超大跨径CFRP主缆悬索桥动力特性参数分析

为了研究超大跨径碳纤维（CFRP）主缆悬索桥的动力性能,以某海峡为工程背景,设计了主跨3 500 m的CFRP主缆悬索桥.基于ANSYS软件平台,分析了该CFRP主缆悬索桥的动力特性,探讨了矢跨比、主缆安全系数、加劲梁约束体系和桥塔刚度等主要结构参数对其动力特性的影响.研究结果表明:矢跨比越大,扭弯频率比越大;主缆安全系数对动力特性影响不大;随跨径增大,加劲梁约束体系对动力特性的影响减小;增大桥塔顺桥向弯曲刚度可以提高对称竖弯基频,增大桥塔抗扭刚度可提高扭转基频.      

双缆悬索桥的静力特性及其关键影响因素

双缆悬索桥体系是一种适用于大跨度多塔悬索桥的结构体系,为了对该类悬索桥体系的受力特性开展深入研究,基于有限元方法对其静力特性以及关键设计参数的影响效应进行对比分析. 首先以一座典型的单缆多塔悬索桥为参照,选定双缆多塔悬索桥的关键设计参数,建立两类多塔悬索桥的有限元模型;其次基于所建立的有限元模型,对比分析两类多塔悬索桥体系的竖向刚度差异;最后研究双缆悬索桥体系,边主跨比、中塔刚度、恒载分配比和矢跨比等关键设计参数对于中塔塔顶主缆总的不平衡力、中塔塔顶最大纵向位移以及主梁跨中最大挠度的影响效应. 研究结果表明:相比单缆多塔悬索桥,双缆多塔悬索桥能够有效提高结构的竖向刚度,同时大幅减小中塔塔顶主缆总的不平衡力;减小边主跨比对双缆结构体系竖向刚度和塔顶主缆总的不平衡力的影响较小;增大中塔刚度可以显著提高双缆结构体系的竖向刚度,但是中塔塔顶主缆总的不平衡力有较大幅度的增加;恒载分配比例取为1.0～2.0时,双缆结构体系的中塔塔顶位移及主梁跨中挠度较小;减小顶缆矢高或者增大底缆矢高均可以显著提高双缆结构体系的竖向刚度,有效减小主梁跨中挠度和中塔塔顶位移.      

CFRP在超大跨悬索桥和斜拉桥中的应用前景

1传统缆索材料在超大跨桥上的局限性 1.1钢缆索体系桥梁极限跨径和承载效率的局限性 (1)悬索桥 悬索桥极限跨径主要由主缆的承载能力控制.在矢跨比f/l=0.1的情况下,假定主缆所受荷载水平均布,则主缆形状近似为抛物线形.设中跨主缆矢跨比为f/l,主缆最大倾斜角为αm,定义k=(f/l)·cosm,则可用参数说明主缆形状.     

鹅公岩大桥动力特性分析

以重庆市鹅公岩大桥为工程案例,对大跨径自锚式悬索桥的动力特性进行研究。基于MIDAS/CIVIL软件建立全桥有限元模型,采用非线性有限元与子空间迭代相结合的方法,具体分析矢跨比、边中跨比、构件刚度以及服役期荷载集度、温差等参数对600m跨径的自锚式悬索桥动力特性的影响规律。研究结果表明:成桥状态下,结构基频为0.103 1 Hz,加劲梁纵飘振型起主导作用;矢跨比的改变使多阶模态的频率受到影响,其中,加劲梁振动受到的影响最为显著;边中跨比主要影响结构的竖向振动,减小边中跨比有利于提高结构的整体刚度;主缆抗拉刚度对频率的影响较小,反之,主梁抗弯刚度对结构的竖向及横向频率的影响较为显著;桥梁服役期间,模态频率受恒载集度、温差因素的影响不可忽略。     

空间缆索悬索桥主缆线形的分析方法

空间缆索悬索桥是由于主缆和吊索形成了一个三维索系,在对竖向承载能力影响不大的情况下,缆索系统的横向承载能力得到显著提高,从而大大提高了整个桥梁的横向刚度和抗扭刚度。作为结构非线性性态非常突出的大跨度悬索桥,采用有限元法能充分考虑几何非线性的影响因素。介绍了按照零位移原则确定重力作用下主缆的初始应力状态的方法及确定主缆线形的迭代算法。     

基于重力刚度法的三塔悬索桥形变特征研究

应用重力刚度法推导了集中力和均布载荷作用下三塔四跨悬索桥主缆的无量纲位移的理论表达式;分析了跨数、边中跨比以及恒载和活载集度对三塔四跨悬索桥重力刚度挠度的影响规律,及三塔四跨悬索桥不同于两塔悬索桥的新特征。研究表明:多跨悬索在恒活载作用下主缆的力学特征主要决定了三塔四跨悬索桥整体结构刚度的基本特征,单跨悬索和多跨悬索力学行为的差异是两塔和三塔悬索桥力学特征差异产生的根本原因;应用重力刚度法分析的三塔悬索桥行为特征与基于有限元方法计算的结构行为特征有很好的一致性。     

列车活载作用下超大连跨悬索桥的刚度特征

为探索超大连跨悬索桥的可行性,采用重力刚度法研究了超大连跨悬索桥在铁路活载作用下的刚度(坡度变化)特征.根据列车活载的作用位置,将桥梁沿纵向划分为车前、车下和车后3个坡段,分别探讨了它们的最大转角变形.还对不同垂跨比、跨度和连跨悬索桥的跨数进行了参数研究,分折了不同参数对连跨悬索桥刚度的影响.结果表明,车前和车后坡段的坡度变化随垂跨比增大而增大,随跨度增大而减小;车前坡段的坡度变化随悬索桥跨数的增加而减小,车后坡段的坡度变化随悬索桥跨数的增加而增大.     

悬索桥索股架设全过程的非线性精确分析

为精确分析悬索桥主缆的成缆过程,基于悬索桥多跨悬链线空缆线形计算原理,分析了主缆索股架设过程中塔的受力与索股线形的变化规律.将索塔对主索鞍的作用等效成非线性弹簧,其刚度计入索塔的梁柱效应,导出了索塔的非线性抗推刚度和塔底截面弯矩的计算公式;根据悬索桥主缆索股架设方法,以空缆状态为基础,计算并分析了一座主跨1280 m的悬索桥索股架设过程中主索鞍处主缆的不平衡力、塔顶水平位移和塔底截面弯矩随索股架设的变化规律.研究表明,索股架设过程中,梁柱效应较小.     

基于ANSYS的悬索桥空间主缆扭转问题计算方法研究

自锚式悬索桥在体系转换过程中,通过对吊杆在垂直于纵桥向的竖平面中进行张拉并锚固于加劲梁上,从而形成空间主缆自锚式悬索桥结构。因主缆和吊杆形成空间索系,很大程度上减小了此类结构在横桥向荷载作用下的内力和位移。但是,该种桥型的主缆在由空缆时的平面状态转变为成桥时的空间状态过程中会产生扭转变形。基于此,在主缆索夹安装前应正确给定其安装预偏角,从而避免索夹在成桥状态下扭转破坏。但应注意到,在ANSYS等软件中,主缆一般是用杆单元进行模拟,无法通过计算获取主缆的扭转角度。以杭州某空间主缆自锚式悬索桥为研究背景,提出在ANSYS中对梁单元的部分参数进行特殊取值来模拟主缆,计算主缆的扭转角。理论分析表明,将梁单元抗弯刚度取合理的较小值时,其受力特点便接近于索单元。最后,对某空间主缆自锚式悬索桥的缩尺相似模型进行数值模拟,得到了该模型主缆在吊杆横向张力下扭转角度的数值计算结果。从而在一定程度上解决了运用通用有限元软件计算悬索桥主缆扭转角度这一难题。     

单塔两跨式自锚式悬索桥的极限跨度研究

推导了单塔两跨式自锚式悬索桥的极限跨度的表达式。研究了极限跨度与主缆矢跨比、边跨与主跨跨度比、索塔高度与主跨跨度比、二期恒载和活载等影响因素的关系．结合目前悬索桥常用的材料，考虑主要因素的影响，对混凝土加劲梁和钢加劲梁自锚式悬索桥的极限跨度进行了研究，给出了相应的极限跨度．     

连续超大跨悬索桥的刚度特征

为了解不同结构参数对连续超大跨悬索桥的影响,对重力刚度法进行了推广,研究了连续超大跨悬索桥体系的静力刚度特征．考虑主塔抗弯刚度和主缆弹性伸长,导出了多跨悬索桥挠度的计算公式,探讨了悬索桥跨数对重力刚度分布和最大挠度的影响,以及中间塔抗弯刚度对挠度的影响．结果表明,跨数和中间塔抗弯刚度对连续超大跨悬索桥的重力刚度和最大挠度有显著影响．     

三塔悬索桥静动力特性与中塔选型

为探讨三塔悬索桥与两塔悬索桥静动力特性差异与中塔选型,以泰州长江大桥为原型,基于有限位移理论建立相应的两塔、三塔（混凝土中塔与钢中塔）悬索桥的空间有限元模型,分析了各种结构参数下的静力和地震效应。研究结果表明：与两塔悬索桥相比,由于中塔顶缺乏边缆的有效纵向约束,三塔悬索桥整体刚度较小,变形较大,自振频率低;汽车作用下主...     

主塔相对高差对大跨径悬索桥动力特性的影响研究

为研究主塔相对高差对悬索桥动力特性的影响,建立结构空间有限元模型,分析主塔纵向相对高差系数μ和塔肢横向相对高差系数η对悬索桥动力特性的影响规律;其次进行反应谱分析,研究结构在地震作用下关键截面的动力响应。结果显示:μ和η对悬索桥主梁的振动影响均较小,对主缆和主塔的振动影响较大;悬索桥自振频率对η比μ更敏感;地震作用下,随着μ的增大,矮塔塔底内力在横向和纵向地震力输入下均减小,而高塔塔底的内力变化不明显;η增大时,矮塔内力响应显著增加,抗震设计应予以重视。     

柔性悬索桥静力分析

采用非线性有限元理论,将大跨悬索桥的设计思想与柔性悬索桥的实际情况结合起来．对结构进行了详细的静力分析,探讨了柔性悬索桥的变形控制,最终提出了基于增加“结构重力刚度”思想的2种控制结构变形的方法。     

大跨度轨道悬索桥合理刚度限值研究

针对国内外现有轨道桥梁设计规范中缺乏大跨度轨道悬索桥刚度限值规定的问题,以中小跨度轨道桥梁刚度限值标准为基础,调研总结在役大跨度悬索桥刚度设置和运营状态,提出大跨度轨道悬索桥合理刚度限值建议,并采用杆系有限元方法和风-车-桥耦合振动分析方法,应用工程实例分析,对桥梁静力特性、动力响应和列车走行性进行评价,验证刚度限值的合理性。结果表明:大跨度轨道悬索桥竖向刚度可取为1/300~1/500,双侧竖向梁端折角限值为9.0×10~(-3)rad,单侧限值为4.5×10~(-3)rad,竖向加速度不大于3.5 m/s~2;横向刚度可取为1/600~1/1 200,双侧横向梁端折角限值为6.0×10~(-3)rad,单侧限值为3.0×10~(-3)rad,横向加速度不大于1.4 m/s~2。     

关于悬索桥的重力刚度

随着悬索桥跨度的增大,加劲梁的竖向抗弯刚度提供给整个知跨结构的刚度仅占次要地位,而悬索自身的重力度度却占有秉的作用。为加对重力刚度的进一步认识,笔者对特大跨度的悬索桥的重力刚度进行简要的理论推理,在忽略加劲梁存在的情况下,可近似地计算悬索桥的变形和内力。     

大跨径悬索桥结构设计

本文通过对大跨径悬索桥的结构特性分析，提出在进行悬索桥方案设计时首先应考虑时重点问题，为设计者提供一个关于大跨悬索桥的总体概念和设计思路。     

《长大跨径悬索桥上部结构施工新技术应用研究》通过省级科技成果鉴定

江苏省长江公路大桥建设指挥部、路桥集团第二公路工程局、西南交通大学联合承担的《长大跨径悬索桥上部结构施工新技术应用研究》科研项目近日通过了江苏省科技厅组织、江苏省交通厅主持的科技成果鉴定。该课题紧密结合润扬大桥悬索桥上部结构施工,分成“特大跨径悬索桥猫道结构及抗风减振技术研究”、“特大跨径悬索桥主缆索股牵引系统新技术研究”和“特大跨径悬索桥全液压跨缆吊机的研制”三个子课题,攻克了多项难题,取得了丰硕的成果,确保了润扬大桥施工质量、安全和进度,取得了良好的经济、社会效益。     

双塔简支梁悬索桥施工阶段动力特性分析

为探讨双塔简支梁悬索桥施工阶段的动力特性,运用Midas/Civil有限元软件中的子空间迭代法建立桥梁仿真空间模型,针对不同施工阶段的悬索桥进行自振特性分析,得出以下结果:(1)主梁的抗扭强度随着正反对称扭转频率的增加逐渐增大;主梁完成吊装后频率剧增是由于结构的整体刚度增大,致使竖弯和侧弯的频率增大;(2)扭弯频比越大桥梁结构的抗风性能越优;(3)考虑到桥梁的结构受力和自振特性,该桥建议采用刚铰结合法进行主梁吊装。     

刚性索悬索桥研究

刚性索悬索桥是指主缆及吊杆为刚度较大的构件组成的悬索桥 .它解决了中小跨度时常规悬索桥刚度差、吊杆易疲劳等问题 .文中介绍了刚性索悬索桥的计算分析、构造措施和施工方法 ,给出了工程实例———于 1999年12月建成通车的江苏常州广化桥 ,说明刚性索悬索桥是一种很有应用前景的桥型 .