混凝土连续梁与悬索组合桥结构体系力学性能分析

为了解混凝土连续梁与悬索组合桥结构体系的受力特性,建立(70+185+70) m混凝土连续梁与悬索组合桥全桥空间有限元模型,计算其结构内力,分析垂跨比、边中跨比、主梁抗弯刚度对该组合结构力学性能的影响,并与同等跨径自锚式悬索桥进行对比。结果表明:混凝土连续梁与悬索组合桥主缆拉力和跨中挠度均小于同等跨径自锚式悬索桥,与同等跨径自锚式悬索桥相比,活载作用下组合结构主缆拉力小76.04%,跨中挠度小66.32%;组合结构前10阶自振频率均大于自锚式悬索桥,1阶自振频率约为自锚式悬索桥的3倍;组合结构的竖向刚度随垂跨比和主梁抗弯刚度的增大而增大,随边中跨比的增大而减小,与自锚式悬索桥变化规律基本一致。     

考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥成桥状态力学性能分析

针对目前进行悬索桥分析时不考虑主缆抗弯刚度的现状,以某特大跨自锚式悬索桥为工程背景,在定性分析考虑主缆抗弯刚度后主缆、吊索、加劲梁、主塔等关键构件受力与线形特点的基础上,探讨不同简化假定条件下主缆受力与线形计算公式;运用有限元软件MIDAS/Civil,通过选取适当的单元类型及合理的结构参数建立有限元模型,分析比较考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥成桥状态下的力学特性,探讨考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥的力学行为,得到考虑主缆抗弯刚度后结构整体刚度有所加强的结论。     

独塔自锚式悬索桥动力特性参数灵敏度分析研究

自锚式悬索桥以其优美的造型、良好的跨越能力、对桥址条件适用性强等优点,被广泛的应用于城市桥梁中。自锚式悬索桥的结构设计参数对其动力特性影响显著。为明晰其结构设计参数对自锚式悬索桥动力特性(振型、频率等)的参数影响规律,以某典型的独塔自锚式悬索桥为研究背景,基于有限元软件MIDAS Civil建立全桥空间有限元模型,采用子空间迭代法进行动力分析计算,研究了边跨长度比,恒载比率,主梁、主缆及吊索刚度等参数的变化对自锚式悬索桥基本动力特性的影响规律。结果表明:自锚式悬索桥整桥振型排列较合理,频谱分布密集;边跨比对独塔自锚式悬索桥主梁竖弯振型频率和主缆横弯振型频率影响显著;恒载比率对独塔自锚式悬索桥各阶模态振型频率影响显著,其中主缆一阶侧弯和主梁的一阶竖弯振型受恒载比率影响最为显著;主缆抗拉刚度的变化对主缆侧移振型频率,以及主梁竖弯振型频率影响较为显著,主缆抗拉刚度的增加有利于提高结构的整体刚度,可以一定程度上减小主缆水平拉力对主梁刚度的影响;吊索抗拉刚度对结构振型频率的影响基本可以忽略;自锚式悬索桥的竖向弯曲振型受主梁的抗弯刚度影响较大,主缆振动频率受主梁抗弯刚度影响较大,但当主梁抗弯刚度达到一定数值后,其对主缆频率影响减小。     

超大跨径悬索桥主缆的紧凑布置形式对截面应力的影响

以主跨为3 300 m的某超大跨径单跨悬索桥的设计方案为研究对象,揭示了紧凑式主缆布置法在节省防腐养护费用方面的显著经济优势.借鉴一般钢索抗弯刚度的研究成果,并结合主缆施工工艺,首次对悬索桥主缆抗弯刚度取值问题进行了详尽的讨论,得出了超大跨度悬索桥主缆截面的实际抗弯刚度量值接近其最大抗弯刚度的结论.基于Ansys的悬索...     

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。     

基于挠度理论的自锚式悬索桥受力特性分析

基于挠度理论,分析了矢跨比、边中跨比、加劲梁竖向抗弯刚度、加劲梁纵坡和整体升降温对两塔三跨自锚式悬索桥结构受力特性的影响。此外,还讨论了加劲梁在轴向压力作用下的稳定性及其极限跨径。分析结果表明：矢跨比越小,主缆拉力越大、加劲梁的轴向压力也越大,而结构的整体刚度越低;边中跨比越大,结构的整体刚度越低,加劲梁在轴向压力作用下的横向稳定性也越差;主缆抗拉刚度或者加劲梁的竖向抗弯刚度越大,结构的整体刚度越大;加劲梁纵坡和整体升降温对结构受力的影响通常较小,可以忽略不计;自锚式悬索桥的极限跨径由加劲梁的横向第一类失稳及其屈服强度共同控制。     

抗弯刚度对主缆线形的影响

随着悬索桥跨径的不断增加,主缆截面也越来越大,主缆的抗弯刚度对主缆的线形将产生一定的影响,通过建立考虑抗弯刚度的主缆线形计算公式,提出主缆与鞍座切点的修正方法。建立不同边界条件和有、无鞍座的主缆有限元计算模型,分析抗弯刚度对主缆线形的影响。结果表明:抗弯刚度对主缆的线形影响较大;抗弯刚度越大,主缆与鞍座的切点越靠近鞍座顶部;当跨中垂度不变时,随着抗弯刚度的增大,抗弯刚度对主缆线形影响的最大位置由鞍座处向跨中移动;当垂度变化时,随着主缆水平张力的增大,抗弯刚度对主缆线形影响的最大位置由跨中向鞍座处移动;考虑鞍座时会减小抗弯刚度对主缆线形的影响。     

大跨度悬索桥锚跨索力及散索鞍偏角施工调整的计算方法

为安全快速地实现大跨度悬索桥锚跨索力及散索鞍偏角的施工调整,针对空缆状态下锚跨索力与散索鞍偏角相互耦合的结构特殊属性,研究了锚跨索力及散索鞍偏角施工调整的计算方法。基于小变形假设,并结合大跨度悬索桥的结构特性,计算出散索鞍IP点沿其支承滑移面的平动刚度,根据散索鞍IP点处的力平衡条件,推导出锚跨索影响矩阵,继而将锚跨索力及散索鞍偏角施工调整的目标函数用锚跨索弹性伸长量和散索鞍偏角的形式表示;借助数值仿真软件,基于迭代求解的方式建立了大跨度悬索桥锚跨索力及散索鞍偏角施工调整的计算方法,并根据数值模拟结果提出了锚跨索施工调整顺序及调整量的优化方法。研究结果表明:由锚跨索影响矩阵计算所得的调整后索力同实测值保持一致;按照优化后的理想锚跨索调整方案计算得到的最终索力理论误差在0.1kN以内且调整过程未出现索力过大或者过小的情况;该计算方法理论上能够安全快速地实现锚跨索力及散索鞍偏角的施工调整,且可满足锚跨索的抗滑移要求,具有一定的工程应用价值。     

双缆多塔悬索桥主缆垂跨比的合理取值

为了明确双缆多塔悬索桥主缆垂跨比的合理取值,为结构设计提供依据,以主缆与中塔鞍座的抗滑安全系数和加劲梁挠度为控制指标,拟定满足主缆抗滑及结构变形要求的三塔两跨悬索桥设计参数,建立双缆及传统多塔悬索桥有限元模型,分析双缆体系主缆垂跨比对结构变形、主缆抗滑稳定性及主缆用钢量的影响。结果表明:双缆体系的结构刚度主要取决于主缆垂跨比而非中塔刚度,结构变形随着上缆垂度的减小和下缆垂度的增大而减小;主缆抗滑安全系数随着桥塔刚度的增大而减小,随着下缆垂度的增大而减小;上缆垂度对抗滑安全系数的影响与桥塔刚度有关,桥塔刚度较小时,主缆抗滑安全系数随着上缆垂跨比的增大而增大,桥塔刚度较大并且下缆垂跨比较小时,随着上缆垂跨比的增大,主缆抗滑安全系数先增大后减小;与传统悬索桥体系相比,双缆多塔悬索桥加劲梁变形和主缆抗滑稳定性受桥塔刚度的影响较小,桥塔刚度的可行性范围远大于传统多跨悬索桥。双缆体系悬索桥主缆用钢量与传统体系用钢量基本一致,主缆用钢量随着上、下缆垂度的增大而减小;下缆垂跨比适宜取值为1/8～1/6,上缆垂跨比适宜取值为1/14～1/11,当桥塔刚度较小时,应增大上下缆垂度差值。     

超大跨径悬索桥主缆刚度对成桥线形的影响

以主跨3300 m的超大跨径公铁两用悬索桥的设计方案为研究对象,根据已有文献的研究成果得出了超大跨径悬索桥主缆截面实际抗弯刚度的取值区间,分别做了考虑主缆抗弯刚度的几何非线性有限元法和完全忽略抗弯刚度的悬链线解析法的找形计算.对比分析表明:完全忽略主缆抗弯刚度对其线形和轴力的计算结果影响甚微;主缆抗弯刚度对施工控制参数...     

刚性索自锚式悬索桥动力性能分析

平顶山市建设路立交桥主桥为刚性索自锚式悬索桥,运用MIDAS Civil有限元程序建立该桥的空间有限元计算模型,对其动力性能进行计算与分析。计算结果表明:该刚性索自锚式悬索桥的自振频率较大,竖向频率比横向和扭转频率小;桥塔的横向振型出现较早;主缆与吊杆刚性化能够有效提高桥梁结构的频率,特别是提高桥梁结构横向振动频率,控制索面的横向摆动;刚性索自锚式悬索桥与相同结构的柔性索自锚式悬索桥计算得到的桥梁振型基本一致,刚性索自锚式悬索桥振动频率比柔性索自锚式悬索桥频率有所提高。     

江东大桥双塔单跨空间主缆自锚式悬索桥的施工控制

针对空间主缆自锚式悬索桥钢箱梁顶推和体系转换施工期的受力和变形特点,以杭州市江东大桥双塔单跨空间主缆自锚式悬索桥为工程背景,应用有限元软件建立其钢箱梁顶推和体系转换的施工控制仿真计算模型,系统地总结和提出空间主缆自锚式悬索桥钢箱梁顶推和体系转换的施工控制流程和施工监测项目,介绍了钢箱梁顶推施工和体系转换的最终方案,给出了空间主缆自锚式悬索桥体系转换的施工控制原则。提出了空间主缆自锚式悬索桥销铰式吊索索夹预偏角度的确定思路,给出了销铰式吊索索夹角度的测试方法。钢箱梁顶推和体系转换完成后,线形、应力、索力和索夹角度的测试结果验证了提出的施工控制方法和施工控制流程是合理的。     

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。     

自锚式悬索桥锚固段合理总体布置研究

锚固段是自锚式悬索桥的关键受力部位。结合某336 m跨径自锚式悬索桥的锚固段总体布置设计，对自锚式悬索桥的锚跨设置、散索鞍/套设置、锚固段重心调整等问题进行分析研究，建议主梁竖向刚度不控制设计时取消锚跨，边跨主缆入射角适中时优先采用散索套，提出了锚固段合理重心的调整思路。上述结论可为今后同类型结构的设计提供参考。     

一种自锚式悬索桥主缆线形的解析法

在传统的地锚式悬索桥主缆线形方程的基础上，引入了自锚式悬索桥主缆、加劲梁和索塔的变形协调方程，得到一种自锚式悬索桥主缆线形的解析方法：该方法可以在不进行有限元分析的情况下，仅给出自锚式悬索桥的跨度、矢跨比以及主缆、加劲梁和索塔的截面属性，通过求解主缆线形方程和变形协调方程所组成的方程组，就能够求出主缆的初始线形和成桥线形、主缆的无应力长度、索鞍偏移量。该方法简单、准确、高效，已经成功地应用在金华康济桥的施工监控中，建成后主缆的成桥线形与设计线形非常接近，最大误差只有27mm，由于该方法能方便而快速地计算出索鞍的偏移量和主缆线形，对优化自锚式悬索桥边跨与主跨的比例提供了一种高效的算法。     

大跨径悬索桥主缆安全系数的研究

为研究主跨1 000m以上大跨径悬索桥主缆安全系数的取值问题,建立西堠门大桥(主跨1 650m的两跨连续梁悬索桥)空间几何非线性有限元模型,分别按照各国的荷载标准对模型进行加载,计算结构在荷载作用下的内力及位移,并根据相应的规范进行荷载组合,计算出主缆相应的安全度,采用Wyatt公式进一步计算模型考虑主缆二次应力后的安全系数。计算分析结果表明,大跨径悬索桥主缆安全系数可由2.5降低至2.3,从而给出了大跨径悬索桥主缆容许应力安全系数2.3的建议值。     

空间缆索自锚式悬索桥动力特性及刚度影响规律

空间缆索自锚式悬索桥的主缆直接锚固在加劲梁上,同时由于主缆的空间特性,与地锚式悬索桥及传统平面索相比,其动力性能存在很大的差异.针对青岛海湾大桥大沽河航道桥建立非线性空间有限元模型,对其动力特性及结构刚度影响规律进行了分析.结果表明,该桥振型基本合理,具有密布的频谱;作为自锚式悬索桥其整体刚度较低,固有周期较长;单柱式桥塔的横向刚度较弱,横向振动出现较早;另外,由于缆索横向间距较小,刚度较小,前10阶振型中有5阶索振.各振型受结构刚度的影响不同,主缆刚度主要影响悬索桥的1阶竖弯及扭转,加劲梁竖向刚度对加劲梁1阶竖弯及加劲梁扭转振型影响较大,横向刚度主要影响悬索桥的加劲梁横向振型,扭转刚度主要影响悬索桥的1阶扭转振型;主塔纵向刚度主要影响悬索桥的纵飘振型;横向刚度主要影响索塔的1阶横向振型.     

非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统

自锚式悬索桥独特的锚固形式使其主梁承受主缆传递的巨大轴向压力,为了研究主梁刚度在初内力及活载作用下的弱化问题对自锚式悬索桥结构静动力响应的影响,首先,结合自锚式悬索桥的非线性特点引入初应力刚度矩阵,考虑随机车流过桥时几何非线性的时变性,采用分离迭代法建立非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统,并编制相应的非线性分析模块。其次,以某三跨混凝土自锚式悬索桥为例,选取集中力匀速过桥工况,利用ANSYS软件对非线性分析模块的可靠性进行验证。最后,分别设置2种极端工况：第1种是单车工况,近似认为只有恒载作用下产生的几何非线性;第2种是密集交通流工况,认为是恒载和最不利活载共同作用产生的几何非线性,并采用元胞自动机模型对密集车流进行模拟,研究自锚式悬索桥恒载和活载初内力引起的几何非线性对桥梁响应的影响程度。研究结果表明：单车工况下,梁塔恒载初内力对自锚式悬索桥的车辆过桥结构响应影响显著,主梁和主塔初内力贡献程度明显不同,主梁初内力对结构刚度矩阵变化的影响贡献较大而主塔贡献微小;相对于恒载,密集车流作用下初内力效应引起的几何非线性对自锚式悬索桥结构刚度影响微小,对结构响应的非线性影响也不明显。     

三塔悬索桥适应性及主缆抗滑移技术探讨

以泰州长江公路大桥等3座悬索桥为背景,分析三塔悬索桥的适应性,并对该桥式的中塔选型、主缆与鞍槽间的抗滑移安全系数及整体刚度的取值进行研究。研究表明:三塔悬索桥得以实施的技术突破关键是中塔采用合理的纵向抗弯刚度;主缆与鞍槽间的摩擦系数取0.20较为合适,建议主缆与鞍槽之间的抗滑移安全系数不小于1.65;泰州长江公路大桥在不计冲击力的汽车荷载作用下,加劲梁最大竖向挠度为4.337 m(向下),挠跨比为1/249,取用该挠跨比是对悬索桥整体刚度的尝试与实践;该桥主缆与鞍槽间摩擦系数若取用0.2,可进一步提高桥梁的总体刚度。     

自锚式悬索桥结构参数变化对结构静力特性的影响

自锚式悬索桥因其优美的造型受到人们越来越多的关注,近几年来已有多座自锚式悬索桥建成。文章以一座自锚式独塔悬索桥为例,运用MIDAS/CIVIL软件对整桥进行建模,并通过改变主缆矢跨比、加劲梁预拱度、加劲梁轴向和竖向刚度、主缆抗拉刚度,来分析结构参数变化对桥梁静力特性的影响。