大跨度铁路悬索桥设计：颤振临界风速流固耦合数值计算

将主梁作为质量、弹簧和阻尼系统，建立弯曲和扭转流固耦合数值仿真计算模型。图7-20旋涡脱落图数值仿真计算表明该桥无明显颤振发散现象，因此取主梁扭转位移标准差为0.5°时对应的风速作为颤振临界风速。计算结果见表7-9，对于颤振临界风速，数值仿真计算结果和节段模型风洞试验结果吻合较好。在相对不利的+3°风攻角时颤振临界风速为72 m／s，大于数值计算所对应的颤振检验风速62.3 m／s，满足颤振稳定性要求。

理论教育 2023-10-10

大跨度铁路悬索桥设计方案

在工程预可行性前期研究工作中，沪通长江大桥重点研究苏通长江公路大桥下游三个方案，如图2-24所示。图2-24沪通长江大桥桥位走向图下游西线越江方案。经对以上线路走向方案综合分析比较，且经铁道部、江苏省、上海市三方多次协商和专家多次评审，推荐线位采用苏通长江公路大桥下游附近的西线方案进行桥隧方案同深度对比。

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大跨度铁路悬索桥设计中的吊索力组合系数

通过计算分析可得到列车荷载和汽车荷载产生的超越概率为p的吊索索力标准值xt，p和xv，p。综合表中的计算结果，建议列车和汽车组合时超越概率为5%的吊索索力组合值系数取为0.80。表3-8列车和汽车组合时吊索索力的组合值系数Ψ0

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大跨度铁路悬索桥设计：单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置

单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置如图6-20所示。图6-23单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置安装结构示意图单元式多向变位梳形板伸缩装置横向单元块结构，功能独立，互不影响。图6-24模数式和单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置现场维护照片单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置的缺点如下：装置主要通过若干组螺栓与梁体连接固定，运营中需重点关注螺栓锚固的可靠性，防止螺栓松动带来的损坏现象。

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大跨度悬索桥动力特性

图7-13成桥状态计算模型图7-14主塔自立状态计算模型2）边界条件本桥成桥状态结构各部位边界条件见表7-4。表7-4成桥状态结构各部位边界条件注：Δx、Δy、Δz分别表示沿纵桥向、横桥向、竖桥向的线位移；θx、θy、θz分别表示绕纵桥向、横桥向、竖桥向的转角位移；1表示约束；0表示放松；K为弹性支撑刚度。3）桥梁动力特性分析成桥状态的振型主要特点见表7-5，其相应的振型如图7-15所示。表7-6主塔自立状态动力特性

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全桥三维颤振计算方法及应用

随着桥梁跨径的日益增大，结构刚度下降，特别是侧向刚度的下降，导致了侧弯与扭转振型紧密耦合。因此为了提高桥梁颤振分析的精度，有必要寻求具有更高精度的三维桥梁颤振分析方法。目前基于Scanlan理论的桥梁三维颤振计算分析主要有三种方法：频域分析法、时域分析法、频域和时域混合分析法。时域方法求解步骤如下［14］：建立大桥三维有限元模型。

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脉动风速时程分析及设计经验分享

在缺乏实测风速数据时，往往需要采用模拟的风速序列作为输入。由于本研究目前处于方案设计阶段，仅考虑了加劲梁的脉动风场，桥塔仅考虑了静风力作用。表8-9加劲梁脉动风场模拟计算的主要参数分析中选取了五种平均风速：10 m／s、15 m／s、20 m／s、25 m／s、30 m／s。图8-16～图8-25是对应于不同的平均风速主桥桥面跨中位置处的脉动风速模拟时程曲线。

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大跨度铁路悬索桥设计的主要结论

主要结论如下：1）车-线-桥耦合振动分析单线CRH2、CRH3动车组以车速160～300 km／h运行时，桥梁的动力性能均满足要求，列车的运行安全性有保证，乘坐舒适性均达到优。3）风速（车速）阈值基于风-车-线-桥耦合振动分析，提出的五峰山长江大桥桥梁列车运行风速（车速）阈值见表8-11、表8-12。

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大跨度铁路悬索桥设计及钢梁耐候钢免涂装防护成果

采用耐候钢设计悬索桥钢梁，不仅更加环保和经济，还可以实现永久性免涂装防护，这才是桥梁工程防护的最高境界。图11-1耐候钢表面锈色据资料统计，西方钢铁强国早已开始使用耐候钢修建各式桥梁，其中美国已超过1万座，日本7 000多座，占比约20%，加拿大新建桥梁占比90%的桥梁采用耐候钢，均实现免涂装。

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既有梁端轨道伸缩构造及使用性能调研成果

为充分了解现有大位移梁端伸缩构造的使用性能和相关病害，为五峰山长江大桥梁端伸缩构造的优化设计提供参考，对典型大跨度钢桥梁端伸缩构造的工作状态进行了调研，主要包括京广高铁天兴洲长江大桥、京沪高铁南京大胜关长江大桥、厦深铁路榕江特大桥、南广铁路郁江双线特大桥、渝利铁路韩家沱长江大桥、宁安城际安庆长江铁路大桥等。梁缝两侧的混凝土轨枕同样出现了歪斜，现场测量歪斜量达到30 mm。

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大跨度铁路悬索桥设计的抗震分析

悬索桥的大尺度导致其所受到的动力激励不同于一般结构。特别是悬索桥的地震响应强烈受到地震动空间变化的影响。因而对悬索桥的地震响应分析，应该考虑非一致激励的影响。在充分认识了悬索桥在动力行为方面的这些特殊性后，就可以有针对性地建立悬索桥的地震激励模型和适宜的响应分析方法。使悬索桥的抗震设计更加准确完善［17］。

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风对桥梁的作用及大跨度铁路悬索桥设计

桥梁风致振动的主要问题是颤振、涡激共振和抖振。在大跨度桥梁设计中，必须确保其颤振临界风速高于颤振检验风速，以避免灾难性的颤振失稳现象发生。必须确保涡激共振和抖振振幅控制在一定范围内，以保证桥梁施工安全和成桥后行人及行车舒适度，减少桥梁构件疲劳损伤。后经专家们研究得出塔科玛海峡桥毁于卡门涡街引发的负阻尼驱动的分离流扭转颤振。表7-1有历史记载的风毁桥梁（续表）图7-1美国塔科玛海峡桥风毁图片

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主缆现代防护技术：大跨度铁路悬索桥设计

图11-5主缆S形钢丝缠丝经过十余年的探索和实践，同时吸收和引进美国、日本的先进技术和经验，中国对相关技术不断改良，现已对主缆缠包钢丝、密封带、密封材料和除湿设备等均实现自主生产。

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ECO改性聚氨酯铺装效果，跨度大铁路悬索桥设计

ECO改性聚氨酯铺装是一种“不含沥青”的“单层”铺装技术体系。ECO改性聚氨酯钢桥面铺装一般为单层结构，在涂刷防水黏结材料后，同步摊铺改性聚氨酯混合料，两者迅速反应，形成整体。ECO改性聚氨酯铺装采用热固性材料，受热不熔化。同时，ECO改性聚氨酯铺装在复合件弯曲疲劳试验中，循环荷载1 000万次表面不出现裂缝，且力学性能没有下降，体现出ECO材料优良的随从性和抗疲劳开裂性能。

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大跨度铁路悬索桥的机车车辆计算模型

机车车辆模型由车体、构架及轮对共七个刚体组成，每个刚体考虑横向、垂向、侧滚、摇头、点头五个自由度。每辆车共有35个自由度，见表8-1。车辆动力学模型参数参见文献［7］。根据车辆的动力学模型，对车体、前后转向架及各轮对应用D'Alembert原理，可得到各刚体的运动方程。前后构架横向止挡力的大小分别为图8-5轮对作用力示意图其中，1）轮对运动方程轮对运动方程中轮对号为i=1～4，构架号为j=1～2。

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大跨度铁路悬索桥设计：计算模型与内力历程曲线

利用建立的桥梁关键构件内力历程曲线计算构件内力，以0.12 s的时间间隔采样，得到构件内力样本值。经统计分析建立关键构件内力的概率模型，得到关键构件设计使用年限内力最大值的概率分布。当多列列车在线时，以桥梁设计使用年限内设计关键构件内力分布的超越概率不大于5%为标准，进而确定不同构件的多线折减系数。

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