公轨两用钢-混组合梁斜拉桥成桥运营阶段动力特性分析

为检验运营阶段桥梁的安全性，通过有限元模拟，对成桥运营阶段进行了动力特性分析。选取满载工况，采用多重Ritz向量方法，分析了桥梁的动力特性及动力特性的参数敏感性，发现对于拉索内力，相对于恒载，活载对内力变化影响较小；在移动荷载作用下，左右桥塔位移、塔底弯矩最大值和最小值相差很大，桥塔处于侧弯状态；桥梁的基频是0.171 Hz,基本周期为5.86 s,振型为反对称竖向弯曲；普通桥梁结构周期都较小，大跨度斜拉桥基本周期都超过了5 s,体现了大跨度半漂浮体系斜拉桥柔度大的特点；结构自重及刚度的变化，对自身的频率影响最大。     

索的损伤对斜拉桥动力特性的影响分析

以广州东沙大桥(独塔混合梁斜拉桥)为工程背景,建立桥梁的有限元模型,从斜拉索的弹性模量、截面面积的变化等方面研究了斜拉索的损伤对于斜拉桥动力特性(即自振频率和振型)的影响,得出了研究结论,为斜拉索的损伤识别和损伤控制提供指导.     

超大跨度斜拉桥施工过程随机模拟分析

针对超大跨度斜拉桥由于悬臂施工过程中各种误差的累积可能使其恒载效应具有较强的随机特性,传统的确定性分析方法不能反映这一重要结构特性的问题,采用Monte Carlo法与有限元法相结合的随机模拟方法,将斜拉桥的梁段自重、张拉索力看成随机变量,进行主跨1 088 m的苏通大桥施工过程随机模拟,研究其恒载效应的频度、均值和标准差。研究表明:由于结构系统的变异性,使结构行为呈现一定的随机性;梁段自重、张拉索力变异对钢主梁斜拉桥恒载应力的影响不如对混凝土主梁斜拉桥那么明显,但其对恒载构形的影响不可忽略。     

拉索损伤对无背索斜拉桥自振特性影响分析

为了研究拉索损伤对无背索斜拉桥自振特性的影响,对金州无背索斜拉桥进行有限元计算,得出该斜拉桥的自振特性,对比分析了不同拉索损伤和拉索不同损伤程度下桥梁的自振特性。     

超大跨度CFRP索斜拉桥的力学性能分析

为了探讨碳纤维材料(CFRP)索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性,以1400 m主跨的超大跨度钢拉索斜拉桥设计方案为例,采用拉索的等强度和等轴向刚度方法,拟定了两座等跨径布置CFRP索的方案桥,分别采用结构三维几何非线性方法、子空间迭代法、空气动力稳定性分析方法以及地震响应的反应谱分析方法,对应用钢索和CFRP索的超大跨度斜拉桥的静力特性、动力特性、抗风稳定性以及抗震性能等进行了分析与比较,并从力学性能角度探讨了CFRP索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性。结果表明:从力学性能角度而言,超大跨度斜拉桥采用CFRP索是可行的,但是拉索截面尺寸采用等轴向刚度方法确定则更有利。     

CFRP索斜拉桥的动力特性分析

采用CFRP拉索是解决传统钢拉索腐蚀退化问题的根本途径,由于CFRP的自重仅为钢材的1/5,当跨径很大时,CFRP索斜拉桥的动力特性与钢索斜拉桥的动力特性会有区别,为此,以探索性设计的跨径为1 000 m的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥为例,采用有限元法对比分析了2种拉索斜拉桥主要的动力特性,并研究了成桥初应力对斜拉桥动力特性的影响。鉴于当前对影响斜拉桥动力特性的一些关键参数少有系统研究的状况,详细分析了不同结构体系、辅助墩设置个数、拉索空间布置型式、边中跨跨径之比等参数,对CFRP索斜拉桥的动力特性的影响,得出了若干结论,为CFRP索斜拉桥的优化设计提供理论依据。     

风、列车作用下大跨度斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥在随机风、列车动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态,开发三维空间非线性有限元动力计算程序、列车动力学模型、风场模拟算法,以实际斜拉桥为研究对象,建立全桥三维有限元计算模型进行详细的计算分析.首先,分别使用拉索不分段与分段的全桥模型进行模态计算,讨论拉索局部振动特性与全桥振动特性之间的关系....     

超大跨度斜拉桥活载几何非线性分析

进入超大跨度范围后,斜拉桥几何非线性问题更加突出。以主跨为1 088m的苏通大桥为研究对象,采用线性理论、线性二阶理论和非线性理论,分析几何非线性对超大跨度斜拉桥活载效应的影响。研究表明,即使对超过1 000m的公路斜拉桥,采用线性二阶理论(即只需考虑斜拉索弹性模量折减和恒载几何刚度矩阵的影响)计算活载效应完全可以满足工程要求。     

营口辽河公路大桥抗震性能研究

以营口辽河公路大桥为背景,对斜拉桥的抗震性能进行研究.从斜拉桥的抗震分析方法和动力分析模型入手,研究斜拉桥的结构动力特性,用斜拉桥地震响应的反应谱法和时程积分法分析计算.动力特性分析结果表明初始索力和重力对结构的动力特性的计算结果影响很小.对于大跨度斜拉桥至少取前30个振型进行反应谱分析才合理.在3个方向的地震作用下,采用反应谱法计算,斜拉索的地震力较小,静内力加动内力均小于索的设计值,索始终保持弹性工作,且无松弛现象.以全飘体系顺桥向+竖向输入地震波进行时程分析,计算出塔根部支座反力、辅助墩及边墩支座反力、节点位移最值、拉索单元轴力最大值,并绘出顺桥向和竖向EL-centro地震波时间历程曲线图.     

行波效应对大跨度斜拉桥地震反应的影响

为研究大跨度斜拉桥地震反应特性及行波效应对其影响,以某大跨度斜拉桥为例,依据D'Alembert基本原理,采用动态时程法计算结构动力位移和内力.选用2条不同频谱特性地震波,考虑不同视波速对大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究行波效应对大跨度斜拉桥的地震反应影响,并与一致激励地震反应结果进行比较.结果表明:随着视波速的增大,各桥塔塔底内力、塔顶位移以及墩底内力的地震响应值有显著变化且趋近于一致激励地震响应;行波效应对主梁顺桥向轴力和塔顺桥向剪力有显著影响;在地震波加速度峰值(0.40g)相同的情况下,由于各条波之间频谱特性的不同,不同视波速输入下结构的地震反应存在一定的差异.     

大跨度斜拉桥拉索锚具参数的影响因素分析

通过对两个大跨度斜拉桥拉索安装事故问题进行分析,总结了斜拉索下料长度、锚具参数等的影响因素,指出目前设计中存在的不足,为大跨度斜拉桥的设计、施工及监控提供借鉴。     

超大跨组合梁斜拉桥静力非线性影响研究

以主跨1 000 m组合桥面板组合梁斜拉桥试设计方案为背景,采用数值模拟手段,研究了不同的非线性效应对超大跨组合梁斜拉桥动静力性能的影响。采用修正拉索弹模、多段杆单元等手段来模拟拉索垂度效应,与是否考虑梁柱效应及大位移效应相组合,共计算了六种非线性计算分析工况。研究结果表明,对千米级组合桥面板组合梁斜拉桥,斜拉索垂度效应引起的活载非线性效应并不十分显著,引起的结构内力及位移非线性效应误差总体上在5%以内。三种几何非线性影响因素中,梁柱效应最大,大位移效应次之,而拉索垂度效应最小。考虑到几何非线性对结构动力特性有一定影响,总体上,结构振动频率减小,但对斜拉桥颤振临界风速直接相关的一阶扭转频率影响不大,影响幅度不超过2%。     

拉索对斜拉桥体系面内弯曲频率的影响分析

在推导斜拉桥体系面内弯曲频率的基础上,引入斜拉桥体系拉索影响系数,反映斜拉桥体系的拉索对面内弯曲频率的影响,通过斜拉索影响度的概念定量分析拉索对斜拉桥体系弯曲频率影响的相对量值。通过对四座斜拉桥体系的对比分析,证明用斜拉索影响系数及斜拉索影响度的概念可以更直观反映矮塔斜拉桥与常规斜拉桥动力性能的差异。这个结论对认识矮塔斜拉桥与常规斜拉桥二者的受力特性有一定的参考意义。     

七塔预应力混凝土部分斜拉桥结构性能研究

采用有限元法分析多塔预应力混凝土部分斜拉桥的结构性能。同斜拉桥一样,部分斜拉桥可以通过优化拉索初张力,确定其合理成桥状态,并通过优化施工方案,保证结构安全、受力合理。部分斜拉桥的拉索主要承担恒载,活载主要由主梁承担;活载作用下斜拉索最大应力幅位于边跨最外侧的斜拉索,已接近斜拉桥拉索应力幅;塔顶水平位移与相邻塔的变形相互影响较小。以大广高速公路开封黄河大桥为例,通过改变结构为连续梁桥和斜拉桥体系后,对比分析3种结构体系活载作用下的结构性能,得知:从连续梁桥、部分斜拉桥到斜拉桥,结构体系整体刚度逐渐增大,主梁承受的弯矩逐渐减小、结构变位逐渐减小、结构各阶自振频率逐渐增大。     

随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

双拱塔斜拉桥动力特性参数分析

为研究双拱塔斜拉桥结构参数对桥梁动力特性的影响,以武汉科技三路桥为工程背景,基于Midas/Civil平台建立主桥空间有限元模型,采用多重Ritz向量法进行动力特性计算,分析了有无横撑、有无纵向拉索、结构自重、结构刚度、矢跨比等参数变化对该桥动力特性的影响。结果表明,该桥主要振型依次为拱塔扭转、主梁竖弯、主梁横弯振型。横撑对拱塔扭转振型频率影响较大;纵向拉索对各阶振型无影响;主梁自重对主梁竖弯、横弯振型频率影响显著,拱塔自重对拱塔扭转频率影响显著;拉索自重对各阶振型频率影响较小;结构刚度对各阶振型影响与结构自重影响相同;矢跨比对拱塔扭转振型频率影响较大。     

梁柱效应对大跨度斜拉桥地震响应的影响研究

斜拉桥是高柔度超静定结构,具有强烈的几何非线性行为。以一大跨度斜拉桥为例,使用MIDAS/civil2012有限元软件建立三维有限元动力计算模型,并对其动力特性进行分析。在此基础上,建立模型A（不考虑梁柱效应）和模型B（考虑梁柱效应）,其均考虑斜拉索的垂度效应和结构的大变形效应。参考JTG/TB02-01-2008《公路桥梁抗震设计细则》提供的反应谱数据,采用CQC振型组合方法对上述2组模型进行地震仿真分析并对其位移和内力进行比较。结果表明：梁柱效应对大跨度斜拉桥的动力特性有较大影响;由于梁柱效应,在地震作用下结构的位移和内力都有所增大,且纵桥向＋竖向的地震作用比横桥向＋竖向地震作用结构的梁柱效应明显。研究结论可为以后大跨度斜拉桥动力分析提供理论依据。     

千米跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥几何非线性研究

为研究非线性因素对超大跨度公铁两用斜拉桥主要构件变形和受力的影响程度,采用5种分析状态,对一座跨度超过千米的公铁两用钢桁梁斜拉桥进行成桥状态下的活载非线性计算分析。建立全桥平面杆系模型,计算各控制量在最不利活载作用下的极值及非线性影响系数。结果表明:对超大跨度公铁两用斜拉桥而言,斜拉索的垂度效应仍然是几何非线性影响的主要因素,梁-柱效应和大位移效应相对较弱;目前桥梁设计的通常方法是考虑修正斜拉索弹性模量进行线性计算,并在此基础上活载考虑10%的非线性放大系数,该方法现实、合理而且稍偏安全。     

考虑随机车载-风载联合作用的斜拉桥拉索疲劳可靠性分析

以某大跨斜拉桥为工程背景,对随机车载与风载联合作用下的斜拉索疲劳可靠性进行了分析。首先,依据交通调查数据,建立随机交通荷载模型,基于桥位处多年风速统计资料,建立大桥风载概率模型;然后,采用自编的风-车-桥动力响应分析程序,实现随机车载与风载联合作用下的拉索应力谱计算分析;最后,基于累积损伤理论和Monte-Carlo法开展拉索的疲劳可靠度和疲劳寿命分析。研究结果表明：风载对斜拉索疲劳可靠度影响显著,且该影响由短索到长索呈不断增大的趋势;考虑车载-风载联合作用的拉索疲劳寿命较仅考虑车载的情况下降2%～63%,平均达50%。     

非线性因素对超大跨度斜拉桥成桥内力的影响

随着斜拉桥跨径的不断增大,在设计和施工中必须考虑非线性因素对结构的影响。本文研究了非线性因素对超大跨度斜拉桥成桥时内力的影响,分析中同时考虑了拉索垂度效应、P Δ效应和大位移效应的影响。探讨了非线性因素对斜拉桥成桥时内力影响的机理,提出了减小超大跨度斜拉桥非线性影响的措施。