悬索桥主缆与索鞍间滑移行为及力学特征试验

为明确主缆与索鞍间的滑移机理,给相关理论研究提供必要基础,开展了试验研究以揭示主缆在不平衡力作用下的滑移行为及力学特征。制定了以两端张拉丝股模拟主缆平衡状态、以单侧顶推索鞍模拟主缆偏载状态的加载方案,并设计了相应的试验模型及测试方法;考虑索股侧面摩擦及试验索股数目的影响,开展了共8种工况的试验测试,利用实测数据对索力发展特征、索股滑移行为、滑移时变效应及名义摩擦因数变化规律等关键问题进行了系统研究。结果表明：顶推索鞍初期所产生的不平衡力在索股间平均分配,随着不平衡力增大,索股相继滑移且滑移后基本维持其索力差不变;索股均已滑移后的缆力差的发展具有单向性,但残余缆力差相对较小;索股位移发展包括弹性变形、局部蠕动和滑移3个典型阶段;主缆滑移时变效应有限,即主缆滑移后仍具备较可靠的稳载能力;名义摩擦因数随索股相继滑移而增加的同时会引起较突出的索力不均匀性问题,故在主缆抗滑措施研究中尚需对该问题予以重视;侧面摩擦是索股分批滑移及索股数目对试验结果产生影响的根本原因,鉴于侧面摩擦显著的抗滑贡献,对其继续深入研究并充分应用具有重要意义;建议多塔悬索桥主缆与索鞍间的摩擦因数取值可放宽至0.2。     

悬索桥主缆紧缆机研究

主要论述用于特大跨径悬索桥主缆施工的主缆紧缆机械特点、性能及实际应用情况。     

三塔悬索桥中塔主缆与鞍座间抗滑移试验研究

泰州长江公路大桥的初步设计中提出三塔悬索桥设计方案,为了研究特定工况下中塔主缆在鞍座内的滑移情况,江苏省长江公路大桥指挥部主持开展了主缆与中主鞍座间抗滑移试验研究。我国和美国、日本都曾开展过主缆与鞍座鞍槽间摩擦机理分析的试验,由于试验及试验模拟的差异等,试验结果离散性较大。本试验采用与实桥直径相同的镀锌钢丝和具有相同曲率、结构尺寸以及表面处理的鞍槽,力求全面模拟各束股与束股之间、钢丝之间、束股与鞍槽间的真实的接触特征,采用与实桥基本相同的接触挤压应力,以期能较为真实地反映三塔悬索桥中塔主缆在鞍座间的抗滑移情况。     

悬索桥主缆线形的鞍座影响

提出了一个基于数值解析法的悬索桥主缆线形计算方法,能全面考虑各种鞍座影响,可用于成桥状态、空缆状态和施工阶段等各阶段的主缆线形分析。通过算例分析了鞍座对主缆线形的影响,计算表明,由于直接约束着主缆的变形,鞍座对主缆线形,特别是施工阶段的主缆线形有较大的影响。计算还表明,本文方法具有考虑因素全面、计算精度高、速度快、使用方便等优点。     

悬索桥主缆与鞍座间摩擦系数的测定

为了研究特定工况下中塔主缆在鞍座内的滑移情况,对泰州长江公路大桥开展了主缆与中主鞍座间抗滑移试验研究,试验采用与实桥直径相同的镀锌钢丝,全面模拟各束股与束股之间、钢丝之间、束股与鞍槽间的真实的接触特征,以期使试验测出的主缆与鞍座鞍槽间摩擦系数能较为真实地反映实桥的情况.     

悬索桥主缆丝股锚固力的计算方法探讨

悬索桥主缆丝股的锚固力的计算是悬索桥施工控制的一项重要内容。悬索桥主缆锚固力的计算有几种方法，各种方法有其优缺点和适用范围。对于滚轴式散索鞍应采用锚跨与边跨的丝股张力在滑动斜面上的投影合力为0为条件计算锚跨张力；对摇轴式散索鞍，应采用边跨和锚跨在散索鞍切点处的张力对摇轴中心合力矩为0为条件计算锚固力。实际的施工控制中，对这2种散索鞍，可分别以上述的总合力或合力矩为条件，所有丝股设定一个完全相等的锚固力，该固定力近似等于按2种精确方法计算的各丝股锚固力的平均值。     

无索鞍预偏施工悬索桥的主缆施工控制计算

针对采用无索鞍预偏施工设计的悬索桥施工控制中主缆空缆状态、空缆标高等控制参数的计算问题,使用有限元程序ANSYS全桥统一建模,从link10单元初应变调整和单元生死功能入手,寻找结构的成桥内力状态,并从成桥状态出发,倒退至结构空缆,对应无索鞍预偏施工方法的空缆状态定义,调整结构受力,最终得到空缆状态的结构线形及内力参数。实例验证表明,该方法有效地解决了无索鞍预偏施工控制中主缆线形的计算问题。     

悬索桥主缆与配有摩擦板的鞍座之间的摩阻力

为增加主缆与鞍座间的摩阻力而采用水平摩擦板是有效的。然而在大跨度悬索桥中这种做法还没有先例。用一套试验主缆与配有摩擦板的鞍座进行了试验研究。考虑了在基本荷载和地震荷载作用下的摩擦性能．虽在地震荷载引起的相当巨大的振动下，主缆并未出现较基本荷载作用下更易于滑动的现象。根据试验所得，导出摩擦机理的一个分析模型，将此模型用于分析一座悬索桥。最后．往搞清机理的基础上．建议了一个有摩擦板的鞍座的设计总摩擦系数和一个地震安全系数。这些均在东京彩虹桥的设计中被采用。     

悬索桥主缆自牵引式检修车研究

依据连镇铁路五峰山长江特大桥工程项目“五峰山长江大桥主缆系统检修设备研究课题”(课题号2017167),针对悬索桥主缆检修功能要求的特点,运用模块化设计方法,研发了一种自牵引式检修车。该检修车具备大角度爬升、行走自动纠偏、自动跨越主缆索夹等特点。研究分析了检修车的总体功能要求及不同实现方式的优缺点,并对检修车车轮对主缆表面的作用与影响进行了分析、研究,同时对检修车主体结构进行了强度与安全性分析。     

大跨度悬索桥主缆线形主要参数的影响性分析

采用非线性有限元分析软件,对千米级悬索桥线形影响较大的8个参数进行主缆跨中标志点标高的分析,得到了各个参数在单位变化量时,产生主缆跨中标志点标高的影响值,并根据实际可能发生程度,提出主缆架设前和架设中需重点关注的参数。     

悬索桥主缆成桥线形确定的有限元新算法

为提高悬索桥主缆线形确定的有限元算法的执行效率,对单悬索结构ANSYS程序找形原有算法的不足进行分析,提出模型更新位移预测和残差补偿算法。该算法通过主动预测的变步长来更新模型,并采用有效方法来处理大步长更新所带来的不利后果。采用该新算法对2座桥进行计算,结果表明该新算法找形分析的计算结果可靠,计算精度及效率高。     

悬索桥主缆的内部检测

悬索桥主缆检测分为3个级别:日常巡查及维护、2年1次的全主缆定期巡检和主缆的内部检查.结合美国国家公路合作研究计划(NCHRP)534指南,以及在该指南指导下进行的英国M48塞文桥主缆检测的报告,介绍在对主缆进行内部检查时如何确定检测的位置、检测的具体步骤、需要记录的数据以及钢丝样本的提取方法.通过介绍的主缆检测方法,可以获得悬索桥主缆的基本健康状况,对提取出的样本钢丝进行张拉试验,可为主缆强度的评估以及剩余寿命的计算提供数据资料.     

单塔悬索桥的地震响应研究

根据空间有限元计算模型，采用混合结构形式，以福建省沙县单塔悬索桥为研究对象，运用时程分析法，分析在地震波作用下主要结构参数对单塔悬索桥的动力特性及地震响应的影响，综合了单塔悬索桥的抗震性能，为推广和发展此类悬索结构提供了理论依据。     

悬索桥主缆架设阶段灰色控制系统的研究

选取了悬索桥主缆架设阶段的控制参数，对控制参数的影响因素进行了分析，提出了控制参数的确定方法，并以基准索股提高为控制参数，建立了该阶段的灰色预测模型，以设计期望值和灰色预测值为基础，给出了基准索股与一般索股的优化调整方法，从而建立了该阶段的控制系统。     

三维螺旋主缆悬索桥总体构思

构思了由平行多主缆悬索桥扭转而成的三维螺旋主缆悬索桥结构,并建立了数值模型验证其结构可行性。通过多个数值模型模拟了不同扭转角下的结构竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度的变化规律。分析表明,随着扭转角的增加,结构的横向和竖向刚度均先明显变大后稍有降低。抗扭刚度随扭转角有降低的趋势,但变化不明显。三维螺旋主缆悬索桥主缆处于全受拉状态,传力途径明确,结构稳定,可以在人行桥和景观桥上应用。主缆会在节间片上产生径向压力,大扭角的三维螺旋主缆悬索桥存在发生弹性突跳破坏的风险。     

2000 m级超大跨度悬索桥主缆架设影响参数研究

为研究地球曲率、温度、主缆弹性模量以及加劲梁恒载误差对2 000 m级超大跨度悬索桥主缆成桥线形的影响,以主跨2 180 m的广州狮子洋大桥为背景,采用BNLAS软件建立主桥有限元模型,基于单一变量法对上述参数的影响性进行分析。结果表明：地球曲率对超大跨度悬索桥的主缆成桥线形影响较大,可通过在索股制造时对分跨标记点进行修正以避免该因素的影响;主缆成桥线形对温度变化极其敏感,建议增加温度测试断面数量以得到更为精确的温度场分布,据此对主缆成桥线形进行修正;主缆弹性模量影响索股的无应力长度,进而影响主缆成桥线形,需增加钢丝弹性模量的测试精度及抽样比例,得到符合实际主缆弹性模量的检测值,据此修正主缆成桥线形;加劲梁恒载误差对主缆成桥线形的影响很大,主缆架设前需要对钢梁进行称重并测试铺装材料的容重,根据实际重量重新计算主缆成桥线形,并且在铺装层施工时精确控制铺装层厚度。     

悬索桥空间主缆精确解析计算法

采用数值解析法对空间缆索悬索桥戍桥状态进行了线形分析,通过算例验证了其正确性。计算表明,该方法具有速度快、精度高等优点,并适用多跨空间缆索悬索桥及常规悬索桥。     

大跨径悬索桥主缆防腐蚀技术的研究

悬索桥主缆钢丝腐蚀是国内外悬索桥普遍存在的问题,作为悬索桥的主要承重构件的主缆,它的安全性及其耐久性直接关系到桥梁的使用年限,故对其钢丝进行特殊防护,是保证桥梁正常运行及保证桥梁使用寿命的重要措施。为了更加经济,更加方便地进行主缆钢丝的防护,同时考虑到长远利益,对主缆防腐蚀技术研究现状的了解显得尤为必要,故主要介绍了大跨径悬索桥主缆防腐蚀技术的发展状况。     

既有悬索桥主缆现状的检测与研究

结合纽约地区既有悬索桥运营养护管理的经验，主要探讨了对悬索桥主缆的强度、延性、应力腐蚀及耐久性的检测与试验和评定方法，分析了影响悬索桥寿命的主要因素，指出了主缆、吊索、锚杆等防腐养护的重要性。     

悬索桥主缆精确找形的广义悬链段模型法

索鞍的模拟是悬索桥主缆精确找形分析的重点和难点,常用的处理办法有悬链交点法和切线交点法两种。该文建立了一种两端带虚拟刚臂的广义悬链段模型,统一了悬链交点法和切线交点法,实现了悬索桥成桥状态主缆的精确找形分析。在不增加求解规模的情况下,精确模拟了索鞍的作用,自动保证了索鞍处两侧主缆与鞍槽的切线、主塔中心线汇交于IP点,从理论上消除了一般悬链交点法确定的成桥状态索鞍两侧主缆拉力、塔顶反力三力不汇交导致的主塔附加弯矩。广义悬链段模型的推导基于虚拟刚臂重量不计、刚度无穷大及弹性悬链段的精确解。该悬链段模型适用于鞍槽纵向曲线为单一圆曲线及复合圆曲线的情况。主鞍采用单一圆曲线时,圆曲线半径可由广义悬链段的刚臂长度及倾角直接导出,也可人为指定。工程算例验证了广义悬链段模型的精确性。