基于内力平衡法的矮塔斜拉桥合理成桥状态研究

作为近年来发展的一种新桥型,矮塔斜拉桥在其结构、受力上都有自身的特点。合理成桥状态是指斜拉桥成桥后,在全部恒载作用下,各构件的受力均满足某种理想状态。在矮塔斜拉桥设计过程中,确定其合理成桥状态是非常重要的部分,为确定矮塔斜拉桥的合力成桥状态,以常山矮塔斜拉桥为研究背景,首先基于内力平衡法对主梁弯矩可行域进行求解,并以此主梁弯矩可行域作为索力控制目标初步得到满足主梁受力要求的索力值,进而增加更多的索力控制条件对初定的索力值做进一步优化,以得出既满足主梁受力要求同时分布均匀的索力值,该组索力所确定的成桥状态就是该桥合理成桥状态。该文章为同类桥型设计分享经验。     

混凝土折线塔斜拉桥成桥索力确定的研究

沈阳市富民桥主桥是一座89 m+242 m+89 m的混凝土折线塔斜拉桥,为确定合理的成桥索力,采用最小弯曲能量法并结合假载法和内力平衡法进行计算分析。根据静力平衡条件得到主梁初始断面尺寸;利用最小弯曲能量法得到主梁和桥塔弯矩较小、索力基本均匀的成桥恒载合理状态;利用假载法进行验算,以保证各控制断面在最不利荷载组合时的弯矩值在规范允许范围内。研究表明,折线塔斜拉桥成桥索力确定可采用与直线塔相同的方法;索力距离桥塔由近至远呈现由大到小、再由小至大的分布规律,中跨索力大于边跨索力;两塔相应位置索力大小不同。     

分步算法确定叠合梁斜拉桥合理成桥索力

叠合梁斜拉桥的主梁是一种组合结构，在确定合理成桥索力时，与其他类型的斜拉桥有着不同之处。文中针对叠合梁斜拉桥的特点，结合具体算例，采用平面双层框架模型模拟主梁，根据零位移法初定一个成桥索力，在此基础上考虑恒载和活载的共同作用，根据应力平衡法确定主梁弯矩的合理恒载可行域，再根据索力对主梁弯矩的影响矩阵进行索力调整。所得索力更加符合斜拉桥的要求。     

基于综合优化法的矮塔斜拉桥成桥索力优化

为确定矮塔斜拉桥合理成桥索力,提出一种索力综合优化法。该方法以影响矩阵法为基础,采用数据标准化法将2种或以上不同类型的离散数据变为无量纲的统一化数据,以结构控制截面位移及弯矩综合最小为目标进行索力求解。以南京地铁宁句线矮塔斜拉桥为算例,采用最小弯曲能量法、刚性支承连续梁法和综合优化法对成桥状态的索力进行计算,将计算结果与原设计成桥索力进行对比。结果表明：对于矮塔斜拉桥,在恒载作用下,采用综合优化法计算得到的索力及主梁弯矩分布最为合理;在运营阶段,综合优化法计算得到的索力与原设计索力相比,主梁上、下缘最大压应力分别降低3.3%、3.8%,并且主梁应力分布更优。     

基于最小弯曲能的结合梁斜拉桥恒载索力优化计算方法

为了实现结合梁斜拉桥恒载最优索力快速求解,以弯曲能等效为原则,将结合梁的混凝土桥面板和钢主梁统一为单材料梁单元。推导了高次梁单元的弯曲能计算式,并得到高次梁单元的最小弯曲能状态索力求解方程。对花瓶形独塔结合梁斜拉桥以全桥的最小弯曲能量为目标进行恒载索力优化,计算结果表明:在求解得到的最优索力下,结合梁呈弹性支承连续梁的状态,弯矩分布均匀,恒载索力合理。     

独塔钢斜拉桥成桥索力及施工索力计算分析

以某单塔中央双索面钢斜拉桥为研究背景,采用MIDAS Civil有限元程序进行建模计算,采用恒载平衡法初步拟定成桥索力,根据设置的控制目标,以初拟索力为基础进行多次调整索力以达到预期的成桥状态从而求得合理成桥索力。采用正装迭代法对斜拉索施工阶段进行模拟,经过多次迭代计算,得到施工索力。结果表明,成桥索力较为合理,按照施工索力能够满足斜拉桥合理成桥状态要求。对独塔钢斜拉桥合理成桥索力和施工张拉索力的确定提供借鉴和参考。     

矮塔斜拉桥合理成桥状态及二次张拉力的确定

近年来我国已建成较多的矮塔斜拉桥，但其合理成桥状态的确定研究较为不足，并且缺乏有效合理的办法。通过规范中关于全预应力构件的定义导出主梁恒载弯矩可行域计算公式，将此作为目标成桥状态，并利用考虑施工阶段的影响矩阵再结合线性规划法，得到满足主梁恒载弯矩可行域的二次张拉力和成桥索力。以某矮塔斜拉桥为例开展分析，将使用该方法得到合理成桥状态与最小弯曲能法得到的成桥状态带入细化空间杆系有限元模型中。分析结果表明，该方法可明显改善主梁的受力状态，减小主梁的挠度，使墩顶负弯矩和跨中正弯矩显著减小，主梁弯矩图更加均匀。     

部分斜拉桥合理成桥状态的研究

部分斜拉桥结构以主梁受弯来承受大部分荷载,拉索索力可改善主梁受力状态,因此部分斜拉桥与斜拉桥一样,通过优化拉索索力来确定部分斜拉桥合理成桥状态下的内力非常必要。采用影响矩阵法原理,以结构应变能最小作为目标函数,对索力加以合理的约束条件,解决了多变量非线性函数的有约束优化问题,从而获得恒载作用下的最优索力和与之对应的合理成桥状态。并对已建部分斜拉桥索力进行实例优化分析。     

梁拱组合桥吊杆成桥初始索力的简化计算方法

在梁拱组合桥的设计中,确定恒载作用下吊杆成桥初始索力是一项重要工作。该文先对确定吊杆成桥初始索力的常用方法进行了总结,基于内力平衡迭代思想提出了梁拱组合桥吊杆成桥初始索力的简化计算方法。最后以广东省韶关市一座三跨连续"梁-拱"组合桥为例,采用该方法计算了吊杆的成桥初始索力,并与其他方法的计算结果进行对比分析。结果表明该方法正确、实用,可为梁拱组合桥的设计计算提供参考。     

上承式拉索组合拱桥静力性能研究

介绍一种新型的上承式拉索组合拱桥。从立面上看,拱肋和桥面结构之间除了拱上立柱之外,另外还安装5对斜拉索,目的是通过调整拉索的索力来改变拱肋弯矩大小。采用RMV8i建立了200 m跨径的上承式拉索组合拱桥的有限元模型,计算在恒载和活载作用下的结构内力和截面应力,并与相同跨径的普通上承式钢管混凝土拱桥进行对比。结果表明,在恒载和活载作用下拱肋弯矩和拱顶轴力明显减小。     

大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应分析

为研究大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应,以宜万铁路宜昌长江大桥为背景,在总结该类结构体系特点的基础上,采用桥梁博士分析软件建立全桥平面有限元模型,对全桥桥面施加竖向均布荷载(二期恒载),分析拱梁内力、竖向荷载及跨中截面弯矩的分配;将该桥与孔跨组成及截面尺寸完全相同的连续刚构桥在恒、活载作用下的结构内力进行对比,分析组合结构的拱梁组合效应。分析结果表明:在竖向均布荷载作用下,连续刚构柔性拱组合结构跨中范围吊杆轴力增加较大;结构跨中截面总弯矩绝大部分已转化为拱肋压力与主梁拉力;与连续刚构相比,活载作用下,连续刚构柔性拱组合结构的主梁弯矩显著减小,结构刚度提高较大,柔性拱作用明显。     

基于响应面法的系杆拱桥吊杆初内力优化

为精确优化系杆拱桥的吊杆内力,提出基于响应面法的系杆拱桥吊杆内力优化方法,优化过程包括试验设计、有限元分析、响应面函数拟合和内力优化。以一跨72m系杆拱桥为例,选取各个吊杆初始内力作为自变量,系梁、拱肋的关键截面弯矩以及系梁关键截面位移和结构应变能作为因变量;采用Box-Behnken试验设计方法进行样本点试验设计,采用显式响应面函数拟合结构静力响应值与吊杆内力间复杂的隐式关系。确定目标函数和多约束条件,采用优化软件对多约束条件下的吊杆内力进行优化分析,给出了成桥在多约束条件下的吊杆最优初内力。研究结果表明：该方法可以很好地对系杆拱桥吊杆初内力进行优化,为系杆拱桥的设计和施工控制提供指导。     

非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统

自锚式悬索桥独特的锚固形式使其主梁承受主缆传递的巨大轴向压力,为了研究主梁刚度在初内力及活载作用下的弱化问题对自锚式悬索桥结构静动力响应的影响,首先,结合自锚式悬索桥的非线性特点引入初应力刚度矩阵,考虑随机车流过桥时几何非线性的时变性,采用分离迭代法建立非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统,并编制相应的非线性分析模块。其次,以某三跨混凝土自锚式悬索桥为例,选取集中力匀速过桥工况,利用ANSYS软件对非线性分析模块的可靠性进行验证。最后,分别设置2种极端工况：第1种是单车工况,近似认为只有恒载作用下产生的几何非线性;第2种是密集交通流工况,认为是恒载和最不利活载共同作用产生的几何非线性,并采用元胞自动机模型对密集车流进行模拟,研究自锚式悬索桥恒载和活载初内力引起的几何非线性对桥梁响应的影响程度。研究结果表明：单车工况下,梁塔恒载初内力对自锚式悬索桥的车辆过桥结构响应影响显著,主梁和主塔初内力贡献程度明显不同,主梁初内力对结构刚度矩阵变化的影响贡献较大而主塔贡献微小;相对于恒载,密集车流作用下初内力效应引起的几何非线性对自锚式悬索桥结构刚度影响微小,对结构响应的非线性影响也不明显。     

混凝土曲线梁桥支座偏心设置分析研究

以一座四跨曲线梁桥为背景，采用单主梁法建立空间有限元模型，对不同中支座偏心距情况下恒载、活载支座竖向反力进行了计算分析。结果显示，支座反力主要受恒载分配的影响，各种偏心距情况下活载反力变化幅度较小。支座偏心设置方法可用于类似桥梁的设计。     

单箱多室箱梁横梁受力研究

为了研究单箱多室箱梁横梁受力情况,需首先求得横梁各道腹板恒载、活载分配情况。旨在研究箱梁横梁各道腹板恒载分配情况,通过结合工程实例,采用大型通用有限元软件MIDAS CIVIL2010建立了多个连续箱梁的实体模型,计算出不同跨度、不同跨数、不同截面的箱梁横梁各道腹板恒载分配力,并将其与目前常用的计算方法所得出的腹板恒载分配力进行了对比。得出了箱梁横梁各腹板恒载分配比例,为单箱多室箱梁横梁的设计计算提供参考。     

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。     

波形钢板桥梁活载及弯矩计算数值分析

波形钢板桥梁为填埋式结构,活载计算类似于拱桥和涵洞,却又不尽相同。为探索波形钢板结构在活载作用下的内力计算,参考拱桥和涵洞的计算原理对波纹钢板活载计算方法进行总结和归纳,并通过有限元数值分析对结构的弯矩影响线进行绘制。得出波形钢板结构活载计算公式及施工过程中活载作用下的弯矩计算方法。     

竖向荷载作用下曲线梁桥约束反力特性分析

为分析竖向荷载作用下曲线梁桥约束反力的特性,以力法方程、三弯矩方程为基础,推演单跨曲线梁桥和连续曲线梁桥的约束反力(扭矩)表达式,并采用推导出的表达式和有限元程序PCBP分别对某六跨连续曲线梁桥的内力与约束反力进行计算分析。分析结果表明:在点支承抗扭约束条件下,受竖向荷载作用的单跨曲线梁桥,其曲线内侧的约束反力小于曲线外侧的;受竖向荷载作用的连续曲线梁桥,梁端曲线内侧的约束反力小于曲线外侧的,而在中间支承处会出现曲线内侧的约束反力大于曲线外侧的现象。     

支架现浇的异型系杆拱桥合理施工状态的确定

以支架现浇施工的长沙市黄柏浏阳河异型拱桥为工程背景,对异型拱桥施工全过程进行受力分析,给出了异型拱桥施工过程中各典型状态的受力性能和合理施工工序。异型系杆拱桥裸拱状态拱圈弯矩呈S形分布,拱圈支架分区卸落和成桥状态索力调整引起的弯矩增量分布可以用相应连续梁的弯矩来比拟。钢筋混凝土异型拱桥施工中不得出现裸拱状态;拱圈支架需按一定次序分区卸落,卸落过程中需按一定要求调整吊杆索力。     

几何非线性对大跨拱桥地震反应影响分析

该文以一座上承式钢桁拱桥为工程背景,用有限元软件MIDAS建立了全桥空间有限元模型。在分析了该桥自振特性的基础上,分别沿桥梁纵向、横向输入反应谱,分析了该桥的地震反应。以拱肋上弦的内力为研究对象,分析了恒载初始内力引起的几何非线性对该桥自振特性及地震反应的影响。研究结果表明恒载初内力引起的几何非线性不可忽略。