悬索桥主缆线形设计与施工计算原理及其Win32软件开发

按悬索桥的实际情况将主缆简化为受沿弧长均布荷载和吊点的集中荷载,主缆在吊索之间的线形为悬链线,在吊点处的线形则根据力学平衡条件和变形相容条件加以确定,因此悬索桥的主缆线形为分段悬链线.据此理论建立了一套悬索桥主缆成桥线形和施工过程计算的精确方法,并开发了真正的Win32软件Sgkz2000,笔者对其计算原理、方法和软件开发情况加以介绍.     

悬索桥主缆线形设计与施工计算原理及其Win32软件开发

按悬索桥的实际情况将主缆简化为受沿弧长均布荷载和吊点的集中荷载，主缆在吊索之间的线形为悬链线，在吊点处的线形则根据力学平衡条件和变形相容条件加以确定，因此悬索桥的主缆线形为分段悬链线。据此理论建立了一套悬索桥主缆成桥线形和施工过程计算的精确方法，并开发了真正的Win32软件Sgkz2000,笔者对其计算原理、方法和软件开发情况加以介绍。     

自锚式悬索桥主缆线形计算方法

以长沙市三汉矶湘江大桥为工程背景，对自锚式悬索桥的主缆线形及无应力长度的计算方法进行了研究，推导出两种基于不同假定下的主缆线形及无应力索长的计算方法：假定主缆自重沿跨径均布的抛物线法和假定主缆自重沿弧长均布的分段悬链线法。结果发现：抛物线法比较简单，但计算结果比较粗略；分段悬链线法考虑因素比较全面，计算相对复杂，但结果比较精确；对于空缆线形竖向坐标值两种方法的误差为0．739％，无应力索长计算两种方法的误差仅为0．31％。结果表明：抛物线法和分段悬链线法均可应用于自锚式悬索桥的主缆线形计算。     

自锚式悬索桥主缆分析与计算

自锚式悬索桥成桥时主缆线形与主缆无应力长度的精确分析计算是桥梁施工控制重要的一环,也是保证桥梁成桥后几何线性达到设计要求的必要条件。通过分别用分段悬链线法、抛物线法和有限元法计算一工程实例后,对比分析结果得出,有限元法和分段悬链线法(精确算法)的计算结果基本吻合,抛物线法的计算结果有一定的误差。这可为自锚式悬索桥的设计和研究提供参考。     

悬索桥空间主缆恒载线形分析

为了确定悬索桥空间主缆恒载线形,根据已有的二维模型,提出了一个三维主缆找形计算方法.确定悬索桥成桥状态线形主要是确定主缆的线形.给定悬索桥成桥时受力的性能指标,就能计算悬索桥成桥吊索内力,由吊索内力能够迭代形成主缆几何形状.将三维主缆投影到2个平面上分别考虑几何边界条件和力的平衡条件,倾斜吊杆的影响.引入牛顿迭代法,推导了三维主缆的迭代方程,给出了具体计算分析的迭代流程.研究结果表明:精度完全能满足工程计算要求.     

悬索桥成桥线形求解方法比较

本文采用Excel内置计算公式,根据确定的设计参数,采用分段悬链线解析方法快速计算出悬索桥成桥线形;并结合有限元软件Midas以及大型通用有限元软件ANSYS,根据悬索桥受力特点计算出相应成桥线形,并将这三种(两类)方法计算结果进行相互校核。结果表明,分段悬链线结合Excel计算能够快速计算出成桥线形;有限元方法具有对整体结构分析结果直观和全面的优点。这两类分析方法可为同类工程的设计提供参考。     

南京白果桥主缆长度计算

根据自锚式悬索桥的实际受力特点,介绍了主缆长度的计算方法——分段悬链线法。该方法根据力学平衡条件和变形相容条件,采用解析表达式和数值迭代计算方法解决主缆长度计算问题,自动计入索曲线的非线性,并结合工程实例阐述该方法在主缆下料时的应用,证明该方法是可靠有效的。     

温度影响下主缆线形精细计算方法研究与应用

悬索桥施工前,应通过基于有限元方法的杆件正向装配及逆向拆除法来进行正反向计算,若2种计算得到的成桥状态各项数据闭合且合理,则可基于此确定其各项施工参数。但上述计算是基于设计基准温度,而施工时环境温度与设计基准温度存在差异,且主缆索股的垂度与线形受温度影响较大,上述2种温度的差异使得主缆架设完成时其空缆线形参数与理论值不一致。因此,在施工前及施工过程中应根据2种温度的差异对主缆形状的影响规律来调整空缆状态下主缆的线形。为此在悬索桥施工过程主缆线形的解析计算方法基础上,推导了2种温度影响下主缆形状计算表达式,并编写成数值计算程序用于主缆施工控制过程中,能保证施工完成时桥梁处于合理成桥状态,本计算方法也可用于其他悬索桥的主缆施工过程中。结合大跨径地锚式悬索桥算例,验证了悬索桥主缆施工过程中考虑温度因素的空缆线形计算方法的正确性。     

非均匀变温场中主缆初始位形的迭代计算

利用解析法推导了变温度场中悬索桥空缆线形的悬链线线形公式;建立了两种已知设计条件时悬索桥空缆线形的迭代方法;根据主缆的温度变化方程导出了温度变化时无应力索长计算公式。计算结果表明:在非设计温度下,主缆的位形及其内力值均与设计理论值有较大误差,因此在悬索桥的结构分析中必须考虑温度变化的影响。     

悬索桥索股架设全过程的非线性精确分析

为精确分析悬索桥主缆的成缆过程,基于悬索桥多跨悬链线空缆线形计算原理,分析了主缆索股架设过程中塔的受力与索股线形的变化规律.将索塔对主索鞍的作用等效成非线性弹簧,其刚度计入索塔的梁柱效应,导出了索塔的非线性抗推刚度和塔底截面弯矩的计算公式;根据悬索桥主缆索股架设方法,以空缆状态为基础,计算并分析了一座主跨1280 m的悬索桥索股架设过程中主索鞍处主缆的不平衡力、塔顶水平位移和塔底截面弯矩随索股架设的变化规律.研究表明,索股架设过程中,梁柱效应较小.     

Cable Sliding at Supports in Cable Structures

To develop an effective numerical method for the cable sliding problem in cable structures，two-node catenary cable element was built to model the cables based on analytical solution of elastic catenary．Cooperated with Newton method，continuation method Was used to solve the nonlinear equations．This approach is more efficient than using Newton method only and has a wider range to select initial values for the process to converge．The relationship between the tension on a cable segment and its unstrained length was derived and used to calculate the unbalanced cable tensions at the supports．An example is presented to show the correctness and efficiency of the proposed method．     

斜拉桥拉索线密度对拉索索力测量的影响分析

用频率法测试斜拉桥拉索索力是一种快速有效的现场索力测试方法,但在索力计算过程中,拉索索长、线密度、抗弯刚度等参数的取值直接影响到索力测试精度。针对新兴大桥拉索的特殊性,研究得出,对低应力防腐拉索,其线密度取值应扣除拉索内部油脂的质量,修正后计算得到的索力值与用压力表测定法得出的张拉力对比,吻合度较好,可以作为类似工程的借鉴和参考。     

影响矩阵法在斜拉桥二次调索中的应用

在斜拉桥施工过程中为增大结构的安全储备并保证主梁受力安全,对斜拉索采用两次张拉,最终实现预想的成桥状态,由此提出二次调索施调索力、顺序的计算问题。以影响矩阵理论为基础,建立了二次调索最优控制的数学模型,采用惩罚函数法求解,该方法计算精确、简便、实用,也可用于成桥后索力的误差调整。     

确定斜拉桥施工索力的正装倒拆优化法

以实验室独塔斜拉桥为研究对象,提出了确定斜拉桥合理施工索力的正装倒拆计算法,该方法按照施工顺序,在正装优化的基础上,对各节段进行倒拆计算,得到各斜拉索的基础索力,然后再通过正装迭代计算,求得各个调索阶段斜拉索的初始张拉索力和主梁的预抬量,从而避免了传统的倒拆法中难以考虑结构本身的非线性问题与正装法无法保证计算过程中一些索力设置大小的合理性等问题。本方法已经在独塔斜拉桥模型实验中成功应用。通过实验验证了该方法的有效性和可靠性,具有一定的理论价值和重要的应用价值。     

悬索桥锚跨索股索力的精确计算与调整方法

为获得悬索桥锚跨索股高精度索力,便于施工过程中索力控制,基于泰州长江公路大桥锚跨索股参数识别结果,利用桥梁结构非线性分析软件BNLAS建立了锚跨索股的精细化模型.通过赋予该模型中索股不同的初始索力值,得到一系列一一对应的索力-频率数据;对这些数据进行回归分析,建立索力与频率的显式关系,从而无需通过迭代求解超越方程获得索力.基于弹性理论计算,提出了索力的调整方法,即将索力的调整转换为锁紧螺母螺距的调整.研究结果表明:用提出的方法计算索力,误差均在3%以内;所提出的索力调整方法可靠,满足施工控制对索力监控的要求.     

寒山大桥吊杆二次张拉索力计算

为增大结构的安全储备并保证主梁受力合理,通常系杆拱桥施工中对吊杆采用2次张拉,使其达到设计成桥索力.该文以寒山大桥为例,提出了吊杆2次张拉的施张拉力、顺序的计算问题,以影响矩阵理论为基础,建立了2次张拉最优控制的数学模型,采用惩罚函数法求解,该方法计算精确、简便、实用,是一种较为理想的计算方法.     

交通荷载状态控制法在斜拉桥换索过程安全性预测中的应用

斜拉索经过长期的运营以后,桥梁状况已经发生了比较大的变化,在斜拉桥换索过程中,单纯根据理想状态进行换索过程的仿真分析,是不能够达到安全性预测目的的。采用交通荷载状态控制法对斜拉桥的换索过程进行安全性预测理论简单,且安全实用,减少了换索过程的盲目性,可确保换索工程的顺利进行。     

影响矩阵法在斜拉桥二次调索中的应用

在斜拉桥施工过程中为增大结构的安全储备并保证主梁受力安全,对斜拉索采用两次张拉,最终实现预想的成桥状态,由此提出二次调索施调索力、顺序的计算问题。以影响矩阵理论为基础,建立了二次调索最优控制的数学模型,采用惩罚函数法求解,该方法计算精确、简便、实用,也可用于成桥后索力的误差调整。     

基于综合方法的斜拉桥合理成桥索力确定

确定斜拉桥合理成桥状态的关键问题主要在于如何控制斜拉索在成桥时的索力。基于大量的中外文献,通过对当前相关研究成果的优缺点进行评述和比较,可提出综合采用刚性索法与自动调索法确定合理成桥索力的原理及步骤。通过算例证明,该方法概念明确,计算方便,所得结果满足要求。     

系杆拱桥吊索索力的振动测试方法

振动法测试系杆拱桥柔性吊索索力是桥梁建设及运营状态最为常用的测试方法。通过结合规范、实测等方法对振动法测试中涉及的关键参数—索的刚度、计算索长、边界条件以及自阵频率的测试等参数进行了综述,为精确确定索力提供参考。