抗风缆对人行悬索桥动力特性和静风稳定性的影响

悬索桥可通过设置抗风缆来提高其结构的抗风稳定性。为了解抗风缆不同布置形式和水平张力对人行悬索桥自振频率和扭转发散临界风速的影响,以某新建人行悬索桥为例,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,分别计算抗风缆与水平面夹角为0°、45°、90°3种布置形式和水平张力为2.77,3.27,3.77,4.27 MN 4种工况下该桥的关键振型频率和静风扭转发散临界风速,分析其动力特性和静风稳定性。结果表明:设置抗风缆可以提高人行悬索桥各关键振型的频率;抗风缆的3种布置形式对加劲梁的侧弯、竖弯频率提高幅度较大,而对扭转频率的提高幅度相对较小;随着抗风缆水平张力的增加,人行悬索桥各关键振型的频率均有所增加但增幅很小;设置抗风缆可以显著增强人行悬索桥的静风稳定性能,提高其扭转发散临界风速;在一定范围内,增加抗风缆的水平张力对扭转发散临界风速的提升并不明显。     

抗风缆布置形式对人行悬索桥静风稳定性影响分析

为研究不同抗风缆布置形式对人行悬索桥静风稳定性的提升效果,以某主跨为380 m双塔地锚式人行悬索桥为例,分别对其采用不同的抗风缆布置形式,并通过有限元进行了动力特性分析;对设置了不同形式抗风缆的人行悬索桥进行了静风稳定性和位移响应分析。分析结果表明:设置空间抗风缆对结构竖弯基频提升明显;空间斜拉式抗风缆对人行悬索桥抗风稳定性作用效果较好;空间直拉式抗风缆更有助于减少加劲梁受风荷载后的侧向位移。     

静风效应和架设方法对悬索桥施工过程颤振稳定性的影响研究

悬索桥在施工过程的结构刚度比较小,空气静力作用产生的非线性效应以及桥面主梁架设方法都将对悬索桥施工过程的颤振稳定性产生重要的影响。运用大跨度桥梁颤振分析的三维非线性方法,分析宜昌长江大桥采用不同主梁架设方法时的颤振稳定性变化趋势,并探讨静风效应和主梁架设方法对悬索桥施工过程颤振稳定性影响的程度、机理和规律。     

超大跨径悬索桥主缆材料对静风稳定性的影响

为比较碳纤维增强塑料(CFRP)和钢2种主缆材料对超大跨径悬索桥静风稳定性的影响,分别采用三维非线性分析方法及整体特征值稳定性分析方法,对采用2种类型主缆的3 500m跨径悬索桥进行静风稳定性分析。结果表明:CFRP主缆悬索桥扭转振动频率较钢缆结构的要高;2种主缆类型超大跨径悬索桥的静风失稳临界风速均较接近;CFRP主缆悬索桥的各阶屈曲系数均较钢缆悬索桥的要大,具有更高的安全储备。     

提高大跨度人行悬索桥抗风稳定性措施的效果分析

为研究各类抗风措施对提高大跨度人行悬索桥抗风稳定性的贡献,以某主跨430m的人行单跨悬吊地锚式悬索桥为背景,利用杆系有限元程序建立模型,对基本结构以及采用空间缆、增大梁重、拓宽梁端桥面、设置抗风缆等措施下,人行悬索桥的动力特性及抗风稳定性进行了分析。结果显示:颤振临界风速是人行悬索桥的设计控制风速;拓宽加劲梁梁端宽度,基本不能提高结构抗风稳定性;同时增大梁段重量150%和设置抗风缆对抗风稳定性的提升效果较好,均可达到30%以上;设置抗风缆后,明显提高了结构的竖弯基频和扭转基频,但也增加了养护和维修成本,影响桥下空间利用。     

抗风缆对大跨人行悬索桥非线性静风失稳模式的影响

为研究抗风缆对大跨人行悬索桥非线性静风稳定性的影响,采用风洞试验获取大攻角区间主梁静三分力系数.结合有限元数值模拟计算方法,运用双层迭代算法同步计入悬索桥几何非线性与静风荷载非线性,对420 m主跨人行悬索桥进行了非线性静风响应全过程分析,得到了非线性静风失稳临界风速以及静风位移响应与应力响应.综合分析结果表明:抗风缆...     

三岔形单主缆人行悬索桥的设计探讨

针对鸡鸣三省大峡谷的三岔形河流地形,提出一种三岔形单主缆人行景观玻璃悬索桥的设计方案,三岔形单主缆悬挂在三个独柱桥塔之上,吊索体系悬挂带有中央圆环的三岔形桥面加劲梁,三岔形单主缆和三岔形桥面加劲梁均为稳定的三角形结构形式,具有良好的空间刚度。结合实际工程,进行工程参数设计,建立MIDAS有限元分析模型,进行静力分析和动力模态分析研究,验证三岔形单主缆人行悬索桥的结构合理性。     

大跨人行悬索桥非线性静风失稳发展过程分析

为研究大跨人行悬索桥非线性静风失稳的内在原因,以主跨420m天蒙人行悬索桥为背景进行分析。综合考虑几何非线性与静风荷载非线性,采用内、外双重迭代算法从定性与定量的角度分析该桥非线性静风失稳发展过程及失稳临界形态。结果表明:大跨人行悬索桥静风失稳发展路径为,不断非线性增大的加劲梁位移牵连主缆和抗风缆产生相对于加劲梁的竖向位移,使主缆和抗风缆逐渐消减拉应力,直至抗风缆接近松弛而失稳;静风失稳临界形态是以加劲梁扭转变形为主、竖弯变形为辅的复杂弯-扭耦合空间变形状态;静风失稳内在原因为,静风升力和升力矩随附加风攻角的增长不断增大,加劲梁和缆索系统的静风位移持续增大并产生相对竖向位移,导致缆索系统刚度大幅卸载。     

人行悬索桥抗风性能改善措施研究

为解决人行悬索桥桥窄、刚度较小,抗风稳定性往往难以满足抗风规范要求的问题,以国内某人行悬索桥为研究对象,针对其静、动力抗风稳定性均不满足要求的现象,参考日本九重夢人行悬索桥抗风性能改善措施,通过数值计算和风洞试验研究了不同措施提高人行悬索桥抗风性能的效果,总结了人行悬索桥各种可行的抗风性能改善措施,提高了国内某人行悬索桥的抗风性能。研究结果表明:选用45°抗风缆、一联中央扣、降低矢跨比、加密桥面栏杆、设置中央稳定板等几种抗风措施可以提高人行悬索桥的抗风性能。     

武汉阳逻长江大桥施工猫道抗风稳定性分析

研究了武汉阳逻长江大桥施工猫道在极限风荷载下的稳定性及动力稳定性。采用悬索桥的静风稳定公式计算了猫道静风失稳临界风速,设计超松驰迭代法进行了猫道静风失稳的非线性有限元分析验算,并估算了该猫道颤振临界风速。计算分析表明,该猫道的静、动力抗风稳定性满足要求,并据此提出了三种工程抑振措施。     

悬索桥结构分析中鞍座单元的研究及应用

在悬索桥的有限元计算中往往忽略鞍座对主缆的影响而直接采用成桥理论IP点建模,这种简化会对主缆线形计算带来误差。为提高有限元计算悬索桥主缆线形的精度,提出一种能精确模拟主缆和鞍座约束关系的3节点单元——鞍座单元。采用该单元可基于弹性悬链线的解析解迭代出主缆与鞍座的切点坐标,再根据该单元刚度矩阵元素的含义并利用静力平衡条件直接推导出其切线刚度矩阵。以国内某主跨1 650 m的悬索桥为例,将鞍座单元的切线刚度矩阵引入到该桥有限元整体计算中,计算结果表明,鞍座单元能精确模拟主缆与鞍座的实际情况,将其引入悬索桥的结构计算中能大幅度提高计算精度。     

窄幅钢桁架悬索桥静动力稳定性能优化研究

以某主跨420m、宽高比3.83的窄幅钢桁架悬索桥为研究对象,通过有限元计算分析和节段模型风洞试验,研究其静动力稳定性能。动力试验结果表明,主梁原始断面颤振稳定性不满足抗风要求。通过在主梁上设置下中央稳定板、水平导流板,对主梁进行气动优化设计研究。研究发现在7种优化方案中,方案3(高1m下中央稳定板)、方案5(宽1m水平导流板)和方案7(高0.75m下中央稳定板和宽0.5m水平导流板组合)均能有效改善主梁的颤振稳定性能。考虑到优化措施的经济性以及施工便利性,推荐采用方案3。同时,在静力试验获得静力三分力系数的基础上,利用非线性静风分析原理对优化后大桥的静风稳定性能进行分析,研究结果表明,大桥的静风稳定性能满足规范要求。     

CFRP主缆自锚式悬索桥静动力性能及其地震响应研究

为了研究CFRP材料作为主缆应用于自锚式悬索桥的静动力特性,以一独塔自锚式悬索桥为例,建立三维有限元模型,分别应用CFRP材料和高强钢材作为其主缆进行对比分析,其中CFRP主缆按照与钢材等强度和等刚度的原则设计,在汽车荷载和风荷载的工况下,比较其静力特性,在横向、纵向和竖向3个方向的地震激励工况下,比较其地震响应特性。分析结果表明:将采用等刚度原则设计的CFRP材料作为自锚式悬索桥的主缆后,主梁弯矩、主缆拉力均有所减小,结构内力有了明显改善,桥梁自身的偏位也较钢主缆的自锚式悬索桥有了大幅度的减小,桥梁结构的振动频率却呈现出增加的状态,这些对于桥梁是非常有利的,而采用了CFRP主缆的自锚式悬索桥表现出更好的地震响应。因此,从静、动力特性及其地震响应而言,采用等刚度原则设计的CFRP主缆的自锚式悬索桥的性能最优。     

某大跨度地锚式人行悬索桥静动力分析

为了验算结构在静力荷载作用下全桥位移、主缆和吊杆应力是否满足规范要求,分析抗风缆对大跨径人行悬索桥横向刚度的贡献以及自振特性的影响。文章以一座主跨223.5m双塔地锚式人行悬索桥为实例,利用有限元软件MIDAS/Civil建立模型,通过节点坐标和桁架单元初拉力的反复迭代,研究得出主缆和吊杆的初始内力、桥梁结构初始刚度及悬索桥初始平衡状态,为手工寻找初始平衡状态提供一种方法。研究通过在恒载、人群荷载、风载的最不利荷载工况下,对全桥结构进行静力计算分析,各项计算结果均满足规范要求。     

基于均匀试验的大跨悬索桥静力性能参数敏感性分析

桥梁挠度和应力作为静力性能的代表性特征,其大小直接影响结构使用耐久性和安全性。文中以太洪长江大桥为依托,采用有限元软件MIDAS/Civil建立大跨钢结构悬索桥整体空间模型,采用控制变量法研究矢跨比、不同倍率主缆轴向刚度、吊杆轴向刚度、加劲梁抗弯刚度和桥塔刚度等对竖向挠度和应力的影响,并采用均匀试验设计法确定各因素的影响程度。结果表明,矢跨比是悬索桥的重要参数,在确定矢跨比的前提下,加劲梁抗弯刚度对静力性能影响最大,其次是主缆轴向刚度,然后是桥塔刚度,影响最小的是吊杆轴向刚度。     

无塔非对称人行悬索桥静风稳定性研究

基于结构稳定性分析方法,借助大型有限元分析程序ANSYS,以某无塔非对称人行悬索桥为实例,建立了4个有限元计算模型,分别对设置有抗风缆的钢桥面板悬索桥结构、有风缆的混凝土桥面板悬索桥结构和不设置抗风缆的钢桥面板悬索桥结构、混凝土桥面板悬索桥结构进行了静风稳定性研究。研究结果表明,质量较大混凝土桥面板比钢桥面板更有利于结构抗风,设置风缆能有效地限制结构在风荷载作用下的横向位移,提高结构失稳风速,研究还发现,若将抗风缆和混凝土桥面板有效地结合最有利于结构抗风,且效果十分明显。     

山区窄幅悬索桥静风稳定影响参数分析

窄幅悬索桥较窄的加劲梁尺寸使得结构轻柔化特征更加突出,其静风稳定问题愈发显现。该文以某山区峡谷处窄幅悬索桥为背景工程,考虑结构及荷载非线性影响进行了不同攻角下的静风稳定分析,探明主缆系统刚度的弱化是静风失稳的重要影响因素。研究了不均匀风场分布对静风稳定性能的影响,同时对主缆垂跨比、主梁宽跨比以及主梁重量等结构参数对静风稳定的影响进行了对比分析。     

某人行景观悬索桥设计

永定新河三河岛连接北塘古镇人行悬索桥处于著名风景旅游区,为城市景观桥梁。论述景观桥梁的定义,在此基础上,分析桥位处的历史风貌,进而采用炮楼形式的主塔与当地的历史相呼应,做到了桥梁与桥梁所在地的融合。论述该类悬索桥主塔、主索鞍、主缆及吊索、主梁设计等的独特之处,为该类人行悬索桥的设计施工提供借鉴。     

山区大跨度窄梁悬索桥静风稳定及抖振性能研究

某山区钢-混组合窄梁悬索桥采用水平导流板对其颤振、驰振性能进行了优化,为了解该桥各类风致静、动力效应,以确保施工安全性和行车安全性,进一步研究优化后加劲梁在平均风作用下的静风稳定性和在脉动风作用下的抖振性能。基于全桥有限元模型结构自振特性分析结果及节段模型风洞试验测得的加劲梁断面静风三分力系数和颤振导数,采用三维非线性数值模拟方法对优化前、后加劲梁的静风临界发散风速进行求解,并与基于小变形假定的二维线性理论分析方法计算结果进行对比;采用抖振响应频域分析方法,结合规范中的桥址区风场特性,计算脉动风作用下的加劲梁抖振位移及内力。结果表明：该桥设置水平导流板前、后,加劲梁静风稳定性均满足规范要求且性能良好;设置水平导流板后,加劲梁扭转方向抖振位移有一定程度增大,同时,加劲梁竖向剪力最大值出现位置发生改变,跨中断面扭矩显著增大,该气动措施对抖振性能的提升较为有限。     

钢桁架悬索桥检测与评估

通过对某运营25年的钢结构悬索桥的外观检查、主缆线形和钢桁架变形测量及现场结构动力特性试验,从桥梁结构外观现状、主缆安全系数、钢桁架的变形和静动力特性等诸方面分析了该桥目前的实际工作状态,并做了较为全面的性能评估,可为该桥今后的运营管理及扩能改造提供参考。