空间缆索自锚式悬索桥成桥状态的确定方法

结合悬链线理论和几何非线性有限元方法,对空间缆索自锚式悬索桥成桥状态的确定方法进行了研究。提出了空间主缆和吊索的线形及内力的迭代计算方法,在此基础上建立成桥状态的几何非线性有限元模型,进行非线性迭代计算并不断修改单元无应力原长及刚度矩阵,直至节点位移满足精度要求,即确定了全桥结构的成桥状态。利用该方法能得到满足设计要求的自锚式悬索桥成桥状态,并得到了主缆、吊索、加劲梁的线形、杆件内力等重要信息。算例验证表明了该计算方法是可行的,能够满足工程计算精度要求,可用于空间缆索自锚式悬索桥成桥状态的确定。     

自锚式悬索桥施工控制中的力学特性

研究了自锚式悬索桥施工控制过程中的力学特性,提出并论证了主缆位移的弱相干性原理和吊杆力的相邻影响原理,即张拉吊杆对非张拉点主缆的位移影响很小,可以忽略;对相邻吊杆内力的影响较大,而对于远处吊杆的内力影响较小。当吊杆通过接长杆锚固在加劲梁上,并在加劲梁被张拉离开支架前这两个原理都是适用的。将这两个原理应用于浙江金华康济桥的施工控制中,仅通过3轮张拉吊杆就顺利地实现了体系转换,使主缆的线形、加劲梁的线形、索鞍的顶推量和吊杆力都达到了设计要求。文章所述原理和方法对自锚式悬索桥的施工控制具有普遍的指导意义。     

一种自锚式悬索桥主缆线形的解析法

在传统的地锚式悬索桥主缆线形方程的基础上，引入了自锚式悬索桥主缆、加劲梁和索塔的变形协调方程，得到一种自锚式悬索桥主缆线形的解析方法：该方法可以在不进行有限元分析的情况下，仅给出自锚式悬索桥的跨度、矢跨比以及主缆、加劲梁和索塔的截面属性，通过求解主缆线形方程和变形协调方程所组成的方程组，就能够求出主缆的初始线形和成桥线形、主缆的无应力长度、索鞍偏移量。该方法简单、准确、高效，已经成功地应用在金华康济桥的施工监控中，建成后主缆的成桥线形与设计线形非常接近，最大误差只有27mm，由于该方法能方便而快速地计算出索鞍的偏移量和主缆线形，对优化自锚式悬索桥边跨与主跨的比例提供了一种高效的算法。     

自锚式悬索桥合理成桥状态的实用计算方法

合理确定吊索张力及主缆线形是自锚式悬索桥设计中的关键问题。基于加劲梁的受力特性,推导了用于吊索张力优化的刚性支承连续梁法;从悬索的基本平衡微分方程出发,提出了主缆线形计算的梁比拟法;两者结合使用,通过常用的杆系结构线性分析程序即可进行吊索力优化及主缆线形计算,从而确定自锚式悬索桥的合理成桥状态。算例分析表明,实用方法的力学意义明确、操作简单且计算精度高,可在设计实践中推广。     

柔性悬索桥主缆空缆线形分析及索夹安装位置确定

从成桥和空缆两种状态对柔性人行悬索桥主缆线形进行分析,采用解析方法计算主缆无应力长度,根据吊杆间缆索无应力长度确定索夹位置,并以空缆和成桥状态下索夹坐标进行验证。实际桥梁空缆和成桥状态测量结果显示索夹位置满足设计要求。     

天津富民桥设计施工关键技术研究

为研究空间索面自锚式悬索桥的受力特性;以天津富民桥为例,对空间索面自锚式悬索桥索缆的计算方法、空间索鞍的受力特性和施工方案、吊杆与钢箱梁连接构造、锚固端受力、钢箱加劲梁屈曲模态、动力性能等关键技术进行分析研究。结果表明在设计空间索面自锚式悬索桥时,应注意主缆和鞍座安全系数的取值应比平行索面的要大;吊杆与钢箱梁的连接方式既要保证缆索索力的传递,又要满足吊杆万向转动的要求;钢箱加劲梁屈曲模态可不必过分注意;由于钢箱加劲梁内存在较大的轴向力,导致自锚式悬索桥的动力性能和地锚式悬索桥有一定的区别。这一结论对日后设计、修建空间索面自锚式悬索桥,具有现时的指导意义。     

自锚式悬索桥主缆无应力长度的计算分析研究

该文基于悬链线计算分析理论,将自锚式悬索桥空缆状态,简化为受沿弧长均布的自重荷载与吊索处集中力作用的柔性索,对成都市清水河自锚式悬索桥主缆的无应力长度进行了计算分析。可为类似的桥梁设计和施工提供参考。     

考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥成桥状态力学性能分析

针对目前进行悬索桥分析时不考虑主缆抗弯刚度的现状,以某特大跨自锚式悬索桥为工程背景,在定性分析考虑主缆抗弯刚度后主缆、吊索、加劲梁、主塔等关键构件受力与线形特点的基础上,探讨不同简化假定条件下主缆受力与线形计算公式;运用有限元软件MIDAS/Civil,通过选取适当的单元类型及合理的结构参数建立有限元模型,分析比较考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥成桥状态下的力学特性,探讨考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥的力学行为,得到考虑主缆抗弯刚度后结构整体刚度有所加强的结论。     

空间主缆自锚式悬索桥成桥吊索索力优化计算

成桥吊索索力的计算以及主缆线形的确定是空间自锚式悬索桥设计的难点,关注加劲梁的合理受力状态,选取合适的目标函数、设计变量和状态变量,探讨吊索索力的优化计算方法。在吊索力确定以后,结合索段数值分析法和非线性有限元法可以得到自锚式悬索桥主缆的线形和无应力索长。该方法可以推广到空间自锚式悬索桥的初步设计计算中。并以江西上饶大桥为例,验证该方法的有效性。     

泓口大桥自锚式悬索桥加劲梁设计

泓口大桥主桥为双塔五跨自锚式悬索桥,该桥加劲梁采用预应力混凝土边箱梁结构。介绍了泓口大桥自锚式悬索桥加劲梁设计的基本情况,采用MIDAS Civil建立全桥有限元模型进行计算分析,讨论了混凝土收缩徐变效应对大跨径混凝土自锚式悬索桥的影响,提出了采用主缆锚固点预偏和成桥后二次调索等措施,合理地减小了混凝土收缩徐变效应对加劲梁的不利影响。成桥状态加劲梁线形和内力达到了设计要求。     

斜拉桥成桥索力优化方法研究综述

为了深化对斜拉桥成桥索力优化问题的认识，系统回顾斜拉桥成桥索力优化方法的研究进展与代表性研究成果；在将斜拉桥成桥索力优化方法分为指定结构状态的优化方法、弯曲能量（弯矩）最小法、数学优化方法、影响矩阵法、分步优化方法的基础上，根据斜拉桥合理成桥状态的确定原则阐述各类方法的求解思路与优化过程，并总结各类方法的特点、适用范围以及局限性；探讨斜拉桥成桥索力优化领域的未来发展趋势。研究结果表明：指定结构状态的优化方法其优化目标明确，力学概念清晰，计算方便，但无法兼顾主梁和桥塔的受力和变形，很难获得全局合理的结果，目前仅用于初定斜拉桥成桥状态；弯曲能量最小法的目标函数综合考虑了主梁和桥塔的受力与变形，体现了索力优化的本质特征，能够获得较为合理的优化结果，但在不添加任何约束条件时所得结果仍需进行后续调整，目前也多用于初定斜拉桥成桥状态；数学优化方法可根据不同类型斜拉桥的结构特点选择目标函数、约束条件与优化算法，所得结果也可兼顾斜拉桥各个构件的受力和变形，适用性较强，智能优化算法因其较好的全局收敛性、通用性和便于并行处理等特点，使得其在斜拉桥成桥索力优化乃至结构优化设计领域中的应用越来越广泛；影响矩阵是建立索力与目标函数关系的纽带，是一种综合的索力优化工具，但它需要在明确优化目标与约束条件的前提下求解；分步优化方法融合了多种优化方法的优势，可根据不同类型斜拉桥的受力和变形要求，分步骤选择不同方法全面优化斜拉桥的成桥索力；为适应斜拉桥大跨径化、主梁纤细化以及结构体系多样化的发展趋势，探索针对性或普适性更强的成桥索力优化方法、斜拉桥成桥状态与施工状态耦合优化、将更多优秀的智能优化算法应用于斜拉桥索力优化以及将数学优化算法与有限元程序进行嵌入式融合等问题均是该领域未来的发展方向。     

下承式钢坦拱桥索力测试与分析

天津市友谊路立交主桥是一座下承式无风撑坦拱钢拱桥,该文采用频率测定法对该桥成桥恒载下的吊杆索力进行测定,并运用索力分析理论和有限元法计算吊杆索力,通过比较分析,结果表明该桥的吊杆索力满足设计要求。在建模分析及吊杆索力计算时就如何考虑锚固形式、计算长度和刚度的影响进行了介绍,具有一定的借鉴意义。     

支架现浇的异型系杆拱桥合理施工状态的确定

以支架现浇施工的长沙市黄柏浏阳河异型拱桥为工程背景,对异型拱桥施工全过程进行受力分析,给出了异型拱桥施工过程中各典型状态的受力性能和合理施工工序。异型系杆拱桥裸拱状态拱圈弯矩呈S形分布,拱圈支架分区卸落和成桥状态索力调整引起的弯矩增量分布可以用相应连续梁的弯矩来比拟。钢筋混凝土异型拱桥施工中不得出现裸拱状态;拱圈支架需按一定次序分区卸落,卸落过程中需按一定要求调整吊杆索力。     

重庆奉节长江大桥斜拉桥主梁安装施工阶段索力监控

介绍奉节长江大桥大跨径斜拉桥主梁悬浇施工阶段索力测试原理、测试主要内容和方法,并结合理论计算,对该桥梁实测索力进行对比分析和有效监控,确保斜拉桥内力分布合理,满足设计和规范要求,顺利实现预期控制目标,其方法和结果可为同类型桥梁提供参考。     

自锚式悬索桥锚箱模型试验研究

自锚式悬索桥索梁锚固区域结构复杂,容易产生应力集中,研究锚固区域在索作用下的应力大小、分布十分重要。针对佛山平胜大桥吊杆锚箱进行足尺模型试验,得到索梁锚固区的应力状态、分布和传力途径,对自锚式悬索桥锚箱设计具有一定指导意义。     

一种斜拉桥目标状态索力快速精准确定的方法

为了精准高效地确定斜拉桥目标状态索力,提出一种新型快速精准调索方法。该方法实施步骤为:计入结构的几何非线性效应,对斜拉索施加一定初张力确定计算初态;在计算初态基础上设定斜拉索的索力增量作为主调向量,通过逐次轮换主调向量进行有限元计算,相比计算初态确定关心截面内力或位移的增量效应矩阵及边界矩阵等参量;利用数值优化理论,建立约束条件及目标优化函数求解出满足要求的最优索力。以主跨518 m的荆岳铁路公安长江特大斜拉桥为工程实例,对该桥成桥状态、施工过程子目标状态的索力进行优化并对施工监控误差进行修正。结果表明:优化后的结构状态均满足工程要求,该调索方法具有快速、高效、精准等优点,可推广至斜拉桥、拱桥等成桥状态和施工过程控制子目标状态的索力确定,并为施工监控索力调整等提供了一种新的解决途径。     

单塔空间索面自锚式悬索桥悬吊结构安装与体系转换

天津富民桥主桥为单塔空间索面自锚式悬索桥,该桥体系转换是通过对吊索进行3轮循环张拉与几轮循环索力调整来完成,主要介绍悬吊结构(索夹与吊索)安装及体系转换技术.     

轻型悬索桥的调查与分析

轻型悬索桥在我国的河谷山涧地区以及城市人行桥中应用较广泛,但对其结构设计特点尚未有较系统的总结.文中在大量收集国内已建轻型悬索桥资料的基础上,从桥跨、加劲梁以及主索等方面分析总结其设计特点,包括轻型悬索桥的适用跨径、桥跨布置特点,加劲梁的截面形式、高跨比,主索材料、垂跨比和锚圆形式等.     

非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统

自锚式悬索桥独特的锚固形式使其主梁承受主缆传递的巨大轴向压力,为了研究主梁刚度在初内力及活载作用下的弱化问题对自锚式悬索桥结构静动力响应的影响,首先,结合自锚式悬索桥的非线性特点引入初应力刚度矩阵,考虑随机车流过桥时几何非线性的时变性,采用分离迭代法建立非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统,并编制相应的非线性分析模块。其次,以某三跨混凝土自锚式悬索桥为例,选取集中力匀速过桥工况,利用ANSYS软件对非线性分析模块的可靠性进行验证。最后,分别设置2种极端工况：第1种是单车工况,近似认为只有恒载作用下产生的几何非线性;第2种是密集交通流工况,认为是恒载和最不利活载共同作用产生的几何非线性,并采用元胞自动机模型对密集车流进行模拟,研究自锚式悬索桥恒载和活载初内力引起的几何非线性对桥梁响应的影响程度。研究结果表明：单车工况下,梁塔恒载初内力对自锚式悬索桥的车辆过桥结构响应影响显著,主梁和主塔初内力贡献程度明显不同,主梁初内力对结构刚度矩阵变化的影响贡献较大而主塔贡献微小;相对于恒载,密集车流作用下初内力效应引起的几何非线性对自锚式悬索桥结构刚度影响微小,对结构响应的非线性影响也不明显。     

自锚式悬索桥结构体系的关键技术

通过世界上首座独塔单跨混合梁自锚式悬索桥—佛山平胜大桥的方案构思及结构设计,介绍了其采用的整体桥塔分离式加劲梁桥型结构、混合加劲梁、钢-混凝土结合段构造型式、钢箱梁顶推技术、吊索调索技术等原创性工程技术成果,综述了自锚式悬索桥设计的关键和创新技术。