矮塔斜拉桥拉索初张力优化设计研究

以某75 m+130 m+75 m三跨矮塔斜拉桥公路桥为工程背景,针对混凝土矮塔斜拉桥结构受力特点,依据影响矩阵调值原理,提出了以结构整体弯曲应变能最小为目标、以主控截面弯矩及关键节点位移为约束条件的混凝土矮塔斜拉桥拉索初张力优化方法。利用有限元分析软件Midas/Civil建立有限元模型进行正装分析,对矮塔斜拉桥的索力进行优化设计,并对优化前后主梁的挠度、内力以及应力结果进行对比分析。     

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。     

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。     

南浦大桥内力调整施工监控技术研究

该文结合南浦大桥内力调整工程,探讨了斜拉桥通过局部索力调整以消除基础均匀沉降产生的附加内力的施工监控技术,在施工全过程实现了对索力、主梁应力和主梁挠度等三个主要技术指标的实时控制。通过频率法、伸长量,以及油压表等三种手段确保斜拉索索力调整量符合设计要求,主梁应力和挠度的监测结果显示不均匀沉降对主梁的附加弯矩得到了有效释放,达到了改善结构受力的预期目的。     

超宽斜拉桥双边箱主梁恒载剪力滞效应研究

以某超宽斜拉桥为依托工程,利用ANSYS有限元软件进行实体模型分析,对斜拉桥在恒载作用下的主梁正应力及其剪力滞效应进行计算分析,得出该类结构的主梁剪力滞效应的基本规律。分析结果表明:超宽斜拉桥主梁沿纵向各截面剪力滞效应不同,在边墩等截面约束较弱处,其截面各点处剪力滞效应明显;主梁标准段纵桥向的2个索力作用点之间的箱梁剪力滞效应具有明显的周期性,横桥向索力作用点附近的箱梁剪力滞效应变化最大,远离索力作用点的剪力滞效应变化趋缓。     

高低塔斜拉桥在温度作用下的静力特性研究

为探讨温度对高低塔斜拉桥结构成桥使用舒适性及安全性的影响,以跨径为(157+280+93.5)m的清溪口渠江特大桥为工程背景,建立有限元分析模型,分别研究了体系温差、日照温差和索梁温差荷载作用对高低塔斜拉桥的主梁应力、主梁竖向位移及斜拉索索力的影响。研究表明:体系温差作用下,低塔侧边跨的主梁翼缘应力和斜拉索索力变化量较高塔侧大,主梁上翼缘的应力小于下翼缘;体系温差和日照温差作用下,高塔边跨的主梁变形较低塔侧大;日照温差作用下,日照升温和降温引起的主梁变形、应力分布及斜拉索索力变化规律相反,且日照升温引起的主梁挠度值、上下翼缘应力值、索力变化量是日照降温的2倍;索梁温差作用下,高塔侧边跨的斜拉索索力、主梁翼缘应力及竖向位移较低塔侧大。在实际工程设计中,应注意关键位置处主梁的应力储备和挠度控制,以及斜拉索的承载能力保有量。     

后期收缩徐变对结合梁斜拉桥受力影响研究

为了探究混凝土后期收缩徐变对大跨度结合梁斜拉桥受力的影响规律,以赤壁长江公路大桥为工程背景,采用桥梁结构设计与施工控制计算软件BDCMS进行受力计算,选取控制截面对比分析,发现混凝土后期收缩徐变会使桥塔发生竖向变形和偏转,主梁发生内力应力重分布,桥面板轴力减小,钢主梁轴力增大,但总轴力基本不变;主梁弯矩在墩塔位置变化较大,受轴力变化量和挠度影响明显;主梁应力在墩塔和中跨跨中处变化明显,桥面板应力减小,钢主梁应力增大,平均变化率为20％左右.     

矮塔钢-混凝土组合梁斜拉桥的索力优化

文章根据矮塔斜拉桥的结构形式和受力特点,采用钢-混凝土组合梁为主梁,充分发挥钢-混凝土组合梁钢筋受拉、混凝土抗压的性能优点,进一步研究矮塔钢-混凝土组合梁斜拉桥的索力优化。针对该类桥型确定成桥状态和索力优化的方法,以弯曲能量为目标函数[1]、基于最小二乘法原理和影响矩阵法,确定最优索力(即施工时的合理张拉索力)。利用有限元程序MIDAS/CIVIL2017对以钢-混凝土组合梁为主梁的矮塔斜拉桥进行索力优化,并对优化前后主梁的挠度、内力以及应力结果进行对比分析。通过MIDAS/CIVIL2017对索力的优化,可以更好的发挥出钢-混凝土组合梁较强的承受竖向荷载能力的特点,改善主梁的内力、弯矩、应力分布。     

曲率半径对曲线矮塔斜拉桥的影响分析

本文以曲线矮塔斜拉桥龙井河大桥为背景,通过改变结构的曲率半径来分析曲率半径对结构主要的影响,主要包括塔顶横向位移、跨中挠度、主梁扭矩和弯矩,主塔横向弯矩以及索力等效应。曲率半径影响分析结果表明,曲率半径对塔顶位移和主梁、主塔内力均有显著的影响,在曲线矮塔斜拉桥的设计计算时应关注这些参数的分析。     

柔梁密索体系矮塔斜拉桥敏感参数分析

在特定的建设条件下柔梁密索体系矮塔斜拉桥具有其独特的优势,但工程实例较少,缺乏系统性研究。该文以榕江大桥为背景,通过理论分析及有限元仿真计算,研究其构造特征及受力特点,并对斜拉索布置形式、塔高及主梁刚度等敏感参数进行系统分析。得到如下初步结论:柔梁密索矮塔斜拉桥受力特性与斜拉桥相似,可通过索力优化达到合理成桥状态;塔矮整体结构刚度低,主梁轴力及斜拉索索力相比斜拉桥要大;斜拉索布置形式对结构受力有明显影响,辐射形布置时主梁轴力最小,仅为竖琴形布置时的一半,扇形布置介于两者之间。塔高对结构受力影响显著,随着塔高降低,斜拉索使用效率降低,主梁轴力、斜拉索索力、主梁活载弯矩及挠度、斜拉索活载应力幅均有显著的增加;主梁刚度对活载作用下结构内力也有显著影响,随着主梁刚度的提高,主梁活载弯矩增大、活载挠度减小,斜拉索活载应力幅显著较小。设计时宜充分利用有限塔高,采用可改善拉索倾角的辐射形布置,适当提高主梁刚度,以获得理想的整体结构刚度,调整索梁荷载比,从而使结构受力合理。     

双塔双索面斜拉桥结构荷载效应分析

以西南地区某大桥结构荷载效应分析为例,研究了双塔双索面斜拉桥结构在恒载、活载、温度荷载作用下,边跨1/2、中跨1/4、中跨1/2、中跨3/4截面处的位移、应力以及索力等参数的力学响应。研究结果表明:1)在恒载作用下,中跨1/2处挠度最大,主梁监测截面和索塔根部均处于受压状态,跨中截面附近出现最大压应力,达10.1MPa;2)在活载作用下,中跨1/2处竖向位移达最大值,而主塔监测截面应力位于-4~0.7MPa区间内;3)在温度荷载作用下,主梁监测截面在升温与降温两种情况下的竖向位移大小相等,挠度方向相反,应力基本呈对称分布,索力负值最大处为13#拉索处。     

支架施工预应力混凝土斜拉桥参数误差分析与调整方法

为了确保支架施工的PC(预应力混凝土)斜拉桥施工过程安全,线形、应力与索力达到设计的要求,建立支架施工三维空间的有限元分析模型,利用最小二乘法对支架施工过程中影响PC斜拉桥状态的结构状态参数(挠度与应力)误差进行分析,对主要设计参数进行敏感性分析后,进行设计参数误差识别和调整,通过PC斜拉桥的施工过程进行分析和各施工阶段状态进行控制,PC斜拉桥在支架卸架之后线形、应力、索力与设计值偏差均在允许范围,主梁的线形与设计值偏差为1.39mm,塔顶偏位和设计值差1.7mm,索力与设计值差在5%以内,主梁最大压应力为-8.78MPa,所有截面处于受压状态。研究结果表明,最小二乘法在支架施工的PC斜拉桥施工过程中的参数误差调整中取得良好的效果,能为其他类似工程施工控制提供借鉴与参考。     

单箱三室变截面矮塔斜拉桥主梁应力分析

为了解矮塔斜拉桥施工至运营阶段主梁的应力变化,文章结合一座主梁采用单箱三室大悬臂变截面PC连续箱梁的混凝土矮塔斜拉桥,分析计算截面的应力发展情况和运营阶段徐变效应引起的矮塔斜拉桥主梁应力变化,结果表明:矮塔斜拉桥靠近主塔的无索区,运营30a后箱梁下缘应力值增值大在2MPa左右,而矮塔斜拉桥的无索区较长,应适当增加无索区箱梁下缘的应力储备。     

斜拉索张拉与主梁浇筑误差对无背索斜拉桥的影响研究

该文以某混凝土无背索斜拉桥为工程依托,根据桥梁结构施工过程中不确定的控制影响因素,基于施工控制原理,运用有限元软件,探究了施工过程中索力超张拉与主梁顶板浇筑超方两种人为因素对结构受力的影响。分析探究表明:主梁采用满堂支架施工的无背索斜拉桥因单根拉索超张拉对主梁线形、应力影响较小;整体拉索超张拉10%时,已接近主梁线形规定值。主梁顶板随机超方浇筑厚度为2 cm时,若不对主梁刚度引起太大变化,则对结构的主梁线形、拉索应力、主梁上、下缘截面应力变化较小,且满足规范要求;主梁的整体超方浇筑会影响主梁的刚度,该依托工程建议主梁顶板整体超方厚度不应超过1.5 cm,否则影响主梁线形验收规定值。     

斜拉桥箱形主梁尺寸的优化分析

针对斜拉桥中采用的双箱式主梁,改变斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度以及斜腹板倾斜角度,利用结构有限元分析程序ANSYS,对不同情况下的箱形主梁建立了有限元模型。考虑到梁段以外附近区域的作用,在其两端截面上施加了由平面杆系结构分析所得的端面内力,另外,索力和预加力(梁纵向、横隔梁横向、斜腹板竖向)也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。给出了斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度及斜腹板倾斜角度的合理化建议。分析表明:当底板厚度为30 cm左右,斜腹板厚度为30cm左右,斜腹板倾斜角度为150°~152°时,主梁的应力分布比较合理。     

基于响应面法及粒子群算法的异形斜拉桥索力优化

为简化异形斜拉桥的索力优化过程,提出了采用响应面法与粒子群算法相结合的索力优化方法。该方法首先通过分析异形结构的受力特点确定优化目标,再利用响应面法将优化目标函数与成桥索力的关系显式化并构建响应面方程,最后结合粒子群算法根据响应面方程进行索力寻优。为验证该优化方法的有效性,以某异形斜拉桥为背景开展索力优化。基于该异形斜拉桥受力特点,以主梁的横梁两端最大剪力差为优化目标、以斜拉索成桥索力为优化变量、以斜拉桥成桥索力均匀性为约束条件,建立了索力优化目标函数进行索力优化。结果表明：优化后该异形斜拉桥主梁的横梁两端最大剪力差减小20.3%,主梁最大弯矩减小13.8%,南北侧边箱梁最大竖向位移差减小25.0%;全桥成桥索力及主梁弯矩均匀性均有所提升,主梁受力、线形更加合理。     

高低塔斜拉桥施工阶段温度效应分析

为了解高低塔斜拉桥施工阶段温度作用对结构的影响,以清溪口渠江特大桥主桥为背景进行研究。采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析最大单悬臂施工阶段昼夜温差、主梁温度梯度、桥塔温度梯度、斜拉索与桥塔和主梁温差对斜拉索索力和主梁挠度的影响。结果表明:昼夜温差引起的主梁挠度和斜拉索索力变化很小;主梁温度梯度作用下,边跨主梁挠度和斜拉索索力变化较小,中跨主梁挠度在悬臂端处最大,合龙段附近斜拉索索力明显增大;桥塔温度梯度作用下,边跨主梁挠度较小,中跨主梁挠度较大,边跨支座附近斜拉索索力变化明显;斜拉索与桥塔、主梁温差作用下,中跨主梁高塔、低塔侧悬臂端最大挠度分别为137mm、78mm,桥塔附近斜拉索索力变化显著,最大变化值为设计索力的9.8%。     

斜拉桥双箱单室箱形主梁的空间应力分析

利用结构有限元分析程序ANSYS,对两座大跨度斜拉桥不同长度、不同尺寸的箱形主梁建立了6个有限元模型,并对其进行了施工阶段的空间应力分析。考虑到梁段以外附近区域的作用,在梁两端截面上施加了由平面杆系结构分析所得的端面内力;另外,索力和预加力也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。归纳出斜拉桥中此类双箱单室倒梯形截面的应力分布特点及薄弱环节,并提出优化措施。分析表明:加厚底板对斜拉桥双箱单室箱形主梁应力分布的改善效果最佳。     

大跨径曲线矮塔斜拉桥参数敏感性分析

为了解结构状态参数对大跨径曲线矮塔斜拉桥成桥状态的影响,获取施工控制敏感参数,以黄龙带矮塔斜拉桥——(108+208+108)m双塔三柱式曲线预应力混凝土矮塔斜拉桥为背景,采用有限元软件TDV RM建立该桥空间杆系有限元模型,分析主梁自重、主梁弹性模量、斜拉索索力、预应力张拉力、混凝土收缩徐变和体系温度参数变化下,主梁的应力和挠度的变化规律。结果表明:主梁自重、斜拉索索力、混凝土收缩徐变和体系温度对成桥状态主梁的应力和挠度影响显著,是施工控制敏感参数;主梁弹性模量和预应力张拉力对成桥状态主梁的应力和挠度影响较小,是施工控制非敏感参数。     

基于挠度及索力监测的斜拉索损伤敏感性分析

由于斜拉索的锈蚀断丝等损伤必然导致索力及结构内力状态的改变,主梁的挠度也将随之发生变化,本文以一座独塔斜拉桥为例,从主梁挠度及索力的监测方法出发,以拉索损伤的敏感性分析为手段,探讨基于主梁挠度及索力监测的斜拉索损伤识别的方法及其适用性.