海超级计算机曙光4000A上进行求解,解决了模型较大带来的计算困难。通过对车辆单向运行及双向汇车运行两种工况的仿真,分析了斜拉桥组合梁桥面关键部位桁架节点受力状态,得出了主、边跨中桥面节段的动力响应特性。