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...     

自锚式悬索桥施工控制中的力学特性

研究了自锚式悬索桥施工控制过程中的力学特性,提出并论证了主缆位移的弱相干性原理和吊杆力的相邻影响原理,即张拉吊杆对非张拉点主缆的位移影响很小,可以忽略;对相邻吊杆内力的影响较大,而对于远处吊杆的内力影响较小。当吊杆通过接长杆锚固在加劲梁上,并在加劲梁被张拉离开支架前这两个原理都是适用的。将这两个原理应用于浙江金华康济桥的施工控制中,仅通过3轮张拉吊杆就顺利地实现了体系转换,使主缆的线形、加劲梁的线形、索鞍的顶推量和吊杆力都达到了设计要求。文章所述原理和方法对自锚式悬索桥的施工控制具有普遍的指导意义。     

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。     

中央扣对悬索桥动力特性及短吊索车载激励响应的影响

为实现运营阶段中央扣对悬索桥动力特性及车载激励下短吊索响应影响的量化分析,进而为悬索桥设计及维养策略提供参考,基于已编制的车-桥耦合分析系统,引入制动惯性力及俯仰力矩模拟车辆制动力,建立了考虑车辆制动过程的车-桥耦合分析系统;以一座单跨地锚式悬索桥为工程背景,建立无、有中央扣2种缆梁连接体系的全桥空间有限元模型,研究中央扣对悬索桥动力特性及行车激励下短吊索缆梁相对位移响应的影响;采用建立的分析系统,考虑不同制动位置、初速度及减速度研究中央扣对短吊索制动激励响应的控制作用;考虑短吊索因缆梁相对错动产生的弯曲应力,建立车流激励下短吊索疲劳损伤的分析流程,研究中央扣对短吊索的等效疲劳应力幅值及疲劳损伤度的影响。分析结果表明：中央扣提高了悬索桥的纵飘及扭转刚度,改变了缆梁间的相对运动特性,减小了缆梁错动循环次数及位移幅值,可有效控制行车激励下60.3%以上的短吊索缆梁相对位移响应;考虑不同制动位置、初速度及减速度的取值,中央扣对短吊索缆梁相对位移幅值的减弱率可分别达92.9%、85.1%及85%以上,有效降低了短吊索制动激励响应对3个制动参数的敏感性;中央扣对随机车载下短吊索轴向应力幅值的影响较小,而对因缆梁相对错动产生的弯曲应力幅值影响较大,减弱了短吊索的等效疲劳应力幅值及疲劳损伤度,尤其是距中央扣位置最近的短吊索,疲劳损伤度降低了近71.4%;因此,中央扣可有效控制运营阶段悬索桥短吊索的车载激励响应。     

空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工控制

体系转换是悬索桥施工中的关键工序,决定着结构体系能否实现自锚.空间主缆自锚式悬索桥体系转换过程中主缆的横桥向位移、吊索转角和吊杆之间的相互影响较大,使得吊索张拉过程极其复杂.该文依托哈尔滨市阳明滩大桥——556 m五跨双塔空间主缆自锚式悬索桥,针对空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工过程中的结构受力和变形特点,遵循体系转换方案的原则,分析了两种张拉方案,即从短索开始张拉和从长索开始张拉.运用有限元软件Midas Civil建立全桥模型,综合考虑成桥目标、结构受力安全等原则,给出了具体的吊索张拉路径.张拉过程中根据索力和位移两个参数的敏感性,对于不同的施工阶段,采用不同的控制原则.主缆放张尝试,完成吊索张拉,依据吊索无应力长度不变的原则,进行吊索微调.阳明滩大桥体系转换结束后,吊索索力误差在7％以内,主缆线形误差在5 cm以内,主梁线形误差最大值为5.9 cm.     

大跨悬索桥的车速敏感性分析

以澧水特大悬索桥为工程背景,将55T重车考虑为移动荷载,利用有限元建模研究了单辆55T重车匀速过桥时桥梁结构的动力响应,包括加劲梁、主缆及吊索的动力响应,并讨论了车辆移动速度对悬索桥结构动力响应的影响,指出桥跨不同位置构件对车速的敏感程度不同,为悬索桥的运营管理提供了参考。     

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。     

基于初弯曲梁单元的大跨度悬索桥主缆弯曲刚度分析

针对大跨度悬索桥主缆的精细化分析中不能同时考虑主缆弯曲刚度、主缆初始弯曲、索鞍及缠丝等因素的影响,提出了一种新型的初弯曲梁单元来模拟主缆的弯曲刚度和初始弯曲,通过虚功增量方程推导其切线刚度矩阵,并编制了主缆非线性有限元程序,建立大跨度悬索桥主缆施工过程的有限元模型,计算中考虑了索鞍处主缆线形的修正及由缠丝引起的主缆弯曲刚度的变化.结果表明:弯曲刚度使主缆在恒载作用下的竖向变形减小,成桥状态时由此引起的主缆线形计算偏差没有超过工程精度的要求;成桥状态时靠近桥塔的吊索吊点处主缆的弯矩及弯曲应力显著,需要在大跨度悬索桥主缆设计和施工中加以考虑.     

三塔悬索桥主缆系施工应用技术问题分析和探讨

三塔悬索桥是一种新型的悬索桥结构,主缆系施工是保证其架设质量的关键步骤.分析三塔悬索桥主缆系结构特点,探讨三塔悬索桥主缆、吊索、索鞍和索夹的加工制造和安装过程中的应用技术问题.     

损伤状态下悬索桥静动态响应的模型试验研究

面向健康诊断,设计制作了悬索桥结构整体试验模型.利用该模型,对悬索桥进行了加劲梁、主缆、吊索等基本构件的损伤状态模型试验研究.分析了损伤状态下,加劲梁挠度与应变、主缆应变、吊索应变、固有频率的变化规律.悬索桥结构各种响应对加劲梁损伤的敏感性很低,对加劲梁损伤位置的相关性也不明显.主缆损伤引起的悬索桥结构静动态响应变化最为明显,并且响应的变化对损伤位置和损伤程度都呈现良好的相关性.吊索损伤导致的悬索桥结构响应变化对损伤位置和损伤程度亦呈现良好的相关性.但导致的加劲梁挠度和应变变化幅度很小.     

南京小龙湾混凝土自锚式悬索桥吊索张拉过程研究

不同于地锚式悬索桥,自锚式悬索桥先梁后缆的施工方式,使其张拉过程具有显著的可优化性。依托小龙湾自锚式悬索桥工程实例,对自锚式悬索桥张拉过程控制原则、控制目标进行了分析,在满足桥梁结构受力安全的前提下,尽量减少接长杆数量、索鞍顶推次数、千斤顶数量和张拉批次,以较少的人力物力财力和时间来完成吊索张拉方案。建立有限元模型,模拟分析小龙湾大桥张拉全过程,根据吊索张拉安全系数、桥塔及加劲梁允许最大压应力、最小拉应力等指标,提出适用于该桥的张拉控制方案。对比分析了成桥状态与张拉过程中吊索的最大索力,发现在跨中14~16号吊索索力较成桥状态索力有所增加,但均能满足张拉过程吊索安全要求。对吊索张拉过程中桥塔及加劲梁的应力变化规律进行了总结,发现在张拉14~17号吊索时,桥塔、加劲梁等混凝土构件应力发生显著变化。     

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。     

结构参数对大跨度缆索参数振动的影响

研究结构参数对特大悬索桥施工中缆索参数振动的影响。将塔顶振动位移考虑为主缆的参数激励项,利用Newton定律,考虑缆索垂度、大变形等因素,建立缆索的参数振动控制方程,运用多尺度摄动方法分析缆索参数振动,以矮寨特大悬索桥缆索为例,分析了结构参数发生变化时,缆索参数振动的幅频响应、位移响应及索力增量变化过程。结果表明:桥塔的激励幅值对参数振动影响最为显著,其次为主缆的初张力,垂度变化对参数振动响应影响最小。在特大悬索桥施工过程中,为避免缆索产生参数振动,应重点控制桥塔塔顶局部振动幅度。     

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。     

自锚式悬索桥吊杆张拉过程结构响应规律

针对自锚式悬索桥施工控制过程中吊杆张拉繁琐、控制难度较高、结构响应规律复杂等问题,对依托工程空间索面自锚式悬索桥建立有限元模型,并提出合理的张拉控制方案。结果表明:吊杆张拉过程中,主缆呈现出明显的大位移非线性特点,吊杆之间相干性显著、复杂,索塔的受力安全需要合理的索鞍顶推才能保证,加劲梁逐渐脱离支架实现体系转换,临时和永久支座反力变化明显。     

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。     

大跨度悬索桥非线性地震反应响应规律探讨

以简支单跨体系的润扬悬索桥和双塔双跨的舟山西侯门大桥为工程背景,建立了非线性动力分析有限元模型。以悬索桥的主要承重构件主缆与主塔的响应为研究对象,选取四类场地共31条地震波对不同类型悬索桥进行非线性地震反应分析。分析表明,悬索桥桥塔在不同地震作用下的位移曲线以及弯矩响应具有良好的一致性,与悬索桥桥型、地震震级无关;地震波中的长周期成分对具有长周期特性的悬索桥的结构响应有重要的影响;主缆动轴力比其恒载轴力小一个数量级,在结构的简化模型中可考虑忽略。     

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。     

空间缆索悬索桥吊索断裂时的强健性分析

悬索桥吊索是整个结构较为薄弱的位置,吊索突然断裂对相邻吊索存在巨大冲击,内力在短时间内迅速增大,存在破坏的风险,从而影响整个桥梁结构安全。依托空间缆索悬索桥宝塔坪特大桥,在有限元分析软件ANSYS中建立结构空间模型,采用杀死单元的方式使特定位置的吊索退出工作。考虑结构阻尼的影响,进行瞬态非线性时程分析,研究空间缆索悬索桥不同位置、不同数量吊索断裂时,相邻吊索瞬时内力响应情况以及整个结构的强健性。结果表明:单根吊索断裂时,对左右两侧相邻3根吊索的内力扰动较大,更远处的吊索在内力重分布平衡之后,其内力值变化很小;吊索断裂位置越往跨中靠拢,相邻吊索的损伤动力响应越大,结构破坏风险以及安全隐患越高;跨中同侧连续两根吊索同时断裂时,相邻吊索的瞬时损伤动力超过吊索的破断力,断索瞬间有一定概率导致相邻吊索也发生断裂,进一步可能引起邻近吊索依次连续断裂,最终导致结构破坏。因此有必要在跨中短吊杆处设置中央扣或者采用刚性短吊杆,防止跨中短吊杆疲劳破坏,达到提高结构强健性的目的,同时有必要加强跨中短吊索的疲劳检测频率。