基于动力松弛法的悬索桥主缆找形方法及其应用

大跨度悬索结构在施工过程中没有施加初始张拉力,在荷载作用下结构将产生较大变形,该结构在荷载作用下的找形计算方法一般是基于解析计算方法或有限元非线性迭代算法,且这2种方法在悬索桥领域得到了很好运用。但上述2大类方法都是基于静力计算理论进行索结构找形计算,将适用于建筑领域索网结构找形的基于动力学理论和有限差分理论的动力松弛方法运用于悬索结构的找形,并编写了找形计算程序。算例表明,该方法得到的找形结果与解析算法及有限元迭代算法得到的结果高度接近,而且程序的收敛速度更快,计算稳定性好。为悬索桥主缆结构找形提供了一种新的思路。     

一种基于ANSYS的悬索桥主缆找形计算方法

提出了一种基于ANSYS有限元程序的悬索桥主缆找形计算快速迭代方法,采用APDL参数化设计语言编制了计算程序;程序考虑几何非线性,且在迭代过程中引入动态修正,迭代过程收敛快、精度高,可精确计算悬索桥主缆成桥状态和空缆状态线形。     

自锚式悬索桥主缆成桥线形及空缆线形计算

介绍了基于分段悬链线法和抛物线法的自锚式悬索桥主缆成桥线形及空缆线形计算的原理和方法。成桥线形计算内容主要包括主缆理论成桥线形计算、主缆无应力索长计算、主缆与主索鞍切点计算及主索鞍位置计算。空缆线形计算内容主要包括索鞍偏移量计算、空缆理论线形计算及索夹安装位置计算。同时结合工程实例对比分析了抛物线法和分段悬链线法求解主缆成桥线形和空缆线形的误差影响。     

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...     

基于空间缆索悬索桥初始平衡态的数值分析方法

悬索桥初始平衡态因主缆几何非线性不能直接建模得出。文中以节段主缆悬链线方程为基础,建立空间主缆迭代方程。用数值分析法求解主缆线形、内力和无应力长度,得出悬索桥的初始平衡态,为悬索桥成桥线性化分析建立基础。通过优化迭代分析顺序,将主缆初始平衡态求解由多变量简化为单变量迭代分析,使计算过程清晰、收敛速度快、结果精度变高。并利用Fortran 90编制CSASBSC程序,以宝鸡联盟大桥为例验证了该方法的正确性。     

悬索桥主缆成桥线形的迭代算法

大跨度悬索桥主缆成桥线形是进行结构分析、计算和指导施工的关键控制因素,采用有限位移理论可较全面地考虑大位移引起的悬索桥几何非线性.利用通用有限元程序,建立全桥平面有限元模型,实现了悬索桥施工过程的模拟计算,并且使用悬索桥施工理想初态及成桥状态的迭代算法来确定主缆成桥线形.结果表明,悬索桥主缆的线形是介于抛物线与悬链线之间的索多边形.     

自锚式悬索桥空间缆索分析与计算

对空间索面自锚式悬索桥主缆的受力特点进行理论分析。以天津富民海河大桥为例,验证了分析方法与计算方法的可靠性。采用空间模型,通过两个计算步骤对空间缆索悬索桥成桥状态和空缆状态主缆线形进行分析,首先是简化的索体系分析,得出主缆的初始几何形状和主缆水平张力;然后再进行精确分析,利用简化计算得出的结果进行迭代计算,直至收敛。通过缆索受力计算和分析,为今后设计、修建自锚式悬索桥提供一定的计算和分析方法。     

悬索桥空中纺线法架设主缆施工技术

悬索桥主缆空中纺线法,简称AS法,是通过循环牵引系统往复拽拉高强钢丝,在猫道上现场制作平行钢丝索股的主缆施工方法。为解决悬索桥主缆AS法架设的难题,基于国内外技术调研,详细介绍了AS工法架设主缆的施工原理及施工工艺,并深入研究了施工设备和施工工艺,建立了悬索桥AS法架设的施工工法。将该工法成功用于贵黄高速阳宝山特大桥的主缆架设工程中,为国内悬索桥主缆设计、架设提供了一种新的工法选择,同时可供“一带一路”中的海外悬索桥工程及超大跨径悬索桥(主跨2 500 m以上)建设推广应用。     

空间异形索面悬索桥主缆成桥线形计算方法

空间异形索面悬索桥的主缆受到吊索三个方向的作用力,由于空间吊索与空间主缆相互耦合作用,主缆成桥线形计算尤为复杂。鉴于此,基于分段悬链线理论,提出一种"空间问题正向平面化,平面问题逆向空间化"的新思路,推导出可同时考虑空间主缆与空间吊索相互耦合作用的空间异形索面悬索桥主缆成桥线形解析表达式。结合MATLAB软件编制空间异形索面悬索桥主缆成桥线形迭代分析主程序,并基于APDL参数化语言开发主缆平衡态分析验证子程序。以空间索面悬索桥——韩国永宗大桥、空间异形索面悬索桥——河南省宜阳县骏马大道跨洛河大桥为例,采用所提出的方法分别开展主缆成桥线形分析。结果表明:所提出的方法计算精度高、收敛速度快,可适用于各种索面悬索桥主缆成桥线形分析。     

大跨悬索桥主缆系统施工控制计算方法研究

悬索桥的施工控制不同于其他桥梁结构形式,主缆一经架设完成很难进行后期线形调整,精确计算主缆系统的施工控制参数尤为关键。针对已有计算方法存在的不足之处,基于悬索桥在恒载作用下的力学特点,提出一种主缆施工控制计算的解析迭代法,该法根据受力平衡条件和变形相容条件建立迭代方程,自动计入了柔索结构的所有非线性,可精确计算恒载状态下成桥线形、主缆无应力长度、空缆线形、主索鞍预偏移量等。四渡河大桥的实例应用表明该法具有较高精度。     

悬索桥主缆成桥线形确定的有限元新算法

为提高悬索桥主缆线形确定的有限元算法的执行效率,对单悬索结构ANSYS程序找形原有算法的不足进行分析,提出模型更新位移预测和残差补偿算法。该算法通过主动预测的变步长来更新模型,并采用有效方法来处理大步长更新所带来的不利后果。采用该新算法对2座桥进行计算,结果表明该新算法找形分析的计算结果可靠,计算精度及效率高。     

武汉杨泗港长江大桥成桥状态的统一悬链线计算方法

针对采用分段悬链线法计算悬索桥主缆成桥状态的缺陷,以武汉杨泗港长江大桥主桥(主跨1 700m的钢桁梁双层悬索桥)为背景,提出一种新的悬索桥主缆成桥状态计算方法。该方法基于传统分段悬链线理论对索段进行受力分析,推导出全桥索段的统一悬链线方程,以主缆斜率最小点作为计算起始点,根据主缆线形与斜率的关系和变形相容条件建立方程,利用主缆张力的水平分力与垂度的变化规律求解方程。该方法能保证对平面悬索桥的缆索结构求解收敛。根据该方法编写程序对杨泗港长江大桥主桥主跨主缆的成桥状态进行分析,并与分段悬链线法的计算结果进行对比,结果表明该方法正确可行。该方法的计算结果已成功应用于杨泗港长江大桥主桥的设计中。     

悬索桥结构分析中鞍座单元的研究及应用

在悬索桥的有限元计算中往往忽略鞍座对主缆的影响而直接采用成桥理论IP点建模,这种简化会对主缆线形计算带来误差。为提高有限元计算悬索桥主缆线形的精度,提出一种能精确模拟主缆和鞍座约束关系的3节点单元——鞍座单元。采用该单元可基于弹性悬链线的解析解迭代出主缆与鞍座的切点坐标,再根据该单元刚度矩阵元素的含义并利用静力平衡条件直接推导出其切线刚度矩阵。以国内某主跨1 650 m的悬索桥为例,将鞍座单元的切线刚度矩阵引入到该桥有限元整体计算中,计算结果表明,鞍座单元能精确模拟主缆与鞍座的实际情况,将其引入悬索桥的结构计算中能大幅度提高计算精度。     

独柱塔空间缆索自锚式悬索桥缆索线形计算方法

以南京江心洲大桥为工程背景,基于Ohtsuki博士提出的空间缆索线形计算方法,对空间缆索自锚式悬索桥的主缆线形计算方法进行研究,推导空间主缆线形的迭代算法;针对自锚式悬索桥的受力特点,在缆索初始、精细平衡状态分析的基础上,增加修正平衡状态分析来考虑由于主梁和主塔压缩引起的主缆线形及内力变化;根据几何相容及力的平衡条件,确定索夹的安装位置,并给出空缆状态下主鞍座、吊索横梁的预偏量以及主鞍座的预抬量等控制参数.计算结果表明:自锚式悬索桥体系转换过程中缆索的几何非线性效应显著,体现在空缆到成桥状态主缆有较大位移,主缆与主鞍座空间切点位置也会有较大的变化.     

悬索桥主缆温度场计算模型构建分析

基于传热学理论,以某特大悬索桥为背景,采用试验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,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,特别是针对主缆在太阳辐射边界条件下的情况,分析得到了一套主缆温度场的普适计算方法。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,证明了计算方法与试验结果的精确和可靠,可用于悬索桥主缆设计、施工和运营阶段的温度场计算。     

悬索桥主缆精确找形的广义悬链段模型法

索鞍的模拟是悬索桥主缆精确找形分析的重点和难点,常用的处理办法有悬链交点法和切线交点法两种。该文建立了一种两端带虚拟刚臂的广义悬链段模型,统一了悬链交点法和切线交点法,实现了悬索桥成桥状态主缆的精确找形分析。在不增加求解规模的情况下,精确模拟了索鞍的作用,自动保证了索鞍处两侧主缆与鞍槽的切线、主塔中心线汇交于IP点,从理论上消除了一般悬链交点法确定的成桥状态索鞍两侧主缆拉力、塔顶反力三力不汇交导致的主塔附加弯矩。广义悬链段模型的推导基于虚拟刚臂重量不计、刚度无穷大及弹性悬链段的精确解。该悬链段模型适用于鞍槽纵向曲线为单一圆曲线及复合圆曲线的情况。主鞍采用单一圆曲线时,圆曲线半径可由广义悬链段的刚臂长度及倾角直接导出,也可人为指定。工程算例验证了广义悬链段模型的精确性。     

四千米级悬索桥新型结构体系研究

悬索桥是目前跨越能力最大的桥型。随着跨径的进一步增大，其结构动力刚度将不断下降，导致结构抗风能力降低。研发满足结构受力以及抗风稳定性要求的加劲梁断面形式和新型悬索桥结构体系是四千米级悬索桥设计和建造的关键控制因素。为此，首先对采用层流抑振风嘴(V形风嘴、Y形风嘴)和新型紊流制振风嘴的钢箱梁断面开展了节段模型风洞试验，探讨了常规平面缆悬索桥的极限跨径；通过建立全桥三维杆系有限元模型，计算总结了结构扭转基频随跨径的变化规律，并研究了主缆矢跨比、主缆空间化、设置抗扭辅助索等措施对结构扭频的提升效果，提出推荐的新型悬索桥结构体系；最后基于已有结论对四千米级悬索桥进行概念设计。研究结果表明：根据“紊流制振”理论设计的新型加劲梁断面，在保证颤振检验风速80 m·s^-1以上时可以使常规悬索桥跨径达到2 700 m;通过在主缆间设置抗扭索是一种较容易实现的提升大跨度悬索桥动力刚度的措施，此举可以使结构扭频提高47.5%;采用紊流制振风嘴钢箱梁断面及新型悬索桥结构体系的悬索桥，在保证颤振临界风速80 m·s^-1的情况下主跨跨径可达4 000 m;通过增加抗风缆...     

地锚式独塔悬索桥非对称主缆合理设计参数计算方法研究

为快速拟定地锚式独塔悬索桥非对称主缆的合理设计参数,并估算主缆、锚碇、桥塔等工程量,提出非对称主缆合理设计参数计算方法。该方法基于传统抛物线理论,推导主缆的线形以及拉力近似解,通过比选得到满足工程实际控制因素的设计参数合理取值区间,确定主缆垂跨比与高跨比,估算主缆设计截面面积。以济新高速黄河三峡大桥——单跨510 m地锚式独塔回转缆钢桁梁悬索桥为背景,采用该方法计算主缆的合理设计参数,最终选择垂跨比为0.067 5,高跨比为0.20,主缆截面面积为339 024.2 mm²,与节线法、分段悬链线法进行对比验证,结果表明：该计算方法路径明确,效率高,精度满足拟定方案与初步估算需要,可用于同类型桥梁的设计。     

自锚式悬索桥缆索线形的解析法计算

以浙江江山北关大桥为工程背景,推导了自锚式悬索桥主缆线形的解析计算方法,通过该计算方法来确定主缆在恒载作用下的几何特征值和内力值,所述的原理和方法对自锚式悬索桥主缆线形的解析计算具有普遍的指导意义.     

悬索桥成桥主缆线形计算的解析法

介绍了主缆线形计算的分段悬链线理论,在此基础上分析了悬索桥成桥主缆线形计算解析法的基本原理及具体算例。