斜拉-悬索组合桥结构参数对自振特性的影响分析

该文以甘肃省文县伐子坝桥为工程背景,引入只受拉三维拉索单元,采用考虑几何非线性的子空间迭代法进行了模态分析,给出了斜拉-悬索组合桥自振特性的分析结果,并重点讨论了垂跨比、恒载集度、加劲梁刚度、主缆和斜拉索刚度等结构参数变化对该桥自振特性的影响,为斜拉-悬索组合桥结构设计理论提供了动力性能方面的参考。     

斜拉索辅助人行悬索桥总体设计

宁德市人行悬索桥计算跨径为311.5 m,采用斜拉索辅助桥面主缆受力结构体系。斜拉索主塔纵桥向间距191 m,横桥向采用外圆内方造型。桥面系通过纵向主缆与纵、横梁联合受力,纵、横梁固定在主缆上。人行道板采用防腐木板。桥梁施工顺序为锚碇及主塔基础及塔身、主缆、纵横梁、风缆、桥面防腐木及栏杆,然后斜拉索施工。考虑施工过程,采用桥梁专用有限元软件Midas/Civil 2019,构建了全桥计算分析模型。计算结果表明:桥梁结构整体刚度大,各构件受力合理,应力与活载下变形均满足相关规范规程要求。     

斜拉索辅助人行悬索桥总体设计

宁德市人行悬索桥计算跨径为311.5 m,采用斜拉索辅助桥面主缆受力结构体系。斜拉索主塔纵桥向间距191 m,横桥向采用外圆内方造型。桥面系通过纵向主缆与纵、横梁联合受力,纵、横梁固定在主缆上。人行道板采用防腐木板。桥梁施工顺序为锚碇及主塔基础及塔身、主缆、纵横梁、风缆、桥面防腐木及栏杆,然后斜拉索施工。考虑施工过程,采用桥梁专用有限元软件Midas/Civil 2019,构建了全桥计算分析模型。计算结果表明:桥梁结构整体刚度大,各构件受力合理,应力与活载下变形均满足相关规范规程要求。     

斜拉索的索力测试

利用斜拉索自振方程提出了考虑斜拉索弯曲刚度影响的索力计算公式，并对索的比例系数计算给出了经验公式。     

考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥成桥状态力学性能分析

针对目前进行悬索桥分析时不考虑主缆抗弯刚度的现状,以某特大跨自锚式悬索桥为工程背景,在定性分析考虑主缆抗弯刚度后主缆、吊索、加劲梁、主塔等关键构件受力与线形特点的基础上,探讨不同简化假定条件下主缆受力与线形计算公式;运用有限元软件MIDAS/Civil,通过选取适当的单元类型及合理的结构参数建立有限元模型,分析比较考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥成桥状态下的力学特性,探讨考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥的力学行为,得到考虑主缆抗弯刚度后结构整体刚度有所加强的结论。     

两种新单元在悬索桥有限元计算中的应用

为实现索与鞍座间接触非线性计算,开发了可用于悬索桥有限元计算的2种新单元:鞍座单元和锚跨单元,其中鞍座单元用于主缆和塔顶鞍座的接触非线性计算,锚跨单元用于锚跨分散索股及边跨主缆与散索鞍的接触非线性计算。根据空间悬链线理论及索与鞍座的几何关系,推导出精确的单元节点力。以增量代替微分,根据刚度矩阵的定义,推导出单元的切线刚度矩阵。编制了包含2种新单元在内的悬索桥几何非线性有限元程序。计算表明:2种新单元计算精度高、收敛速度较快,解决了悬索桥索与鞍座间接触非线性的计算难题。     

考虑斜拉索抗弯刚度的矮塔斜拉桥索导管安装角度修正方法

文中针对短斜拉索实际抗弯刚度较大的情况,推导了考虑斜拉索抗弯刚度的索导管安装角度计算公式,以方便地计算出拉索在重力作用下的两端倾角变化值,该推导公式表明,两端倾角变化值除了与斜拉索索力、自重集度、索长有关外,还与拉索自身弹性模量、截面特性等因素有关。通过将索导管修正角度计算式应用于阿蓬江特大桥中,比较计算了不同索导管安装角度结果计算的差异。     

斜拉桥中拉索的静力设计

根据斜拉索设计的工程需要，假定已知端索张力的竖向分量，对不考虑弹性和考虑弹性两种情况，推导了用于斜拉索线形设计的解析式，并以某斜拉索为例进行了计算分析，证明了所得解析式的正确性。最后，推导了用于设计端锚索的解析式。本文的结果也可用于其它索结构中拉索的设计 。     

Analysis on Frequency and Force of Stay Cable Considering Flexural Rigidity

以经典弦振动理论为基础,建立斜拉索振动分析的有限元模型,提出考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法.讨论抗弯刚度对斜拉索平衡索曲线的影响,绘制出距垂比随拉弯刚度比的变化曲线,得出了斜拉索的垂度随抗弯刚度的增大而减小的变化规律.针对西昌斜拉桥25对斜拉索的模态进行精确分析,以有限元的方法验证了斜拉索的模态超越现象,分别绘制频率和振型随索力的变化曲线,归纳索频率变化规律,提出索力测量的实用计算方法,采用频差法来判断实测各阶频率的阶数,并且以第2阶频率来进行索力计算.经工程实例验证,考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法可以有效排除由模态超越带来的索力计算偏差,适用于各种长度的斜拉索以及在施工过程中各阶段的索力测量计算.     

大跨径悬索桥主缆系统施工控制计算

基于悬索桥在恒载作用下的力学特点，建立起了主缆施工控制计算的解析失代法，以此确定恒载状态下成桥线形、主缆无应力长度，并可迭代出空缆线形、主索鞍顶推预偏移量及索夹安装位置等。宜昌长江公路大桥的应用表明，该解析迭代的系统计算方法，收敛速度快、精度高，是一种有效计算方法。     

斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁结构参数变化对活荷载效应影响分析

基于线性二阶理论和非线性理论对一座多塔斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应进行对比分析,来了解斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁受力特征,并确定合理的活载计算分析方法。在活荷载作用下,通过考虑不同的主梁刚度、桥塔刚度及主缆刚度等结构参数,来分析研究结构主要部件的控制截面受力情况。分析结果表明,采用线性二阶和非线性理论,主跨160m的斜拉-自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应计算误差在5%以内;主梁抗弯刚度、主缆刚度的变化对结构受力性能影响较大,主梁轴向刚度、副塔轴向刚度及主塔轴向刚度的变化对结构受力性能影响较小。     

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。     

大跨径自锚式悬索桥斜拉法施工关键技术研究

重庆市鹅公岩轨道专用桥主桥为(50+210+600+210+50)m的双塔双索面自锚式悬索桥,全桥采用"先梁后缆"法施工,边跨加劲梁采用顶推法施工,中跨加劲梁采用先斜拉后悬索方法施工。为选择合理的斜拉桥目标线形、斜拉索索力调整方案、斜拉索拆除顺序与拆除时机等,采用MIDAS Civil软件建立自锚式悬索桥施工过程计算模型,针对各种方案下的结构特性进行模拟计算与分析评定。计算模拟结果表明:成桥后调整部分斜拉索索力,将加劲梁拉升至接近去除二期恒载的线形作为临时斜拉桥的目标线形的方案,综合效益较优;选择从跨中16号向塔侧6号斜拉索方向调整11对索的索力调整方案;吊索张拉全部完成后临时斜拉索按自上而下顺序拆除的方案更为安全合理。     

超大跨径悬索桥主缆刚度对成桥线形的影响

以主跨3300 m的超大跨径公铁两用悬索桥的设计方案为研究对象,根据已有文献的研究成果得出了超大跨径悬索桥主缆截面实际抗弯刚度的取值区间,分别做了考虑主缆抗弯刚度的几何非线性有限元法和完全忽略抗弯刚度的悬链线解析法的找形计算.对比分析表明:完全忽略主缆抗弯刚度对其线形和轴力的计算结果影响甚微;主缆抗弯刚度对施工控制参数...     

黏滞惯性质量阻尼器对斜拉索减振效果的数值分析

随着斜拉桥跨度的增大,斜拉索长度也越长,会同时存在发生风雨激振和涡激共振的可能性。风雨激振参与模态主要为低阶,涡激共振参与模态为高阶,这给斜拉索减振阻尼器的设计带来了新的挑战。采用数值方法,研究了黏滞惯性质量阻尼器（Viscous Inertial Mass Damper,VIMD）的斜拉索减振效果。首先,将斜拉索简化为张紧弦,建立了斜拉索-VIMD系统的运动微分方程,采用有限差分方法对方程进行数值求解。然后,以苏通大桥A30号斜拉索为工程背景,研究了各参数对该系统模态阻尼比的影响。最后,研究了阻尼器支架刚度对斜拉索-VIMD系统减振效果的影响,并将数值解与近似解析解进行对比。研究结果表明：在传统的黏滞阻尼器中并联惯性质量单元,可显著提高斜拉索的模态阻尼比,非常有利于减振;斜拉索-VIMD系统各阶模态的量纲为1的阻尼比曲线不重合,这与传统的斜拉索-VD（Viscous Damper）系统不同;斜拉索-VIMD系统的模态阻尼比随支架刚度的减小而急剧减小。     

基于初弯曲梁单元的大跨度悬索桥主缆弯曲刚度分析

针对大跨度悬索桥主缆的精细化分析中不能同时考虑主缆弯曲刚度、主缆初始弯曲、索鞍及缠丝等因素的影响,提出了一种新型的初弯曲梁单元来模拟主缆的弯曲刚度和初始弯曲,通过虚功增量方程推导其切线刚度矩阵,并编制了主缆非线性有限元程序,建立大跨度悬索桥主缆施工过程的有限元模型,计算中考虑了索鞍处主缆线形的修正及由缠丝引起的主缆弯曲刚度的变化.结果表明:弯曲刚度使主缆在恒载作用下的竖向变形减小,成桥状态时由此引起的主缆线形计算偏差没有超过工程精度的要求;成桥状态时靠近桥塔的吊索吊点处主缆的弯矩及弯曲应力显著,需要在大跨度悬索桥主缆设计和施工中加以考虑.     

大跨悬索桥主缆系统施工控制计算方法研究

悬索桥的施工控制不同于其他桥梁结构形式,主缆一经架设完成很难进行后期线形调整,精确计算主缆系统的施工控制参数尤为关键。针对已有计算方法存在的不足之处,基于悬索桥在恒载作用下的力学特点,提出一种主缆施工控制计算的解析迭代法,该法根据受力平衡条件和变形相容条件建立迭代方程,自动计入了柔索结构的所有非线性,可精确计算恒载状态下成桥线形、主缆无应力长度、空缆线形、主索鞍预偏移量等。四渡河大桥的实例应用表明该法具有较高精度。     

三塔斜拉桥设计参数分析

为研究三塔斜拉桥结构的力学行为特征,为三塔斜拉桥设计提供参考,结合三塔结合梁斜拉桥工程设计实例,建立三塔结合梁斜拉桥的有限元模型,对斜拉索重叠布置、塔间斜拉索、提高桥塔刚度及采用辅助墩等措施进行参数分析,总结其受力行为的变化规律。计算结果显示:设置重叠索、设置塔间加劲索、边跨设置辅助墩可有效改善中塔、主梁、斜拉索受力,减少塔顶水平位移值及跨中主梁挠度值;提高中塔刚度可以减少塔顶位移;提高边塔刚度对结构影响很小;提高中塔的塔高可以改善桥塔内力,但会增大塔顶位移。计算结果可为三塔结合梁斜拉桥结构布置设计提供参考。     

基于频率法的斜拉索索力测试影响因素分析

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一,其索力的大小直接影响桥梁结构的内力和变形状态。频率法是运营期间的桥梁索力测试的常用方法。本文以某斜拉桥为例,通过MIDAS CIVIL建立全桥有限元模型,确定合理成桥状态,结合ANSYS斜拉索减震装置仿真分析,采用频率法对其斜拉索索力进行测试,综合考虑频率法精度的各影响因素,对索力进行安全判定。结果表明:利用未知荷载系数功能优化后的索力可靠性较高;随着减震器等效刚度的不断增大,计算索长选取方式对索力误差存在影响;考虑减震器为刚性支撑,其计算的索力更能接近真实索力;该桥实测索力整体与原成桥索力差别不大,斜拉索索力整体处于安全可控的范围内。     

人行钢箱梁斜拉桥换索控制理论及参数影响分析

随着斜拉桥的数量日趋增多,相应的问题也日益严重,在斜拉桥使用寿命增长的同时,也面临着斜拉索更换的问题。目前国内外对人行斜拉桥换索施工控制的研究相对较少,该文依托哈尔滨市一机路彩虹桥换索工程,重点对人行钢箱斜拉桥换索影响因素进行了研究分析,对彩虹桥建立模型,分析温度变化、主梁刚度变化、拉索刚度变化、主梁自重变化、斜拉索张拉力变化等不同施工参数对结构受力的影响,结果表明:斜拉索张拉力的影响最为明显,温度影响较小,但每一施工参数的影响均应考虑。