基于ANSYS平台的斜拉桥调索方法研究

在斜拉桥的极限承载力分析中,首先需要提供一组斜拉索初始索力,使计算所得的成桥状态恒载作用下的索力与设计成桥索力一致。这是一个需要反复调整、试算的过程,往往需要投入较多的人力和时间。本文利用ANSYS二次开发的功能,开发了斜拉桥调索程序,使繁琐的调索过程在ANSYS中自动完成,减少了人力,提高了工作效率。该程序已应用于我国正在修建的某一座三索面三主桁特大跨度公铁两用斜拉桥分析中,96根斜拉索的调索过程在ANSYS中自动完成,计算所得的成桥状态恒载作用下的索力与设计成桥索力误差在0.5%以内。该程序的开发为以后其他斜拉桥的分析计算提供了方便,为以后类似问题的ANSYS二次开发提供了思路。     

ANSYS二次开发技术在确定斜拉桥初始恒载索力中的应用

在斜拉桥的极限承载力分析中,首先需要提供一组斜拉索初始索力, 使计算所得的成桥状态恒载作用下的索力与设计院提供的一致.这是一个需要反复调整、试算的过程,往往需要投入较多的人力和时间.为此,利用ANSYS二次开发的功能,开发了斜拉桥调索程序,使繁琐的调索过程在ANSYS中自动完成,减少了人力,缩短了调索时间,提高了工作效率.该开发程序已应用于我国正在修建的某一座三索面三主桁特大跨度公铁两用斜拉桥分析中,96根斜拉索的调索过程在1 h内自动完成,计算所得的成桥状态恒载作用下的索力与设计院提供的成桥索力误差在0.5%以内.该程序的开发为以后其他斜拉桥的分析计算提供了方便,为以后类似问题的ANSYS二次开发提供了思路.     

高铁大跨拱承式独塔斜拉桥成桥状态力学参数敏感性分析

以国内某高铁拱承式独塔斜拉桥为工程背景,通过有限元分析,研究主梁容重、拉索初张力、材料弹性模量和温度作用等力学参数对该桥成桥状态下力学性能(主梁线形、截面应力、成桥索力和主塔线形等)的影响规律,识别影响较大的敏感力学参数和对这些参数敏感的结构关键部位.研究结果表明:主梁容重和拉索初张力对主梁线形、截面应力和成桥索力的影响较大,对主塔线形的影响较小;材料弹性模量对成桥状态下结构力学性能的影响都很小;温度作用对成桥状态下结构力学性能的影响规律较为复杂.     

塔墩梁固结的三塔四跨矮塔斜拉桥成桥状态力学参数研究

为了提高塔墩梁固结的三塔四跨矮塔斜拉桥的施工控制精度,为后续的参数识别和误差修正提供理论基础,以国内某矮塔斜拉桥为工程背景,通过计算比较各设计参数在成桥状态时对主梁线形、应力、成桥索力和主塔偏位的影响,分析各设计参数的敏感性。研究结果表明:主梁容重、拉索初张力、季节温差和索梁温差为主要设计参数,而混凝土弹模、日照温差和索塔两侧温差对成桥状态的影响较小,为次要参数。研究结果可为同类型斜拉桥的施工控制提供参考。     

高铁大跨矮塔斜拉桥施工控制研究及应用

研究目的:为确保高铁大跨矮塔斜拉桥高效、高精度的施工控制,使结构安全可控,且成桥内力、线形及索力满足设计要求,本文以新建怀邵衡铁路沅江特大桥(90+180+90)m矮塔斜拉桥为工程背景,根据理论计算、结构力学特点及工程面临的问题和挑战,建立适用于该复杂体系的施工控制体系,重点开展参数敏感性分析以探明力学行为特点,并建立线形控制、索力控制、应力控制计算及数据分析处理方法。研究结论:(1)主梁变形及应力受梁体自重、预应力和斜拉索索力影响最大,混凝土收缩徐变和索梁塔温差均为影响成桥索力及塔偏的敏感因素;(2)与常规大跨斜拉桥相比,二者力学行为差异大;(3)理论及实践表明,采用的控制系统、计算分析处理方法确保了主梁线形平顺、应力安全可控、索力均匀,均符合规范及设计要求;(4)本研究成果可应用于类似复杂结构的施工控制。     

多塔矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析

基于结构参数敏感性分析的摄动原理,通过选择合适的摄动值计算各参数对结构力学性能的敏感系数,研究多塔矮塔斜拉桥参数变化对结构内力、变形和自振特性的影响大小,为结构设计和施工监控提供参考。研究结果表明:边跨长、主梁刚度、桥墩刚度的变化对结构刚度和内力影响较大,拉索刚度、跨中无索区长度对结构内力的影响相对较小;塔跨比、拉索刚度、主梁刚度是影响索力的主要因素;主梁和桥墩刚度、边跨长度对主梁振型的影响较大;塔跨比、主塔刚度则对主塔的振型有较大影响。     

大跨斜拉桥上无缝线路伸缩力影响因素分析

研究目的:大跨度斜拉桥结构复杂,为"塔-索-梁"空间组合结构,在荷载作用下,其无缝线路梁轨相互作用极为复杂。本文以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,基于梁轨相互作用原理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,分析主塔墩温差、斜拉索温差、主塔墩刚度、主梁刚度及结构支撑体系对钢轨伸缩力的影响,为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论依据。研究结论:(1)随着主塔墩温差增大,钢轨伸缩力减小,主塔墩温差越大,主梁主跨竖向位移就越大;(2)随着斜拉索温差增大,钢轨伸缩力增大较小,但主梁主跨竖向位移急剧减小;(3)主塔墩刚度变化对钢轨伸缩力影响较小;(4)采用漂浮体系时,钢轨伸缩力与半漂浮体系几乎一致,采用塔梁固定支撑和塔梁固结体系时,主梁左端梁缝处的伸缩力减小,但主梁右端梁缝处的钢轨伸缩力反而增大,因此在铁路大跨斜拉桥设计中建议不采用这两种支撑体系;(5)该研究成果可指导大跨度斜拉桥无缝线路设计。     

悬索桥锚跨索股张拉力监控

悬索桥施工时,锚跨按索股张拉力进行控制.针对锚跨索股的空间离散性,从索股的利用效率考虑,研究了成桥索力分布模式,及其对应的计算思路,从而计算成桥状态各索股精确的空间走向、索力和无应力长度.对施工阶段包括索股张拉阶段时的锚跨索股进行了计算研究,计算其对应阶段的索力.通过引入能计入温度的悬索公式,分别计算了散索鞍固定、自由工况下温度对锚跨索股张拉力的影响.     

“月牙形”独塔曲线斜拉桥成桥计算及结构优化研究

为研究独塔单索面单侧拉吊曲线斜拉桥结构受力性能,以一种新型而特殊的"月牙形"独塔曲线斜拉人行桥为工程背景,采用有限元法分析计算其合理成桥状态。针对主梁局部存在截面转角相对较大的问题,提出3种解决方案:合理布置水平斜撑的"被动"方案、设置拉压杆预应力的"主动"方案和联合方案。研究结果表明:将主塔塔顶横向位移作为主要设计目标,按斜拉索对主塔的施力方向对斜拉索分组,辅以刚性支承连续梁法、影响矩阵法对该桥进行成桥索力计算较为快速和合理;通过合理布置桁架结构和引入预应力,可在满足规范要求、减轻结构整体重量的同时减小局部截面转角较大的问题,提高结构受力性能。研究结果可为同类型斜拉桥的设计提供参考。     

非对称矮塔铁路斜拉桥塔梁施工监控研究

矮塔斜拉桥,又称部分斜拉桥,是近年来被广泛采用的一种桥梁结构形式。以天津西外环的津保铁路矮塔斜拉桥为工程背景,为确保施工的安全性,对其施工控制进行了研究。首先建立了津保斜拉桥的有限元模型,对结构稳定性和动力特性进行分析;其次建立了施工监测系统,对监测结果进行分析。分析结果表明,津保桥成桥后主梁线形与设计线形基本一致,主梁应力满足规范要求,斜拉桥成桥索力与设计索力基本一致,实时监测提高了津保桥按图施工的精确度。     

桩土作用下公铁两用斜拉桥强地震倒塌研究

研究目的:为研究桩土相互作用下大跨度公铁两用斜拉桥在强地震作用下的倒塌破坏机理,本文基于显式动力有限元法,以某公铁两用钢桁架梁斜拉桥为工程实例,建立该斜拉桥倒塌破坏分析的数值模型,探讨地震波作用于水平纵向的倒塌破坏全过程。研究结论:(1)首先边墩和辅助墩均出现了明显的屈服破坏,且破坏位置均在墩底部,其次主塔上横梁位置和主塔下横梁位置出现屈服破坏从而导致主塔结构的屈服破坏,最后在结构倒塌破坏过程中伴随着端部少数斜拉索的断裂破坏;(2)对整体结构倒塌破坏起关键作用的构件及破坏位置为辅助墩墩底、边墩墩底、边墩支座、主塔上下横梁连接部位及主塔底部;(3)在斜拉桥的倒塌过程中会伴随少数端部斜拉索的断裂破坏,该位置处的拉索出现失效破坏的概率最大,但不是引起结构倒塌的主要原因,同时大部分斜拉索出现了较大的索力变化幅度,因此应该保证斜拉索具有足够的设计承载能力安全系数以防由于拉索断裂失效而引起的结构倒塌破坏;(4)本研究成果可为斜拉桥抗倒塌设计和地震易损性研究提供参考。     

一种新型斜拉桥索-塔锚固结构的设计研究

研究目的:某斜拉桥项目采用非对称独塔斜拉桥结构形式,索塔两侧拉索索力在施工阶段及成桥运营阶段差异较大,为有效解决这个问题,设计将交叉锚固形式与索鞍锚固形式相结合,在传统分丝技术索鞍基础上,索塔两侧单根钢绞线均穿过各自分丝管分别利用抗滑键锚固在索塔的相对一侧,每一根钢绞线均可作为一个单独的拉索系统,亦可以实现单根钢绞线换索。本文通过对该类型斜拉桥索-塔锚固结构进行研究,包括有限元计算分析及模型试验,为该类型索-塔锚固结构用于其他项目提供一些建议。研究结论:(1)与现有的索鞍锚固形式相比,该形式彻底解决了斜拉索在弧形索鞍处的滑移问题,可以满足桥梁索塔两侧拉索索力不同的使用需求;(2)可以根据索塔两侧不同的索力需求设置不同的拉索结构形式,达到降低拉索用量的目的;(3)与空心塔侧壁锚固形式相比,本索-塔锚固结构形式可以使混凝土索塔只受压不受拉,提高了结构的耐久性,而且可以简化索塔结构,达到为斜拉桥索塔"瘦身"的效果;(4)本索-塔锚固结构形式在中小跨径独塔斜拉桥中具有良好的应用前景。     

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥2000MPa平行钢丝斜拉索设计研究

新建商合杭高铁芜湖长江公铁大桥主桥为主跨588 m的不对称矮塔钢桁梁斜拉桥。受桥位处机场航空限高限制,斜拉桥主塔建筑高度受限,与常规斜拉桥相比,芜湖长江公铁大桥具有大跨、塔矮、索平的结构特点,斜拉索运营状态下最大单根索力达16 000 k N。为减小索体直径、锚具尺寸,减轻单索质量,设计采用标准抗拉强度2 000 MPa的预制平行钢丝斜拉索。为确保新型斜拉索技术性能,大桥设计过程中针对超大吨位斜拉索设计选型、2 000 MPa级平行钢丝技术条件、超大吨位斜拉索锚具、并排拉索振动控制等关键技术问题开展研究,在芜湖长江公铁大桥中成功实现547丝2 000 MPa级平行钢丝斜拉索的首次应用。     

瓯江特大桥悬浇施工过程斜拉索索力张拉控制技术

预应力混凝土斜拉桥悬浇施工过程中,索力须多次调整,结构体系不断转换,如何实现斜拉索索力的精确调整和控制至关重要。本文以瓯江特大桥为背景,对预应力混凝土斜拉桥悬浇施工过程索力张拉控制方法进行了研究。首先,根据斜拉桥施工方案通过有限元计算分析确定结构中间施工理想状态;然后,根据斜拉索在相应工况下目标索力值与斜拉索锚固点三维坐标之间的关系,计算出斜拉索各工况无应力索长,除斜拉索挂设张拉时采用千斤顶控制斜拉索的索力外,后续斜拉索以锚头拔出量或回缩量调整斜拉索无应力索长的方法进行索力控制;最后对斜拉索索力的控制效果进行了评价。     

跨繁忙铁路转体矮塔斜拉桥拉索施工技术

结合永修万宝路上跨繁忙的京九、昌九铁路(95+160+95)m预应力混凝土转体矮塔斜拉桥项目,分析了拉索施工的重难点,研究了既有线斜拉索施工风险与控制技术、分丝管索鞍安装控制技术、单根挂索与张拉技术、全桥单根循环调索技术、索力监测技术等。实践表明：梁面的汽车吊布置在远离既有线一侧等措施,确保了拉索施工安全;采用劲性骨架定位法定位分丝管索鞍,确保了定位精度;采用两次张拉调索技术,通过第一次张拉后索力及第二次张拉后索力与其对应理论索力的对比分析,偏差均在5%以内,保证桥梁的线形、内力达到了设计要求;创新采用锚索计法和频谱法相结合的索力监测方法,为桥梁运营期索力精确监控提供依据。     

安庆长江大桥桥上无缝线路设计方案研究

安庆长江大桥为大跨度钢桁梁斜拉桥,桥上铺设无缝线路.大跨度斜拉桥结构复杂,为塔-索-梁空间组合体系,铺设无缝线路后,在荷载作用下,会形成"塔-索-梁-轨"藕合作用体系,其无缝线路力学传递机理较一般桥上无缝线路更为复杂.通过建立大跨度斜拉桥"塔-索-梁-轨"耦合模型,对安庆长江大桥桥上无缝线路纵向力进行计算分析,比选大跨...     

波纹钢腹板矮塔斜拉桥结构静动力分析

通过建立有限元模型对波纹钢腹板矮塔斜拉桥以及钢筋混凝土梁矮塔斜拉桥进行了静动力性能分析,对比了两者在移动荷载作用下主梁内力、主梁挠度、主塔内力、拉索内力以及结构自振特性的区别。研究结果表明:矮塔斜拉桥结构整体受力性能接近于连续梁;将钢筋混凝土梁替换成波纹钢腹板后,矮塔斜拉桥主梁刚度降低,主梁承担的荷载效应减少,此部分荷载效应通过拉索传递到主塔结构上,因此整体结构受力特点由主梁依赖型向主梁拉索协同型转变。     

振动频率法测量斜拉桥索力的影响因素研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件。在施工阶段斜拉索的索力对主梁的线形控制及内力的分布起决定性作用;在成桥及运营阶段斜拉索的索力依然影响着主梁和塔柱的内力和线形。通过调整拉索索力,可以使斜拉桥结构处于理想的工作状态,因此索力的准确测量是非常重要的。以天水市藉河斜拉桥为工程背景,研究振动频率法测量索力的影响因素。通过现场实测数据对垂度、阻尼器、频率等因素作了详细的比较研究,结果表明:垂度对索长超过50 m且自重张力比23.89的拉索影响较大;若忽略斜拉索垂度的影响,频率阶数对测量的结果影响较小。     

大跨斜拉桥上无缝线路纵向力的变化规律研究

研究目的:大跨度斜拉桥结构复杂,为"塔-索-梁"空间组合结构,铺设无缝线路后,在荷载作用下,会形成"塔-索-梁-轨"耦合作用体系,其无缝线路力学传递机理极为复杂。以安庆长江大桥为例,通过建立大跨度钢桁梁斜拉桥上无缝线路"塔-索-梁-轨"空间耦合计算模型,分析不同体系温差、斜拉索修正弹性模量、纵向阻力模型及小阻力扣件的影响,为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论依据。研究结论:研究结果表明,随着斜拉桥体系温差变化幅度增大,钢轨伸缩附加力明显增加;斜拉索弹性模量修正与否对伸缩力和制动力影响较小,而对挠曲力影响较大;采用不同纵向阻力模型,伸缩力计算结果相差不大,挠曲力和制动力计算结果有较大差别;采用小阻力扣件可降低无缝线路纵向附加力,且应结合工程造价优先考虑在斜拉桥边跨和两侧引桥上铺设小阻力扣件方案。     

高速铁路斜拉桥上无缝线路纵向力研究

采用带刚臂的梁单元模拟桥梁,用非线性弹簧模拟线路纵向阻力,并采用相关文献试验结果进行验证。以该模型为基础,建立塔-索-轨-梁-墩-桩的斜拉桥整体空间有限元模型。以沪昆高速铁路某(32+80+112)m槽型截面单塔斜拉桥为例,对斜拉桥上无缝线路纵向力传递规律进行分析;计算纵向力对斜拉索和塔墩影响;探讨桥梁截面形式、线路纵向阻力模型、斜拉桥约束方式、主梁和拉索温度变化、风压以及钢轨伸缩调节器设置位置等设计参数对纵向力影响;提出相关取值建议。