苏通长江大桥限位阻尼器的设计和测试
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苏通大桥5#主塔深水钻孔平台设计与施工1.工程概况苏通大桥主5#索塔墩采用131根ф2.8/ф2.5m 变直径钻孔灌注桩基础,另含4个备用桩位,钻孔桩横桥向9排,纵桥向12~17根成梅花型布置,桩顶标高-7.0m ,桩底标高-121m ,桩长114m 。
钢护筒135根,内径ф2.8m ,壁厚25mm ,长63.4m ,重约93T 。
钢护筒底口以上为ф2.8m 桩,以下到桩底为ф2.5m 桩,钢护筒底口标高-56.1m 。
基础设计高水位+4.3m ,低水位-2.0m ,河床自然泥面线-20.0m ,具体布置见图1-1示。
桩基平面布置图1-1+4.30-2.00-20.00-10.00-56.10-121.001.1水文桥位每年5~10月为汛期,11月~翌年4月为枯水期,处下游感潮河段,以潮流影响为主。
潮汐 为非正规半日潮,平均历时为12小时50分,每日两次高潮和低潮,日潮不等现象明显,涨潮历时短,落潮历时长,比值约为1:2 。
苏通大桥设计潮位计算成果表1-21.2地质主5#墩位于长江主航道南侧,河床标高-14.3m~-20m,钻孔平台钢护筒、钢管桩进入土层1-4层为松散覆盖层,以亚粘土和淤泥质亚粘土为主,5层为中密~密实粉砂和亚砂层,6层以下为密实砂层,钢护筒底即在此层。
河床表面抗冲性好,但一般冲刷线以下较易冲刷。
1.3气象桥位处气象灾害多,尤以台风、龙卷风、飑线、雷暴为严重。
过6级风超过全年近一半时间。
2.方案选择经过大量深入研究、论证、比选,南塔墩桩基础钻孔平台采用钢护筒平台设计施工。
2.1 主要技术特点钻孔平台是为钻孔灌注桩施工提供的临时工作场所和定位平台,它必需有足够的强度、刚度和稳定性。
平台设计施工具有以下特点:2.1.1 自然条件恶劣,影响安全因素多。
如基础承载力差,冲刷大,单桩稳定性、平台整体稳定性要求高;平台施工过程中结构要承受,如潮流力,波浪力,靠船力,施工荷载及风,甚至船撞力等各种可能的外来荷载作用,安全环境差。
苏通大桥索塔的检查与维护作者:陶一海来源:《城市建设理论研究》2013年第31期摘要:根据苏通大桥索塔的自身特点和养护管理的需求,提出了苏通大桥索塔检查与维护的主要内容,为同类桥梁索塔的日常检查与维护工作提供参考。
关键词:苏通大桥;斜拉桥;索塔;检察与维护中图分类号:U445 文献标识码:A一,引言交通运输是一个国家的经济命脉,道路与桥梁则是使交通运输能够畅通无阻的载体,尤其是桥梁,作为交通枢纽更是起着至关重要的作用。
随着社会经济的发展,近些年大型桥梁建设的增多,其病害问题也日益突出,如:广东海印大桥在使用不到10年就发生了斜拉索锈断的事故,犍为岷江大桥桥塔内弯[1];委内瑞拉的马拉开波湖(Maracaibo)桥采用混凝土包裹的斜拉索,建成后16年发现拉索锚固端严重锈蚀,随即耗时两年更换了全桥的384根拉索,耗资5000万美元,但工程师们预测不久的将来仍需再次换索[2];英国伍埃(Wye)桥,由于实际荷载已超过原设计荷载的60%,在使用19年后对该桥进行了加固维修,其中包括塔柱改建、主梁加固、更换主桥拉索等[3];原联邦德国建成的科尔布兰特(Kohlbrand Estuary)桥,由于腐蚀严重,在桥梁建成后的第三年,就更换了所有的斜拉索,耗资6000万美元,为原造价的4倍[4]。
以上这些事故的发生均突出了桥梁养护工作的重要性,如何养护管理好现有的桥梁,保持桥梁的完好工作状态,延长其使用寿命,这一课题已摆在我们的面前[5]。
本文根据苏通大桥索塔的自身特点和养护管理的需求,提出了苏通大桥索塔检查与维护的主要内容,为同类桥梁索塔的日常检查与维护工作提供参考。
二,苏通大桥索塔概况苏通大桥索塔为倒Y型空心箱形混凝土桥塔,并在主梁下方设置下横梁一道。
索塔总高300.40m,在桥面以上高度为230.41m,高跨比为0.212(见图1)。
索塔下宽上窄,分为上塔柱、中塔柱、下横梁、下塔柱、钢锚箱、塔内设备、附属结构等。
2022年3月上第51卷第5期施工技术(中英文)CONSTRUCTION TECHNOLOGY75DOI:10.7672/sgjs2022050075沪苏通长江公铁大桥29号墩斜拉索挂设施工前置条件分析及对策胡勇(中铁大桥局集团有限公司,湖北武汉430050)[摘要]在沪苏通长江公铁大桥主航道桥中,以大桥29号墩斜拉索挂设施工为例,逐个识别施工特点,并进行前置条件分析,而后制定相应对策。
塔端挂设滞后主塔3个节段解决塔柱结构安全问题,大型塔式起重机解决塔端挂设动力问题,斜拉索吊机中支点处锚固张拉解决主梁结构安全问题,架梁起重机后锚梁结构、支撑结构设计考虑避让斜拉索和梁面锚拉板解决施工问题等。
通过一系列施工前置条件的分析和对策应用,顺利、高效完成斜拉索挂设任务,在保证施工精度和安全的同时,实现全桥合龙计划目标。
[关键词]桥梁工程;斜拉索;挂设施工;前置条件;对策[中图分类号]U448.27[文献标识码]A[文章编号]2097-0897(2022)05-0075-05Pre-condition Analysis and Countermeasures of No.29Pier Stay Cable Construction for Shanghai-Suzhou-Nantong Yangtze River BridgeHU Yong(China Railway Major Bridge Engineering Group Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei430050,China)Abstract:In the main navigational channel bridge of Shanghai-S uzhou-N antong Yangtze River Bridge,by aking the construction of cable-stayed facilities for pier29of the bridge as an example,the construction characteristics are identified one by one,the pre-conditions are analyzed,and then the corresponding countermeasures are formulated.The safety problem of tower column structure was solved by installing three sections of main tower with delay at tower end.The dynamic problem of tower end hanging was solved by large-scale tower crane.The structural safety problem of the main girder was solved by the anchorage tension at the central bearing point of the cable-stayed crane.In the design of the back anchor beam structure and the supporting structure of the beam crane,construction problems were solved by avoiding the stay cable and the anchor plate on the beam surface.Through the analysis of a series of preconstruction conditions and the application of countermeasures,the task of cable-stayed erection of the bridge was successfully and efficiently completed,achieving the goal of full-bridge closure planned while ensuring the construction accuracy and safety.Keywords:bridges;stay cable;hanging construction;pre-condition;counter measures大跨度斜拉桥正朝大跨、重载、高速方向不断迈进[1],更大更重斜拉索的安装施工必然面临更为艰巨的挑战,因此做好超长超重斜拉索的安装技术及振动控制研究[2]是推动我国桥梁施工技术发展的重要一环。
苏通长江公路大桥桥墩基础冲刷防护工程监测分析摘要:苏通长江公路大桥北引桥墩基础冲刷防护工程和主4(68#)东北角补抛修复工程于2017年6月完工,为了解桥墩基础冲刷防护工程实施后的防护效果,开展了桥区防护工程河床冲淤监测分析工作,结果表明:(1)2017年6月~2020年4月期间,48#~64#北引桥墩防护区内总体呈现“洪冲枯淤”的特征,年际间冲淤变幅总体较小,防护体总体保持稳定;(2)2008年5月桥梁运营以来,主4(68#)桥墩防护区核心区及永久区东北角区域发生局部冲刷,但冲刷面积占防护区总面积比重较小,对防护区整体稳定影响较小;2017年6月护坦区东北角经补抛修复后,目前防护体保持稳定。
(3)2008年5月桥梁运营以来,主5(69#)桥墩各防护区约80%以上区域地形变化幅度在-1.0~1.0m之间,冲淤变化幅度很小,防护体保持稳定。
关键词:航道;整治效果;滩槽演变;航道条件苏通长江公路大桥位于长江下游澄通河段的徐六泾节点段,连接江苏省的苏州(常熟)市与南通市,于2008年5月建成通车。
桥位所在的长江口徐六泾节点段,水深流急,且近年来桥区北侧沿岸实施了众多围垦工程,局部水动力条件发生了一定的改变,加之桥墩周围由于壅水和绕流,易产生剧烈的局部冲刷。
2016年,根据北侧引桥及主4(68#)桥墩局部冲刷情况,江苏苏通长江公路大桥有限责任公司组织实施了47#~68#桥墩局部冲刷防护工程,于2017年6月完工。
为了解桥墩基础冲刷防护工程实施后的防护效果,开展了桥区防护工程河床冲淤持续监测分析工作。
1 监测概况苏通长江公路大桥基础冲刷防护工程实施后,每年洪、枯季开展持续的监测分析工作,监测范围如图1所示,具体监测内容如下:(1)在苏通长江公路大桥桥轴线附近进行多波束扫侧,具体范围及比尺为:47#~67#、70#~80#桥墩桥轴线上、下游各80m(北侧至围堤前沿),测量比尺为1:200;68#(主4)、69#(主5)桥墩周边700×700m,测量比尺为1:500,总测量面积约1.4km2。
总第321期交 通 科 技SerialNo.321 2023第6期TransportationScience&TechnologyNo.6Dec.2023DOI10.3963/j.issn.1671 7570.2023.06.004收稿日期:2023 07 13第一作者:何佳琛(1998-),男,硕士,助理工程师。
基于强化学习的大跨度桥梁风致振动主动控制研究何佳琛(中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063)摘 要 主动控制措施依靠外部能源供给,可有效抑制大跨度桥梁的风致振动。
为探究基于强化学习的大跨度桥梁风致振动主动控制,以苏通长江大桥为工程背景,建立风 桥 主动质量阻尼器的时域控制方程,利用深度确定性策略梯度强化学习算法(DDPG)为主动质量阻尼器设计控制律,并与利用LQR算法所设计出的主动控制系统在抑振效果层面进行对比,检验利用强化学习算法所设计的控制系统在面对随机风环境及结构参数不确定时的鲁棒性能,并以一个单自由度非线性涡振主动控制的工况说明了强化学习对非线性系统的适用性。
结果表明,利用DDPG算法设计出的主动控制律在实施时仅需要测量桥梁跨中节点的位移响应和加速度响应就能够达到与LQR算法相当的控制效果;当系统产生外部扰动或桥梁结构本身的刚度矩阵发生改变时,利用强化学习设计的ATMD仍具备令人满意的控制性能;强化学习是一个适用范围广泛的通用性框架,可用于线性或非线性系统,由于其本身的理念,其所设计出的主动控制系统,在均方值控制效果方面优于相应的峰值控制效果。
关键词 主动控制措施 强化学习 深度确定性策略梯度算法 鲁棒性 非线性系统中图分类号 U441+.3 主动控制措施依靠外部能源供给,可有效抑制大跨度桥梁的风致振动。
主动控制律是主动控制设施的设计核心,其在很大程度上决定了主动控制设施的性能及鲁棒性。
在结构振动控制领域中较常使用的主动控制律设计方法主要可分为传统控制算法和智能控制算法[1]。
第5卷第4期 2008年8月 现代交通技术
Modem Transportation Technology VOI.5 No.4
Aug.2008
苏通长江大桥限位阻尼器的设计和测试 陈永祁。马良枯 (北京奇太振控科技发展有限公司,北京100037)
摘要:首先介绍了苏通长江大桥使用的特大阻尼器的设计、研究和生产制造过程,接着详细介绍了该特大阻尼 器的静压测试、满冲程测试、慢速压力测试、限位装置测试、频率反应测试和抗风疫劳测试等8项测试。分析和试 验都证明了苏通大桥的主桥减振限位阻尼器设计理念先进、测试和鉴定严格.阻尼器在未来的大桥性能顸估中 表现完好。 关键词:苏通长江大桥;位移限位阻尼器;结构性能;设计;测试 中图分类号:U448.27 文献标识码:A 文章编号:1672—9889(2008)04—0020—05
Design and Evaluation of Limited Displacement Damper of Sutong Yangtze River Bridge
Chen Yongqi,Ma Liangzhe (Beijing Qitai Shock Control and Scientific Development Co.,Ltd.,Beijing 100037,China)
Abstract:Thispaperintroducesthe design,research andmanufacture ofespecial damperofSutongYangtzeriverfirstly, thenintroducesthe staticpressuretest,full stroketest,lowspeedpressuretest,limiteddisplacementdevicetest,frequency test and anti-wind fatigue test of the limited displacement damper.The limited displacement damper of Sutong bridge is originated in the world,the testing and analyzing prove that the design idea is advanced.The damper will have excellent behavior in the bridge structaral performance evaluation with the strict testing and identification,it show the highest level inthewodd. Key words:Sutong Yangtze river bridge;limited displacement damper;structural performance;design;test
90年代中期,由美国科学基金会(以旧金山金门 大桥抗震加固工程为例)和美国土木工程学会美国 高速公路创新技术评估中心(HITEC)[t]对世界先进 的、已经和将要在工程界使用的阻尼器和隔振装置 组织了大型集中预测试和鉴定。液体粘滞阻尼器、地 震隔离装置由于其良好的减振性和耐久性广泛被美 国桥梁工程界所使用。 2005年美国在FEMA、ACT、ASHTO等规范草 案规程的基础上颁布了正式设计规范ASCE07 E z-。规 范对结构保护系统。抗震隔震和阻尼器(位移依赖和 速度依赖型)都有了明确的设计要求。 我国正在建设的大型桥梁。为减小各种振动对 桥梁的影响,也纷纷考虑加设液体粘滞阻尼器,世界 第一大斜拉桥——苏通长江大桥[3]所使用的加用特 殊限位的特大阻尼器是世界首创,本文对该阻尼器 的设计和全面测试进行详细介绍,以使更多的工程 师能了解和认识这一结构保护系统目前的国际发展 水平。
1苏通大桥限位阻尼器的研发 1.1 带限位阻尼器概念设计 早在苏通大桥设计之初(2004年),中交公路设计 公司和同济大学首次提出了带限位阻尼器的概念[ ]。 考虑到苏通长江大桥桥位风速大、风况复杂、抗 震要求高,为了防止预想不到的静力荷载、特大风和 地震可能给桥梁带来的超量位移,需要加设限位装 置。大桥设计者为了减少需要维护管理的装置,设计 了一种新型的带限位的阻尼器。在常规阻尼器的基础 上。在阻尼器运动的双方向上加设限位装置。当该阻 尼器最大相对位移超过+750 mm时,阻尼器进入两端
作者简介:陈永祁(1944一)。男,福建福州人,高级工程师,博士,主要从事建筑结构和桥梁的工程抗震研究工作。
维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 陈永祁,等:苏通长江大桥限位阻尼器的设计和测试 。21· 限位阶段,限位由非线性合成弹性单元(用弹簧表示) 实现。限位可达最大附加位移 ̄100 mm,限位力可达 10 000 kN。限位阻尼器的计算公式应为嘲: fCV D≤D~ ,,、 tO-F ̄ D>D~ 式中: ; 为最大限位力;D一阻尼器开始限位前的 最大位移。理想的带限位阻尼器的力一位移关系曲 线如图1所示。 F 最大限位力 、\\ 最大阻尼力 ///\\\~ 麓 | D 位移 图1带限位阻尼器的恢复力模型 苏通大桥最终设计的阻尼器参数如表i所示: 表1苏通大桥阻尼器的具体参数 i.2 内设弹性单元的液体粘滞阻尼器 带限位的阻尼器需要在阻尼器内部设置一个 弹性单元 如采用普通螺旋状金属弹簧、金属垫片 弹簧、橡胶弹性体、液体弹簧和空气弹,按目前金属 弹簧的材料和制造技术,即使几十吨的螺旋或垫片 弹簧,其直径也远大于阻尼器所能容纳的尺寸;橡 胶类单元除了存在尺寸问题,还存在老化和温度、 稳定性问题:液体弹簧或空气弹簧能承受的受力有 限.也同样不能满足设计要求。 美国泰勒公司在修建希腊和平与友谊体育场 馆时研发出了阻尼器内设置弹性单元的技术,在阻 尼器内设置大吨位弹性单元获得了成功,并申报了 美国生产的专利权。该技术采用了一种新型复合弹 性材料,钢和氨基酸脂的复合体(steel plates and Urethane/elastomer pads),称为人造复合弹性材料。 1.3 带位移限位的阻尼器产品设计 带弹性单元的液体粘滞阻尼器中的“弹簧”并 联在阻尼器上,所有活塞的运动都带动了弹簧共同 作用。限位阻尼器中的弹性单元安置在阻尼器的工 作末端.当阻尼器运动到设计“满”冲程时,限位装 置才开始发生作用。 1.3.1 非线性钢和氨基酸脂复合弹簧 为了实现设计者的目的,并结合阻尼器内的结 构,采用非线性管状钢和氨基酸脂复合弹性体。这 种非线性复合弹性体不仅可以承受上千t的力,而 且与线性弹簧相比,在工作的前期,荷载增加的很 慢,可以延长阻尼器的耗能工作;当它运动到末端 时,弹性力相对急速增加,能起到很好的限位作用, 其效果优于呈直线刚度的金属弹簧。在苏通大桥中 所使用的非线性复合弹簧的刚度近似等于100 MN/m 的非线性曲线。当阻尼器附加了 ̄100 mm限位时, 阻尼器的最大受力也就达到了10 MN,满足设计要 求。图2为复合弹簧的力与位移曲线,实际产品误 差应在15%以内。
图2非线性复合弹簧力一位移曲线 1.3.2 阻尼器的长度结构 如果按照最初的概念模型,将限位弹簧设置在 活塞头上,当位移超过该设计冲程后,限位装置才 开始开始发生作用。这样设置时阻尼器的缸体活动 部分至少要达到(750+850) ̄2=3 200 mm以上。 为此,泰勒公司采用了重复使用空间的办法, 将两部分的缸体部分重叠,使750 mm的设计冲程 用完后限位装置才发生作用,大大地减少了实际阻 尼器的长度。实际模型剖面图见图3。
外套筒 限位弹簧 活塞杆 赠 藿 叁
球形轴最外i套筒 油缸密封盖 塞头 接合装置 图3苏通大桥阻尼器实际模型剖面图
维普资讯 http://www.cqvip.com 22· 现代交通技术 2008年 1.3.3超大阻尼器的计算 限位力达到10 000 kN时,阻尼器的所有组成 构件都要能满足这一超大荷载的受力要求.如活塞 杆、活塞头和阻尼器缸体。 个好的活塞头设计可以保证设计者在一定 大的范围内能自由选择阻尼器系数C和速度指数。 而目前世界上几乎没有阻尼器的生产厂真正能做 到这一要求。 苏通大桥阻尼系数C=3 750(kN/(m/s) ̄4),阻尼 器的速度指数为0.4,超过常规的使用范围。这需要 有个设计一生产一验证的过程.这是对阻尼器设计的 个挑战。 1.4苏通大桥阻尼器产品的生产 作为超大的限位阻尼器.其生产还遇到加工和 起重设备能力的困难。 (1)最大锻件的生产。因阻尼器的受力大,阻尼 器的钢筒不能用现成钢管.需要超大锻造缸体(见 图4)。
图4巨型阻尼器缸体 (2)大型车床的加工。阻尼器钢筒直径接近1 rn, 长度为6 rn多。 (3)阻尼器的组装。大型、复杂的限位阻尼器给 组装带来很大困难。图5为限位活塞头的组装过 程,图6为整个阻尼器的最后喷漆过程。 (4)参数准确性的保证。上千个类似产品的加 工和调整的经验确保了首次生产的特大阻尼器参 数都能满足设计的要求。
2产品的检测和表现的评估 美国泰勒公司阻尼器的设计寿命为75年.厂家 给出的质量保证期为35年.为了保证这一要求,所 有阻尼器都要经过严格的测试检验。苏通大桥所要 求的测试.已经超过了泰勒公司原有动力测试设备 的能力。为此泰勒公司在原有基础上。增加了一个伺 服器,扩大了原有测试设备的测试能力。使其所有要 求的测试都能在工厂内进行。表2中模式2为其扩 大试验设备后的能力.测试装置示意图见图7
图5组装阻尼器限位器 图6阻尼器的最后加工 表2美国泰勒公司动力试验设备测试能力
注:模式2中最大速度不能在出力最大时获得。 7 系统 图7测试装置示意图
2.1 苏通长江大桥阻尼器测试 苏通长江大桥阻尼器上使用的材料都要经过 严格的材料和将要用来组装零件的检验.阻尼器的 最后产品检验尤为重要。参照HITEC E ]在1998年编 制的技术报告,设计者结合苏通大桥阻尼器及连接 件的特殊要求,提出了阻尼器的测试要求,即对每 个产品应分别进行出厂检验和抽样原型检验两部 分测试[ 抽样原型检验测试包括阻尼器在不同频率输 入的反应性能试验;阻尼器在3种温度条件下的各
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