超大跨径CFRP主缆悬索桥合理结构体系研究

采用非线性有限元软件BNLAS进行超大跨径CFRP主缆悬索桥与超大跨径钢主缆悬索桥的静动力特性对比分析,从加劲梁约束体系、主缆安全系数、主缆矢跨比、主缆弹性模量4个方面进行超大跨径CFRP主缆悬索桥合理结构体系研究。结果表明:采用CFRP做超大跨径悬索桥主缆可大幅提高主缆应力中活载应力百分比和自振频率,但活载挠度大幅增加;随着跨径增大,加劲梁约束体系对超大跨径悬索桥的动力特性影响减小,3跨连续漂浮体系作为超大跨径CFRP主缆悬索桥加劲梁的约束体系较优;增大主缆安全系数可提高结构的竖向刚度、竖弯基频和扭转基频,但对横向刚度和横弯基频基本无影响;减小矢跨比可提高结构的竖向和横向刚度以及竖弯基频和横弯基频,但会降低扭转基频;增大CFRP主缆的弹性模量可大幅减小活载竖向挠度,提高竖弯基频和扭转基频,但对横向刚度、横弯基频以及主缆线形和应力基本无影响。     

一种悬索桥主缆计算的新方法

基于对主缆索段的受力分析,在建立各索段统一线形方程的基础上,找到主缆最低点的位置及其斜率,利用变形相容条件建立方程,以主缆张力水平分力的变化规律求解方程,提出一种受力更明确、适应性更强、计算更简便的主缆线形计算方法,并将其总结为斜率爬升法。该方法对平面主缆悬索桥的平面缆索结构均能保证求解收敛,经过算例论证,计算精度较高。在求解主缆水平分力的基础上推导主缆坐标、有应力长度和无应力长度的求解方法。同时研究主塔不等高时,主缆斜率最小点的位置和斜率大小变化情况,并研究不等高主塔对主缆受力和主缆线形的影响,结果表明不等高主塔的主缆斜率最小点会向较矮的主塔一侧偏移,且较小的主塔高差会对主缆受力和主缆线形产生较大影响。     

悬索桥控制的基本框架

针对悬索桥的特点，提出悬索桥控制的基本框架。施工前计算的重点应放在提高主缆、吊索、加劲梁段的无应力尺寸及鞍座、索夹等预偏量的计算精度上；施工中控制的重点庆放在消除悬索桥主塔、主缆的施工误差对加劲梁架设、合龙、线形控制的影响上。最后以某主跨为１３８５ｍ的悬索桥中吊索长度的调整为例，证明了该框架的可行性。     

悬索桥施工控制的基本框架

针对悬索桥施工的特点,提出悬索桥施工控制的基本框架.施工前计算的重点应放在提高主缆、吊索、加劲梁段的无应力尺寸(或长度)及鞍座、索夹等预偏量的计算精度上;施工中控制的重点应放在消除悬索桥主塔、主缆的施工误差对加劲梁架设、合龙、线形控制的影响上.最后,以某主跨为1 385 m的悬索桥施工中吊索长度的调整为例,证明了该框架的可行性.     

悬索桥主缆温度场计算

研究目的:精确地计算悬索桥主缆各种状态下的温度场,对于悬索桥的架设至关重要.为此,在一些基本假设的基础上,建立主缆的热分析模型和非稳态热传导微分方程,推导太阳热辐射和热对流边界条件,主缆计算模型的热物性参数则采用了模型试验得到的结果.为了得到特定环境条件下的数值解,建立主缆温度场的计算方法及主缆热平衡矩阵方程.研究结论:通过对某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.     

结构参数对钢-混组合桥塔自锚式悬索桥静力性能的影响研究

为了解钢-混组合桥塔自锚式悬索桥的静力特性,根据挠度理论,利用三维有限元软件Midas进行空间分析,对模型中主缆矢跨比、主缆抗拉刚度、加劲梁的横竖向抗弯刚度以及主塔纵向抗弯刚度参数进行横向对比。分析结果显示随着参数值的递增,结构位移在减小,而主缆的水平拉力和加劲梁的弯矩却呈现不同变化趋势,自锚式悬索桥的整体静力特性对主缆矢跨比、主缆的抗拉刚度以及加劲梁的竖向抗弯刚度的变化很敏感,而基本不受加劲梁的轴向刚度和主塔纵向刚度的变化的影响。     

独塔对称自锚式悬索桥简化解析解研究

自锚式悬索桥在初步设计阶段,需频繁修改设计和变更计算参数,工作量大,迫切需要一种快速求解的方法,使设计人员迅速了解桥梁受力状态及其随参数变化的情况.为此,根据独塔对称自锚式悬索桥的受力特点,基于最小势能原理,提出一种求解内力和变形的简化解析方法.将自锚式悬索桥分离为加劲梁体系和主缆体系,分别计算恒载和活载作用下的吊索力...     

柔性人行悬索桥在不同结构参数下的动力特性研究

为研究新兴的人行玻璃悬索桥的动力特性,以某景区人行悬索桥为工程背景,利用Midas Civil 2019建立了三维有限元模型,在经过主缆找形、风缆找形、合并找形得到的成桥模型上通过多重Rite向量法进行了人行玻璃悬索桥的自振特性研究;然后用控制变量法从主缆直径、加劲梁布置形式、风缆预拉力及约束方式等方面进行了参数动力分析。结果表明,该人行悬索桥基频小,柔性大,但在人流正常通行时不会引起共振破坏;增大主缆直径可提高加劲梁的横弯及竖弯刚度,对加劲梁设置斜撑和加密横梁可提升其抗扭和抗弯刚度;适当增大风缆预拉力、采用三跨两铰和三跨连续约束对全桥刚度有提升作用。     

钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥施工技术

钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥利用加劲梁来平衡主缆产生的水平拉力,具有造型美观、造价低、刚度大、对地形和地质状况适应性强等特点,是今后中小跨自锚式悬索桥的发展方向。以浙江省湖州市飞凤大桥为背景,介绍钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥上部结构施工技术,重点阐述自锚式悬索桥的钢筋混凝土加劲梁施工、主缆架设、线形调整和施工监控等内容。     

大跨度悬索桥上无缝线路伸缩力影响因素分析

以五峰山长江大桥上无缝线路为研究对象,建立悬索桥上无缝线路一体化空间耦合模型,研究钢轨伸缩调节器铺设位置,悬索桥主塔、主缆、吊索等结构的温度变化,主缆与吊索初始轴力等因素对钢轨纵向力的影响。研究结果表明:跨中铺设钢轨伸缩调节器不能显著改善悬索桥上钢轨纵向受力,主梁两端需要各铺设1组单向伸缩调节器。随着主塔温度升高,钢轨纵向力、吊索及主缆整体受力增加;随着主缆温度升高,钢轨纵向力增加,但会造成吊索及主缆整体受力降低;随着吊索温度升高,钢轨纵向力有微小的增幅;随着主缆与吊索初始轴力降低,钢轨纵向力稍有减小。悬索桥主塔、主缆、吊索温差及主缆与吊索初始轴力对钢轨纵向力影响较小,当不考虑梁轨相互作用对吊索、主缆等结构或构件受力变形的影响时,可以将悬索桥简化为连续梁桥进行计算分析。     

悬链线柔索索长的计算

假设悬索自重沿弧长均匀分布 ,由悬索微元力学平衡关系 ,推导悬索曲线方程。对悬索微元进行积分 ,进一步推出悬索有应力索长计算公式的显示表达。根据虎克定律 ,分别推出悬索无应力索长的精确计算公式和一阶近似公式。对索长各公式间关系进行了讨论 ,算例结果证明本文公式是正确的     

自重荷载作用下悬索静力解析解

从悬索微元体平衡出发,分别推导以悬索张力分量、索长等为参变量,考虑和不考虑悬索自重集度变化的两种悬索解析式。通过比较发现,去掉悬索伸长影响项,就可直接由考虑悬索自重集度变化的解析式缩减到不考虑其变化的解析式。在用索长表达的解析式中,考虑悬索自重集度变化时对应无应力索长,不考虑悬索自重集度变化时对应有应力索长。算例假定斜拉索梁端张力的竖向分量为已知,按以上两种情况,分别建立以悬索张力的水平分量和塔端张力的竖向分量为未知数的非线性方程组,用拟牛顿法求解,得到悬索未知参数的精确解析解。     

悬索桥状态评估中初始张力确定的反分析方法及应用

以悬索桥运营期状态评估为背景,提出以既有状态为基准进行初始张力确定的反分析方法。结合缆索力学平衡方程,提出反分析的基本原理,建立悬索桥状态评估反分析流程。以跨度为180 m的悬索桥为例,进行初始张力反分析,得到以所得初始状态为基准的活载效应理论分析结果。通过与以设计为基准的荷载效应理论解和现场实测结果的对比,分析初始张力确定的误差对桥梁挠度和缆索应力的影响。结果表明:本文提出的悬索桥缆索初始张力反分析方法精度较高、可操作性较强,对同类悬索桥状态评估中初始张力的确定具有理论借鉴意义。     

自锚式悬索桥简化计算方法研究

基于能量原理,提出计算自锚式悬索桥受力性能的简化计算方法,对双塔三跨自锚式悬索桥导出求解加劲梁内力、挠度和主缆水平分力的基本公式.该法将自锚式悬索桥的主缆和吊杆截开,用未知力来代替,分别取主缆和连续加劲梁为隔离体进行分析,通过迭代逐步逼近,使两者满足受力协调条件,对主缆同时考虑恒载和活载作用下的挠度,对加劲梁同时考虑轴力和弯矩的作用以及梁柱效应.算例结果表明,该简化计算方法的计算结果收敛速度快,与几何非线性有限元法的计算结果吻合良好.     

清水河自锚式悬索桥的主缆线形监控计算

以成都市清水河桥施工为背景,对自锚式悬索桥施工过程中的主缆线形进行了计算监控。根据解析法理论编制的主缆位移程序,计算得出施工误差和主缆线形变化的关系式,并利用MIDAS6.7软件模拟了不同轮次吊索张拉对主缆位移的影响规律。通过计算数据与主缆施工的实测值进行对比分析,证明了主缆线形变化规律的正确性,可以满足施工和设计要求。     

整锚段接触网吊弦长度的三维稳态模型

为了减少吊弦长度计算误差、严格控制导高、改善受流质量,提出一种用于整体吊弦精确计算的三维稳态模型。基于二维精确索单元,将X-Y,X-Z两计算平面耦合,得到三维索单元。基于有限元理论,采用三维索单元离散接触网结构;根据接触网的拓扑结构关系组装刚度矩阵,根据地理信息、测量信息和设计参数等组建边界条件;建立并使用迭代法求解整体的非线性平衡方程;根据求解结果建立接触网三维图形并输出整体吊弦长度。将计算的整体吊弦长度与现场数据对比,中间柱计算误差小于2.0‰,转换柱计算误差小于3.5‰,验证本三维模型和构建方法的有效性。     

悬索桥主缆初张力对成桥结构性能的影响

天津富民桥为单塔空间索面自锚式悬索桥,其主跨主缆由塔顶中点向两侧对称张开至桥面梁端两侧的锚碇,呈空间曲面状态。运用通用有限元分析软件ANSYS,对天津富民桥进行3种不同主缆空缆初张力条件下成桥过程的模拟计算,研究空间索面悬索桥主缆初张力对成桥结构性能的影响。研究结果表明:成桥时,主缆初张力越小,在结构自重作用下主梁底部应力、主缆张力也越小、主塔应力与锚碇应力也越小,主缆初张力的大小对成桥时吊索索力的大小及分布没有明显影响;在活荷载作用下,主缆初张力越小,悬索桥结构体系产生的主缆张力增量则越大,吊索索力增量也越大,即更多的荷载通过吊索传递到主缆,相应地主梁承担的荷载较小,主梁挠度、梁底纵桥向应力随主缆初张力的减小而变小。总之,主缆初张力越小,悬索桥结构体系的性能越佳。     

考虑主、散索鞍耦合效应的索鞍预偏量改进算法

基于对主缆和主、散索鞍的力学以及几何关系分析,考虑主、散索鞍的耦合效应,提出一种悬索桥索鞍预偏量的改进算法.算法根据索鞍平衡关系和变形相容条件以及主缆线形基本方程推导出一个十元非线性方程组,采用牛顿-拉斐森法求解方程组,即可同时得到主、散索鞍的预偏量.方法给出的初值选取原则和约束条件对平面缆索悬索桥的索鞍预偏量均能求解...