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。     

考虑流固耦合CFRP拉索风振响应分析

以肇庆市阅江大桥工程为背景,采用等效强度法,以CFRP材料替代传统钢拉索,采用Davenport脉动风速谱,利用Matlab对阅江大桥拉索结构风场进行仿真模拟。以模拟数据作为结构风场条件,考虑两类拉索空间结构工况,通过Workbench对钢索及CFRP拉索流固耦合风振响应进行计算分析。计算结果表明:采用CFRP作为拉索材料,索结构的风振响应表现相比传统钢索有增强亦有减弱,但CFRP索的振动频率在不同流场分布下均有提高。     

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。     

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。     

无背索斜塔斜拉桥的模态分析及1∶1内共振研究

无背索斜塔斜拉桥由于取消了单侧背索,受力性能与传统的直塔斜拉桥有所不同,研究其动力学特性十分重要。以某无背索斜塔斜拉桥为工程背景,建立2种不同的二维有限元模型,通过对比2种模型计算结果,采用不同方法模拟斜拉索对无背索斜塔斜拉桥模态的影响。基于所建立的模型,计算无背索斜塔斜拉桥的频率和振型,并将模型计算出的频率与采用张紧弦理论计算出的频率进行对比,验证了研究结果的正确性。简要介绍采用多尺度法进行无背索斜塔斜拉桥非线性内共振求解的基本理论。采用有限元法对比各阶模态间的频率匹配关系,揭示不同模态间的1∶1内共振行为。结果表明:斜拉索的弹性支承作用和索力对全局模态的影响不大;采用多个单元模拟斜拉索可以更准确地反映斜拉桥的动力学特性,两种模型配合使用,可以快速确定各阶模态间的内共振关系;在一定条件下,全局模态与局部模态间会发生1∶1内共振,局部模态与局部模态间也会发生1∶1内共振,由于无背索斜塔斜拉桥频率的密集性,甚至有可能激起多根索的振动。     

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。     

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。     

广州鹤洞大桥相似模型结构动态特性试验

索吊桥的模态参数是检验有限元动态数字模型，预估颤振和计算抖振的非常重要的依据。针对鹤洞桥的结构模型的对称性，在动力特性试验中采用了分离模态法，并且在数据采集和信号分析中进行了合理的参数选择，从而确保了试验精度。     

基于模态识别的短索索力识别方法

为了研究在未知边界条件与抗弯刚度下短索索力的识别方法,在整理经典索力计算公式的基础上,分析了拉索模态振型特征,采用随机子空间法与曲线拟合技术,提出了基于结构模态的短索索力识别方法,并进行了数值模拟与实验室短索的索力测试,以验证该方法的有效性。数值模拟结果表明:在理想条件下,除二阶模态外,曲线拟合得到的各阶参数识别误差均在0.5%以内;除一阶与二阶模态联立的情况外,由一阶模态与其他阶模态联立方程组求得的索力误差均在1.2%以内。实验室短索索力测试结果表明:弦模型已不适用于该试验索的索力识别,而采用梁模型并经过修正后,其索力识别误差为1.02%。针对试验索,将基于模态识别索力方法与经典索力测试方法进行对比分析,结果表明:由于经典测试方法面临着选取计算长度与抗弯刚度的难题,计算长度或抗弯刚度的选取不当会造成索力识别误差过大,因此,经典测试方法不适用于短索索力识别。综上所述,基于结构模态的短索索力识别方法能够避开计算长度与抗弯刚度的选取难题,提升了短索力测试的精度,能够满足工程测试的需要。