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。     

悬索桥主缆线形的鞍座影响

提出了一个基于数值解析法的悬索桥主缆线形计算方法,能全面考虑各种鞍座影响,可用于成桥状态、空缆状态和施工阶段等各阶段的主缆线形分析。通过算例分析了鞍座对主缆线形的影响,计算表明,由于直接约束着主缆的变形,鞍座对主缆线形,特别是施工阶段的主缆线形有较大的影响。计算还表明,本文方法具有考虑因素全面、计算精度高、速度快、使用方便等优点。     

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.     

自适应空间缆鞍座性能分析

针对传统鞍座在悬索桥施工过程中无法保证主缆从施工前的竖直状态转换到施工后的空间缆状态而发生自适应运动的情况,设计了一种自适应空间缆鞍座.该鞍座由主索鞍、限位板和转向机构3部分组成,转向机构能够在承受主缆载荷作用下顺利实现索鞍的自适应转动,并在成桥后利用螺栓固定从而保证悬索桥的安全性.以阳宝山特大桥为背景,采用有限元与试...     

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。     

悬索桥的检查和维修

介绍悬索桥主缆、吊索、锚碇、鞍座、索夹等出现的典型腐蚀问题，并介绍了悬索桥的检查、维修和养护方法及其维修实例。     

悬索桥主缆与鞍座抗滑移安全系数的确定方法

为准确评估主缆与鞍座间的抗滑移安全性,确保多塔悬索桥结构受力安全,对主缆与鞍座间的摩擦抗力特性进行了研究。通过分析索股间微元体的应力-应变关系,建立侧向压力和索股拉力间的微分方程,推导了主缆索股和鞍座侧壁接触面间的侧向压力表达式,并据此建立了主缆与鞍座间的摩擦抗力方程,提出了悬索桥主缆与鞍座之间的抗滑移安全系数确定方法。通过模型试验结果对摩擦抗力方程进行了验证,并对主缆与鞍座抗滑移安全系数的确定方法以及鞍座设计参数对于抗滑移安全系数的影响进行了探讨。结果表明:所提出的摩擦抗力方程能够准确确定鞍槽内设置和不设置竖向摩擦板2种典型情况下主缆与鞍座间的实际摩擦抗力;现有的抗滑移安全系数定义方法物理含义模糊,计算值偏于保守,无法计入鞍座参数优化对提高抗滑移安全性的影响,可能对多塔悬索桥的结构设计造成困扰;所提出的抗滑移安全系数表达式,物理意义明确,便于工程应用,可以作为确定抗滑移安全系数的依据;主缆与鞍槽接触面间的摩擦因数和鞍座结构设计参数是主缆与鞍座间摩擦抗力的重要影响因素,改善鞍座设计参数和设置竖向摩擦板是提高主缆与鞍座抗滑移安全性的有效途径。     

三塔悬索桥中塔主缆与鞍座间抗滑移试验研究

泰州长江公路大桥的初步设计中提出三塔悬索桥设计方案,为了研究特定工况下中塔主缆在鞍座内的滑移情况,江苏省长江公路大桥指挥部主持开展了主缆与中主鞍座间抗滑移试验研究。我国和美国、日本都曾开展过主缆与鞍座鞍槽间摩擦机理分析的试验,由于试验及试验模拟的差异等,试验结果离散性较大。本试验采用与实桥直径相同的镀锌钢丝和具有相同曲率、结构尺寸以及表面处理的鞍槽,力求全面模拟各束股与束股之间、钢丝之间、束股与鞍槽间的真实的接触特征,采用与实桥基本相同的接触挤压应力,以期能较为真实地反映三塔悬索桥中塔主缆在鞍座间的抗滑移情况。     

悬索桥主鞍座的几何位移特征及与总体布置的关系

悬索桥鞍座支承主缆，有其独特的几何及位移特征。鞍座的设置及鞍座的几何位移关系是设计初期纳入悬索桥总体布置考虑的因素之一。针对主鞍座对上述设计问题进行了分析和介绍。     

基于动力松弛法的悬索桥主缆找形方法分析与工程实践研究

在悬索桥主缆找形计算分析中,基于动力计算理论引用动力松弛法,为悬索桥找形提供新的思路。根据悬索桥主缆的受力特征,给出了动力松弛发在悬索桥主缆找形计算方式,并以某工程实例为空为算例对象,通过与传统解析算法和迭代算法在悬索桥找形中的应用,对比分析了动力松弛法理论在悬索桥主缆找形计算结果精度和计算速度。研究结果表明:动力松弛法通过对研究体系进行时空的离散化来将静力学问题转化为动力学求解,计算收敛速度要明显高于抛物线法和节点法;对主缆线形内力的计算结果与有限元迭代算法误差在5%范围内,吻合度较高。基于动力松弛法在悬索桥主缆找形中的运用,具有计算稳定,收敛性好的优势,能有效解决悬索桥主缆选形等几何非线性问题中,满足工程实用需求。     

空间缆索悬索桥主鞍座结构设计与分析

以南京江心洲大桥为工程背景,对空间缆索自锚式悬索桥主鞍座的相关问题进行研究.以大型通用有限元程序为平台,采用二次开发技术,建立精细化有限元模型,在此基础上采用合理的加载模式对其进行空间受力分析,并阐述与空间主鞍座相匹配的主缆切点简化修正方法.结果表明:空间主缆在成桥状态对主鞍座横向力的作用会造成鞍槽外侧壁应力大于内侧壁的应力;主缆横向体积力会对主鞍座压紧装置和鞍体产生梯度分布的竖向挤压力;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与主鞍座空间切点位置会有较大的变化.     

现代悬索桥主缆防护现状与展望

悬索桥主缆腐蚀是世界范围的问题,传统的主缆防护方法只能减缓主缆腐蚀.结合对悬索桥主缆防护问题的现场调查和文献资料调查,介绍国内外现行悬索桥主缆防护方法和现状,分析和探讨未来悬索桥主缆防护技术的发展和应用问题.     

大跨径自锚式悬索桥合理成桥状态的确定方法

通过对有限位移理论和解析迭代法的分析,对基本参数进行分析研究,提出了确定自锚式悬索桥合理成桥状态的思路和方法。以主缆为切入点,在确定主缆线形及吊索、加劲梁内力的情况下,最终得到主缆和吊杆的无应力长度及施工结构状态。基于上述理论,以某主跨328 m的自锚式悬索桥为例,进行了详细的分析,给出了主缆无应力长度、鞍座预偏量、成桥阶段加劲梁、吊杆的内力,确定了该桥的合理成桥状态。     

基于逆可靠度法的三塔悬索桥主缆与中塔鞍座抗滑安全系数研究

为合理评估三塔悬索桥主缆与中塔鞍座抗滑安全系数,提出了一种基于逆可靠度法的主缆与中塔鞍座抗滑安全系数计算方法。在考虑结构参数变异性前提下,通过一次逆可靠度方法将目标可靠指标和抗滑安全系数联系起来,进而评估结构的安全性。运用所提方法评估了某算例的抗滑安全系数,并进行了参数分析。计算结果表明:抗滑安全系数随着目标可靠指标的增大而减小;参数随机性对抗滑安全系数影响较大,忽略参数随机性求得抗滑安全系数偏大;摩擦系数、结构恒载、均布活载对抗滑安全系数影响较大,而抗滑安全系数对主缆弹性模量和主缆面积不敏感。     

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.     

三塔两跨悬索桥2个重要的技术指标和中塔疲劳验算加载模式

简要介绍泰州长江公路大桥三塔两跨悬索桥2个重要技术指标,即主缆与中主鞍座间抗滑移摩擦系数、主梁挠跨比,以及中塔疲劳验算加载模式。     

悬索桥主缆与配有摩擦板的鞍座之间的摩阻力

为增加主缆与鞍座间的摩阻力而采用水平摩擦板是有效的。然而在大跨度悬索桥中这种做法还没有先例。用一套试验主缆与配有摩擦板的鞍座进行了试验研究。考虑了在基本荷载和地震荷载作用下的摩擦性能．虽在地震荷载引起的相当巨大的振动下，主缆并未出现较基本荷载作用下更易于滑动的现象。根据试验所得，导出摩擦机理的一个分析模型，将此模型用于分析一座悬索桥。最后．往搞清机理的基础上．建议了一个有摩擦板的鞍座的设计总摩擦系数和一个地震安全系数。这些均在东京彩虹桥的设计中被采用。     

多塔悬索桥中塔鞍座水平摩擦板抗滑方案试验研究

为解决多塔悬索桥主缆与中塔鞍座间的抗滑问题,提出在鞍座内增设水平摩擦板的抗滑设计方案,通过模型试验研究鞍座设置水平摩擦板后主缆索股的滑移特性,并提出主缆名义摩擦系数的计算方法,以温州瓯江北口大桥[(230+2×800+348)m三塔悬索桥]为对象进行抗滑方案研究。结果表明:加载初期,顶推所产生的不平衡力在索股间基本平均分配;随着加载继续,各索股以水平摩擦板为界呈现明显的分层滑移现象;索股与鞍座相对位移随索力差变化过程可分为线性变化、局部蠕动和滑移3个阶段;提出的主缆名义摩擦系数计算方法可用于中塔鞍座内设有水平摩擦板时主缆的抗滑能力计算;对于温州瓯江北口大桥,采用2块水平摩擦板分别设置于距顶部约1/4及1/2处是合理可行的抗滑方案。     

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。     

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。