多塔悬索桥中塔鞍座水平摩擦板抗滑方案试验研究

为解决多塔悬索桥主缆与中塔鞍座间的抗滑问题,提出在鞍座内增设水平摩擦板的抗滑设计方案,通过模型试验研究鞍座设置水平摩擦板后主缆索股的滑移特性,并提出主缆名义摩擦系数的计算方法,以温州瓯江北口大桥[(230+2×800+348)m三塔悬索桥]为对象进行抗滑方案研究。结果表明:加载初期,顶推所产生的不平衡力在索股间基本平均分配;随着加载继续,各索股以水平摩擦板为界呈现明显的分层滑移现象;索股与鞍座相对位移随索力差变化过程可分为线性变化、局部蠕动和滑移3个阶段;提出的主缆名义摩擦系数计算方法可用于中塔鞍座内设有水平摩擦板时主缆的抗滑能力计算;对于温州瓯江北口大桥,采用2块水平摩擦板分别设置于距顶部约1/4及1/2处是合理可行的抗滑方案。     

温州瓯江北口大桥中塔索鞍抗滑移构造研究

温州瓯江北口大桥为主跨800m的三塔四跨悬索桥,中塔采用刚度较大的钢筋混凝土塔。为解决中塔索鞍与主缆之间的抗滑移问题,提出在鞍槽内设置水平摩擦板、竖向摩擦板、水平摩擦板+竖向摩擦板3种方案来提高中塔索鞍与主缆间的名义摩擦系数,对索鞍进行抗滑移计算,采用MIDAS Civil软件建立索鞍有限元模型对其进行受力分析,并对比3种方案的抗滑移效果。结果表明:水平摩擦板索鞍、竖向摩擦板索鞍、水平摩擦板+竖向摩擦板索鞍的名义摩擦系数分别为0.392、0.422、0.412,抗滑安全系数分别为2.63、2.83、2.76,3种方案均能显著提高索鞍的抗滑移性能;水平摩擦板与索鞍的连接构件局部应力较大,且施工困难;全竖向摩擦板索鞍各部位的应力相对较小且分布较均匀,并通过相关试验验证了施工可行性,该桥最终采用全竖向摩擦板防滑索鞍方案。     

大跨度三塔悬索桥主缆系统施工技术创新及改进

针对大跨度悬索桥主缆系统施工存在的一些技术难题,介绍近年国内3座三塔悬索桥主缆系统施工技术方面所做的创新和改进。通过使主索鞍底面在底板上直接滑移,简化主索鞍滑动副结构,方便施工过程索鞍顶推;设计制造支座型散索鞍结构,改善散索鞍摆动性能;采用左右对合的双吊耳板索夹结构,改善索夹结构受力性能;采用了主缆PPWS索股水平成盘放索架设方法,减少PPWS索股架设"呼啦圈"和散股问题。针对索鞍槽和主缆索股的抗滑移问题,探索应用了中塔主索鞍加厚鞍槽隔板和91丝规格PPWS索股增加"填充钢丝"的密实整形入鞍等方法。     

悬索桥主缆与鞍座抗滑移安全系数的确定方法

为准确评估主缆与鞍座间的抗滑移安全性,确保多塔悬索桥结构受力安全,对主缆与鞍座间的摩擦抗力特性进行了研究。通过分析索股间微元体的应力-应变关系,建立侧向压力和索股拉力间的微分方程,推导了主缆索股和鞍座侧壁接触面间的侧向压力表达式,并据此建立了主缆与鞍座间的摩擦抗力方程,提出了悬索桥主缆与鞍座之间的抗滑移安全系数确定方法。通过模型试验结果对摩擦抗力方程进行了验证,并对主缆与鞍座抗滑移安全系数的确定方法以及鞍座设计参数对于抗滑移安全系数的影响进行了探讨。结果表明:所提出的摩擦抗力方程能够准确确定鞍槽内设置和不设置竖向摩擦板2种典型情况下主缆与鞍座间的实际摩擦抗力;现有的抗滑移安全系数定义方法物理含义模糊,计算值偏于保守,无法计入鞍座参数优化对提高抗滑移安全性的影响,可能对多塔悬索桥的结构设计造成困扰;所提出的抗滑移安全系数表达式,物理意义明确,便于工程应用,可以作为确定抗滑移安全系数的依据;主缆与鞍槽接触面间的摩擦因数和鞍座结构设计参数是主缆与鞍座间摩擦抗力的重要影响因素,改善鞍座设计参数和设置竖向摩擦板是提高主缆与鞍座抗滑移安全性的有效途径。     

悬索桥主索鞍顶推模拟方法及实例分析

提出一种可用于通用有限元程序的索鞍顶推精细化模拟方法,实现了索鞍偏心竖向荷载传递,索鞍顶推期间相对位移控制以及索鞍锁定期间水平力传递,也可以模拟主缆和索鞍切点变化.以柳州双拥大桥为工程实例,首先对比了不同索鞍模型对主缆线形和索鞍预偏量的影响;随后指出索鞍顶推实质是控制塔顶位移,并给出了一种索鞍顶推时序.最后指出在空缆状态下主缆在索鞍端部存在局部脱空趋势,采用本文推荐的模拟方法能预测和避免不合理设计.     

主缆与鞍座间摩擦抗力评估的混合解析数值法

为保障多塔悬索桥中主塔鞍座的抗滑移安全性，准确评估主缆与鞍座间的摩擦抗力，提出一种适用于鞍座摩擦抗力分析的混合解析数值法。首先，通过分析滑移临界状态下鞍座内索股的受力状态，将主缆与鞍座接触面间摩擦抗力的求解问题逐步分解，最终简化为求解鞍座任意截面处索股与鞍座接触面间压力分布的平面应变问题；其次，沿纵向将鞍座均匀离散化为多个截面，建立相应截面的二维有限元模型，并得出滑移临界状态下各截面处索股与鞍座接触面间的压力分布；采用将各段压力求和再乘以摩擦因数的方式求出主缆与鞍座间的摩擦抗力及其分布，建立适用于主缆与鞍座间摩擦抗力评估的混合解析数值法，并通过模型试验验证其准确性；最后，基于所提出的混合解析数值法对鹦鹉洲长江公路大桥实桥的中主鞍座摩擦抗力进行分析与讨论。研究表明：所提出的混合解析数值法计算结果和试验结果吻合良好，具有计算效率和精度高，评估流程简洁和工程应用便捷等优点，可作为评估主缆与鞍座间摩擦抗力的依据；主缆与鞍座接触面间压力的绝对值和摩擦抗力均呈由上到下、由松边到紧边递增的分布特性；通过设置竖向摩擦板以增加数个竖向摩擦板面，从而有效提高主缆与鞍座间的摩擦抗力，可大幅提高主缆与鞍座间的抗滑移安全性。     

五峰山长江大桥缆索系统施工控制技术

连镇铁路五峰山长江大桥为主跨1 092 m的公铁两用悬索桥,采用双主缆地锚式结构,其缆索系统由索鞍、主缆、索夹及吊索组成。该桥缆索系统施工过程较为复杂,为保证缆索系统施工满足验收标准的要求,对其主要参数敏感性进行分析,并开展施工精细化控制。结果表明:索鞍位置、主缆弹性模量、温度、主缆不圆度等参数均会对缆索体系的施工精度带来影响。根据施工全过程分析,在该桥缆索系统施工控制中,主索鞍共顶推11次,南、北塔累计顶推量分别为190 cm、196 cm;考虑实际钢丝直径、弹性模量和索鞍处曲线修正等,确定大桥主缆索股无应力长度为1 931.974～1 934.428 m;在主缆架设完成、紧缆后,测量实际空缆线形,按实际空缆线形对索夹位置及吊索长度进行修正。大桥缆索系统施工实测偏差结果均满足安装验收标准的要求。     

刘家峡大桥主缆空隙率及索夹抗滑移试验研究

刘家峡大桥主桥为单跨536 m 的桁式加劲梁双索面悬索桥,单根主缆采用44股127根φ5．2 mm 镀锌高强钢丝,设计空隙率在索夹处取18％,在索夹外取20％,主缆索夹由2个半圆形铸钢结构通过高强度螺栓上下对接紧箍在主缆上,接缝处嵌填橡胶防水条。索夹的抗滑移性能是影响悬索桥主缆正常使用的一个主要因素。为了解该桥索夹抗滑移性能是否满足设计要求,在大桥主缆架设完紧缆后,在主缆上同时安装制动索夹、试验索夹以及推力千斤顶,利用千斤顶模拟索夹下滑力,对计算确定的最不利索夹进行顶推试验,测试索夹抗滑移摩阻系数和索夹内、外部空隙率。试验结果表明：实测索夹抗滑移摩阻系数为0．213,大于设计要求的0．15,满足设计要求;实测索夹内、外部空隙率分别为17．6％、18．4％,满足设计要求。     

大跨悬索桥加劲梁吊装阶段的施工控制

大跨悬索桥加劲梁吊装阶段的施工控制中,吊装前的控制计算和吊装期间的监测十分关键.为消除主缆施工期间产生的误差对加劲粱施工的影响,并保证成桥后桥面线形符合设计要求,提出了一种反馈控制分析方法;采用有限元正装计算方法计算各吊装阶段施工控制参数的理论值以及主索鞍自由滑移量等,并根据该滑移量和索塔的抗弯能力确定索鞍的顶推时机和顶推量.通过对宜昌长江公路大桥的施工控制,得出了主缆跨中标高、主索鞍的滑移以及钢箱梁的开口角等在加劲梁吊装过程中的变化规律,并保证了施工过程中结构受力的安全以及加劲梁吊装完后桥面线形符合设计要求.     

温州瓯江北口大桥施工期索夹抗滑移控制

温州瓯江北口大桥为主跨2×800 m的三塔四跨双层钢桁梁悬索桥,主跨钢桁梁采用1 000 t缆载吊机大节段吊装,施工期索夹受力大、索夹螺杆紧固力损失大,索夹滑移风险高。为给施工期索夹滑移风险评估和抗滑移控制措施提供依据,在《公路悬索桥设计规范》(JTG/T D65-05—2015)索夹抗滑移系数计算公式的基础上,考虑索夹上临时荷载、主缆轴力增加引起的主缆直径变小和主缆丝股重新排列、螺杆时变效应造成的索夹螺杆紧固力损失,提出适用于大跨悬索桥施工期的索夹抗滑移系数计算方法,分析主要参数对施工期索夹抗滑移系数的影响,并评估该桥施工期索夹抗滑移风险,提出索夹抗滑移控制措施。结果表明：钢桁梁吊装过程中,索夹倾角变化大,应采用当前施工阶段索夹倾角计算施工期索夹抗滑移系数,主缆轴力增加引起主缆直径变小是造成索夹滑移的主要原因之一;该桥除主跨跨中钢桁梁节段对应索夹抗滑移系数满足规范要求外,其余索夹抗滑移系数均不满足规范要求。根据索夹滑移风险评估结果,采取紧固索夹螺杆的抗滑移控制措施,并明确了该桥索夹螺杆紧固次数和时机。该桥采取索夹抗滑移控制措施后,施工过程中索夹均未出现滑移现象。     

三塔悬索桥中塔主缆与鞍座间抗滑移试验研究

泰州长江公路大桥的初步设计中提出三塔悬索桥设计方案,为了研究特定工况下中塔主缆在鞍座内的滑移情况,江苏省长江公路大桥指挥部主持开展了主缆与中主鞍座间抗滑移试验研究。我国和美国、日本都曾开展过主缆与鞍座鞍槽间摩擦机理分析的试验,由于试验及试验模拟的差异等,试验结果离散性较大。本试验采用与实桥直径相同的镀锌钢丝和具有相同曲率、结构尺寸以及表面处理的鞍槽,力求全面模拟各束股与束股之间、钢丝之间、束股与鞍槽间的真实的接触特征,采用与实桥基本相同的接触挤压应力,以期能较为真实地反映三塔悬索桥中塔主缆在鞍座间的抗滑移情况。     

悬索桥的锚碇-锚跨单元研究及应用

为在悬索桥结构分析中精确计算锚跨索股的张力,建立了包括锚碇、散索鞍及锚跨索股在内的3节点组合单元,该单元精确考虑了锚跨内各索股的空间走向,满足索股与鞍座相切及节点间索股无应力长度不变两个重要务件,并能考虑锚碇的沉降对锚跨索股索力的影响.假定成桥状态锚跨索股张力的合理分布模式后,根据散索鞍的自立平衡条件及锚跨索股与散索鞍...     

摩擦片式防滑差速器转矩特性对汽车操纵稳定性的影响研究

进行了摩擦片式防滑差速器防滑转矩输出特性测定试验,并分别对装有摩擦片式防滑差速器和普通差速器的汽车,通过试验测定的车厢侧倾角、转弯半径比、前后轴侧偏角差值、横摆角速度及侧向加速度作为对比参数,研究了摩擦片式防滑差速器转矩特性对汽车操纵稳定性的影响。结果表明,摩擦片式防滑差速器能够显著提高汽车的动力性、通过性,改善汽车的操纵稳定性。     

Shear forces in the contact patch of a braked-racing tyre

This article identifies tyre modelling features that are fundamental to the accurate simulation of the shear forces in the contact patch of a steady-rolling, slipping and cambered racing tyre. The features investigated include contact patch shape, contact pressure distribution, carcass flexibility, rolling radius (RR) variations and friction coefficient. Using a previously described physical tyre model of modular nature, validated for static conditions, the influence of each feature on the shear forces generated is examined under different running conditions, including normal loads of 1500, 3000 and 4500 N, camber angles of 0° and?3°, and longitudinal slip ratios from 0 to?20%. Special attention is paid to heavy braking, in which context the aligning moment is of great interest in terms of its connection with the limit-handling feel. The results of the simulations reveal that true representations of the contact patch shape, carcass flexibility and lateral RR variation are essential for an accurate prediction of the distribution and the magnitude of the shear forces generated at the tread–road interface of the cambered tyre. Independent of the camber angle, the contact pressure distribution primarily influences the shear force distribution and the slip characteristics around the peak longitudinal force. At low brake-slip ratios, the friction coefficient affects the shear forces in terms of their distribution, while, at medium to high-slip ratios, the force magnitude is significantly affected. On the one hand, these findings help in the creation of efficient yet accurate tyre models. On the other hand, the research results allow improved understanding of how individual tyre components affect the generation of shear forces in the contact patch of a rolling and slipping tyre.     

悬索桥新型复合索鞍设计

虎跳峡金沙江大桥为主跨766 m的独塔地锚式悬索桥。由于取消了香格里拉岸的桥塔,中跨主缆仅通过索鞍支承、转向及散索后锚于锚碇,该索鞍不仅需具备主索鞍的支承功能,还需具备散索和纵向活动功能,其功能及受力要求均较高。结合该桥建设条件,提出一种主要由鞍体、辊子组、承板、格栅等构成的新型复合索鞍,其中,鞍体承担支索、转索和散索的作用;辊子组连接于鞍体与支墩之间,当中跨主缆缆力发生变化时,辊子发生滚动;承板布置在辊子组的顶面和底面,与辊子组接触;格栅预埋在支墩顶面,将索鞍传递的竖向荷载均匀分布到混凝土中。经有限元和试验验证,新型复合索鞍鞍体最大等效应力为151.8 MPa,辊子与承板之间的最大接触应力为578 MPa,受力满足设计要求。     

爆炸作用下钢绞线斜拉索破坏模式和剩余承载性能试验

为研究爆炸荷载作用下斜拉桥钢绞线斜拉索的破坏模式和剩余承载性能,开展了8根15.7-7钢绞线斜拉索试件的野外爆炸试验以及爆炸损伤钢绞线的静力轴向拉伸试验,得到了钢绞线斜拉索在接触爆炸及近距离爆炸作用下的破坏形态和损伤钢绞线的剩余承载力;并根据断丝数量和承载力损失定量比较了高密度聚乙烯护套(HDPE)、单层钢管护套(SST)、双层钢管护套(DST)以及泡沫铝夹层钢管护套(FAFST)4种不同防护措施的抗爆防护效果。研究结果表明：在接触/近距离爆炸作用下,钢绞线斜拉索的损伤破坏主要表现为正对爆炸作用区域部分钢丝断裂和局部横向变形;采用FAFST防护可以有效地改善钢绞线斜拉索的破坏程度,HDPE防护效果有限;相较于无防护的祼索,SST与DST防护反而加剧了斜拉索试件的损伤程度;爆炸损伤钢绞线的剩余承载力与剩余钢丝数量成正比。基于试验结果和回归分析方法,提出了爆炸损伤钢绞线斜拉索剩余承载力评估的实用公式,可以在爆炸灾害后根据钢绞线断丝破坏情况,快速评估斜拉索的剩余承载能力。     

Nonlinear tire-road friction control based on tire model parameter identification

A hierarchical control structure is a more suitable structural scheme for integrated chassis control. Generally, this type of structure has two main functions. The upper layer manages global control and force allocation, while the bottom layer allocates realized forces with 4 independent local tire controllers. The way to properly allocate these target forces poses a difficult task for the bottom layer. There are two key problems that require attention: obtaining the nonlinear time-varying coefficient of friction between the tire and different road surfaces and accurately tracking the desired forces from the upper layer. This paper mainly focuses on longitudinal tire-road friction allocation and control strategies that are based on the antilock braking system (ABS). Although it is difficult to precisely measure longitudinal tire-road friction forces for frequently changing road surface conditions, they can be estimated with a real-time measurement of brake force and angular acceleration at the wheels. The Magic Formula model is proposed as the reference model, and its key parameters are identified online using a constrained hybrid genetic algorithm to describe the evolution of tire-road friction with respect to the wheel slip. The desired wheel slip, with respect to the reference tire-road friction force from the top layer, is estimated with the inverse quadratic interpolation method. The tire-road friction controller of the extended anti-lock braking system (Ext-ABS) is designed through use of the nonlinear sliding mode control method. Simulation results indicate that acceptable modifications to changes in road surface conditions and adequate stability can be expected from the proposed control strategy.     

钢筋混凝土自锚式悬索桥施工

抚顺万新大桥为主跨160m的自锚式钢筋混凝土悬索桥．主梁采用单箱5室钢筋混凝土箱梁,主缆每根索股首尾相连形成环绕闭合结构。介绍了主梁滑动模架施工、鞍座安装、环绕闭合钢丝绳主缆无猫道施工、索股下料误差的解决、体系的转换施工等。同时还介绍了该桥采用的新技术及对新技术的分析。     

悬索桥锚跨索股分析研究

由于锚固的需要,悬索桥锚跨索股是离散的空间索股,而索股张拉力是索股架设时的一个重要参数,为此,提出了成桥状态锚跨索股索力合理分布模式的概念,计算成桥状态各索股精确的空间走向、索力和无应力长度,然后通过对索股架设过程的分析,计算各索股架设时的张拉力,最后通过算例分析索股架设时锚跨各索股张拉力的变化情况,计算表明,索股的最大张拉力与最小张拉力之比可超过1 5。