独塔对称自锚式悬索桥简化解析解研究

自锚式悬索桥在初步设计阶段,需频繁修改设计和变更计算参数,工作量大,迫切需要一种快速求解的方法,使设计人员迅速了解桥梁受力状态及其随参数变化的情况。为此,根据独塔对称自锚式悬索桥的受力特点,基于最小势能原理,提出一种求解内力和变形的简化解析方法。将自锚式悬索桥分离为加劲梁体系和主缆体系,分别计算恒载和活载作用下的吊索力。根据加劲梁梁端与主缆锚固点在顺桥向变形协调条件,求出活载作用下主缆水平分力,由此推导出独塔对称自锚式悬索桥内力和变形的简化解析解。并以主跨(150+150) m九乔路自锚式悬索桥为算例,分别采用本文方法和有限元法进行对比计算分析。研究结果表明：2种方法的计算结果吻合较好,且分布规律基本一致,竖向挠度和索力的计算值2种方法相差在15%以内。本文提出的简化方法可为独塔对称自锚式悬索桥的初步设计及其优化提供参考。     

基于虚位移原理的自锚式悬索桥实用计算方法

基于挠度理论和虚位移原理,分析自锚式悬索桥各组成部分的受力状态,分别导出在各种荷载作用下以三角级数法表示的加劲梁挠度内力和变形公式,并结合Newton-Simpson迭代法来确定活载索力,提出了计算自锚式悬索桥加劲梁内力及变形的实用计算方法,并编制相应的计算分析程序.以长沙湘江三汊矶大桥(主跨328 m的双塔五跨自锚式悬索桥)为例,通过与有限位移理论的计算结果相比较,证明该方法简单、方便,计算结果准确可靠;如果所设计的结构吊索分布比较均匀,挠度理论与有限元的计算结果比较一致;这说明可以采用本方法来研究自锚式悬索桥的设计参数对结构内力与变形的影响,尤其是在方案设计阶段,可以用于很方便地选定结构主要设计参数.     

超大跨径CFRP主缆悬索桥合理结构体系研究

采用非线性有限元软件BNLAS进行超大跨径CFRP主缆悬索桥与超大跨径钢主缆悬索桥的静动力特性对比分析,从加劲梁约束体系、主缆安全系数、主缆矢跨比、主缆弹性模量4个方面进行超大跨径CFRP主缆悬索桥合理结构体系研究。结果表明:采用CFRP做超大跨径悬索桥主缆可大幅提高主缆应力中活载应力百分比和自振频率,但活载挠度大幅增加;随着跨径增大,加劲梁约束体系对超大跨径悬索桥的动力特性影响减小,3跨连续漂浮体系作为超大跨径CFRP主缆悬索桥加劲梁的约束体系较优;增大主缆安全系数可提高结构的竖向刚度、竖弯基频和扭转基频,但对横向刚度和横弯基频基本无影响;减小矢跨比可提高结构的竖向和横向刚度以及竖弯基频和横弯基频,但会降低扭转基频;增大CFRP主缆的弹性模量可大幅减小活载竖向挠度,提高竖弯基频和扭转基频,但对横向刚度、横弯基频以及主缆线形和应力基本无影响。     

自锚式悬索桥简化计算方法研究

基于能量原理,提出计算自锚式悬索桥受力性能的简化计算方法,对双塔三跨自锚式悬索桥导出求解加劲梁内力、挠度和主缆水平分力的基本公式.该法将自锚式悬索桥的主缆和吊杆截开,用未知力来代替,分别取主缆和连续加劲梁为隔离体进行分析,通过迭代逐步逼近,使两者满足受力协调条件,对主缆同时考虑恒载和活载作用下的挠度,对加劲梁同时考虑轴力和弯矩的作用以及梁柱效应.算例结果表明,该简化计算方法的计算结果收敛速度快,与几何非线性有限元法的计算结果吻合良好.     

自锚式悬索桥动力特性分析与试验研究

以自锚式悬索桥为研究对象,采用有限元方法对自锚式混凝土悬索桥进行动力特性分析,并通过实桥环境随机振动试验验证有限元动力特性分析结果,得到了此类小跨径独塔自锚式悬索桥的动力特性,为该桥运营阶段的健康诊断与损伤识别提供了基本依据。     

基于影响矩阵理论的悬索桥索力优化

为了确定悬索桥合理的索力及主缆线形,基于影响矩阵理论提出悬索桥索力的优化方法。以恒载和假定的悬索桥初始索力为悬索桥的初始荷载,在初始荷载作用下形成悬索桥初始刚度的基础上,根据叠加原理得到悬索桥的影响矩阵;基于影响矩阵迭代更新索力,通过有限元计算恒载和索力作用下悬索桥的结构响应,直至收敛,从而得到悬索桥合理的索力及主缆线形。应用该方法对1座主跨为460m的双塔悬索桥进行索力优化,其计算结果与已有文献的计算结果基本一致,而且该方法优化的目标还可以包括内力、应力和位移等,收敛速度快,满足工程要求。     

钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥施工技术

钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥利用加劲梁来平衡主缆产生的水平拉力,具有造型美观、造价低、刚度大、对地形和地质状况适应性强等特点,是今后中小跨自锚式悬索桥的发展方向。以浙江省湖州市飞凤大桥为背景,介绍钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥上部结构施工技术,重点阐述自锚式悬索桥的钢筋混凝土加劲梁施工、主缆架设、线形调整和施工监控等内容。     

独塔自锚式悬索桥恒载状态下结构线形及内力分析

基于UL列式的虚功增量方程,根据索的物理及几何特性,推导出了适用于悬索桥缆索几何非线性分析的两节点悬链线索单元。在此基础上,提出了一种确定自锚式悬索桥恒载状态下的结构线形及内力的迭代算法。并以佛山市平胜大桥独塔自锚式悬索桥(主跨350m)为例,对其拟定的两种施工方案分别进行了恒载状态下的结构线形及内力的计算。通过分析比较,对施工方案的可行性进行了论证。     

基于监测系统的自锚式悬索桥快速试验评估

为实现既有特殊结构桥梁承载能力快速化试验评估,以一座在役自锚式悬索桥为研究对象,通过实桥有限元数值模拟,分析加劲梁内力、变形随荷载变化关系,利用既有监测系统并结合准静态荷载试验方法进行现场快速试验,获取应力、挠度影响线,进而推算最大加载荷载效应,并与常规荷载试验结果进行了对比分析。结果表明:对于此类中小跨径自锚式混凝土悬索桥,结构几何非线性影响很小,加劲梁内力、变形与荷载大小基本呈线性关系,快速试验推算结果与常规静载试验结果偏离不大,快速试验可以在一定程度上替代常规静载试验为该类型桥梁承载力评定提供依据。     

大跨度独塔自锚式悬索桥减隔震措施

为了减小大跨度自锚式悬索桥在地震作用下的主梁纵向位移,以某主跨350 m的独塔自锚式悬索桥为研究对象,建立Midas空间动力有限元模型,进行动力特性分析,研究在实桥地震波一致激励作用下,铅芯橡胶支座和黏滞阻尼器2种减震措施的减震效果。研究结果表明:通过在桥墩设置铅芯橡胶支座或在塔梁间纵向设置黏滞阻尼器可以有效减小自锚式悬索桥的纵向位移响应。     

结构参数对钢-混组合桥塔自锚式悬索桥静力性能的影响研究

为了解钢-混组合桥塔自锚式悬索桥的静力特性,根据挠度理论,利用三维有限元软件Midas进行空间分析,对模型中主缆矢跨比、主缆抗拉刚度、加劲梁的横竖向抗弯刚度以及主塔纵向抗弯刚度参数进行横向对比。分析结果显示随着参数值的递增,结构位移在减小,而主缆的水平拉力和加劲梁的弯矩却呈现不同变化趋势,自锚式悬索桥的整体静力特性对主缆矢跨比、主缆的抗拉刚度以及加劲梁的竖向抗弯刚度的变化很敏感,而基本不受加劲梁的轴向刚度和主塔纵向刚度的变化的影响。     

基于谱分解法的自锚式悬索桥桥梁风致抖振计算分析

自锚式悬索桥是一种大跨度柔性结构体系,该桥型经受脉动风作用时容易发生较大的抖振响应,对于该种桥型进行风致抖振的研究探讨具有较强的实际意义。以自锚式悬索桥武汉汉江六桥为工程实例,进行风致抖振分析。具体分析流程为:通过计算流体力学软件对桥梁进行气动分析,得到桥梁抗风分析方程中的重要参数静力三分力系数。通过对桥址处风场资料的分析,采用规范规定的风谱密度函数,利用谱分解法将脉动风谱转换成脉动风时程,同时结合准定常气动理论将风时程转换成风力时程实现气动力的时域化。利用有限元软件建立桥梁的空间模型并分析自锚式悬索桥动力特性。通过自编数值程序和有限软件的结合将风力时程加载在桥梁模型上,实现桥梁在时程风力作用下抖振响应的数值模拟。其计算结果表明:该桥在风致抖振作用下性能良好,结构具有良好的气动性。结合计算流体力学软件、数值分析软件、有限元软件的桥梁抗风计算方法和模式,可以在其他自锚式悬索桥风致抖振计算中参考使用。     

深路堑内浅埋层状软岩隧道锚特性试验研究

研究目的:浅埋层状软岩隧道锚锚塞体与围岩相互作用的变形特征及承载机制复杂,难以用规范或工程类比进行分析研究,为研究隧道锚的变形规律、破坏特征及承载特性,通过现场开展1∶10缩尺模型试验,确定隧道锚的变形特征及承载力安全系数,探明软岩、浅埋、层理面等因素对隧道锚的影响,最终对隧道锚进行安全稳定性评价。研究结论:(1)在各级荷载下,隧道锚的变形从后锚面开始产生并向四周围岩衰减,锚体与左右侧围岩的变形呈较规则的对称双驼峰形;(2)在设计荷载下,锚塞体的变形最大,最大变形值为0.054mm,根据相似原理获得原型隧道锚在运营期的最大变形为0.5 mm;(3)隧道锚的极限承载力高达18倍设计荷载,锚塞体在极限荷载下致使正上方浅埋岩体发生斜向上拱起破坏,破裂面由层理面原始裂缝扩展延伸,致使破坏范围超过4倍洞径;(4)隧道锚的变形限值和围岩安全系数均满足规范要求,验证了隧道锚的安全稳定性;(5)本研究成果可为油溪长江大桥隧道锚系统安全评估提供可靠的依据,也可为相关工程提供技术参考。     

自锚式悬索桥的静力性能模型实验研究

自锚式悬索桥作为一种特殊的桥型,在设计理论和施工监控方面,均与传统的地锚式吊桥有很大的差别。鉴于理论研究方面的滞后性,对一座主跨为160m的混凝土自锚式悬索桥进行了模型实验研究,获得了反映该座桥梁结构力学性能的主要指标,初步掌握了该类桥型的工作状态,并且通过与理论结果的对比分析证明了有限位移理论是适用的。模型实验所得的结论对该桥的设计和施工监控具有指导作用。同时,为该类桥型的计算理论提供了实验依据。     

自锚式悬索桥索夹抗滑及应力测试试验研究

自锚式悬索桥的索夹受力状态复杂,难以准确分析计算,基于南京长江江心洲大桥的索夹本体试验,得出相关数据,并对试验结果进行了分析。     

预应力CTRC板加固持载混凝土梁的抗弯性能研究

采用四点弯曲试验研究用预应力碳纤维织物增强混凝土板加固持载RC梁的抗弯性能。针对梁的持载水平完成2个加固工况试验及1个参考工况试验。对各工况试验梁的荷载-跨中挠度曲线、荷载-应变曲线、承载力、延性及破坏模式进行分析。研究结果表明:预应力CTRC板能明显提高持载混凝土梁的正常使用极限状态荷载和极限承载力但加固梁的延性降低。与未加固梁相比,加固梁的正常使用极限状态荷载和极限承载力最大分别提高了64.1%和80.6%。本文提出的一种加固梁极限承载力的计算方法,其极限承载力的计算值与试验值吻合良好。     

自锚式悬索桥施工技术研究

以桂林市丽泽自锚式悬索桥为例,总结自锚式悬索桥在索塔、钢桁梁拼装、悬索安装、配重横梁和桥面板的施工特点,为今后同类桥梁的设计和施工提供经验。     

大跨度公铁两用结合梁斜拉桥极限承载力分析

结合我国长江上拟建的某一主跨为504 m的公铁两用结合梁斜拉桥,对这种桥型的非线性分析理论和分析方法、钢与混凝土结合作用的模拟、空间有限元模型总刚带宽的优化、斜拉索初始索力的确定等问题进行了研究,并对该桥进行极限承载力分析;此外,对该桥的刚度问题、设计荷载下的几何非线性的影响等问题进行了研究.研究结果表明,该桥的极限荷载大于(恒载+4.050活载),满足刚度要求,不考虑几何非线性计算所得的各种响应都偏小,最大误差不超过7%.     

大跨度公铁两用斜拉桥极限承载力计算方法

结合有限元软件Ansys的分析功能和斜拉桥结构体系自身的特点,考虑结构的几何非线性和材料非线性,采用最小荷载增量准则为失效分析理论,对公铁两用斜拉桥(112+182+504+182+112) m 结构体系方案进行极限承载力分析,得到该斜拉桥的极限荷载和最薄弱部位的失效顺序.分析结果表明:在与实际结构受力体系紧密结合的前提下,最小荷载增量准则能有效地进行结构体系失效树的分析;该斜拉桥方案中主梁的刚度很大,由活载引起的竖向挠度较小,满足公铁两用斜拉桥对竖向刚度的有关规定;该结构的极限荷载为2.6117倍铁路中—活载,其薄弱环节在斜杆单元;为使各杆件的安全储备基本相同,建议进一步优化杆件的截面.     

软岩地区悬索桥隧道锚设计研究

研究目的:重庆几江长江大桥采用地锚式悬索桥,北岸隧道式锚碇位于软岩地区,在软岩地区建造隧道锚可供参考的资料和研究成果较少。本文通过对该隧道锚进行数值分析、现场缩尺模型试验、稳定性加强措施等一系列研究,掌握软岩地区隧道锚与围岩系统的破坏模式和变形机制,以期为软岩地区隧道锚的设计提供技术支持。研究结论:(1)数值分析表明,7倍设计荷载是锚体位移的一个突变点,即隧道锚稳定安全系数不小于7;(2)通过1∶10现场缩尺试验,8倍设计荷载为锚体的屈服荷载,试验成果与数值分析结果基本一致;(3)通过设置剪力块、加劲工字钢架等措施,隧道锚的整体抗剪强度由7.0提高到9.0;(4)本研究成果可为软岩地区悬索桥隧道锚设计提供参考和借鉴。