斜拉索腐蚀损伤下斜拉桥体系可靠度研究

拉索腐蚀疲劳累积损伤是威胁斜拉桥运营安全的关键因素,导致斜拉桥运营期的换索次数多且换索成本高。为了准确评定斜拉索腐蚀疲劳损伤对斜拉桥结构安全的影响,从结构体系可靠性角度探索拉索腐蚀疲劳损伤的概率传递模型。分析了斜拉索腐蚀疲劳损伤对结构体系可靠度的影响规律,从而为换索决策提供依据。研究结果表明,疲劳和疲劳腐蚀效应共同作用下的拉索在20 a服役期内的强度系数分别为0.928和0.751,斜拉索抗力退化将导致斜拉桥主要失效路径变化,主梁索间距为30 m的斜拉桥在服役期的13 a,主要失效模式从由主梁弯曲失效转移至斜拉索强度失效,导致后期的结构体系可靠指标快速下降。     

火致拉索破断斜拉桥安全分析

通过试验确定拉索着火后的温度场变化,建立了一座斜拉桥模型,采用单根或多根钢绞线逐渐破断的方式进行结构非线性动力分析,研究拉索着火破断后的结构安全性。引入动力放大系数(DAF)和需求能力比(DCR)分析主梁、主塔以及拉索的动力响应,研究了不同断索路径下的桥梁极限承载情况,计算了相邻拉索不同着火时间破断时桥梁结构动力响应,得出外索着火破断比内索着火破断更危险,整根拉索一次破断的模式不适合模拟斜拉桥拉索着火破断的情形。     

拉索劣化性能研究

通过对斜拉桥拉索劣化或失效案例的剖析，介绍了拉索劣化性能以及最新研究成果。分析归纳了当前拉索腐蚀失效的研究现状以及相关试验方法。最后提出了目前在拉索性能研究中存在的局限以及迫切需要解决的问题。     

鹅公岩轨道大桥加劲梁施工过渡斜拉体系设计

鹅公岩轨道大桥为主跨600m的自锚式悬索桥,由于建设条件受限,该桥在悬索桥桥塔上固结钢塔,采用"先斜拉、后悬索"的方案施工。过渡斜拉桥是该自锚式悬索桥钢箱加劲梁施工的关键结构。根据悬索桥的结构布置、钢箱梁刚度特性和对不同固结钢塔高度的比较,确定了斜拉索的布置形式、最佳钢塔高度和相应的斜拉索规格选型。通过对过渡斜拉桥成桥过程和斜拉桥-悬索桥体系转换过程进行仿真分析,确定斜拉索及其锚固结构由过渡斜拉桥成桥过程最大索力控制设计,固结钢塔由斜拉桥-悬索桥体系转换过程控制设计,并以此为依据对过渡斜拉体系主要构件进行设计。斜拉索采用1 670MPa7mm预制平行钢丝索;钢塔高42.5m,采用双肢结构,每肢均为5.6m×3.0m矩形钢箱。实践表明:过渡斜拉体系设计合理,顺利地辅助完成了钢箱梁的架设及斜拉桥-悬索桥体系的转换。     

吊杆更换对九堡大桥主桥受力性能的影响分析

为研究吊杆更换对九堡大桥主桥受力性能的影响,根据该桥结构特点提出12种吊杆更换预案并进行分析。采用ANSYS建立该桥空间有限元模型,分析在不同吊杆更换方案下主桥结构的应力和位移、对拱肋和主梁及对吊杆力的影响。分析结果表明:在正常运营情况下,一跨内吊杆局部更换的数量小于3根时,只对更换吊杆跨的结构内力产生影响;一跨内吊杆局部更换时,对该跨拱肋、主梁及吊杆力的影响随拆除吊杆数量的增加而加大,当结构局部连续拆除的吊杆数量小于3根时,结构受力是安全的,但当局部连续拆除的吊杆数量达到3根时,拱肋下缘的应力超过了规范规定的材料强度容许值。     

异型钢管混凝土拱结构多元回归优化分析

为探讨多拱肋宽幅异型钢管混凝土拱桥多个结构参数对结构行为的影响，基于多元回归分析软件Design-Expert,得出考虑多因素交叉影响响应的回归公式，取关键节点(截面)力学响应为控制目标，对结构进行优化验证。结果表明：利用实验设计给出多元回归公式，可不必再进行数值或解析分析就能得到桥梁结构响应；在二阶交叉参数中，拱肋钢管壁厚与边拱吊杆张拉力、拱肋钢管壁厚与中拱吊杆张拉力、拱肋钢管壁厚与水平拉索张拉力这3种参数交叉作用对边拱拱顶应力影响显著；拱肋钢管壁厚与水平拉索张拉力、边拱吊杆张拉力与水平拉索张拉力这两种参数交叉作用对中拱拱顶应力影响显著。当拱肋钢管壁厚参数水平为0.697 9,边拱吊杆张拉力参数水平为-0.056 1,中拱吊杆张拉力参数水平为0.378 7,水平拉索张拉力参数水平为-0.132 2时，桥梁结构响应获得较好优化效果；分析优化后的修正数值模型，桥梁结构变形、内力和应力均有明显减小，优化效果较显著。     

某钢管混凝土系杆拱桥吊杆断裂影响分析

为提高钢管混凝土系杆拱桥的结构安全性,给桥梁加固提供依据,以某三跨下承式钢筋混凝土系杆拱桥为背景,采用有限元法建模,通过模拟某系杆拱桥单根吊杆或2根吊杆突然断裂情况,分析桥梁的内力和变形状态。结果表明:刚性拱刚性系梁结构,整体刚度大,单根或2根吊杆断裂,结构整体性没有遭到破坏;吊杆一般不会发生连锁断裂;系梁一般不会发生裂缝迅速开展等事故,但会产生局部裂缝或引起既有裂缝的延伸;内力变化端横梁大于中横梁;单根或2根吊杆失效对全桥的变形影响不大;跨中和1/4跨附近处的吊杆是养护重点。     

三塔斜拉桥结构刚度参数敏感性研究

针对三塔斜拉桥在活载作用下的结构刚度问题,以5种跨径三塔斜拉桥为分析对象,通过改变主梁、斜拉索、索塔等主要构件刚度值,计算结构在活载作用下的结构刚度差异,研究了三塔斜拉桥竖向刚度及边塔、中塔纵向变位刚度的影响。研究结果表明:增加索塔刚度尤其是中塔刚度对提高大跨径三塔斜拉桥的结构刚度更经济有效,而对于小跨径的三塔斜拉桥来说,则可通过改变主梁或斜拉索的刚度来实现。斜拉索的刚度对边塔纵向变位刚度的影响较为明显,主梁次之。中塔刚度对中塔纵向变位刚度的影响较为明显,而边中塔刚度同时增加与仅增加中刚度的影响效应相差不到5%。     

端部激励下空间倾斜拉索振动的混沌特性研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,拉索的振动会引起锚固端的疲劳,损害拉索的防腐系统,缩短拉索的使用寿命,严重时还会造成拉索失效,危及桥梁结构的安全,已成为大跨径斜拉桥亟待解决的关键问题之一.基于斜拉索的三维空间特性,推导了斜拉索在端部任意方向位移激励下三维空间非线性振动平衡微分方程;引入了Lyapunov特性指数作为特定系统的混沌判据,采用Runge-Kutta分段积分法,搜索求解了不同激励幅值条件下拉索跨中横向振动位移的相平面图、Poincare截面图、最大Lyapunov指数谱图,分析和证实了拉索振动的混沌特性.     

斜拉桥拉索断裂效应的计算研究

拉索是斜拉桥的主要受力构件,局部拉索的断裂有可能导致整体结构的崩溃.采用合理的方法计算拉索断裂效应对斜拉桥,尤其是稀索体系斜拉桥的设计具有重要意义.采用静力分析和时程分析两种方法,对拉索断裂效应进行了计算和比较.     

应用CFRP索的缆索承重桥梁抗风稳定性研究

为了探讨CFRP索在缆索承重桥梁中应用的可能性,以缆索等轴向刚度为原则,基于润扬长江大桥和1400 m主跨斜拉桥设计方案,分别拟定了同跨径应用CFRP索的悬索桥和斜拉桥,并运用三维非线性空气动力稳定性分析方法进行了抗风稳定性分析。分析结果表明:缆索承重桥梁采用CFRP索后,由于结构自振频率特别是扭转频率的显著提高,其空气动力稳定性要好于钢索的缆索承重桥梁。因此从抗风稳定性角度而言,缆索承重桥梁采用CFRP索是可行的,缆索截面尺寸应采用等轴向刚度原则来确定。     

超大跨度CFRP索斜拉桥的力学性能分析

为了探讨碳纤维材料(CFRP)索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性,以1400 m主跨的超大跨度钢拉索斜拉桥设计方案为例,采用拉索的等强度和等轴向刚度方法,拟定了两座等跨径布置CFRP索的方案桥,分别采用结构三维几何非线性方法、子空间迭代法、空气动力稳定性分析方法以及地震响应的反应谱分析方法,对应用钢索和CFRP索的超大跨度斜拉桥的静力特性、动力特性、抗风稳定性以及抗震性能等进行了分析与比较,并从力学性能角度探讨了CFRP索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性。结果表明:从力学性能角度而言,超大跨度斜拉桥采用CFRP索是可行的,但是拉索截面尺寸采用等轴向刚度方法确定则更有利。     

风、列车作用下大跨度斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥在随机风、列车动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态,开发三维空间非线性有限元动力计算程序、列车动力学模型、风场模拟算法,以实际斜拉桥为研究对象,建立全桥三维有限元计算模型进行详细的计算分析。首先,分别使用拉索不分段与分段的全桥模型进行模态计算,讨论拉索局部振动特性与全桥振动特性之间的关系。然后,计算在简谐外激励作用下斜拉桥全桥的非线性振动时程,对比单根拉索在端部位移激励下的非线性振动特性与全桥结构中拉索发生大幅索-梁相关振动之间的差别,依据非线性振动理论,讨论实际斜拉桥中拉索发生索-梁相关振动的共振条件。最后,使用拉索分段的斜拉桥全桥模型,研究在三维空间中,风场动力作用、列车动力作用、风-列车-桥梁耦合动力作用在各个工况下对斜拉桥全桥索-梁相关振动的影响。研究结果表明：对于大跨度铁路斜拉桥,在实际日常运营状态下,风和列车的作用不会使结构进入非线性振动状态;单独的风或列车动力作用不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件;风-列车-桥梁耦合动力作用下拉索振动相对单独的风、列车作用更为明显,但也不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件。     

拉索断落对某矮塔斜拉桥力学特性影响分析

结合已有常规斜拉桥断索行为研究,运用MIDAS／CIVIL有限元分析软件对某双塔单索面矮塔斜拉桥进行计算,对不同断索情况下及未断索情况下该桥的拉索索力、主梁线形、索塔偏移量及自振频率进行对比分析,得到该桥力学特性随断索位置及断索长度的变化规律。     

基于群索索力域的斜拉桥结构性能状况评估

针对目前依据单根斜拉索索力值变化评估斜拉桥运营健康状态的不足,提出一种基于群索索力域映射斜拉桥性能状况的方法。该方法基于蒙特卡罗法模拟获得斜拉桥群索索力域,在实测索力与群索索力域间做相异度最小寻值,根据桥梁结构不同的极限状态定义评估阈值。以国内某已建24年的大跨径预应力混凝土斜拉桥为工程实例,基于近6年(2013~2018年)实测索力数据,依照提出的新评估方法与传统评估方法对主梁结构性能状态进行评估。结果表明:传统评估方法仅得出2013年单根索力变化幅值超限的结论;新评估方法得出2013年、2018年主梁跨中截面存在消压风险,需要持续跟踪关注。该方法可定量、直观地分析评估群索索力变化对桥梁结构受力状况的影响,为桥梁的科学管养决策提供依据。     

CFRP索斜拉桥的动力特性分析

采用CFRP拉索是解决传统钢拉索腐蚀退化问题的根本途径,由于CFRP的自重仅为钢材的1/5,当跨径很大时,CFRP索斜拉桥的动力特性与钢索斜拉桥的动力特性会有区别,为此,以探索性设计的跨径为1 000 m的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥为例,采用有限元法对比分析了2种拉索斜拉桥主要的动力特性,并研究了成桥初应力对斜拉桥动力特性的影响。鉴于当前对影响斜拉桥动力特性的一些关键参数少有系统研究的状况,详细分析了不同结构体系、辅助墩设置个数、拉索空间布置型式、边中跨跨径之比等参数,对CFRP索斜拉桥的动力特性的影响,得出了若干结论,为CFRP索斜拉桥的优化设计提供理论依据。     

斜拉索的检查与维修

斜拉索是斜拉桥的重要受力构件。介绍斜拉索检查和维修工作的主要内容,并讨论了索力测量中的一些问题。     

拉索对斜拉桥体系面内弯曲频率的影响分析

在推导斜拉桥体系面内弯曲频率的基础上,引入斜拉桥体系拉索影响系数,反映斜拉桥体系的拉索对面内弯曲频率的影响,通过斜拉索影响度的概念定量分析拉索对斜拉桥体系弯曲频率影响的相对量值。通过对四座斜拉桥体系的对比分析,证明用斜拉索影响系数及斜拉索影响度的概念可以更直观反映矮塔斜拉桥与常规斜拉桥动力性能的差异。这个结论对认识矮塔斜拉桥与常规斜拉桥二者的受力特性有一定的参考意义。     

基于斜拉索张力测定的斜拉桥健康诊断

应用试验校正的高精度三维有限元模型,对斜拉桥主梁结构损伤位置识别的斜拉索张力指标进行了研究。模拟12种可能的损伤情况,研究了基于斜拉索局部模态基频构造索张力指标的方法,索张力指标对各损伤情况下损伤位置的识别效果和对损伤程度的敏感性。结果表明,用斜拉索局部模态基频所构造的张力指标对不同的损伤程度呈现较好的稳定性和灵敏性,对模拟的12种损伤情况的正确识别率可达75%。该方法的突出优点是只需测量斜拉索局部振动模态的基频,就能获得较好的损伤识别效果,比其他面向损伤检测的测量容易得多。该方法可十分方便地推广应用于悬索桥加劲梁结构的损伤定位,具有较高的实用价值。     

重庆两江大桥平行钢绞线斜拉索施工技术

平行钢绞线斜拉索桥梁是目前采用较多的一种斜拉桥结构形式。结合重庆两江大桥平行钢绞线斜拉索的工程实践,介绍平行钢绞线斜拉索施工技术,可为今后同类斜拉索施工提供参考。