自锚式悬索桥空间主缆线形的计算方法

基于空间分析模型,研究了自锚式悬索桥空间主缆线形的精确计算方法,根据主缆在吊杆之间的各索段在自重作用下呈悬链线,推导并研究了空间主缆在吊杆力作用下坐标的迭代计算方法.根据主缆空间线形及其理论交点,确定合理的鞍座位置,根据主缆无应力长度不变的原则,确定主缆的空缆线形.基于上述理论,以某空间缆索自锚式悬索桥为例,进行了详细的分析,给出了主缆无应力长度、鞍座位置、鞍座预偏量等,确定了该桥的合理成桥状态及空缆状态时的线形.算例分析表明:空间缆索自锚式悬索桥主缆线形计算方法是正确、可行的.     

空间缆索悬索桥的主缆线形分析

用空间分析模型 ,考虑了主缆和吊索的耦合效应和鞍座的影响 ,采用数值解析法对空间缆索悬索桥成桥状态和空缆状态主缆线形进行分析 ,然后通过算例验证了所提方法的正确性 .计算表明 ,该方法具有使用方便、计算速度快、精度高等优点 ,并适用于多跨空间缆索悬索桥、纵桥向斜吊索及常规悬索桥     

自锚式悬索桥主缆架设监控

自锚式悬索桥在缆索体系施工过程中,主缆线形控制贯穿整个施工过程。主缆架设作为主缆线形控制的首要环节直接影响着主缆线形能否达到设计要求。以浙江中湖大桥主缆架设为例,论述了主缆空缆线形各控制点的确定方法及处理措施;对比标准状态下解析法与有限元法计算主缆空缆线形结果;研究了无应力索长、跨度、温度对索股垂度的影响,以便快速、精准地确定基准索股线形。     

悬索桥缆索系统的数值分析法

针对已有计算方法的不足之处,提出了一种各种状态下悬索桥主缆线形的精确数值算法和索股、吊索长度的计算方法.该方法能全面考虑温度、各种鞍座及主塔的约束作用对主缆线形的影响,并能很好地处理主缆与鞍座的接触问题,可以方便地模拟塔顶鞍座临时固接和顶推这一悬索桥特有的施工工况,索股长度计算时能精确考虑悬索桥锚跨索股的空间走向,具有计算精度高、速度快的优点.利用该方法编制的软件已用在江阴大桥和润扬大桥的设计和施工中.     

悬索桥空间主缆分析

为了确定悬索桥空间主缆恒载线形,根据已有的二维模型,提出了一个三维主缆线形计算方法.直接从三维索的几何方程和平衡方程出发推导了索形迭代计算方法,该方法将三维主缆投影到2个平面上分别考虑几何边界条件和力的平衡条件,考虑了倾斜吊杆的影响,引入梯度迭代法,推导了三维主缆的迭代方程,给出了具体计算分析的迭代流程;采用C++语言编制了主缆三维恒载线形分析程序CF3D.基于该方法和程序对一座悬索桥的主缆进行了恒载线形的迭代计算分析.研究结果表明:该方法精度完全能满足工程计算要求,迭代计算出的主缆线形平顺.该方法具有使用方便、精度高等优点,适用于多跨空间缆索悬索桥.     

缆索与鞍座间的摩擦特性

缆索与主鞍座间抗滑移稳定是保障大跨度悬索桥安全的关键,对主缆与鞍座间摩擦系数进行模型试验.在试验中,考虑实桥在使用阶段索股的主缆与鞍座间的实际接触应力对摩擦系数的影响,试验得到泰州长江大桥单索股与鞍座、多索股与鞍座间的摩擦系数.对影响缆索与鞍座间摩擦系数的主要原因以及模型试验测试值与实桥摩擦系数之间的关系开展探讨,通过...     

基于刚性支承连续梁法的悬索桥成桥状态解析算法

为解决悬索桥合理成桥状态平衡态计算闭合问题，系统提出成桥状态的解析算法。首先，根据余能定理推导基于刚性支承连续梁成桥状态目标函数，考虑索塔压缩变形，基于悬链线理论建立缆索体系非线性方程组；然后，考虑加劲梁无应力曲率，根据加劲梁弯曲变形微分方程组，构建多节点力作用下的加劲梁位形计算非线性方程组；进而，根据成桥状态下刚性支承连续梁位形，设立加劲梁各吊点最优化控制目标函数；最后，基于吊索体系联立缆索体系与加劲梁体系的力学模型非线性方程组，实现基于刚性支承连续梁的成桥状态各构件力学参数化求解，并将推导的解析算法与有限元模型的研究结果进行对比分析。结果表明：解析算法计算结果由于计算过程的闭合条件，与有限元模型计算结果基本吻合，对于关键参数吊索力及主缆线形计算差值率控制在0.1%以内，加劲梁弯矩极值差值率约为-0.34%;推导的解析算法为精细化合理成桥状态闭合方法，可作为悬索桥合理成桥状态设计的可靠方法。     

景观悬索桥装饰缆索的找形与内力计算

景观悬索桥的装饰缆索不参与主结构受力,但却是桥梁不可分割的一部分.为保证其成桥后主缆及吊杆线形,必须有一定的内力与主桥相匹配.提出了一种针对悬索桥装饰缆索的找形及内力计算方法,首先建立主缆模型,并将各吊杆作用简化为竖向约束,计算各区段缆索拉力及吊杆的张力,进而通过主缆及吊杆的适宜张力计算其下料长度.结合新疆某景观悬索桥实例,利用MIDAS/Civil建立主缆局部有限元模型,计算主缆、吊杆张力及理论下料长度,并对其进行风振激励下的动力特性验算.按该方法计算的下料长度及拉力进行施工,成桥后各方面均可满足要求.     

自锚式悬索桥施工过程模拟分析

基于UL列式的虚功增量方程,推导出了适用于悬索桥缆索几何非线性分析的两节点悬链线索单元,并在此基础上,提出了一套模拟自锚式悬索桥施工全过程的精细迭代算法.以佛山市平胜大桥独塔自锚式悬索桥(主跨350 m)为例,对加劲梁的施工拟采用2种模拟方法,方法1为“等效集中力法”,即把加劲梁的重量等化为集中力作用在主缆上,而方法2则是考虑加劲梁的重量由主缆和加劲梁共同承担.应用自编程序,分别对其进行了施工过程的模拟计算,得到了各自的鞍座及索夹偏位、主缆初始线形等架设参数以及一期恒载、二期恒载状态下的结构几何形状及内力.通过对2种施工模拟方法的比较分析得出,方法1具有较好的可行性.     

自锚式吊拉组合体系桥主缆线形计算方法

基于分段悬链线理论,考虑自锚式吊拉组合体系桥主缆锚固点位置及桥塔高度的变化,分别介绍了其成桥和空缆状态主缆线形及主缆无应力长度的计算原理和步骤．考虑索鞍的影响,编制了主缆线形计算程序．算例验证结果表明该方法是正确可行的,所编程序具有收敛速度快、计算精度高、便于工程应用等特点,对自锚式吊拉组合体系桥的设计和施工都具有很好的指导作用．     

考虑摩阻力影响的悬索桥索鞍精确算法

为了在悬索桥分析计算中精确模拟索鞍位置,给悬索桥的设计、施工和监控等提供参考,提出了一种索鞍位置的解析算法。该算法考虑了主缆与索鞍间摩阻力对索鞍位置的影响,根据欧拉公式,推导了摩阻系数的计算公式,通过建立索鞍数学模型和胡克定律,提出了主缆与索鞍间索鞍摩阻力计算方法。从力学和几何关系出发,建立基于弹性悬链线和静力平衡方程的索鞍计算模型,推导了基于初始索鞍位置坐标与平衡状态索鞍位置坐标间偏差的计算公式,引入雅克比矩阵,通过牛顿迭代法求解,使得偏差小于某一允许限值,即可认为索鞍单元位于平衡位置,同时推导了索鞍单元的切向刚度矩阵。结合解析算法,引入温度伸缩杆的概念,给出了一种适用于有限元分析与数值算法相结合的索鞍模拟方法,可用于精确模拟悬索桥索鞍在施工过程中的顶推,提高主缆在施工过程中线形的计算精度,将算法通过MATLAB程序进行迭代计算。最后,通过2组算例对比验证了该算法的可靠性,并通过改变摩阻力的取值,分析了摩阻力对索鞍位置的影响趋势。研究结果表明:提出的解析算法可精确模拟索鞍位置,公式收敛性好;摩阻力对索鞍位置的影响较小,简化计算中可以忽略,但在精确分析尤其是大跨、多跨悬索桥受力分析时,应予以考虑。     

悬索桥成桥状态计算方法

假设悬索桥主缆自重沿弧长均匀分布，加劲梁、桥面等其余恒载沿水平均匀分布，考虑主缆弹性伸长对其自重集度的影响，导出了以参数u（shu=dy／dx）表示的主缆线形方程。由边界条件，建立了求解主缆水平张力和端点未知参数的非线性方程组，采用拟牛顿法求解。然后通过改变参数u来确定主缆线形坐标。最后由积分法导出了主缆索有应力和无应力长的计算公式。算例表明该方法收敛速度较快，计算精度较高，可用于悬索桥设计与施工控制计算。     

CFRP材料对两千米级悬索桥缆索系统风致内共振的减振效果

针对大跨度悬索桥吊杆的风致内共振问题，探索了高性能CFRP材料应用于悬索桥缆索系统后的风致响应减振效果.探索性地设计了主跨2 000 m且缆索材料各异的悬索桥模型，根据CFRP主缆、钢主缆、CFRP吊索和钢吊索4种基本构件组合成4种缆索承重方案，分析了4种缆索承重方案的自振特性，并进行脉动风场模拟，在此基础上引入时域抖振力模型后得到结构风致响应的数值模拟结果 .研究结果表明：采用钢主缆钢吊杆的情况下，许多长吊杆存在明显的共振现象；主缆材料不变，将吊索材料替换为CFRP后，共振现象完全消失；采用CFRP主缆与钢吊索组合时，共振现象仍然存在，且吊杆的共振程度与钢主缆钢吊索方案类似；采用CFRP主缆与CFRP吊杆方案时，吊杆共振现象消除，其响应幅值甚至小于主缆的激励源幅值. 4种方案的对比表明，主缆材料对共振响应的影响不明显，用CFRP材料提高吊杆的自振频率则是消除共振的关键.     

悬索桥成桥主缆线形计算的混合线形理论法

基于悬索桥在恒载作用下的力学特点,对悬索桥的主缆线形及无应力长度的解析计算方法进行研究,在抛物线理论和悬链线理论的基础上推导出混合线形理论近似显式方法,以此确定恒载状态下成桥线形、主缆无应力长度.与精确计算方法相比,该方法计算过程简单且精度高于抛物线法,精度满足成桥几何线形的初步设计要求,适用于主缆线形和内力的初步计算.     

双塔单跨悬索桥空间主缆扭转性能数值分析

针对空间缆索悬索桥体系转换过程中主缆发生扭转,而扭转刚度为多因素影响的变量,数值模拟中难以准确考虑,从而无法精确计算主缆扭转角及确定索夹预偏角的难题,以杭州江东大桥为工程背景,揭示了吊索张拉过程中主缆的扭转机理,从理论上分析了钢丝层间摩擦力对主缆扭转刚度的影响,并将拉-扭耦合效应及钢丝层间摩擦力在数值模拟中加以考虑,有效提高了计算精度,并通过改变抗扭刚度系数、吊杆张拉力、索夹预偏角等参数,确定主缆扭转特性与扭转效应,揭示了其正反扭原理.研究结果表明:体系转换过程中主缆扭转变化历程在数值模拟中需通过非线性迭代实现;随吊杆张力增大,主缆抗扭刚度从最小值逐步增加,改变主缆的抗扭刚度系数对主缆最终扭转角的影响不大;改变某索夹横向预偏角,主缆扭转现象存在"弱相干性原理"和"相邻影响原理";索夹预偏角小于(或大于)吊杆力与铅垂线夹角,主缆将跟随索夹发生正向(或反向)扭转,当吊杆力方向通过主缆形心时,扭转角不再改变.     

空间索面悬索桥成桥线形的Marquardt修正最小二乘法计算

空间索面悬索桥线形计算由于吊杆和主缆的相互耦合而非常复杂,采用传统的影响矩阵法收敛困难.基于Marquardt修正的最小二乘法,为空间索面悬索桥线形计算提出一种新的解析算法,编制了相应的Matlab程序,并以某三跨空间索面悬索桥为例进行了验证.结果表明:此方法较影响矩阵法收敛精度高,对初值要求低,具有明显的优越性.     

自锚式悬索桥的主缆线形计算方法研究

介绍了基于分段悬链线法和抛物线法的自锚式悬索桥主缆线形计算的原理和步骤,合理考虑弯矩对加劲梁轴向刚度的影响,并创造性提出了采用非线性规划方法进行迭代计算,计算结果与传统的影响矩阵法吻合一致。典型跨度自锚式悬索桥主缆线形的计算结果表明,抛物线法对成桥恒载状态的计算误差很小,一般可满足工程设计和施工的精度要求,但空缆吊点坐标和索鞍预偏量的结果误差很大。针对不同矢跨比、跨度、边中跨比和主缆应力安全系数的自锚式悬索桥,采用抛物线法进行了主缆线形的误差分析,得出了一些有益的规律和结论。     

分段抛物线求解缆索线形的直接方法

假设悬索桥主缆在相邻两吊杆之间的缆索段自重沿桥跨径方向均匀分布,均布荷载集度与该段索长度有关,则每段索可假设为满足抛物线方程.忽略缆索抗弯性能,各缆索段端点处水平力相等,索拉力沿索端点处切线方向.根据节点力平衡,并考虑到位移条件,得到以各段端点高差及水平力为未知量的耦合方程组.通过解算方程组并修正矩阵参数直接得到主缆线形坐标及水平力,进一步对各段抛物线积分得到主缆的有应力和无应力长度.该方法不需要迭代,因此计算速度快.算例结果表明该方法计算精度很高,可以用于悬索桥设计与施工计算.     

悬索桥主缆安装曲线的解析解

悬索桥主缆安装时受到荷载分布、自身变形、温度变化、鞍座偏移等诸多因素的影响，因此，应预先给出安装阶段主缆曲线的几何坐标，对特大桥施工而言，这点尤为重要。给出悬索桥主缆安装曲线参数形成的解析解，供设计人员和施工工程师参考。     

带裂纹的悬索桥主缆钢丝的断裂强度分析

基于实桥的缆索钢丝裂纹"先圆后扁"的扩展特征规律,提出了一种实用的拟合几何修正系数,将圆形前锋裂纹与直线形前锋裂纹的公式拟合,评估悬索桥主缆的带裂缝的钢丝断裂强度.该公式简单实用,计算精度令人满意,为缆索钢丝的剩余强度评估提供了快速途径.计算结果表明,断裂韧性方法比净截面理论更适合有裂缝钢丝的失效分析.