悬索桥空间主缆恒载线形分析

为了确定悬索桥空间主缆恒载线形,根据已有的二维模型,提出了一个三维主缆找形计算方法.确定悬索桥成桥状态线形主要是确定主缆的线形.给定悬索桥成桥时受力的性能指标,就能计算悬索桥成桥吊索内力,由吊索内力能够迭代形成主缆几何形状.将三维主缆投影到2个平面上分别考虑几何边界条件和力的平衡条件,倾斜吊杆的影响.引入牛顿迭代法,推导了三维主缆的迭代方程,给出了具体计算分析的迭代流程.研究结果表明:精度完全能满足工程计算要求.     

温度影响下主缆线形精细计算方法研究与应用

悬索桥施工前,应通过基于有限元方法的杆件正向装配及逆向拆除法来进行正反向计算,若2种计算得到的成桥状态各项数据闭合且合理,则可基于此确定其各项施工参数。但上述计算是基于设计基准温度,而施工时环境温度与设计基准温度存在差异,且主缆索股的垂度与线形受温度影响较大,上述2种温度的差异使得主缆架设完成时其空缆线形参数与理论值不一致。因此,在施工前及施工过程中应根据2种温度的差异对主缆形状的影响规律来调整空缆状态下主缆的线形。为此在悬索桥施工过程主缆线形的解析计算方法基础上,推导了2种温度影响下主缆形状计算表达式,并编写成数值计算程序用于主缆施工控制过程中,能保证施工完成时桥梁处于合理成桥状态,本计算方法也可用于其他悬索桥的主缆施工过程中。结合大跨径地锚式悬索桥算例,验证了悬索桥主缆施工过程中考虑温度因素的空缆线形计算方法的正确性。     

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.      

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。     

基于悬索桥主缆热物性参数试验的温度场研究

推导了主缆结构在芯部加热作用下温度场的稳态与瞬态解析解,采用与实际桥梁相同的试验模型,测试得到了主缆结构的表观热扩散系数与表观导热系数。在采用测试参数的基础上,通过对桥梁主缆温度场的有限元计算及与实桥主缆温度场实测结果的对比,证明了计算方法的精确和可靠,可用于悬索桥主缆设计、施工和运营阶段的温度场计算。     

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。     

山区复杂环境下悬索桥主缆温度场规律研究

通过对山区复杂环境下悬索桥主缆模型进行温度场试验测试,以及对山区实际悬索桥工程的主缆进行实地温度场长期监测,结合理论计算分析,获得了山区复杂环境下悬索桥主缆温度场的典型分布及变化规律,并通过一座悬索桥工程实例验证了该温度场规律的准确性和适用性。     

大跨径悬索桥主缆防腐保护问题剖析与建议

我国大跨径悬索桥起步比较晚,发展的时间还没有超过20年。但根据国外经验再过些年国内悬索桥主缆的锈蚀问题将陆续出现,将直接影响桥梁的结构安全与使用寿命,亟需开展悬索桥主缆防护问题的研究。首先介绍了国内外悬索桥主缆钢丝腐蚀案例,分析了主缆腐蚀原因及目前常用的主缆防护措施。继而分析和探讨了悬索桥主缆防护技术的发展方向,并提出一种可行性悬索桥主缆钢丝电化学腐蚀试验方案,供悬索桥主缆防护技术研究与应用参考。     

三塔悬索桥静力挠度可靠度分析

采用响应面法对三塔悬索桥主梁最大挠度进行静力可靠度分析,考察三塔悬索桥主梁最大挠度对结构材料、几何尺寸及外荷载等不确定因素的变异而发生变化的规律.结果表明:三塔悬索桥主梁最大挠度可靠指标是由单主跨施加活荷载控制的,主缆弹性模量、汽车活荷载、主缆截面面积及中塔弹性模量等对主梁最大挠度的影响最为显著.     

大跨度双层桁架梁悬索桥颤振性能试验研究

为提高大跨度双层桁架梁悬索桥的颤振性能，以主跨为1 700 m的杨泗港长江大桥为工程背景，通过节段模型风洞试验，分别研究了上中央稳定板、下稳定板、水平翼板以及组合措施对主梁颤振性能的影响，并通过将有效气动措施与主梁原有构件相结合的方法来减小传统气动措施带来的不利影响，针对最优气动方案，研究了阻尼比对主梁颤振性能的影响. 研究结果表明:原主梁断面在0° 和 +3° 攻角下发生了没有明显发散点的单自由度扭转软颤振，颤振临界风速分别为50.5 m/s和31.2 m/s；安装于上层桥面的上中央稳定板、下层桥面的下稳定板以及与人行道底部齐平的水平翼板均能不同程度地提高主梁的颤振稳定性；当把水平翼板与下层桥面的下稳定板组合后，主梁的颤振临界风速增长率可高达34%，在此基础上提出了将上层托架和人行道板加宽、并将下稳定板和检修车轨道相结合的最优气动方案；当扭转阻尼比由0.37%增加至0.52%时，主梁的颤振临界风速可提高11.9%，说明阻尼器可能对发生单自由度扭转软颤振的桥梁起到良好的抑振效果.      

横风作用下高速列车-桥梁系统气动特性风洞试验

为研究高速列车在运营过程中的气动特性, 分析其气动特性变化机理, 设计了2种高速列车-桥梁系统的气动特性风洞试验方案; 开发并建立了适用于在风洞中的高速列车-桥梁系统试验方法与系统; 试验系统分为运动系统与数采系统2个部分; 运动系统基于惯性驱动原理, 以高速伺服电机为驱动力, 通过高强度旋转传送带将缩尺比为1∶8~1∶30的移动车辆模型在风洞中以最高速度50 m·s-1模拟真实运行环境中运行; 在运动系统的搭载下, 自主研发了一套数采系统, 并在风洞实验室中对有无横风作用下的列车进行了气动特性测试。分析结果表明: 试验方法与系统适用于加减速距离短、瞬时加速度大的试验场景, 且不受车辆外形与基础设施的限制, 可降低设计成本, 提高试验的安全与稳定性; 标准误差与平均值之比均不大于10%, 表明数采系统测试的车辆气动特性有较好的平稳性和可重复性, 能够精准得到列车在不同试验条件下的气动特性; 通过对比有无横风作用下的列车气动特性, 得到列车速度对车辆的气动特性影响极其重要; 列车高速移动时, 其因速度产生的气动影响远远大于横风, 且表面测点平均风压系数最大值可达-10, 反映了静态模型的试验方式不能够满足模拟列车高速运行时气动特性状态。      

斜拉桥拉索风-雨致振动(Ⅱ):参数研究

为探讨斜拉桥拉索风-雨致振动的影响因素,基于修正驰振模型,利用空间模型测试的气动力系数,对斜拉桥拉索风-雨致振动的气动力参数、运动参数和结构参数进行了研究.气动力参数包括水路形状、风向角和索径等,运动参数有索的初始状态、水路运动等,结构参数为索的频率、阻尼和质量.研究表明,气动力参数和运动参数将影响拉索风-雨致振动的最大振幅响应,改变发生风-雨致振动的风速范围.     

斜拉桥拉索风-雨致振动(Ⅰ):机理分析

为揭示斜拉索风-雨致振动机理,利用三维绕流空间模型测试的气动力系数,提出了斜拉索风-雨致振动的修正驰振模型;将基于该模型的计算结果与风洞试验结果进行比较,以验证分析模型的有效性,并从能量的角度对斜拉索风-雨致振动的特性进行了探讨.研究表明:斜拉索风-雨致振动本质上是由升力系数负斜率引起的准驰振类型的限幅振动,具有自激和限幅振动双重特性.     

Parametric vibration and vibration reduction of cables in cable-stayed space latticed structure

Mechanical model and vibration equation of a cable in cable-stayed sparse latticed structure (CSLS) under external axial excitation were founded. Determination of the mass lumps and natural frequencies supplied by the space latticed structure (SLS) was analyzed. Multiple scales method (MSM) was introduced to analyze the characteristics of cable's parametric vibration, and the precise time-integration method (PTIM) was used to solve vibration equation. The vibration behavior of a cable is closely relative to the frequency ratio of the cable and SLS. The cable's parametric vibration caused by the external axial excitation easily occurs if the frequency ratio of the cable and SLS is in a certain range, and the cable's vibration amplitude varies greatly even if the initial disturbance supplied by SLS changes a little. Furthermore, the mechanical model and vibration equation of the composite cable system consisting of main cables and assistant cables were studied. The parametric analysis such as the pre-tension level and arrangement of the assistant cables was carried out. Due to the assistant cables, the single-cable vibration mode can be transferred to the global vibration mode, and the stiffness and damping of the cable system are enhanced. The natural frequencies of the composite cable system with the curve line arrangement of assistant cables are higher than those with the straight-line arrangement and the former is more effective than the latter on the cable's vibration suppression.     

失稳挡土墙加固数值分析

采用加筋喷射混凝土、高压注浆和预应力锚杆的联合加固方式，对失稳挡土墙进行了加固，同时对土边坡也利用微型抗滑桩和中高压注浆进行了加固。根据加固设计参数和各种材料属性，利用有限差分法建立了数值计算模型。对加固结构和被加固结构的稳定性(侧向位移的变化情况)以及预应力锚杆和抗滑桩的轴向力变化情况进行了模拟分析。结果表明，各种不同类型的加固结构组成了一个有机整体，完全可以保证边坡以及挡土墙稳定。     

高墩大跨连续刚构桥气弹模型风洞试验研究

高墩大跨连续刚构桥在施工阶段的抗风能力较弱,以三水河特大桥为工程背景,通过最大悬臂施工状态气弹模型的风洞试验,对其抗风性能就行了研究。采用1：100的缩尺模型比进行最大悬臂施工状态的颤振及驰振试验,测定颤振、驰振临界风速,据此分析评估该桥的抗风性能。风洞试验结果表明,该桥具有较好的颤振、驰振稳定性。     

侧风下高速列车车体与轮对的运行姿态

应用流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型,计算了作用于高速列车车体上的气动力和气动力矩;应用多体动力学理论,建立了车辆系统动力学模型,分析了在不同风向角、侧偏角与合成风速下高速列车头车车体和轮对的运行姿态。计算结果表明:在不同侧风环境下,头车车体始终向背风侧横摆和侧滚;当风向角为90°时,车体的横向位移和侧滚角最大;当列车车速为350 km.h-1,侧风风速分别为13.8、32.6 m.s-1时,列车头车车体最大横向位移分别为74.2、171.7 mm,最大侧滚角分别为3.1°和8.4°;当列车车速为200 km.h-1,风速不小于32.6 m.s-1,且风向角为90°时,列车头车一、二位轮对均向背风侧横移,背风侧车轮易发生爬轨现象,三、四位轮对均向迎风侧横移,三位轮对迎风侧车轮易发生爬轨现象;四位轮对的横移量和摇头角均小于前三位轮对,相对安全。     

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——移动车辆模型风洞试验系统

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,针对车-桥系统气动绕流的特点,研制了一套移动车辆模型风洞试验系统,在风洞中实现了侧向风作用下车辆运动过程中桥梁和车辆各自气动力的同步测试.该系统可以较方便地改变来流风速、车辆运动速度、测试对象以及车辆与桥梁的相对位置等.根据测试信号时程的特点,提出了相应的数据处理方法,分析了车辆运动过程中桥梁和车辆动态气动力的变化特征.试验结果表明,桥梁和车辆的气动力信号较稳定,试验结果比较可靠.     

基于DEA的铁路桥梁风屏障防风效果评价

为评价风屏障的防风效果,针对铁路桥梁设置不同高度的风屏障,通过风洞试验测试了单车以及双车交会时的气动力系数.在此基础上,提出用单车的气动力系数衡量车辆风荷载突变效应,以不同轨道位置车辆的风荷载突变量作为评价指标,并采用DEA(数据包络分析)方法评价风屏障的防风效果.研究结果表明:用DEA方法评价铁路桥梁风屏障的防风效果是可行的;当风屏障高度为1.72 m时,防风效果较好.