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Gateshead 千嬉大桥

  • 开启式拉索人行桥

  • 施工阶段分析

  • 非线性动力分析

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Gateshead千禧大桥是一座惊人的开启式拱桥,由咨询工程师Gifford及其同事、建筑师Wilkinson Eyre设计的。桥梁高45m,长105m,横跨Tyne河,连接新复苏的Newcastle码头及即将开发的Gateshead码头。


概述

130m长的桥面系立面呈抛物线形,是由中间窄、两边宽的钢箱梁组成。桥面布置有一个35m宽的人行道、一2.5m宽的悬臂自行车道。主拱也呈抛物线形,其截面宽度和高度都是渐变的。小型船只可直接通过,对于大型船只,斜拉双拱结构可绕桥台处的转轴旋转40度,以提供25m宽的通航净空,该标准是有Gateshead Borough地区委员会指定的。在完全开启位置,支撑两个拱的拉索是水平的。桥梁支座位于14t重的巨型铸件上,它承受着向外的和径向推力。


建模

共用374单元进行结构模拟,所用的单元类型有:2节点三维杆单元、3三维工程厚梁单元和三维节点单元等。进行了多种分析,包括:线性静力、振动特性分析、弹性屈曲分析、材料为线弹性的非线性施工过程分析。LUSAS中的施工过程工具通过用户激活或钝化单元的方式,可建立完整的施工阶段分析模型。该工具特别适用于该类型的斜拉桥结构,通过初始应力或应变来模拟斜拉索的初张力,并对斜拉索的张拉和拆除顺序进行了研究。

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正如Shapour Mehrkar-Asl所说:“依据LUSAS得到的内力和位移结果,进行结构设计,并确定了分阶段施工方法。”他还补充到:“结果,在施工阶段分析中,进行了拉索初始张拉力的分析,确定了桥面系安装线形,这也是桥梁设计中必不可少的一个部分。”

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Staged construction on temporary supports before stressing of the staysCompleted structure with all stays stressed and all temporary supports removed



还进行了分阶段施工分析,以调查桥梁从施工场地到其**位置的提升和运输。 在所示的LUSAS模型上可以看到代表提升组件的元件。


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Model showing bridge lifting assembly


对恒载、活载、风荷载以及温度荷载等的效应进行了评估,除了模拟开启和关闭的模型采用具有接触间隙的弹簧支承的边界条件外,其它分析模型都采用刚性支承的边界条件。


动态分析

用分步积分法进行开启和关闭过程的动力分析。该项分析中,对单元进行了改进,以允许整个模型进行40度转动,接触点单元能允许支承分离。此外,用三维非线性工程厚梁单元代替三维工程厚梁单元,以满足模型的转动。


Gateshead_millenium_bridge_open_775.jpg


按本项目的一位工程师Shapour Mehrkar-Asl所说:“在该桥设计中,有必须要用到LUSAS软件,因为要按施工顺序进行全三维的分阶段施工模拟,要模拟开启和关闭过程。”


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完全组装的桥梁由世界上**的浮式起重机之一Asian Hercules II提升到位,并于2002年5月正式开放。该建筑,为建筑师Wilkinson Eyre赢得了2002年英国皇家建筑师学会(RIBA)斯特林奖,为工程师Gifford赢得了2003年结构工程师学会*高奖。


"The calculation of the initial forces in the tendons to give the required profile for the bridge deck, allowing for any camber, were used in the staged construction analysis, and were an essential part in the design of the bridge."

Shapour Mehrkar-Asl, Project Engineer, Gifford and Partners

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