大跨度悬索桥长吊索宽频调谐阻尼减振技术研究

为实现大跨度悬索桥长吊索宽频(0～30 Hz)阻尼减振,以广西龙门大桥为背景,对该桥50 m以上长吊索宽频减振技术进行研究。考虑该桥长吊索原刚性减振架方案无法有效控制多根吊索同相位振动,且不能为吊索提供结构阻尼,根据理论分析和参数优化,提出采用3个小阻尼比(阻尼比为2%)、小质量比(质量比为0.10%)调谐质量阻尼器(TMD)和6个大阻尼比(阻尼比为10%)、大质量比(质量比为0.50%)TMD协同作用实现吊索0～30 Hz全模态阻尼减振目标,选用质量和刚度分布具有各向同性、控制频率和自身阻尼比便于调节的摆锤式调谐质量阻尼器(PTMD)进行减振设计,并进行有限元模拟和模型试验以验证可行性。结果表明：多个PTMD协同控制可实现吊索的宽频阻尼减振,其各向同性特征可实现吊索多向振动控制;建议龙门大桥采用在加强原有刚性减振架的基础上,将多个PTMD按振型参与最大原则离散布置在刚性减振架上,集成刚性减振架刚性连接和PTMD调谐减振功能,实现该桥长吊索宽频阻尼减振。     

自锚式悬索桥吊索目标索力影响参数分析

为了解各结构参数偏差对自锚式悬索桥吊索目标索力的影响,以吉林市雾凇大桥(预应力混凝土自锚式悬索桥)为例,采用有限元数值分析方法,分析在控制索力和控制索长2种方法下,桥塔和主梁抗弯刚度、体系温度、主缆和吊索抗拉刚度、主梁自重、中跨和边跨主缆长度参数偏差对吊索目标索力的影响,并进行实际工程分析。结果表明:主梁自重和边跨主缆长度对吊索目标索力的影响显著,而除主缆抗拉刚度和中跨主缆长度对吊索目标索力有一定的影响外,其余各结构参数偏差对吊索目标索力均影响甚微;在相同参数偏差影响下,各吊索索力在2种控制方法下的总体偏差量基本相同;控制索长法获得的吊索目标索力值相对均匀,对脱架后的主梁受力有利,而控制索力法能够进行结构参数识别,对制定吊索的后续调整方案有利。     

钢管混凝土系杆拱吊索力的测试与调控

针对钢管混凝土系杆拱桥的成桥吊索力值与设计值的差异分布,建立了受索力影响的目标调控矩阵,采用有限元对钢管混凝土系杆拱桥吊索力进行了分级优化计算,研究了各目标阀值下的吊索力全桥分布状态。研究结果表明:选取拱肋不同的分级变形作为调控阀值得到的索力,除边吊索外的其余吊索力值均可控制在5%以内;选取主梁不同的分级变形作为调控阀值得到的索力差异性较大;以拱肋变形和主梁变形的合理阀值同时作为调控目标得到的索力值与设计值和实测值相近,分布均匀。     

自锚式悬索桥施工中的非线性误差调整研究

以最小二乘法为基础,提出了自锚式悬索桥施工过程中的非线性误差调整方法。研究表明,对于索力误差,可以通过部分吊索索力的调整得以消除;而对于主梁和索塔的变形误差,则需要进行全桥吊索索力的调整加以消除,以获得令人满意的吊索索力误差。     

空间主缆自锚式悬索桥成桥吊索索力优化计算

成桥吊索索力的计算以及主缆线形的确定是空间自锚式悬索桥设计的难点,关注加劲梁的合理受力状态,选取合适的目标函数、设计变量和状态变量,探讨吊索索力的优化计算方法。在吊索力确定以后,结合索段数值分析法和非线性有限元法可以得到自锚式悬索桥主缆的线形和无应力索长。该方法可以推广到空间自锚式悬索桥的初步设计计算中。并以江西上饶大桥为例,验证该方法的有效性。     

悬索桥吊索高阶涡激振动及摆锤式MTMD减振技术研究

为了解大跨度悬索桥吊索出现的大幅高频振动现象,并进行减振,以国内某主跨1688 m的悬索桥为背景(最长吊索长184.6 m),基于理论方法和施工期吊索大幅高频振动实测结果,分析吊索的振动类型及参数(频率、阻尼比);提出一种摆锤式多重调谐质量阻尼器(MTMD,其由一定形状的锤头提供质量参数,由钢绞线提供刚度及阻尼参数),采用有限元和室内试验的方法,分析其振动特性,并进行实桥验证。结果表明:该桥吊索振动频率范围为5~25 Hz,阻尼比低,单个吊点的多根吊索易发生同相位的高阶涡激振动;摆锤式MTMD单个锤头具有2个控制主频,自身阻尼比约10%,具有位移放大作用,对高频振动的响应灵敏,在很宽的频率范围内具有很好的减振性能;摆锤式MTMD可有效增加吊索自身阻尼比,控制吊索高阶涡激振动,实测减振效果达到90%以上,具有很好的实用性。     

中、下承式拱桥吊索张力测定的振动法实用公式

考虑吊索弯曲刚度和两端固定边界条件的影响，引入参数简化吊索张力与其横向振动频率之间关系的超越方程，采用数值计算和曲线拟合的方法，推导出了考虑吊索弯曲刚度和吊索两端边界条件影响的，由吊索振动频率计算吊索张力的实用计算公式，并将该公式运用于下承式拱桥施工现场吊索张力的测定。通过与现场实测数据的比较表明：该公式具有较高的精度和一定的实用价值。     

考虑抗弯刚度的悬索桥短吊索索力识别

悬索桥索力测量中,对于短吊索的索力识别,由于其索股抗弯刚度的影响,导致测量结果与设计值误差偏大。文中利用索股振动方程推导了考虑短吊索抗弯刚度的索力计算公式,避免了短吊索因忽略抗弯刚度,简化为理想弦振动而导致的误差过大。通过对比有限元模拟结果、简化算法结果、考虑索股抗弯刚度算法结果及设计索力值发现,考虑索股抗弯刚度算法在短吊索索力识别时,可以有效降低误差至5%以下,体现了该算法优于简化算法的优越性。     

大跨度悬索桥吊索阻尼减振设计

为了解决虎门二桥大跨度悬索桥长吊索的振动问题,采用阻尼减振的方式对其进行振动控制。本文首先通过分析吊索的振动特性,包括振动方向、可能发生振动的振型阶次,确定阻尼减振的目标;在此基础上,对大沙水道桥和坭洲水道桥超过80m长的吊索进行阻尼减振设计:利用防撞栏杆为阻尼器的支撑,80~130m的吊索采用油气耦合阻尼器、130m以上的吊索采用摆式阻尼器进行控制。当吊索发生面内或者面外振动时,阻尼器内部发生相对运动,通过阻尼耗能作用控制吊索的振动;最后通过数值计算分析安装阻尼器后的减振效果。结果表明:各受控振型的阻尼对数衰减率δ均大于3%,满足减振的要求。     

猎德大桥吊索张拉施工方案分析与优化

通过有限元软件Ansys对猎德大桥的吊索张拉施工方案进行了仿真分析.结果表明:在吊索张拉过程中,存在吊索松弛、索力分布不均、塔梁弯矩较大、主缆变形不均和较大等问题;且主缆位移的弱相干性和吊索索力的相邻影响性不合理,针对此种情况,进行了张拉方案的优化,优化后的张拉方案在索力分配、吊索松弛、塔梁内力等方面有较大改善,可为此...     

大跨自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换技术研究

为快速实现大跨自锚式悬索桥体系转换,以(160+406+160)m的双塔三跨自锚式悬索桥——桃花峪黄河大桥为背景,研究以吊索引出量控制为主、索力控制为辅的吊索张拉与体系转换技术。建立实桥有限元模型,计算吊索无应力长度,定义索头引伸出下锚垫板的长度值为引出量;采用引出量控制,从塔根向远离桥塔方向对称张拉吊索(每次8组),跨中几组吊索采取纵向相邻2组同时装千斤顶,在n号吊索张拉的同时,预拉(n+1)号吊索;进行主桥缩尺模型试验,对该方案进行验证及细节优化。研究结果及实际工程表明:采用该体系转换技术方案,主缆与吊索张力、临时墩反力、主梁应力计算值等均满足要求;缩尺模型实测应力、位移与有限元计算值吻合;主梁线形质量好,吊索索力精度高,快速实现了体系转换。     

超大跨度悬索桥长吊索涡振特性及其控制研究

针对超大跨度悬索桥长吊索风振突出的问题，以张靖皋长江大桥为背景，开展了超大跨度悬索桥长吊索涡振特性及其控制研究。基于嵌套网格技术，开展了2种直径长吊索涡振的数值模拟，并分析了吊索低阶与高阶涡振响应的特性。采用减振锤作为控制措施，开展了阻尼器参数设计，并通过节段模型风洞试验验证了减振装置对吊索涡振的控制效果。研究结果表明：不同直径的吊索在单索股和双索股情况下均可能发生涡振；不同阶次模态发生涡振的位移振幅接近，但高阶涡振的加速度幅值显著增加；考虑涡振对吊索疲劳性能的影响，采用减振锤能够有效抑制涡振响应。     

刘家峡大桥吊索长度计算及索力优化

刘家峡大桥横跨黄河刘家峡水库,为主跨536 m的单跨双铰钢桁加劲梁式悬索桥,建成后将成为西北地区单跨跨度最大的悬索桥,同时也是国内同规模桥梁中宽跨比最窄的悬索桥,宽跨比为1∶34.4。本文以刘家峡悬索桥为背景,在施工监控中获取实测主缆线形,对原始设计吊索的下料长度进行了精确的调整,并引用基于归一化原理的影响矩阵法对其吊索索力进行了优化分析,最终该桥吊索索力达到最佳受力状态。还论述了温度对吊索索力的影响,得出当温度线性变化时,各吊索索力变化不一致,但总体变化都很小。     

基于线形识别的索力测量方法影响因素研究

拉索是索承重桥梁重要的传力构件，其受力状态是反映桥梁健康状态的重要指标，准确测量拉索的索力对保障桥梁结构的安全至关重要。结合数字图像处理技术和拉索计算理论，提出了一种基于线形识别的索力测量方法，可实现非接触式无损测量，设备简单，操作方便，效率高。通过高精度的图像采集及数字图像处理技术进行拉索线形的识别与提取，获取拉索有限空间点的几何坐标，再基于悬链线理论和过“三定点”的精确线形数值计算方法，即可快速计算出索力。通过缩尺模型试验验证了该方法可适用于不同长度、不同直径、不同倾角的索力测量，测量误差为2%～5%。采用数值仿真的方法，探究了温度变化、拉索弯曲刚度、减振装置等单一因素变化对索力测量精度的影响规律，并基于模型试验，剖析了图像采集角度及采集距离对测量精度的影响。结果表明：拉索的弯曲刚度、边界条件对短索测量精度的影响较大，拉索温度的变化对测量精度影响较小，减振装置对测量精度的影响随减振装置刚度提高而增大，拉索图像正面平拍和近距离采集可提高方法的精度；基于以上分析，建立了考虑弯曲刚度和减振装置影响的索力修正方法，修正后索力误差为1%～2%。     

大跨径悬索桥静载试验研究

论述了大跨径悬索桥静载试验的方法、内容和实际加载方案，对有关测试项目(吊索索力、锚跨张力等)理论值的计算方法进行了讨论，通过将实测值与理论值进行对比研究，得出了试验桥梁的评价结果。     

润扬大桥悬索桥长吊索更换技术研究

为了对悬索桥服役期间损坏的长吊索进行快速更换,依托润扬大桥南汊悬索桥1对长吊索火灾后紧急更换的工程案例,结合既有吊索锚固构造,设计一种悬索桥长吊索更换装置,开发传统吊索更换须在吊索无应力状态下拆除转换为吊索在有限应力而销轴无应力状态下拆除的吊索更换技术。详细介绍施工过程及施工关键步骤,并采用ANSYS建立全桥有限元模型,对吊索更换过程中的7个关键施工步骤进行仿真模拟,分析更换过程中待更换吊索索力、相邻吊索索力、主缆竖向位移、加劲梁竖向位移等指标的变化趋势。同时,对不中断交通情况下的施工全过程进行监控,实测施工过程中分级张拉临时吊索,安装新吊索、拆除临时索等工况的相应吊索索力以及临时吊索索夹与永久吊索索夹的相对滑移。研究结果表明：实测值与模拟值变化趋势基本吻合,验证了施工方案的合理性;该桥长吊索的成功更换,验证了所开发的吊索更换装置的可靠性,不仅完成了在不中断交通情况下的吊索更换,而且还实现了对悬索桥既有状态干扰最小的目标。     

虎门二桥主桥吊索阻尼减振技术研究及应用

虎门二桥的主航道桥由坭洲水道桥和大沙水道桥两座大跨度悬索桥组成,其吊索在施工期发生了复杂的风致振动问题。为了抑制吊索的振动,通过分析吊索的振动特性,研究基于不同作用机理的减振措施并进行方案比选,优选出适合本桥吊索减振的措施。通过实桥试验验证了外置式阻尼器(PLD)、多重调谐式阻尼器(MTMD)和冲击质量阻尼器(IMD)的减振效果。最终采用了PLD、MTMD和IMD这3种阻尼器的组合阻尼减振方案,有效抑制了吊索的振动。     

基于索梁组合结构的悬索桥锚跨段索力修正算法

在悬索桥锚跨段索力测试中,传统的振弦法将锚跨段索振动看作为理想弦振动,忽略了锚跨段拉杆的抗弯刚度,带来了较大的索力测量计算结果误差。为了求解更加精确的锚跨段索力值,保证悬索桥主缆索力监控的精确性、成桥阶段主缆线型的准确性和吊索索力的均匀分布,通过分析索梁组合结构模型,建立了锚跨拉杆与锚跨主缆的索梁组合力学模型,运用主缆振动频率的索力计算方法,运用Hamilton变分原理推导提出悬索桥锚跨段,锚跨拉杆与锚跨主缆的索梁组合结构的索力修正算法。分析了锚跨拉杆与索连接处的边界条件问题,保持索梁连接处为铰接状态,不改变边界条件的物理属性。基于Mathematica数学计算软件上,设计求解程序并求解索梁组合结构振动矩阵方程,得出对应索梁组合结构频率的索力值的数值解。通过对比分析数据理论计算、有限元分析软件及恩施水布垭清江特大悬索桥实际工程实例测量结果,来验证考虑悬索桥锚跨段拉杆的抗弯刚度修正算法的合理性。研究结果表明:相对于传统的索力测试简化算法,运用索梁组合结构推导的锚跨段索力计算公式,可以更准确地表达索力、锚跨拉杆抗弯刚度和索力基频之间的关系,进而减小因为拉杆抗弯刚度所带来的索力计算结果的误差,得到更加符合实际主缆张拉状态的索力值。     

斜拉-悬索管桥主缆及吊索更换施工控制分析

根据某斜拉-悬索组合体系输油管桥的病害情况、结构受力特点,采用有限元软件对结构进行三维空间有限元建模计算分析。通过对其主缆及吊索更换全过程进行现场施工监控,分析比较主缆及吊索的索力、油管高程改变量等理论值和实测值,评估主缆及吊索更换完成后桥梁结构状况。     

钢管混凝土拱肋吊装的静力与稳定性分析

文中对单片钢管拱肋的整体吊装的员点位置的选择、吊索索力、拱肋结构的内力与位移进行了静力计算分析，并用近似公式法对钢管拱肋面内屈曲和面外侧倾的稳定性问题作了初步分析。