斜拉桥锚箱式索梁锚固区应力及传力途径分析

为给出索力在主要焊缝间分配的定量描述及主要板件的受力特点和产生应力集中的原因，用有限单元法对锚箱式索梁锚固区应力进行了计算分析．研究表明：锚垫板传递总索力的约20％，其主要作用不是承担索力，而是将索力传给2块锚箱腹板；2块锚箱腹板与箱梁腹板的焊缝传递总索力的约80％，且2条焊缝传递的索力相近，剪应力沿焊缝长度方向呈“马鞍形”分布；各主要板件在面内、面外集中力及弯矩作用下有应力集中现象．     

基于加权影响矩阵的提篮拱初张索力确定方法研究

大跨提篮拱吊杆初张索力确定过程中,因其空间结构及受力复杂,容易出现顾此失彼的情况。以某450 m特大跨钢箱提篮拱为工程背景,初张索力求解过程中对影响矩阵增加加权系数,通过Matlab求解加权后方程的最小二乘解,经过少量的迭代运算,索力差值即趋于稳定,计算成桥索力与设计成桥索力的相对误差最大为0.28%。加权影响矩阵作为一种加速收敛的方法,吊杆索力收敛速度较为均匀,对类似桥梁成桥索力的确定或索力二次调整提供了一种新思路。     

大跨度斜拉桥索梁锚固区的受力分析研究

文章选用大型有限元分析软件ANSYS，运用参数化设计语言APDL语言，分别计算分析了仅在成桥索力、仅在纵横向预应力作用以及在预应力和成桥索力共同作用三种情况下索梁锚固区应力分布情况。比较了索梁锚固区在不同工况下的应力分布特点；分析了锚固区应力集中的情况，以及纵、横向预应力束（筋）锚固区受力的影响。     

系杆拱桥吊杆索力计算方法研究

在介绍采用实测频率计算吊杆索力这一方法的基础上,结合某系杆拱桥吊杆张拉时的实测频率,就吊杆索的计算长度、边界约束条件、线密度和索体的抗弯刚度对吊杆力的影响进行了对比分析。结果表明,在对实测计算索力进行分析时应综合考虑索体的计算长度、边界条件和线密度,应注意观察吊杆上下端是否与套管触碰。如实测吊杆力偏离理论值很大,应考虑采用千斤顶张拉并同步测量频率的方法进行校验。     

基于粒子群算法的斜拉桥恒载索力优化

为了优化斜拉桥恒载索力,将斜拉桥主梁与主塔的弯曲应变能之和作为目标函数,拉索索力、主塔与主梁的位移、应力等作为约束条件,建立斜拉桥恒载索力有限元模型,确定全桥各个单元内力、位移的高阶影响矩阵。利用罚函数法将目标函数与约束条件转变为无约束优化问题,利用粒子群算法找寻无约束目标函数的全局最优适应度,以此得出斜拉桥最优成桥索力。研究发现:粒子群优化算法能在给定约束条件下找寻结构最优状态,该方法简便、有效、实用性强,能降低人工调索的影响,容易获得接近真实成桥状态的索力。     

钢管拱肋分段吊装扣索一次张拉索力改进算法

为改善大跨钢管拱肋分段吊装扣索索力常用算法迭代效率低、计算时耗长, 且忽略了温变影响等不足, 建立了可考虑温变影响和提高计算效率的改进算法; 基于材料力学和几何学相关知识, 推导了吊装过程中拱肋位移变化与温变的理论关系, 并在计入温变引起索长和拱肋位移改变的情况下, 推导出扣索索力变化与温变的理论关系; 基于扣索一次张拉法和ANSYS零阶优化法, 开发了考虑温变影响且在迭代子步中对程序自动搜索实施宏观调控的扣索索力计算程序; 运用改进算法对某主跨300 m钢管混凝土拱桥开展了分段吊装施工控制分析。分析结果表明: 推导的理论公式和有限元分析结果的变化规律一致, 拱肋位移变化的最大相对误差为11%, 索力变化的最大相对误差为18%, 均能满足工程精度要求; 与原算法相比, 采用改进算法的迭代次数由26次缩减到17次, 迭代效率提高了35%, 计算索力与实测索力的最大偏差由276 kN减小到100 kN; 拱肋松索成拱位移理论值与实测值的最大偏差为7 mm, 成拱线形正常; 建立的改进算法可实现扣索一次张拉, 提高迭代效率和计算精度, 运用改进算法控制大跨钢管拱肋吊装施工可使拱肋松索成拱线形满足设计要求。      

柔索索力主频阶次误差及支承条件误差

为研究柔索索力测试中拉索自振频率阶次和支承条件对索力测试误差的影响规律,利用动平衡法推导了考虑弯曲刚度的柔索自振方程和自振频率公式,采用瑞利能量法分析了弹性支承条件和附加质量对拉索自振频率的影响.研究发现频率阶次对索力计算公式的影响符合二次抛物线分布特征,附加质量使拉索的自振频率减小,传感器等测试用的质量块的影响可以忽略不计,弹性支承引起的误差与弹性链杆刚度成线性关系,而且与主频的阶次有关.分析和试验结论对大跨度柔索承重结构如斜拉桥和悬索桥的索力测试具有指导意义.     

小曲率半径斜拉桥拉索与索导管的侧向空间分析

为确保拉索在成桥后的减振装置安装施工便利,降低斜拉索与索导管之间的挤压风险,需要开展斜拉索与索导管的侧向空间分析。该分析基于空间索单元对斜拉桥的拉索进行精细化的数值模拟,迭代求解得到斜拉索在初始张拉力工况下的重力影响拉索线形,进而确定索梁交界位置索导管的空间角度。考虑小曲率半径斜拉桥的主梁预抛高及索塔竖向偏位和横向偏位对拉索和索导管侧向净距的影响,研究拉索与索导管的侧向挤压效应。     

桥梁墩柱三维绕流特性精细化研究

为了深入研究桥梁墩柱水流力的特点及产生机理，对典型桥墩模型考虑自由液面影响时的三维绕流展开了精细化研究. 采用ANSYS FLUENT 作为数值模拟工具，研究了整个墩柱阻力和升力特点，并将墩柱模型从柱底到柱顶划分为5个分段，对比了各个分段阻力、升力特点及沿着水深的变化规律，进一步分析了自由液面、底部边界对漩涡结构的影响，阐述了流场三维特性与墩柱水流力之间的关系. 研究结果表明:墩柱水流力沿着水深是非一致分布的，墩柱分为5段（c1～c5），其中c1～c4分段阻力均值与圆柱整体受力的比值分别约为25%、30%、25%、20%，c5分段处于空气中受力贡献近似为0；另外阻力振幅、升力振幅中下部较大，而底部、中上部、液面处较小；漩涡交替脱落导致墩柱左右两侧自由液面交替起伏，自由液面对漩涡产生抑制作用，自由液面处产生多个尺度不同的漩涡，这与液面下仅有两个交替脱落的漩涡是不同的；墩柱中下部漩涡脱落比其余位置有所滞后，导致柱体不同分段处升力有明显的相位差；墩柱升力振幅与阻力均值分别为5.511 N和3.695 N，相差不大，升力引起的桥墩或桥梁的振动不可忽视.      

钢-混凝土组合梁界面纵向剪力重分布

以受均布荷载作用的简支组合梁为对象，研究了栓钉等柔性连接件塑性变形引起的纵向剪力重分布．根据连接件的受力状态，将界面受力全过程划分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段，建立了相应的剪力重分布简化模型，并导出了界面纵向剪力和轴向力的计算公式．研究表明：考虑纵向剪力重分布时，在荷载较小的情况下，轴向力随荷载增大呈线性关系增大；当荷载较大时，轴向力随荷载增大呈非线性关系增大，最后趋于稳定．     

用约束力计算Levy型索穹顶初始预应力的方法

提出了一种通过约束力来计算Levy型（葵花型）索穹顶结构初始预应力的方法.选定便于分析的多余约束,用约束力代替约束,根据力的平衡,首先推导了轴对称Levy型索穹顶相邻节点间脊索与斜索共同传递的竖向力及水平力计算公式;然后给出了由竖向力和水平力计算杆件初始预应力的计算公式.初始预应力计算分为两部分：一部分对应约束力为零并承受竖向荷载;一部分对应约束力为P的自平衡预应力.自平衡预应力随约束力P成线性变化,可以通过增加约束力P对应的自平衡预应力水平提高整个索穹顶结构的初始预应力水平,达到满足各种荷载工况下的受力要求.最后,通过算例描述了方法的计算过程并验证了方法的正确性.此方法计算简单,便于结构计算和调整初始预应力值.     

万吨级斜拉桥平转阶段牛腿受力研究

以绥芬河斜拉桥转体施工为例,采用通用有限元程序对转体桥梁的重要结构—牛腿进行平转阶段受力研究。研究表明,牛腿在桥梁重力、预应力和牵引力共同作用下,整个结构呈现压应力为主的受力状态;预应力可使牛腿在桥梁转体发生意外倾斜时起到保险作用;牵引力对牛腿受力影响不大,但使牛腿产生了扭转趋势。根据牛腿各部分结构的受力特点及功能将牛腿划分成三个区域,即承重区域、保险区域和牵引区域。     

悬索桥重力刚度法及主缆水平拉力计算

对于大跨度悬索桥,加劲梁的抗弯刚度远远小于具备强大拉力储备的主缆的重力刚度,加劲梁的抗弯刚度的大小对全桥结构行为的影响只是处于次要地位。忽略加劲梁的抗弯刚度而将悬索桥当成一个单纯的索结构来分析它的内力和变形的方法就是重力刚度法。通过与悬索同跨简支梁的剪力和弯矩来明确重力刚度的概念,并揭示该剪力和主缆水平拉力、该弯矩和主缆挠度之间的关系。分别采用重力刚度法和通用软件ANSYS来计算悬索桥的内力和变形,其结果接近,说明采用重力刚度法计算的结果也是具有参考价值的。     

承压锚固型斜拉桥钢塔结合段受力性能和锚杆传力机理研究

承压锚固型结合段锚固构造为斜拉桥钢索塔重要传力构件,研究了承压锚固型结合段的承压、抗弯性能,分析了施工阶段分两次张拉过程中及成桥运营期间各部件的受力,揭示了预应力锚固螺杆的应力分布状况与传力机理,掌握各部件实际应力分布并验证设计的安全性,为设计、施工和监测提供可靠依据.研究结果表明：索塔钢混结合段锚固构造在两次张拉及运营期间下受力明确,构造合理,承压、抗弯性能良好;预应力锚杆为重要传力构件,其有效预应力是影响压浆层与承压板之间可靠结合的关键因素,在锚杆预应力损失50%时,顺桥向弯矩最不利工况下承压板与压浆层之间约1/3区域脱离接触,应对运营期间的锚固螺杆中的有效预应力进行长期监测,并制定相应的补张方案.     

索网结构振动模态特性分析

采用子空间迭代法，结合2个工程实例，对索网结构的自振特性进行了计算分析，研究了一般索网结构的频率分布特性以及钢索应力刚度、结构质量和矢跨比等结构参数对自振特性的影响．此外，还考虑了几何非线性对结构应力刚度的影响，考虑位形修正进行了模态分析．研究结果表明，索网结构振型密集，影响其自振特性的主要结构参数是索网的初始张力和索网屋面的分布质量．     

张拉膜结构自振特性研究

通过2个典型张拉膜结构工程实例，采用兰索斯法研究了加强索刚度、膜面初张力、膜面矢高和膜材质量对自振特性的影响．结果表明，膜面张力与结构质量是影响膜结构自振特性的主要因素，大变形产生的位形修正效应对膜结构自振特性也有较大影响．基于此，考虑大变形非线性对结构几何刚度的影响，提出了考虑位形修正的模态分析的概念。     

基于预应力度的大型预应力混凝土筒仓设计

为科学合理地调节预应力混凝土筒仓配筋中预应力筋与非预应力筋的比例,提出了基于预应力度的预应力混凝土筒仓设计方法,对预应力度的合理取值进行了探讨．预应力设计计算和有限元分析结果表明,预应力度选取时,对于筒仓底部环向拉力比较大的区段,预应力强度比λ可取为0．7;对于筒仓底部以上所受环向拉力较小的区段,预应力强度比λ可以随着所受环向拉力的减小而逐步降低;然后以初步选定的预应力强度比λ按轴心受拉构件进行配筋试算．基于预应力度的部分预应力混凝土筒仓配筋设计方法可以较好地解决预应力筋与非预应力筋的比例问题．     

斜拉桥索塔锚固区节段模型有限元分析

斜拉桥索塔常采用小半径的U型预应力筋抵抗斜拉索产生的荷载[1]。文章建立了索塔锚固区节段的有限元模型,模拟U形预应力筋在结构中的作用。按照设计的各个工况索力进行加载,分析模型在预应力和索力荷载共同作用下的应力分布状态,取得索塔的最不利断面,对结构的安全性有重要的指导作用。     

Computational method for prestress developing of tensile cable-net structures

The prestress developing of tensile cable-net structures is a state transforming process from the initial unstressed state to the final prestressed state, and it is rather complicated because the elastic deformation is normally coupled with the kinematic mechanism movement. Firstly, the basic equations of prestress developing by moving boundary joint are derived from the total potential energy equation. Secondly, the presumed initial tension is proposed to impose into the elements and avoid the singularity of global stiffness matrix. And the self-stress mode which is calculated from the equilibrium matrix with singular value decomposition is employed as basically presumed initial tension. By applying boundary movement increment, an iterative computation is developed to calculate the updating geometric configuration and tension evolution. Finally, the MATLAB program is coded from the presented method, and numerical examples indicate that this computational method is effective and has theoretical significance and valuable guide to design and construction of tensile cable-net structure.