一种基于指定应力的斜拉桥成桥索力调整方法

为解决斜拉桥成桥阶段的索力快速调整问题,提出了一种基于指定应力的索力调整方法。对每根拉索单元引入非弹性收缩量,与常规节点位移一起组成拉索单元的基本未知量。在拉索单元的平衡方程中,与非弹性收缩量对应的右端项为拉索的索力。在全桥的有限元平衡方程中,各拉索的索力成为与相应拉索的非弹性收缩量对应的右端项,从而得到以常规节点位移和拉索非弹性收缩量为广义位移向量、以常规节点荷载和拉索的索力为广义荷载向量的有限元平衡方程。利用含非弹性收缩量的斜拉桥全桥有限元平衡方程,可实现在指定全部索力的情况下,一次求解整体平衡方程得到各拉索与目标索力对应的非弹性收缩量,减去拉索的初始非弹性收缩量即为调索量,使得全部拉索可从原始索力精确地达到目标索力。为解决实际施工中只调整部分索力满足全桥索力要求的问题,提出了以部分拉索的非弹性收缩量为优化变量、以全部拉索的索力差为目标函数的优化模型,推导了相应的计算公式。用C++语言编制了一个有限元软件用于全桥调索计算,输出总刚矩阵,在Matlab软件中利用fminimax函数进行了部分调索的优化分析。算例演示了全桥调索算法和部分调索算法的可行性和有效性。     

等值张拉时基于振动法的平行钢绞线索索力测试分析

采用振动法对杭埠河大桥平行钢绞线索进行了索力测试,分析了平行钢绞线索的离散性、垂度和区域性接触对索力测试的影响,采用逐步扩大法模拟平行钢绞线索的离散性。讨论了拉索自振频率的确定、面内面外振动的振动特性以及不同拾振器放置位置时的实测信号特征。基于有限元方法建立平行钢绞线索及钢绞线-HDPE套管接触耦合模型,进行了平行钢绞线索振动特性分析。结果表明:振动法可以用于平行钢绞线索索力测试,索力计算时应尽量采用低阶频率;钢绞线间的离散性和索力不均匀性对拉索振动影响较小,拉索面内振动受施工影响较大,钢绞线面外振动频谱特征更为明显,低阶振动分量较多且易识别,利用面外振动可以更好地确定拉索自振频率;考虑HDPE套管质量,修正拉索线密度可提高索力测量精度。     

带减振圈斜拉索的参数识别及损伤诊断研究

结合长沙湘江北大桥的带阻尼减振器拉索的索力检测数据,采用有限元方法对考虑拉索抗弯刚度、斜度、垂度、减振圈的斜拉索进行分析计算.提出两个判别指标ID1和ID2进行了损伤诊断以及索力和抗弯刚度的识别.分析结果表明采用计算长度折减的基频法来计算索力是偏于安全的.     

斜拉索锚拉板局部应力分析

对某组合梁斜拉桥拉索锚拉板建立空间块体有限元模型进行局部应力分析,并与实测应力结果进行比较,验证模型的正确性。以此模型分析结构的应力分布规律,对最大索力值状态下的锚拉板应力进行验算与评估。     

Analysis on Frequency and Force of Stay Cable Considering Flexural Rigidity

以经典弦振动理论为基础,建立斜拉索振动分析的有限元模型,提出考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法.讨论抗弯刚度对斜拉索平衡索曲线的影响,绘制出距垂比随拉弯刚度比的变化曲线,得出了斜拉索的垂度随抗弯刚度的增大而减小的变化规律.针对西昌斜拉桥25对斜拉索的模态进行精确分析,以有限元的方法验证了斜拉索的模态超越现象,分别绘制频率和振型随索力的变化曲线,归纳索频率变化规律,提出索力测量的实用计算方法,采用频差法来判断实测各阶频率的阶数,并且以第2阶频率来进行索力计算.经工程实例验证,考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法可以有效排除由模态超越带来的索力计算偏差,适用于各种长度的斜拉索以及在施工过程中各阶段的索力测量计算.     

ANSYS在结合梁斜拉桥索力优化中的应用

利用有限元程序AN SY S对一座结合梁斜拉桥进行了索力优化设计。以斜拉索的张拉索力为设计变量,斜拉索和结合梁的应力以及支座反力为控制变量,将成桥后主梁的最小弯曲应变能作为目标函数,通过一阶优化算法,确定最优索力,即施工时的合理张拉索力。计算结果表明该方法简单、有效。     

斜拉桥换索施工监控技术探讨

斜拉桥由于多因素的影响，致使部分斜拉桥运营一段时间后需要全部或部分更换斜拉索。结合犍为岷江大桥换索工程，探讨斜拉桥换索施工监控中的技术问题。采用平面杆件有限元分析方法进行了结构换索前的状态模拟，介绍了理论计算、索力监控测量、换索方法及施工过程监控。从该桥的监控实践来看对一点多索的斜拉桥换索主要监控索力和线形。     

基于动力刚度法与粒子群优化算法的拉索参数识别

拉索一般设置有一个或多个中间支承,其振动频率与索力对应关系不甚明确,基于动力刚度法与粒子群算法,对带有多个中间支承的拉索进行参数识别。将拉索视为无限自由度体系,导出精确的单元动力刚度矩阵,通过集成及求解得到总体动力刚度矩阵和频率方程,引入Wittrick-Williams算法求解拉索振动频率;根据拉索振动频率拟合的参数识别方法,将之转化为一优化问题,采用带变异算子的粒子群优化算法进行拉索参数识别。通过有限元仿真分析对带有两个中间弹性支承的两端固结拉索进行了算法的验证,并选取一座实桥的3根两端设置高阻尼橡胶减振器的典型拉索进行了参数识别。研究表明,对具复杂边界条件拉索,基于动力刚度法与粒子群优化算法的参数识别方法能够获得较好的索力测试精度。     

无背索部分斜拉桥斜拉索张拉施工方案分析

为确定无背索部分斜拉桥斜拉索的合理张拉施工方案,以溱水路大桥为例,对该桥斜拉索一次张拉和分级三次张拉的施工方案进行研究.应用MIDAS Civil有限元软件建立该桥空间有限元计算模型,采用数值仿真方法研究斜拉索一次张拉和分级三次张拉对该桥结构力学行为的影响,探讨斜拉索分级张拉施工的合理性,并基于影响矩阵法进行成桥索力调整.结果表明:该桥分级三次张拉斜拉索的施工方案较为有利,且施工可行,成桥后可采用影响矩阵法进行索力调整,仅需较少次数索力调整即可达到索力设计目标,可避免反复进行斜拉索张拉调整的繁琐施工工序.     

索力测定常用公式精度分析

本文分析了常用的频率法测定索力公式的精度。利用作者建立的拉索非线性有限元法分析程序,可得到对应特定索力的拉索频率分布,基于此频率分布,采用不同的索力公式可推算出对应的索力。通过对比所得索力与设定索力可判断各公式的精度。本文以某斜拉桥的拉索为例,对处于不同张紧程度、不同长度的拉索进行了分析。分析结果给出了频率法测定索力时的注意事项,以及各公式的适用范围,并推荐了一种高精度的索力推算公式。     

服役斜拉索疲劳状态的全场域在线实时监测与智慧感知

为了能对斜拉桥拉索的服役性能进行更为准确和及时的评估,提出了一套服役期拉索疲劳状态评估的全场域实时监测与智慧感知技术方案。该方案首先给出了基于拉索横向动刚度分析理论的拉索全场域、全应力时程的实时感知方法,其次利用Miner线性疲劳累计损伤理论评估拉索全场域的疲劳损伤状态;最后,将其应用于一座斜拉桥的拉索的振动监测信息处理上,证明了所建议的技术和方案可实现服役拉索疲劳状态的全场域实时监测和智慧感知。具体结论如下:在拉索疲劳应力幅的组成中,由外荷载引起的索端位移产生的索力变化所产生的应力占比最大,当拉索发生较大幅度振动时,振动附加索力变化产生的应力也不可忽略;通过对拉索疲劳应力幅的统计分析发现,与长索相比,短索对外荷载更加敏感,通常会引起更大和更频繁的索力变化,故在斜拉桥拉索疲劳分析中,应对短索给予更多的关注;在拉索疲劳损伤分析时,弯曲应力和腐蚀的影响非常显著,若要使拉索疲劳寿命的预测更接近实际工程情况,需要考虑弯曲应力和腐蚀的影响;在应力幅较大的区域,对应循环次数较少,但拉索疲劳损伤度较大,在应力幅较小的区域,虽然循环次数较多,但拉索的疲劳损伤度较小,所以,在疲劳分析中,拉索应力幅比循环次数更值得关注。     

大跨径斜拉桥拉索破损断裂性能的研究

从线弹性断裂力学理论出发,对雅砻江桐子林斜拉桥拉索的病害、索力及破损安全进行了初步分析。通过现场试验得到平行钢丝拉索的恒载索力,全桥39%拉索索力超过设计索力5%,13%拉索索力超过设计索力10%,2-1号拉索索力超设计索力16.5%。采用含半椭圆表面裂纹的圆杆受远场均匀拉伸应力作用裂纹模型,对钢丝的断裂安全评估表明,裂纹应力强度因子KI最大值小于材料断裂韧度KIC,钢丝中的裂纹不会在静态下失稳扩展。PE护套防护作用失效是造成索内钢丝锈蚀的直接原因,钢丝锈蚀是造成拉索断裂的重要原因。     

委内瑞拉马拉开波桥的拉索检测与调索张拉

General Rafael Urdaneta大桥位于委内瑞拉的马拉开波湾．在1997年和1999年,对该桥中部的6个桥墩上的384根斜拉索进行了检测。发现在拉索的锚具中有水的存在和拉索滑移变位的现象,并且每根拉索和锚具都有腐蚀。量测索力的结果表明,在6个桥墩共24组拉索中索力相差最大达到30％,需要词整索力。文中介绍了对该桥的检测和2000年7月完成的词索张拉情况和结果。     

基于视频亚像素模板匹配算法的索力试验

针对索结构的索力测试，基于室内试验对比了计算机视觉方法和传统加速度传感器方法，探讨了计算机视觉方法的适用性。研究采用伺服静载锚固试验机张拉单根斜拉索钢绞线，简化模拟索张拉受力状态，通过相机摄影的非接触测量方法测量拉索动态响应，结合亚像素模板匹配算法识别拉索动态变形、基频和索力，并与传统的加速度传感器测试结果进行对比。研究结果表明，计算机视觉方法识别的拉索振动频谱峰值明显，基频识别结果与加速度传感器测试结果基本一致，索力识别结果与实测值相比最大误差不超过6%，具备开展实际结构索力测试的能力。     

考虑减振器影响的斜拉桥索力计算

减振器的存在会影响斜拉索的振动频率,从而降低振动频率法计算索力的精度.文中推导了拉索在单侧减振器和对称减振器作用下的索力计算公式,并对某长江公路大桥的索力监测数据进行了计算,检验了该公式的准确性.     

前支点挂篮斜拉桥施工过程中间索力的确定方法

根据前支点挂篮的构造设计以及受力情况,基于静力平衡原理,建立斜拉索施工过程中间索力的平衡公式。再根据挂篮重要受力部位的限制条件得到斜拉索中间索力的取值范围,并且取最大值和最小值的平均值作为斜拉索中间索力的初值之一。然后对挂篮、梁段、斜拉索进行受力分析,假设斜拉索第二次张拉索力的竖向分力与已浇筑梁段共同支持此时梁段和挂篮的自重。通过静力平衡条件算出斜拉索中间索力作为另一个初值,然后取两个初值的平均值作为最终的初值代入模型进行有限元验算分析。     

青岛市墨水河大桥索梁锚固区受力分析

青岛市墨水河大桥主桥为2×90 m单塔中央双索面斜拉桥。主梁采用分体式箱形截面钢主梁,斜拉索与钢箱梁内边腹板之间通过钢锚箱连接,索梁锚固区的传力途径和受力情况较复杂。利用有限元软件midas FEA对索力最大的索梁锚固区及附近梁段进行板壳单元有限元分析,对索力最大的钢锚箱及局部腹板进行实体单元有限元分析。结果表明,对于中央索面分体式钢箱梁斜拉桥,顶底板等效应力峰值出现在联系横梁跨中;联系横梁腹板所对应的箱室内横隔板比拉索横隔板的应力水平高;通过设置腹板局部补强板,锚固区腹板变形和应力均可满足受力要求;钢锚箱锚固于内边腹板外侧,斜拉索张拉施工和后期养护均较方便。     

考虑锈蚀影响的拉索状态UL列式分析法

针对拉索在服役期间经常出现的钢丝锈蚀及索力松弛病害现象,通过求解拉索微分方程边值问题及讨论索的收敛迭代解,引入Lemaitre的疲劳损伤应变等价原理和几何损伤理论,提出了在工程中拉索的锈蚀程度可通过适当折减拉索材料的弹性模量来表征,在此基础上,建立了计入拉索锈蚀和索力松弛影响的拉索状态UL列式分析方法,并成功运用到实际工程的拉索状态分析中。研究和工程实践表明拉索的锈蚀和索力松弛在服役期间拉索结构状态分析中不容忽视。所提供的方法,考虑了拉索锈蚀及索力松弛病害影响,为大跨度斜拉桥服役期间拉索状态较为精确的非线性分析提供了重要依据。     

联塔分幅斜拉桥塔结构模型试验设计及加载索力优化

以甬江特大桥为背景,进行联塔结构模型试验,通过张拉斜拉索来模拟塔的最不利受力状态,简要介绍结构模型试验的设计。为了尽可能少张拉斜拉索,便于张拉控制,建立了最少索数索力优化的数学规划模型并编制了相应的数值程序,确定了相应的等效索力和各级加载中的斜拉索张拉索力,结果表明索力优化方法可行,张拉过程中结构受力安全。     

考虑振动装置影响的斜拉桥拉索索力评估方法研究

针对斜拉桥在运营过程中的实际索力标定问题,本文在原有的频谱法测试索力原理的基础上,通过考虑拉索减振器的位置,引入修正的等效索长,建立考虑减振器位置的斜拉桥索力测试方法。该方法既能满足索力测试过程中通过采集拉索振动基频便捷性,同时又能考虑拉索减振器布置带来的偏差影响,因此具有很好的理论意义和工程使用价值。最后,通过三水大桥的斜拉索实际索力测试,说明本文提出方法的适用性和工程实用价值。