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为解决城市山地复杂环境下斜塔悬索桥钢结构安装难题,本文以厦门健康步道节点二桥梁工程为例,系统阐述其 V 形桥塔与钢箱梁的安装技术.重点研究适用于陡峭地形与跨路施工的钢管柱支架体系设计、大节段构件吊装工艺、缆索系统安装流程.同时,通过有限元分析对支架及主体结构在恒载、风载等工况下的应力、变形及稳定性进行验证,确保施工方案的安全可行.工程实践表明,所采用的支架承重+分节吊装+体系转换的综合技术可有效解决陡峭地形、跨路施工及高空拼装精度控制等难题,为同类异形钢结构桥梁提供参考.
钢结构桥梁斜塔支架设计吊装施工有限元分析体系转换
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加劲梁纵向运动是影响悬索桥梁端约束装置服役性能的关键参数,精准计算列车引起的梁端纵向位移对约束装置的设计优化、监测评估和维护至关重要.以五峰山长江大桥为例,基于静载试验比较评估静力法的计算精度,提出了全面考虑加劲梁纵向非线性阻力的车致梁端纵向运动计算方法,通过实测结果验证其可靠性,探明铁路悬索桥梁端纵向运动特性及短吊索弯曲应力变化规律.结果表明,所提方法能准确计算列车作用下梁端纵向运动,计算结果与实测值相近.受纵向非线性阻力影响,列车作用下梁端位移均未超过1 mm,而短吊索的缆-梁纵向相对位移远超静力计算结果,其弯曲应力增大76.7%,中央扣应力幅增大3.6倍至143.4 MPa.支座摩阻力和梁-轨纵向相互作用对加劲梁纵向运动影响显著,采用静力计算会夸大梁端位移值,低估关键连接构件受力水平.研究成果可为厘清车致梁端纵向运动机理与约束装置的优化设计提供有益参考.
铁路悬索桥纵向运动列车动力分析吊索
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文章以某大跨度单塔人行悬索桥为例,系统探讨BIM技术在钢结构桥梁的参数化设计、数字化放样、智能化制作、虚拟预拼装、现场吊装施工、索系张拉和体系转换等方面的应用.研究成果聚焦 BIM 技术的施工运用,可为国内同类型大跨度钢结构悬索桥工程施工提供成熟的实践参考与技术借鉴.
大跨度悬索桥钢结构桥梁BIM技术数字化放样工厂预制拼装
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针对传统全钢主索鞍制造成本高、施工运输难度大、中国钢‒混凝土组合主索鞍相关优化研究不足的工程现状,为探明钢混组合主索鞍的受力损伤演化规律、兼顾结构安全与工程经济性,该文依托某特大桥主索鞍设计方案,提出一种新型钢‒混凝土组合主索鞍的结构,采用混凝土塑性损伤理论(CDP模型)并结合有限元软件Abaqus对其进行优化分析.系统研究了钢结构鞍头的设计形式、剪力键的连接方式以及混凝土鞍体的构造对组合主索鞍承载能力的影响.结果表明:采用平面设计的鞍头上承板底面会使混凝土鞍体出现显著的塑性受拉损伤,而将上承板底面设计为曲面可以大幅提升钢‒混凝土组合主索鞍的受力性能.在型钢、栓钉以及PBL 3种剪力键的对比中,型钢剪力键两侧混凝土鞍体均出现了广泛的塑性受拉损伤,PBL剪力键两侧的混凝土损伤更为严重,其钢板两侧的混凝土及混凝土榫均出现了大范围的塑性受拉损伤,而栓钉剪力键作用下鞍体塑性受拉损伤最小.上承板厚度取75 mm时混凝土鞍体损伤面积占比最低,但继续增加钢板厚度对结构受力性能提升幅度有限,为了降低钢材使用量,将钢结构鞍头上承板的厚度控制在50 mm为最优;鞍头两侧混凝土鞍体斜坡角度的最佳控制值宜取45°,此时混凝土鞍体的损伤面积较为理想.当混凝土材料由C50替换为超高性能混凝土(UHPC)时,在3.0倍设计缆力作用下,鞍体中心的塑性受拉损伤显著减小至0.2,钢‒混凝土组合主索鞍的极限承载能力得到显著提高.优化后的钢混组合式主索鞍构造合理、受力性能优良,具有广阔的应用前景.可为悬索桥主索鞍的工程设计与优化提供参考依据.
悬索桥主索鞍钢—混凝土组合结构混凝土塑性损伤构造优化有限元模拟超高性能混凝土(UHPC)
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[目标]涡激振动是大跨度悬索桥服役期间面临的主要风致振动问题,确定合理的涡振振幅限值对于确保桥梁的安全性和适用性至关重要,因此本文研究了基于几何线形的大跨度悬索桥竖向涡振振幅限值.[方法]首先,概述中美两国关于几何线形方面的规范,总结了包括纵坡、曲率半径、坡度变化率、行车视线与盲区在内的控制指标.其次,以一座大跨度悬索桥为工程背景,计算了基于上述控制指标的振幅限值.然后,基于振动理论推导了具有一定普适性的涡振振幅限值近似表达式并对其进行验证.最后,探讨了桥梁跨长、振型阶数等影响涡振振幅限值的主要因素.[结果]基于最大纵坡、最小曲率半径、最小坡度变化率得到的涡振振幅限值的半解析解与数值解之间的差异分别为 0.02%~7.38%,1.08%~6.38%,0.46%~12.00%,这说明本研究所推导的近似表达式具有一定的准确性和可靠性.该近似表达式涉及的变量主要有桥梁主跨长度、主梁模态阶数及与控制指标和规范限值相关的系数,其建议取值根据不同的控制指标、桥长和涡振模态而变化.[结论]本研究所提方法包括对不同几何线形控制指标下涡振振幅限值的数值模拟,以及基于振动理论推导的近似表达式.数值模拟能够提供准确的涡振振幅限值,但计算耗时且缺乏普适性;近似表达式则弥补了这一不足,提供了适用于实际工程的简便计算方法,为大跨度悬索桥的设计和管理提供了依据.
桥梁工程涡振振幅估值公式数值模拟大跨度悬索桥中美规范
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[目标]为解决桥梁抗风设计中 π 型叠合梁扭转刚度小、外形较钝带来的颤振稳定性问题,以某 π 型截面悬索桥为研究对象,研究其颤振性能及气动抑振措施.[方法]基于计算流体动力学方法开展数值风洞试验,采用强迫振动法求解桥梁的颤振临界风速,并提出锐化风嘴、设置不同高度的上中央稳定板 2 种气动抑振措施,以优化 π型叠合梁的颤振性能,进一步从气动力做功输入能量大小及流场演变过程对气动机理进行分析与解释.[结果]主梁原始断面颤振性能不满足抗风规范要求,需要设置抑振措施优化截面气动外形;π 型叠合梁颤振性能对风嘴外形较为敏感,采用锐化风嘴能够有效改善断面的颤振临界风速;在桥面上方布置中央稳定板能够提高竖向振动的参与程度,对负攻角下的颤振临界风速提升效果较为明显;当上中央稳定板高度超过一定值后,其提升颤振临界风速的效果显著增强;锐化风嘴可减小桥面板下方负压区的强度和范围,上中央稳定板的存在会使背风侧桥面板上方形成一个负压区,二者的共同作用抑制了主梁扭转运动的发展,提高了结构的颤振稳定性.[结论]锐化风嘴与设置上中央稳定板相结合能够有效改善 π 型叠合梁的颤振稳定性.研究结果可为 π 型叠合梁颤振气动抑制措施的选择提供参考.
桥梁工程颤振性能数值模拟风嘴上中央稳定板
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[目标]针对悬索桥纵向漂移自振与竖向弯曲自振耦合效应计算机理不明晰的问题,提出一种基频简化计算方法,旨在厘清 2 类自振模式的耦合作用机制,为大跨度悬索桥初步设计阶段的动力特性分析与参数化设计提供理论支撑.[方法]首先,将竖向弯曲自振模型简化为 n 维自由度竖向自振等效线性模型,纵向漂移自振简化为单自由度自振模型.其次,推导 n 维自由度模型的等效主缆位形影响系数,并利用刚度法提出竖向弯曲自振基频计算公式.然后,分析纵向漂移自振机理,将该自振模型简化为单自由度动力体系,利用刚度法构建纵向漂移自振频率的计算公式.随后,基于能量法推导 2 种自振基频耦合计算公式.最后,通过设置悬索桥计算案例,将解析算法与有限元模型、已有文献算法进行对比分析.[结果]解析算法耦合自振基频计算值与有限元模型计算值的误差率为―3.4%.[结论]边跨刚度对于悬索桥耦合自振基频影响较小.竖向自振简化模型适用于悬索桥自振基频理论分析,解析算法能够为大跨度悬索桥设计提供依据.
桥梁工程耦合自振基频纯竖弯自振模型单自由度自振模型刚度法悬索桥
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为评估大跨度公轨合建上加劲连续钢桁悬索桥的受力性能与服役状态,文中以大跨径双层桥为背景,开展现场静、动载联合试验,并结合midas/Civil有限元理论分析.试验共设置16个静载工况和66个动载测点,测试了控制截面的应变、挠度及动力响应.结果表明各工况满载作用下,应变校验系数为0.43～0.96,位移校验系数为0.54～0.88,均满足规范要求;主跨最大竖向挠度实测值为93.1～98.4 mm,理论值121.02 mm,刚度储备约23％～26％;左右幅测点数据差异小于0.1,结构横向刚度与强度分布均匀;卸载后相对残余应变与位移均小于20％,结构处于弹性工作状态.脉动试验实测前10阶竖向频率均高于理论值,无障碍行车冲击系数为0.013～0.047,低于0.05的设计限值.综合表明该桥整体受力性能满足设计及规范要求,具备正常运营条件.研究成果可为同类型公轨合建桥梁的设计、施工与运维提供技术参考.
钢桁悬索桥公轨合建残余应变竖向挠度
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针对主跨 1 600 m 汉南长江大桥传统约束体系难以兼顾多工况位移控制与结构受力的技术难题,提出一种兼具静力限位与动力耗能的纵向多功能耗能约束体系.采用 SAP2000 建立全桥三维有限元模型,分析传统约束体系的结构响应缺陷,开展约束体系关键参数敏感性分析,确定最优设计参数,并对比 6 种不同约束体系的结构性能.结果表明,该体系可实现温度变形自由释放、静力限位、中速荷载累积位移控制及强震耗能的全工况适配,各项性能指标均优于传统约束体系,可为同类大跨径悬索桥约束体系设计提供参考.
桥梁工程悬索桥多功能耗能约束体系弹簧黏滞阻尼器参数敏感性分析结构性能
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为明确离岸悬索桥分离式沉井定位阶段在复杂波流环境下的锚缆受力与沉井运动规律,以厦门第三东通道刘五店航道桥东锚碇分离式沉井为研究对象,采用 1:45 波流水池动力模型试验,基于弗劳德相似准则设计模型,探究初定位(11.4 m 吃水)与精定位(26.17 m 吃水)阶段,单独流、单独波浪及波流联合作用下体系的动力响应.试验测试了 0°/20°流向、0°/20°/90°浪向下锚缆最大缆力增幅及沉井 6 自由度运动位移,分析荷载类型、作用方向及施工阶段对响应的影响.结果表明:锚缆力增幅随吃水深度增加而提升,精定位阶段增幅显著高于初定位;20°斜向流、90°横向浪分别为单独流、单独波浪工况的不利条件;波流联合作用响应与单独流接近,波浪存在"抑制振动"效果;边跨侧沉井受主跨侧遮挡,90°浪向缆力增幅降低.叠加 900 kN/600 kN 预张力后,各阶段锚缆最大缆力均未超2 000 kN 设计承载力,沉井运动维持平衡.研究可为离岸沉井定位施工安全提供参考.
桥梁工程离岸悬索桥分离式沉井锚缆体系波流荷载动力模型试验定位阶段
