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.     

弹性支承索力参数精度识别方法的研究

采用模态参数识别法,基于能量平衡原理,推导了索力、索的抗弯刚度和索的固有频率在不同边界条件下的关系式.采用该关系式,可以通过索的实测振动频率,计算出拉索索力和拉索抗弯刚度.     

考虑弯矩刚度影响下两拉索体系自振特性分析

为探究拉索抗弯刚度以及相邻索之间的干扰因素对斜拉索体系自振特性的影响，以两拉索体系为研究背景，构建了可同时考虑拉索抗弯刚度、索力以及相邻索耦合效应的双梁力学模型。该模型上梁与下梁分别用来模拟拉索，中间层用来考虑拉索间的干扰因素，拉索的两端分别采用竖向和旋转弹簧模拟边界条件。基于双梁力学模型，首先给出了两拉索体系自由振动频率与模态函数的理论解；然后针对高阶超越方程无法直接求解的难题，给出了相应的高效的迭代算法；最后通过与有限元结果的对比验证了所提方法的正确性，并就可能影响拉索体系自振特性的几种典型外部因素进行了参数化分析。结果表明：1)所提方法具有较高的计算精度与效率，理论推导正确可靠；2)轴力越大拉索体系的自振频率越大，但轴力对体系的振动模态无影响；3)双梁模型中间支撑的刚度对缆索体系的振动频率与模态有较大的影响，尤其对体系的高阶振动更明显；4)边界条件对体系的自振频率与模态函数影响明显。提出的双梁模型可较好地考虑两拉索间耦合特性，可为求解同类拉索体系的动力响应提供参考。     

钢桁架系杆拱桥节段缆索吊装施工工艺

三跨连续中承式钢桁架系杆拱桥施工过程复杂,本文介绍该类型桥节段缆索吊装施工工艺,包括多次主拱体系转换,主拱节段采用柔性体系下缆索吊装,采用扣背索和充分发挥拱肋的刚度,通过扣挂索系统、缆索吊系统以及拱肋临时匹配及定位技术,顺利完成跨径为336m的桁架主拱节段缆索吊装拼接施工,为同类桥梁施工提供重要借鉴。     

准朔铁路黄河特大桥主桥钢管拱架设方案比选

准朔铁路黄河特大桥主桥为主跨380m的上承式钢管混凝土拱桥,主拱肋为钢管混凝土主弦杆和箱形钢腹杆组成的空间桁架结构。针对该桥结构特点和施工难点,提出了支架拼装并竖转合龙方案、单拱肋单元吊装与双拱肋单元整体吊装的"缆扣法"施工方案,通过技术可行性、经济性、安全性等方面的比选,采用单拱肋和双拱肋单元整体吊装相结合的"缆扣法"施工方案。重量超过缆索吊设计吊重的节段采用单拱肋分别吊装两侧的单肢拱肋,安装K撑和横撑,在空中形成设计节段;其余节段在拼装场形成设计节段,整体运输到缆索吊下方,整体吊装后与前一节段在空中对接,然后扣索,依次形成半拱,最后完成合龙,并灌注钢管混凝土。     

大宁河大桥主拱安装施工技术

文章结合大宁河大桥桥位地形和三片主拱肋的构造特点,较为详细地介绍了施工缆吊系统的设计。针对大桥的施工特点,克服扣索张拉引起的拱肋节段间的高程差,提出了基于扣索一次张拉法,应用ANSYS零阶优化法,先计算出节段整体安装目标值,再利用前进迭代方法计算出各安装节段的扣索力和预抬值的控制思路,优化了拱肋吊装中的扣索力和预抬量,有效地指导了吊装施工。施工结果表明:主拱合龙实现了高精度控制目标,且比预计工期提前了51天。     

大跨度缆索吊装拱桥拱肋安装线形计算

缆索吊装法是大跨度拱桥最主要的施工方法。在拱肋吊装过程中节段接头由于采用螺栓临时连接而导致的非完全固结、主缆临时施工荷载引起的塔架偏位以及锚索和扣索由温度变化引起的自由伸缩都会对拱肋安装线形产生较大影响。该文采用考虑刚度损失的双单元模型计算方法,可在考虑拱肋节段接头非完全固结情况下较精确计算出拱肋安装线形的修正值;利用缆索和塔架的几何关系,推导出塔架偏位和锚索、扣索由温度变化引起的自由伸缩对安装线形的修正计算公式,计算出塔架偏位和锚索、扣索温度变化对拱肋安装线形的修正值;最后根据提出的考虑各项影响因素的大跨度缆索吊装拱桥拱肋安装线形计算公式计算得到拱肋安装线形。以云南澜沧江特大桥为实例进行验证,成拱线形误差满足规范要求。     

大跨度提篮拱桥动力特性参数分析

动力特性是影响桥梁结构安全的重要因素。为研究大跨度提篮拱桥的动力特性,以菜园坝长江大桥为工程背景,基于Midas civil 2012建立了主桥有限元模型,利用子空间迭代法计算了主桥的动力特性;通过脉动试验进一步对有限元模型进行了确认。在确认后的有限元模型基础上,研究了包括矢跨比、内倾角、拱肋刚度等主拱结构参数对动力特性的影响。结果表明:桥梁模态呈低频、密集分布特点,模态耦合程度高;矢跨比对结构竖向振动频率影响较大;拱肋内倾角对横向振动频率影响明显;拱肋刚度的提高会导致竖向横向振动频率的小幅增加。研究结果可为同类型桥梁动力设计和安全评估提供参考。     

斜拉桥索力测定及其参数识别

文章总结了当今几种斜拉桥斜拉索索力的检测方法及其优缺点,重点讨论了当今应用最为广泛的索力检测法——频率法的原理、应用及所存在的理论问题。分析采用频率法测定索力时,对影响其测量精度的主要因素:索的刚度、索的垂度、索的边界条件等进行了比较详尽的分析,并对不易确定的拉索抗弯刚度进行参数识别,通过对拉索振动信号的频谱分析,得到扭绞型高强钢丝斜拉索的抗弯惯性矩约为同直径钢棒的0.5倍,并提出了两端为墩头锚的斜拉索索长修正的经验公式。该方法对于精确测定施工过程中、使用状态及成桥状态的拉索的索力均适用,并在某斜拉桥工程算例得到验证。     

钢筋混凝土拱桥主拱圈悬臂浇筑施工影响因素分析

以贵州木蓬特大桥为工程背景,采用Ansys有限元程序分析了主拱圈悬臂浇筑长度、挂篮构造形式以及扣索锚点位置对拱圈截面应力与变形的影响。结果表明:节段长度对主拱整体受力影响不大,但缩短节段长度可减小拱圈变形幅度;相对于后支点挂篮,前支点挂篮能有效改善施工阶段主拱内力和线形;扣索锚固位置对主拱施工阶段拱圈应力和变形影响不大。     

宜昌香溪长江公路大桥主桥设计

宜昌香溪长江公路大桥主桥为钢桁架全推力中承式无铰拱桥,拱轴计算跨径为519m。拱肋采用空间变截面桁架结构,拱轴线采用悬链线形,拱轴系数为2.0。桁架拱采用2片主桁,主桁采用柏式桁架,主桁节点采用焊接整体节点。拱脚采用厚承压板格构+预应力的钢-混结合段构造。拱上立柱采用钢箱排架结构。桥面梁采用格子梁体系,在钢纵、横梁顶面布置焊钉与钢筋混凝土桥面板形成结合梁结构,桥面结构采用纵向部分固结+纵向限位+横向多点拉索减震的支承方式。吊杆采用整束挤压钢绞线吊杆。拱座采用分离式钢筋混凝土结构,拱座基础采用明挖扩大基础。上部结构安装采用斜拉扣挂、缆索吊装系统,拱肋主桁采用节段整体吊装,两岸对称悬臂拼装的方式架设。     

独塔自锚式悬索桥动力特性参数灵敏度分析研究

自锚式悬索桥以其优美的造型、良好的跨越能力、对桥址条件适用性强等优点,被广泛的应用于城市桥梁中。自锚式悬索桥的结构设计参数对其动力特性影响显著。为明晰其结构设计参数对自锚式悬索桥动力特性(振型、频率等)的参数影响规律,以某典型的独塔自锚式悬索桥为研究背景,基于有限元软件MIDAS Civil建立全桥空间有限元模型,采用子空间迭代法进行动力分析计算,研究了边跨长度比,恒载比率,主梁、主缆及吊索刚度等参数的变化对自锚式悬索桥基本动力特性的影响规律。结果表明:自锚式悬索桥整桥振型排列较合理,频谱分布密集;边跨比对独塔自锚式悬索桥主梁竖弯振型频率和主缆横弯振型频率影响显著;恒载比率对独塔自锚式悬索桥各阶模态振型频率影响显著,其中主缆一阶侧弯和主梁的一阶竖弯振型受恒载比率影响最为显著;主缆抗拉刚度的变化对主缆侧移振型频率,以及主梁竖弯振型频率影响较为显著,主缆抗拉刚度的增加有利于提高结构的整体刚度,可以一定程度上减小主缆水平拉力对主梁刚度的影响;吊索抗拉刚度对结构振型频率的影响基本可以忽略;自锚式悬索桥的竖向弯曲振型受主梁的抗弯刚度影响较大,主缆振动频率受主梁抗弯刚度影响较大,但当主梁抗弯刚度达到一定数值后,其对主缆频率影响减小。     

钢管混凝土系杆拱人行桥无支架安装设计关键技术探讨

针对中等跨径钢管混凝土系杆拱人行桥结构特点以及繁忙航道对跨河结构物施工要求,借鉴传统无支架缆索吊装先拱后梁架设钢管拱桥的思路,湖州和孚人行桥结构设计采用钢管拱在岸上拼装成型,浮吊整体吊装,然后以钢管拱作为施工劲性骨架,通过吊杆悬挂系杆横梁节段,用临时索平衡拱脚水平推力的无支架安装方法,取得成功实践.     

矮塔斜拉桥索力测试方法研究

基于沙湾矮塔斜拉桥施工监控工作,理论推导出振动频率法测试索力的计算公式;综合分析考虑拉索抗弯刚度、边界条件、拉索垂度的影响;提出基于拉索频率的试验标定法,对沙湾大桥索力进行测试分析,并比较了两种方法的优劣性.     

基于索梁组合结构的悬索桥锚跨段索力修正算法

在悬索桥锚跨段索力测试中,传统的振弦法将锚跨段索振动看作为理想弦振动,忽略了锚跨段拉杆的抗弯刚度,带来了较大的索力测量计算结果误差。为了求解更加精确的锚跨段索力值,保证悬索桥主缆索力监控的精确性、成桥阶段主缆线型的准确性和吊索索力的均匀分布,通过分析索梁组合结构模型,建立了锚跨拉杆与锚跨主缆的索梁组合力学模型,运用主缆振动频率的索力计算方法,运用Hamilton变分原理推导提出悬索桥锚跨段,锚跨拉杆与锚跨主缆的索梁组合结构的索力修正算法。分析了锚跨拉杆与索连接处的边界条件问题,保持索梁连接处为铰接状态,不改变边界条件的物理属性。基于Mathematica数学计算软件上,设计求解程序并求解索梁组合结构振动矩阵方程,得出对应索梁组合结构频率的索力值的数值解。通过对比分析数据理论计算、有限元分析软件及恩施水布垭清江特大悬索桥实际工程实例测量结果,来验证考虑悬索桥锚跨段拉杆的抗弯刚度修正算法的合理性。研究结果表明:相对于传统的索力测试简化算法,运用索梁组合结构推导的锚跨段索力计算公式,可以更准确地表达索力、锚跨拉杆抗弯刚度和索力基频之间的关系,进而减小因为拉杆抗弯刚度所带来的索力计算结果的误差,得到更加符合实际主缆张拉状态的索力值。     

无背索斜拉桥动力特性的参数影响分析

以某座主跨120m的双斜塔无背索斜拉桥为工程背景,采用有限元软件midas Civil建立单主梁有限元模型,分析虚拟刚臂截面尺寸和材料弹性模量的取值对结构基频的影响程度,并研究前9阶振动频率和振型,最后通过改变材料的弹性模量,分析斜拉索刚度、主梁刚度和主塔刚度的改变对结构振动频率和振型的影响。结果表明,刚臂截面的宽度对结构基频影响最大;斜拉索的刚度对结构的整体刚度影响很小,其中塔的纵弯对斜拉索刚度的改变比较敏感;增大主梁的刚度可以调整主梁和主塔振动形式出现的先后顺序;主塔刚度的增加,使主梁的侧向扭转振型后移。     

斜拉索索股及索套振动一致性研究

依托贵州六广河特大桥,对索股和索套的振动进行大样本量平行试验,验证了其索股、索套振动的高度一致性;通过综合分析拉索参数及边界条件,得到了在不考虑拉索抗弯刚度的前提下,索套与索股紧密接触的条件存在时,以索套自振频率代替索股自振频率进行索力换算的误差能被接受的结论,并将上述结论应用于右侧斜拉索采样分析中,获得了满意的效果。     

考虑温度效应的斜拉桥塔-索-主梁耦合振动模型及影响分析

温度变化不仅会改变斜拉索的索力、频率以及边界条件,引起振动过程中的分叉现象,还会破坏振动控制的鲁棒性,掩盖结构损伤识别参数以及状态评估。为了研究非均匀温度场中索梁组合结构的非线性振动行为机理。将温度效应作为索和主梁振动的边界条件,引入高精度抛物线形,考虑拉索几何非线性、倾角、索的自重弦向分力影响,推导了热力学平衡状态下的索梁组合结构耦合振动微分方程,构建了考虑温度效应的塔-索-主梁连续耦合非线性振动精细化模型。编制程序研究了温度变化对拉索和主梁的固有频率影响,以及索梁温差对桥塔-拉索-主梁连续结构参数振动的影响。结果表明:温度变化对拉索和主梁固有频率影响不同,在塔-索-主梁频率比为2∶1∶1的主共振模式下,温度变化量每增加5℃,拉索固有频率下降0. 17%-0. 2%,主梁固有频率下降4%-7%;索梁温差的拉索振动具有明显"拍"特征,且索和主梁之间存在能量传递,随着正索梁温差逐渐增大,拉索最大振动幅值减小,但振动频率逐渐增大;随着负索梁温差的增大,拉索最大响应振幅增大,振动频率逐渐减小;考虑索梁温差和端部联合激励下的拉索振幅比单一端部激励振幅要小,拍频要大,在2∶1∶1主共振和2∶1∶2的参数共振模式下,拉索振动有明显的"拍"特征,而主梁振动相对平稳。     

大跨度钢箱桁架拱桥拱肋架设施工技术

湖北香溪长江公路大桥为主跨519m(计算跨径)全推力中承式无铰钢桁架拱桥,主拱采用"缆索吊机+斜拉扣挂法"悬臂拼装架设。主拱肋分成桁片节段,在工厂加工制造预拼,船运至桥位处,进行缆索吊机吊装施工;拱脚段采用支架对预埋件进行定位,吊装至设计位置;再进行拱肋整体桁片节段吊装,拱肋整体桁片前4个节段安装完毕,封铰后,进行第一次体系转换,进行剩余节段的安装;合龙前,北岸最后一个节段(NS11)采用"倒栽葱"方式通过间隙;合龙段采用"配切+温度变化"来实现精确合龙;主拱合龙后,拆除扣锚索,完成第二次体系转换。     

下承式钢管拱桥——空间倾斜系杆拱拱肋吊装技术

太原南中环桥主桥为主跨180 m的下承式倾斜钢管拱结构,主、副拱向外侧倾斜。钢管拱采用大型履带吊机配合支架法施工,吊装顺序为先上游侧后下游侧,先主拱再副拱。每条拱肋划分为5个吊装节段和1个嵌补段。为方便吊装及安装就位,吊装前,通过计算确定吊点位置与吊绳长度。由于是倾斜起吊,吊装时须进行2个方向的旋转,首次栓绳使拱肋由水平横卧旋转至竖直,二次拴绳使拱肋由纵向水平旋转至需要角度。在气温较低的时段吊装嵌补段。施工中重点注意吊装安全及线形控制。实践证明该桥的吊装技术切实可行。