基于振型动能法的大跨度斜拉桥振型分析和模态识别

针对拉索的自身振型以及与塔梁相互间的模态耦合作用被人为忽略和单凭振型图难以识别出主梁的主振型两大问题,采用多段索单元模拟拉索以便能准确地计算结构模型。通过动力计算分析振型参与的动能比例,实现了振型识别功能,得出斜拉桥的自振频率和振型。分析结果表明:斜拉桥的自振特性表现出明显的三维性和相互耦合的特点,主梁、桥塔、斜拉索之间相互影响;在一个较宽的频率范围内,许多振型都可能被动力荷载激起强烈的振动;为识别出主梁振动为主的振型和主振型方向分析振型参与的动能比例,应采用10阶以上的振型情况分析,为动力测试提供理论数据。     

斜拉桥地震响应分析中比例阻尼参考振型的选取

为了研究比例阻尼参考振型选取对斜拉桥地震响应分析结果的影响,应用考虑结构阻尼比分布影响的振型应变能比例阻尼理论,选取不同Rayleigh阻尼比参考振型进行了比较分析。根据反应谱的概念提出了一种比例阻尼参考振型选取的重要度指标,应用应变能比例阻尼理论得到振型阻尼比,将其作为已知条件,以杭州湾跨海大桥北航道桥设计方案(斜拉桥)为背景,研究了比例阻尼参考振型选取的重要度指标及其适用性。结果表明:大跨度斜拉桥阻尼比组成复杂,各阶振型的阻尼比差别较大,分布很不均匀,很难利用少数几个参考振型的阻尼比全面反映斜拉桥的阻尼比特性。     

斜拉桥双箱单室箱形主梁的空间应力分析

利用结构有限元分析程序ANSYS,对两座大跨度斜拉桥不同长度、不同尺寸的箱形主梁建立了6个有限元模型,并对其进行了施工阶段的空间应力分析。考虑到梁段以外附近区域的作用,在梁两端截面上施加了由平面杆系结构分析所得的端面内力;另外,索力和预加力也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。归纳出斜拉桥中此类双箱单室倒梯形截面的应力分布特点及薄弱环节,并提出优化措施。分析表明:加厚底板对斜拉桥双箱单室箱形主梁应力分布的改善效果最佳。     

斜拉桥箱形主梁尺寸的优化分析

针对斜拉桥中采用的双箱式主梁,改变斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度以及斜腹板倾斜角度,利用结构有限元分析程序ANSYS,对不同情况下的箱形主梁建立了有限元模型。考虑到梁段以外附近区域的作用,在其两端截面上施加了由平面杆系结构分析所得的端面内力,另外,索力和预加力(梁纵向、横隔梁横向、斜腹板竖向)也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。给出了斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度及斜腹板倾斜角度的合理化建议。分析表明:当底板厚度为30 cm左右,斜腹板厚度为30cm左右,斜腹板倾斜角度为150°~152°时,主梁的应力分布比较合理。     

大跨径斜拉桥主梁选型及分析

首先基于积分法推导得到了斜拉桥各部件的造价和主梁应力计算公式,其次对比分析了5种不同主梁类型的斜拉桥技术及经济性,最后以传统组合梁斜拉桥为例进行参数分析。结果表明：采用UHPC材料代替传统的混凝土能极大地提高组合梁斜拉桥的极限跨径;主跨在300~750 m的斜拉桥主梁选用传统组合梁经济性最优,主跨在750~1 200 m时主梁选用钢箱梁经济性最优;斜拉桥的平方米造价指标随着桥宽的增加而相应减少;但对桥面以上塔高与跨径比的变化不敏感,经济合理的边中跨比和桥面以上塔高与跨径比分别在0.5和0.3左右。     

UHPC加固受损混凝土斜拉桥主梁模型试验

基于超高性能混凝土(UHPC)的优异性能及其在混凝土结构抗弯加固中的应用成果,提出了采用配筋UHPC加固受损混凝土斜拉桥主梁的方法,由此开展了UHPC加固受损严重主梁的混凝土斜拉桥节段模型试验研究,以探究主梁加固后斜拉桥体系的受力性能。试验结果表明：UHPC加固混凝土斜拉桥主梁施工方式整体协同工作性能良好,UHPC层与原混凝土间未发生脱黏破坏;UHPC加固后,主梁开裂荷载较原未损伤主梁提升了79.9%,且UHPC层裂缝呈现数量多、间隙小及宽度细的特征,并可有效抑制原主梁裂缝发展,说明受拉UHPC层显著提高了加固后主梁的抗裂性能;不同主梁裂缝宽度工况荷载作用下,斜拉桥体系变形恢复较好,残余变形很小,且当主梁出现严重损伤时,该体系仍具有很好的受力性能;UHPC加固后,主梁的抗弯强度有一定程度提高,但不控制斜拉桥体系的极限承载力,主梁破坏时斜拉索应力为其极限强度的70.2%,斜拉索仍然具有一定承载力富余;UHPC加固后,主梁严重受损的斜拉桥体系刚度得到有效提升,主梁开裂前体系刚度较未损伤原主梁及灌浆加固后主梁分别提升了11.3%和29.5%;采用UHPC对混凝土斜拉桥主梁进行抗弯加固具有较大...     

基于联合静动力修正的混凝土斜拉桥主梁挠度变化规律研究

针对混凝土斜拉桥服役期间主梁不断下挠的问题,该文基于修正模型分析大跨度混凝土斜拉桥服役期间主梁挠度变化规律。采用联合静动力的有限元模型修正方法,构造双目标优化问题,基于非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）求解,得到Pareto最优解集,从Pareto最优解集中找到协调最优解,从而实现有限元模型修正。模型修正后的静力位移和自振频率计算值与实测值吻合较好,能更好地反映结构的实际工作状态。在此基础上,结合主梁线形历年监测数据,分析不同徐变模式及拉索松弛效应等时变因素对主梁线形的影响,分析结果表明：采用CEB-FIP 2010徐变模式计算的挠度与实测挠度更加接近。中跨跨中下挠量最大,服役20年下挠量约为270 mm;主梁跨中挠度前5年平均增长率达33 mm/年,前5年挠度约占前40年的50%,后期主梁下挠趋于平缓。     

用三次样条函数求解最大干密度和最佳含水量

在路基工程中，土的最大干密度和最佳含水量是确保路基压实质量的两个关键指标。利用三次样条函数能更好地逼近干密度、含水量试验曲线，求解结果精度更高。以三次B样条函数求解，比利用三次样条插值函数求解，计算量更少，且在保证同样精度的前提下简化了计算过程。     

混凝土斜拉桥主梁的非稳态温度场与应力场分析

按非稳态温度场问题的热平衡控制微分方程和弹性力学平面应变问题的计算理论,应用变分原理给出了温度场和应力场的有限元计算列式。根据结构热分析和热应力分析的单向耦合特点提出了在同一有限元模型上按时间差分顺序耦合求解斜拉桥主梁温度场和应力场问题的方法,编写了计算机程序;并计算分析了一混凝土斜拉桥的主梁截面内温度分布和应力分布,对比了温度实测值,得出了几个重要的结论,对同类桥梁的设计具有实际参考价值。     

六塔斜拉桥主梁制造阶段参数敏感性研究

为揭示大跨度多塔斜拉桥主梁制造参数对其结构力学行为的影响,并确定主梁关键敏感性参数对主梁成桥线形和拉索索力的影响情况。以嘉绍跨江大桥为研究对象,基于几何控制法的基本原理,建立考虑几何非线性效应的施工全过程有限元模型,根据主梁关键制造参数的误差统计结果,对比分析主梁制造参数变化对多塔斜拉桥力学行为的影响。结果表明:主梁自重和梁长参数变化时,对主梁成桥线形和拉索索力具有较大影响;主梁夹角参数变化时,对主梁成桥线形和拉索索力影响较小,但对主梁和索塔内力影响较大;在多塔斜拉桥中,当其中某塔主梁关键参数发生变化时,不仅对该塔的结构力学行为产生影响,而且对相邻各塔的结构力学行为均有一定程度的影响。     

斜拉桥初始平衡构形的确定方法

为准确模拟斜拉桥成桥索力分布,在斜拉桥索力模拟常规迭代法的基础上,从迭代初值的选取和迭代加速的超松弛法两方面实现了迭代计算的加速.提出了成桥线形修正的建模坐标迭代法,与迭代加速法共同应用于斜拉桥的初始平衡构形的建立.该方法建立的初始平衡构形快速准确的模拟了斜拉桥的索力分布和戍桥线形,能够作为后续分析的起始状态.通过对斜...     

拉索调整对曲线形部分斜拉桥主梁扭转的影响

为研究曲线形部分斜拉桥的扭转受力性能,建立了考虑悬臂浇筑施工全过程的有限元模型,分析了主梁在永久作用和可变作用下的主梁扭矩分布规律以及扭矩与中跨圆心角的关系。在此基础上提出了调整曲线内外侧斜拉索的面积和索力分布以改善曲线形部分斜拉桥主梁扭矩分布的方法,并对此进行了实例验证。分析结果表明：拉索调整是一种改善曲线形部分斜拉桥主梁扭矩分布的有效方法。     

三次样条函数的公路平面线形设计

根据汽车行驶轨迹特性，提出理想公路平面线形由三次样条函数曲线构成的观点，并介绍该平曲线设计的基本原理和方法。     

大跨度钢主梁斜拉桥的自适应无应力构形控制

为了实现对大跨度钢主梁斜拉桥高精度、高效率的施工控制,基于自适应无应力构形控制思想,推导了设计参数误差和钢主梁顶、底板焊缝收缩差对主梁安装线形的影响量调整公式,导出了主梁节段定位时温度影响的标高调整量公式,并在综合考虑此类影响因素的基础上建立了主梁节段精确定位的实时放样公式,最后将研究成果在荆岳长江公路大桥施工全过程中进行应用。结果表明：该方法能极大方便斜拉桥的施工与控制工作,提高其控制精度及效率。     

斜拉桥桥面振动测试与分析

介绍了长沙湘江北大桥斜拉桥桥面振动测试的原理、方案与测试结果,探讨了用自由衰减振动信号和谱分析识别桥面振动参数等问题。提出的用自由衰减振动信号和谱分析识别桥面振动参数的方法,为大型桥梁的振动测试提供了一条简便可靠的途径.     

PC斜拉桥体系刚度退化及UHPC加固主梁性能提升研究

为了研究PC斜拉桥主梁受损后体系刚度退化规律及超高性能混凝土(UHPC)加固主梁后体系刚度提升性能,以一座跨径220 m的PC斜拉桥为研究背景,开展PC斜拉桥节段缩尺模型试验,并对破坏后主梁进行裂缝灌浆处置,对比分析原主梁与灌浆主梁结构体系在相同加载工况下的刚度退化规律;基于数值分析方法,探讨PC主梁损伤后处于不同刚度...     

基于主梁受力特点的部分斜拉桥合理成桥状态确定方法研究

为确定部分斜拉桥合理成桥状态,以常规斜拉桥主梁竖向受力特征为基础,对部分斜拉桥主梁竖向受力特点、典型特征参数进行分析,据此提出部分斜拉桥的合理成桥状态目标为主梁体外预应力和体内预应力的最优配置,并以武汉三官汉江大桥为背景进行实例分析.结果表明:常规斜拉桥主梁是传递桥面活载、平衡斜拉索水平分力的加劲梁,索力恒载比 γc为...     

"上"形截面双主梁组合梁斜拉桥剪力滞效应研究

组合梁剪力滞效应是组合梁斜拉桥力学分析中的重点问题之一,且在双主梁组合梁斜拉桥中尤为明显.该文以"上"形截面组合梁作为研究对象,采用空间有限元软件,对其剪力滞效应开展分析计算.参数化分析了考虑轴力和弯矩作用的"上"形截面组合梁有效宽度系数,研究了不同宽跨比下弯矩及轴力对"上"形截面组合梁有效宽度系数的影响.研究内容可为"上"形截面组合梁斜拉桥截面设计及力学分析提供参考.     

斜拉桥合理成桥状态索力确定的优化方法

以不变形预张力为基础,将斜拉桥合理成桥状态索力确定问题归结为一个多目标、多约束的非线性规划问题,并采用改进后的基于极大熵原理的凝聚函数法将此非线性规划问题转化为一个可微的单目标、单约束优化问题。在此基础上,采用乘子惩罚函数法进行求解,并通过算例证明该方法的正确性和可行性。该优化方法不但适合斜拉桥合理索力的确定,而且能够应用于悬索桥、拱桥的施工控制中。