Storebaelt East悬索桥施工过程的静力和动力分析

  • 2.7km主桥长的悬索桥

  • 静力和动力的非线性分析

  • 桥梁施工过程的建模

storebaelt_bridge_600.jpg


6.8km长的Storebaelt东大桥横跨于丹麦的Sprogo和Zealand两地之间,主桥为总长2.7km的悬索桥,跨径组成为500+1624+500m。意大利米兰的DE MIRANDA Associati (DMA)协会,用LUSAS Bridge 分析软件为桥梁建设方Gec-Alsthom Sdem,就桥梁的施工过程提供建议及结构分析。在工程建造过程中,DMA使用LUSAS进行了多种几何非线性静力和动力分析。


hanger_300.jpg非线性静力分析

采用分步静力分析方法对施工过程进行了模拟,从而得到了如下结果:

  • 施工过程中控制桥面线形的位移增量和绝对量

  • 对最终及临时拉索中的内力进行复核

  • 拉索的临时和最终长度,以与分阶段施工状态和施工结束时的设计状态相匹配

  • 在施工荷载和风压力作用下临时连接构件中的内力

桥梁施工过程的整体分析是一种增量分析,但还具备以下特征:

  • 逐步激活拉索和桥面系单元和相应荷载

  • 拉索的预张拉及通过增减垫片方式调整拉索的临时长度以与桥面系拼装相适应

  • 张拉预应力索

  • 相邻两个阶段之间连接方式变化而引起的内部约束条件的不断变化。在施工过程中,相邻两段的连接方式从刚吊装到位时的无连接,到吊绳放松后的铰接,再到端部缝隙封闭但未焊接状态下的刚性连接,最后是接头焊接后的刚性连接。


施工过程模拟需要进行很多个独立的非线性分析,且通过接口程序自动管理增量结果和当步结果数据。该分析可根据位移和内力数据,确定结构在每个施工阶段的实际位置及位置变化。该功能是在“分阶段施工”功能模块开发前使用的,现在已没必要使用了。分析参数经过局部调整后,从LUSAS中得到了准确的非线性分析结果,并得到了现场测量结果的证实。该桥最终建成时,不存在几何线形问题,各节段间匹配良好。实际上,在最后几个施工阶段,当桥面系的安装长度超过2600m后,需要进行100多个非线性分析,相邻两梁段间间距的理论值和实测值间误差在10mm之内。


lifting_300.jpgN非线性动力分析s

动力分析的目的是模拟550t重的桥面段驳船吊装过程,分析中要考虑波动、吊装速度以及由拉索、桥面安装、吊绳及悬吊的桥梁段引起的结构的高度非线性行为。关键是要计算吊装第一步在最坏波动条件(吊装开始时设计波作用于驳船上)下的动力放大系数,对在起吊的最初几秒桥梁段与驳船发生危险性再碰撞的可能性进行复核。


动力分析共分两步完成:第一步是关键阶段的频率和模态,该步分析中允许对连续计算的积分时间和时间步进行调整;第二步是非线性时程分析,以求得吊装过程中桥梁段绝对和相当位移的动力放大系数。

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