CFRP索斜拉桥的动力特性分析

采用CFRP拉索是解决传统钢拉索腐蚀退化问题的根本途径,由于CFRP的自重仅为钢材的1/5,当跨径很大时,CFRP索斜拉桥的动力特性与钢索斜拉桥的动力特性会有区别,为此,以探索性设计的跨径为1 000 m的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥为例,采用有限元法对比分析了2种拉索斜拉桥主要的动力特性,并研究了成桥初应力对斜拉桥动力特性的影响。鉴于当前对影响斜拉桥动力特性的一些关键参数少有系统研究的状况,详细分析了不同结构体系、辅助墩设置个数、拉索空间布置型式、边中跨跨径之比等参数,对CFRP索斜拉桥的动力特性的影响,得出了若干结论,为CFRP索斜拉桥的优化设计提供理论依据。     

超大跨度CFRP索斜拉桥的力学性能分析

为了探讨碳纤维材料(CFRP)索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性,以1400 m主跨的超大跨度钢拉索斜拉桥设计方案为例,采用拉索的等强度和等轴向刚度方法,拟定了两座等跨径布置CFRP索的方案桥,分别采用结构三维几何非线性方法、子空间迭代法、空气动力稳定性分析方法以及地震响应的反应谱分析方法,对应用钢索和CFRP索的超大跨度斜拉桥的静力特性、动力特性、抗风稳定性以及抗震性能等进行了分析与比较,并从力学性能角度探讨了CFRP索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性。结果表明:从力学性能角度而言,超大跨度斜拉桥采用CFRP索是可行的,但是拉索截面尺寸采用等轴向刚度方法确定则更有利。     

CFRP拉索斜拉桥模态试验与分析

采用环境脉动法对CFRP拉索斜拉试验桥进行模态试验.联合采用峰值拾取法和互功率谱(PSD)法来识别模态参数,并将其与有限元模型计算结果进行对比分析;按等轴向刚度准则将CFRP索替换为钢索,比较不同索模型的动力特性.结果表明:实测结果与计算结果基本吻合,相对钢索,CFRP索斜拉桥自振频率有所提高.     

1 000 m级CFRP索斜拉桥静力特性分析

通过具体算例采用有限元法分析CFRP索斜拉桥的各非线性因素的影响量,并与钢索斜拉桥进行对比。鉴于CFRP的线膨胀系数远小于钢材或混凝土的线膨胀系数,计算了4种不同结构体系的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥在温度荷载下的静力反应,计算结果表明CFRP索斜拉桥相对于钢索斜拉桥在静力方面具有较多优势。     

非线性粘滞阻尼器对大跨CFRP索斜拉桥抗震性能影响研究

为探讨碳纤维复合材料(CFRP)索斜拉桥的阻尼器减震控制适用性及设计参数选取,以苏通大桥为背景,建立钢索斜拉桥的有限元模型,根据等轴向刚度准则换索得到CFRP索斜拉桥模型。采用时程分析法对所取目标函数作参数敏感性分析,并对2种索的斜拉桥减震控制效果进行比较,得到粘滞阻尼器设计参数的合理取值范围。分析表明:主梁端附加阻尼器对斜拉桥结构的减震控制有很好的补充作用;阻尼器参数相同时,CFRP索斜拉桥可获得较优的减震效果。     

CFRP斜拉索力学特性

基于斜拉索分析的悬链线理论,以主跨1 088 m的苏通大桥的斜拉索为研究对象,对比分析高强钢丝斜拉索和CFRP斜拉索的力学特性。研究表明,由于自重的降低,尤其对长索,CFRP斜拉索的垂度和由垂度引起的刚度损失、支承效率损失大大降低。CFRP斜拉索在超大跨度斜拉索中优势明显。     

CFRP斜拉索对多塔斜拉桥整体刚度的敏感性研究

CFRP斜拉索在斜拉桥中的应用研究是近年来工程界和学术界研究的热点问题。针对未来多塔斜拉桥应用CFRP索替换钢质拉索进行桥梁设计和换索的工程实际问题,基于赤石大桥的初步设计资料,建立一般多塔斜拉桥的平面有限元模型。针对CFRP索对桥梁整体刚度可能带来的影响,从静态变形和动力学整体模态频率对斜拉索换索的不同工况的敏感性进行了研究。研究表明,CFRP索替换钢质拉索在静动力学性能两个方面均能有效提高原桥刚度,具有较大的应用前景。     

CFRP斜拉索模态耦合内共振特性

为研究CFRP拉索模态耦合内共振特性,建立了反映拉索面内、外1阶模态耦合作用的二自由度振动模型,该模型考虑了索的垂度、大位移等引起的几何非线性。利用该模型,采用数值方法分析了相同条件下的CFRP拉索和钢拉索在纯平面和非平面荷载作用下的内共振响应,并研究了外激励幅值、阻尼比、初始扰动等对内共振的影响。研究结果表明,当拉索的面内、外频率满足共振条件时,拉索同时发生荷载作用面内的主共振和面内、外的内共振;随着外激励幅值的增大,2种拉索面内、外最大位移增大,当外激励幅值小于一定值时,2种拉索不能发生内共振;随着阻尼比的增大,拉索发生内共振时的最大和稳态振幅呈现减小的趋势,当阻尼比分别增大到一定程度时,2种拉索不能发生内共振;随着初始扰动的增大,拉索的面内、外最大振幅和稳态振幅基本保持不变,但能量从面内传递到面外所用的时间变短;在运动过程中,CFRP索拍频明显高于钢索,其由瞬态振动进入到稳态运动的时间均早于钢索,而最大振幅和稳态振幅小于钢索。     

CFRP索大跨斜拉桥的非线性地震响应控制分析

为探讨碳纤维增强塑料(CFRP)索斜拉桥与普通钢索斜拉桥的地震响应控制优劣性,基于现有试验,以苏通长江公路大桥为参考建立有限元模型,采用等轴向刚度准则换索,并在墩梁、塔梁处设置弹性连接装置和阻尼器作为减震装置;基于弹塑性抗震理论和地震响应分析结果,通过对目标函数作参数敏感性分析,获得不同配索斜拉桥对应于各减震装置的合理设计参数,并比较2种索斜拉桥减震控制的优劣。结果表明:选取相同减震设计参数时,CFRP索斜拉桥可获得较优的减震效果;阻尼器的减震效果比弹性连接装置更优,尤其在内力控制方面。     

火致拉索破断斜拉桥安全分析

通过试验确定拉索着火后的温度场变化,建立了一座斜拉桥模型,采用单根或多根钢绞线逐渐破断的方式进行结构非线性动力分析,研究拉索着火破断后的结构安全性。引入动力放大系数(DAF)和需求能力比(DCR)分析主梁、主塔以及拉索的动力响应,研究了不同断索路径下的桥梁极限承载情况,计算了相邻拉索不同着火时间破断时桥梁结构动力响应,得出外索着火破断比内索着火破断更危险,整根拉索一次破断的模式不适合模拟斜拉桥拉索着火破断的情形。     

大跨径斜拉桥非线性静力稳定分析

采用有限元方法对梅溪河大桥(大跨径斜拉桥)进行了考虑材料与几何双重非线性因素静力稳定分析,并采用多段索单元考虑斜拉索的垂度及几何非线性效应。分析结果表明:该桥稳定性满足规范要求,该桥稳定性主要取决于混凝土材料非线性,几何非线性因素对结构稳定性系数影响较小,但采用多段索单元模拟斜拉索后,几何非线性影响增大,结构的稳定性系数降低。     

阅江大桥“帆”形塔斜拉桥总体设计

广东肇庆市阅江大桥主桥采用三跨双塔单索面预应力混凝土斜拉桥,跨径布置为(160+320+160)m,采用墩、塔、梁固结体系,桥面布置双向6车道。主梁采用单箱五室箱形预应力混凝土梁,按全预应力混凝土结构设计,采用纵、横、竖三向预应力体系,斜拉索锚固处设置1道横梁;采用单索面斜拉索,斜拉索呈扇形分2排布置于桥面中央分隔带内,避免了斜拉索对外侧景观的遮挡,视野开阔;桥塔选用了新颖美观、造型独特的"帆"形混凝土塔;主墩采用较柔的双肢薄壁墩(高度约33m),减少了主墩纵向刚度。采用Dr.Bridge 3.2及MIDAS 2010对主桥进行结构整体静力计算,计算结果表明,主桥结构各项指标均满足规范要求。     

斜拉桥断索分析中破断拉索位置的参数分析

采用ANSYS软件建立某双塔斜拉桥的有限元模型,计算全桥不同位置斜拉索的突然破断对剩余结构造成的动力响应,通过对比,获取造成最大动力响应的斜拉索位置。同时,对破断拉索位置进行参数分析,找出断索分析中的关键拉索,所得结论期望用于工程设计中的断索工况校核。     

曲塔柱拉索锚固区预应力布设

斜拉桥的斜拉索在塔柱内引起拉应力，曲线塔柱使此区域的应力分布更趋复杂。以飞云江三桥曲线塔柱为例，介绍拉索锚固区的预应力筋布置原则，建立3个有限元分析模型，讨论了实体单元模型中预应力筋不同模拟方式对计算结果的影响，指出对曲线塔柱的拉索锚固区可沿用直线塔柱的布置原则，并宜采用多索节段模型进行结构分析。     

CFRP拉索的非线性参数振动特性

建立了CFRP拉索的非线性参数振动模型，该模型考虑了拉索同时受梁端和塔端激励的状况，并考虑了索的垂度、大位移等引起的几何非线性；利用该模型，对相同条件下的CFRP拉索和钢拉索，采用数值方法分析了频率匹配比、拉索静拉力、激励幅值以及阻尼等因素对拉索参数振动特性的影响。研究结果表明，拉索振动的拍频、幅值与上述因素均有关，且CFRP拉索在参数振动发生几率、参数振动响应等方面优于钢拉索。     

国内首座CFRP斜拉桥的关键技术

文章基于国内首座CFRP斜拉桥,介绍了拉索FRP材料的选择、锚具研发及CFRP筋极限强度取值等设计阶段的关键技术,同时,还介绍了CFRP斜拉索的制作、挂索、张拉、测试等施工阶段的关键技术。研究成果为CFRP在更大跨度桥梁结构中的应用积累了设计和施工经验。     

碳纤维复合材料索斜拉桥的设计与测试

为了解碳纤维复合材料（CFRP）索斜拉桥的结构性能、施工技术以及长期性能,进行了中国首座CFRP索斜拉桥的设计和应用研究。阐述了该桥主要部件的设计要点,采用有限元法分析了其整体受力性能;结合该桥的建造,研究了中等长度CFRP拉索的制备工艺和安装工艺;根据施工过程仿真分析结果,提出拉索的张拉方案,并在拉索张拉期间,对主梁、主塔及拉索进行了全面的测试。测试结果表明,测试值与理论值吻合良好,CFRP拉索中各根筋材受力均匀性很好。该桥在建造期间的测试、分析以及经过2年多的使用充分表明,CFRP拉索在中国斜拉桥上的初次应用是成功的。     

斜拉桥换索施工监控技术探讨

斜拉桥由于多因素的影响，致使部分斜拉桥运营一段时间后需要全部或部分更换斜拉索。结合犍为岷江大桥换索工程，探讨斜拉桥换索施工监控中的技术问题。采用平面杆件有限元分析方法进行了结构换索前的状态模拟，介绍了理论计算、索力监控测量、换索方法及施工过程监控。从该桥的监控实践来看对一点多索的斜拉桥换索主要监控索力和线形。     

风、列车作用下大跨度斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥在随机风、列车动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态,开发三维空间非线性有限元动力计算程序、列车动力学模型、风场模拟算法,以实际斜拉桥为研究对象,建立全桥三维有限元计算模型进行详细的计算分析.首先,分别使用拉索不分段与分段的全桥模型进行模态计算,讨论拉索局部振动特性与全桥振动特性之间的关系....     

应用碳纤维索的大跨径斜拉桥抗风性能研究

为了探讨碳纤维复合材料在大跨径斜拉桥中应用的可能性,以拉索等轴向刚度为原则,拟定了一座主跨为500 m的应用碳纤维索的大跨径斜拉桥,并运用三维非线性计算理论进行了动力特性、静风特性和空气动力稳定性分析。分析结果表明大跨径斜拉桥采用碳纤维索后:(1)结构的自振频率有所提高;(2)静风作用下结构变形增大,但其静风性能却与钢索斜拉桥基本一致;(3)空气动力稳定性与钢索斜拉桥基本一致。因此从抗风性能角度而言,大跨径斜拉桥采用碳纤维索是可行的,但是拉索截面尺寸应采用等轴向刚度原则来确定。