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基于模型试验的双缆多塔悬索桥力学特性研究

计算力学学报 2023年

作者：柴生波王克文王秀兰吴骞西安科技大学建筑与土木工程学院

为实际验证双缆多塔悬索桥力学特性，基于理论公式和数值分析开展了双缆多塔悬索桥模型试验。根据设计参数分别建立了传统体系和双缆体系有限元模型，对比分析了两种体系结构变形和桥塔应力；模型试验验证了双缆体系塔梁变形公式精度和... 详细信息

为实际验证双缆多塔悬索桥力学特性，基于理论公式和数值分析开展了双缆多塔悬索桥模型试验。根据设计参数分别建立了传统体系和双缆体系有限元模型，对比分析了两种体系结构变形和桥塔应力；模型试验验证了双缆体系塔梁变形公式精度和动力特性。研究表明：双缆体系试验模型塔梁变形理论值与实测值及模拟值吻合良好，说明试验模型整体精度较好，验证了理论公式精度。实测与有限元模拟得出第一阶振型模态均为加劲梁一阶反对称竖弯，结构固有频率实测值与模拟值误差为6.97%，验证了模型结构振型模态和固有频率。传统体系中塔位移和加载跨加劲梁挠度是双缆体系的3倍左右，非加载跨加劲梁挠度为4倍左右；传统体系中塔塔底应力是双缆体系的3倍左右，说明双缆体系较传统体系能够有效减小中塔位移、加劲梁挠度和中塔塔底应力。

关键词：桥梁工程力学特性模型试验多塔悬索桥双缆振型模态

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多塔悬索桥结构变形的实用计算方法

中国公路学报 2016年第6期29卷 207-213页

作者：沈锐利张兴标彭丹西南交通大学土木工程学院四川成都610031 成都市市政工程设计研究院四川成都610063

为解决利用有限元法求解活载作用下多塔悬索桥结构变形时工作量大、不便于参数影响分析的问题,基于结构内力按刚度分配的原理,建立了一种新的实用计算方法。首先添加各桥塔塔顶纵桥向位移约束,利用梁比拟法导出活载作用下缆索竖向位移... 详细信息

为解决利用有限元法求解活载作用下多塔悬索桥结构变形时工作量大、不便于参数影响分析的问题,基于结构内力按刚度分配的原理,建立了一种新的实用计算方法。首先添加各桥塔塔顶纵桥向位移约束,利用梁比拟法导出活载作用下缆索竖向位移表达式,并用能量守恒原理建立补充方程,分别求解各跨缆索结构的竖向位移和水平力;其次,依次解除前一步中添加的约束,对已求得的各桥塔两侧缆索水平力,将其力差按刚度分配给桥塔和相邻跨,得到多塔悬索桥活载作用下的最终位移;最后,以一座两主跨均为1 080m的三塔悬索桥为例与有限元计算结果进行了对比。研究结果表明:所建立的方法与有限元法相比,缆索竖向位移及各桥塔纵桥向位移计算相对误差一般在5%以内,能够为多塔悬索桥初步设计提供快速解算方法,并为有限元计算结果的校核提供参考。

关键词：桥梁工程水平力分配法梁比拟法能量原理多塔悬索桥实用计算方法

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多塔悬索桥活载效应简化分析

中国公路学报 2015年第11期28卷 60-66,81页

作者：孙斌胡志坚张力文秦一栋肖汝诚同济大学土木工程学院上海200092 武汉理工大学交通学院湖北武汉430063

为简化多塔悬索桥在活载作用下变形与内力的计算,将相邻跨主缆对加载跨主缆的约束效应等效为主缆弹簧,并基于全微分理论和平衡方程推导得到了等效主缆弹簧刚度,再计入桥塔抗推刚度后得到了加载跨主缆两端的总约束刚度;采用单位集中荷载... 详细信息

为简化多塔悬索桥在活载作用下变形与内力的计算,将相邻跨主缆对加载跨主缆的约束效应等效为主缆弹簧,并基于全微分理论和平衡方程推导得到了等效主缆弹簧刚度,再计入桥塔抗推刚度后得到了加载跨主缆两端的总约束刚度;采用单位集中荷载加载得到活载位移影响线,进而得到活载作用下的结构响应;与有限元分析结果进行对比以验证该方法作为概念设计阶段可靠估算方法的可行性。结果表明:与典型双塔悬索桥不同,多塔悬索桥位移影响线在加载跨内几乎不出现变号区域,且最大位移发生在跨中附近,对应全跨满布活载的加载方式;参数分析表明桥塔刚度增大有助于提高结构总刚度,但桥塔弯矩也随之增大;桥塔刚度较小时结构竖向刚度随主缆垂跨比增大而减小,桥塔刚度较大时规律相反;所提出的计算方法可作为概念设计阶段的可靠估算方法。

关键词：桥梁工程多塔悬索桥简化分析活载效应主缆弹簧等效刚度位移影响线

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一种减少多塔悬索桥塔顶不平衡力的方法

石河子大学学报（自然科学版） 2022年第3期40卷 320-326页

作者：谢肖礼杨创捷覃霞广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004

针对多塔悬索桥塔顶不平衡力过大、刚度下降、塔底弯矩及剪力明显增大等缺陷,本文提出一种新的解决方法。通过新增凸杆、斜腹杆及带节点板索夹等构件,形成新的悬索结构体系,其结构布置为:凸杆以塔为中心对称布置,与梁连接后作为桁架的... 详细信息

针对多塔悬索桥塔顶不平衡力过大、刚度下降、塔底弯矩及剪力明显增大等缺陷,本文提出一种新的解决方法。通过新增凸杆、斜腹杆及带节点板索夹等构件,形成新的悬索结构体系,其结构布置为:凸杆以塔为中心对称布置,与梁连接后作为桁架的下弦杆;主缆承担全部恒载后获得重力刚度,作为上弦杆;通过斜腹杆将上下弦杆连接形成桁式结构以抵御活载。该结构的承载理念是以传统悬索桥结构形式承担恒载,以桁架结构形式承担活载,既保留了传统结构承载力大的优点,又具有桁式结构刚度大的优点,从而有效减少结构的变形及不平衡力。本文以主跨为1 020 m的三塔双跨双线铁路桥为例,通过有限元方法分析表明:在用钢量同等或增加不多的前提下,多塔悬索桥的塔顶不平衡力大幅度减少,结构刚度明显提高,因此其特别适用于高铁或重载铁路桥梁。

关键词：多塔悬索桥力学性能有限元铁路桥空间桁架

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多塔悬索桥主缆与鞍座抗滑解析计算方法

中国公路学报 2016年第4期29卷 59-66页

作者：柴生波肖汝诚王秀兰任翔西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 同济大学桥梁工程系上海200092 长安大学公路学院陕西西安710064

为指导多塔悬索桥初步设计时参数取值,提出了一种多塔悬索桥中塔主缆与鞍座抗滑安全系数的解析计算方法。将主缆在纵桥向等效为一系列弹簧,通过研究最不利加载工况下活载引起的桥塔两侧主缆内力变化,给出了鞍座两侧主缆松紧比的解析公式... 详细信息

为指导多塔悬索桥初步设计时参数取值,提出了一种多塔悬索桥中塔主缆与鞍座抗滑安全系数的解析计算方法。将主缆在纵桥向等效为一系列弹簧,通过研究最不利加载工况下活载引起的桥塔两侧主缆内力变化,给出了鞍座两侧主缆松紧比的解析公式,并据此求得主缆抗滑安全系数。建立四塔及五塔有限元模型对提出的公式进行了验证,给出了通过恒活载比值、主缆垂跨比确定桥塔刚度上限的图表,分析了桥塔刚度、恒活载比值以及主缆垂跨比等设计参数对主缆抗滑安全性的影响。结果表明:采用提出的公式计算主缆鞍座抗滑安全系数精度较高;活载与恒载比值、塔缆刚度比值对抗滑稳定性影响较大,垂跨比对于主缆抗滑的影响取决于桥塔刚度。

关键词：桥梁工程多塔悬索桥解析方法主缆抗滑安全系数

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多塔悬索桥主缆与鞍座滑动失稳临界跨径

同济大学学报（自然科学版） 2012年第3期40卷 331-337页

作者：姜洋肖汝诚李扬项海帆同济大学桥梁工程系上海200092

选取中塔刚度和避免中塔塔顶处的缆鞍滑动是多塔悬索桥设计的两个关键问题.通过理论推导,研究了加劲钢箱梁和钢桁梁多塔悬索桥的刚性和柔性中塔的缆鞍滑动临界跨径,对比分析了缆鞍滑动特性并讨论了抗滑安全系数的取值问题.研究结果表明... 详细信息

选取中塔刚度和避免中塔塔顶处的缆鞍滑动是多塔悬索桥设计的两个关键问题.通过理论推导,研究了加劲钢箱梁和钢桁梁多塔悬索桥的刚性和柔性中塔的缆鞍滑动临界跨径,对比分析了缆鞍滑动特性并讨论了抗滑安全系数的取值问题.研究结果表明,抗滑安全系数主要与恒、活载的比值以及跨径有关,且随跨径的增长而增大.当跨径达到临界跨径时,刚性中塔的主缆能自动满足抗滑条件;柔性中塔的临界跨径随塔顶水平相对位移的增加接近线性减小.

关键词：多塔悬索桥刚性中塔临界跨径抗滑

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多塔悬索桥经济性能估算方法

上海公路 2023年第4期 39-46,I0009页

作者：孙皓占小剑贾丽君张文超江西赣粤高速公路工程有限责任公司江西南昌330052 同济大学土木工程学院上海200092

多塔悬索桥作为一种较为新颖的结构体系,在未来的桥梁工程中具有广阔的应用前景。在工程概念设计阶段,需要对不同方案进行比选,而方案的经济性能在很大程度上决定了比选结果。因此,针对多塔悬索桥经济性能,基于各构件的受力状态和材料... 详细信息

多塔悬索桥作为一种较为新颖的结构体系,在未来的桥梁工程中具有广阔的应用前景。在工程概念设计阶段,需要对不同方案进行比选,而方案的经济性能在很大程度上决定了比选结果。因此,针对多塔悬索桥经济性能,基于各构件的受力状态和材料的力学性能指标,推导了吊杆、主缆、加劲梁、桥塔、桩基、沉井基础以及锚碇的材料用量公式。并在此基础上,进一步考虑材料价格系数,得到了多塔悬索桥各构件及整体造价的函数。最后,结合某实际工程资料,对公式计算精度进行了验证。

关键词：多塔悬索桥概念设计经济性能简化计算

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多塔悬索桥附属结构耐久性参数研究

中外公路 2023年第4期43卷 100-104页

作者：秦肖潘济肖汝诚温州瓯江北口大桥公司浙江温州325000 同济大学土木工程学院上海市200092

附属结构作为桥梁结构中的重要构件,其耐久性会影响桥梁整体结构的使用寿命。由于多塔悬索桥整体结构更柔,变形更大,附属结构处累积位移量也更大,因此附属结构耐久性问题在多塔悬索桥下更为突出。为了定性分析桥梁结构的体系参数(包括... 详细信息

附属结构作为桥梁结构中的重要构件,其耐久性会影响桥梁整体结构的使用寿命。由于多塔悬索桥整体结构更柔,变形更大,附属结构处累积位移量也更大,因此附属结构耐久性问题在多塔悬索桥下更为突出。为了定性分析桥梁结构的体系参数(包括塔梁连接方式和缆梁连接方式)对附属结构耐久性的影响,建立某四塔悬索桥的有限元模型,利用影响线加载的方式进行计算,得到不同塔梁连接方式以及缆梁连接方式下的梁端以及支座位置处的位移累积量。结果表明:采用塔梁固结方式减少梁端纵向位移和转角位移累积量的效果最显著;塔梁纵向连接的约束越强,梁端以及支座处纵向位移越小;设置中央扣的方式有利于减少纵向位移累积量,同时也能减少转角位移的累积量。

关键词：多塔悬索桥附属结构耐久性体系参数

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多塔悬索桥变形特性

北京工业大学学报 2018年第6期44卷 897-903页

作者：王秀兰柴生波徐岳西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 长安大学公路学院西安710064 西安科技大学建筑与土木工程学院西安710054

为了探究多塔悬索桥初步设计阶段参数取值,将主缆等效为具有一定刚度的弹簧,建立多塔悬索桥静力力学分析模型;基于加载跨与非加载跨主缆水平力平衡以及塔顶位移、主缆伸长与主缆垂度变化的关系,推导了塔、缆变形解析公式,通过建立的有... 详细信息

为了探究多塔悬索桥初步设计阶段参数取值,将主缆等效为具有一定刚度的弹簧,建立多塔悬索桥静力力学分析模型;基于加载跨与非加载跨主缆水平力平衡以及塔顶位移、主缆伸长与主缆垂度变化的关系,推导了塔、缆变形解析公式,通过建立的有限元模型进行验证;分析了主要设计参数对结构变形的影响.结果表明:提出的公式可用于初步设计阶段多塔悬索桥的结构变形估算;桥塔刚度及恒活载比值对结构变形影响显著,通过增大桥塔刚度或恒活载比值均可有效减小结构变形;垂跨比对结构变形的影响与桥塔刚度有关,桥塔刚度较小时宜采用较小垂跨比,桥塔刚度较大时,宜采用较大主缆垂跨比;结构变形随跨径的增大迅速减小,当跨径增大到2 000 m时,变形不再控制多跨悬索桥设计;主跨跨数超过3跨时,继续增加主跨跨数对结构变形影响较小.

关键词：多塔悬索桥解析法变形刚度