自锚式悬索桥简化计算方法研究

基于能量原理,提出计算自锚式悬索桥受力性能的简化计算方法,对双塔三跨自锚式悬索桥导出求解加劲梁内力、挠度和主缆水平分力的基本公式.该法将自锚式悬索桥的主缆和吊杆截开,用未知力来代替,分别取主缆和连续加劲梁为隔离体进行分析,通过迭代逐步逼近,使两者满足受力协调条件,对主缆同时考虑恒载和活载作用下的挠度,对加劲梁同时考虑轴力和弯矩的作用以及梁柱效应.算例结果表明,该简化计算方法的计算结果收敛速度快,与几何非线性有限元法的计算结果吻合良好.     

独塔对称自锚式悬索桥简化解析解研究

自锚式悬索桥在初步设计阶段,需频繁修改设计和变更计算参数,工作量大,迫切需要一种快速求解的方法,使设计人员迅速了解桥梁受力状态及其随参数变化的情况.为此,根据独塔对称自锚式悬索桥的受力特点,基于最小势能原理,提出一种求解内力和变形的简化解析方法.将自锚式悬索桥分离为加劲梁体系和主缆体系,分别计算恒载和活载作用下的吊索力...     

基于虚位移原理的自锚式悬索桥实用计算方法

基于挠度理论和虚位移原理,分析自锚式悬索桥各组成部分的受力状态,分别导出在各种荷载作用下以三角级数法表示的加劲梁挠度内力和变形公式,并结合Newton-Simpson迭代法来确定活载索力,提出了计算自锚式悬索桥加劲梁内力及变形的实用计算方法,并编制相应的计算分析程序.以长沙湘江三汊矶大桥(主跨328 m的双塔五跨自锚式悬索桥)为例,通过与有限位移理论的计算结果相比较,证明该方法简单、方便,计算结果准确可靠;如果所设计的结构吊索分布比较均匀,挠度理论与有限元的计算结果比较一致;这说明可以采用本方法来研究自锚式悬索桥的设计参数对结构内力与变形的影响,尤其是在方案设计阶段,可以用于很方便地选定结构主要设计参数.     

自锚式悬索桥极限承载力及安全性评价方法研究

以鹅公岩轨道交通专用桥为工程背景,对自锚式悬索桥极限承载力及其安全性评价方法进行研究。从材料的单轴本构模型出发,介绍杆单元与纤维梁单元弹塑性刚度矩阵的计算方法,基于U.L.列式编制相应的杆系有限元计算程序。对活载独立增大及恒活载同比增大两种典型荷载模式下四种工况的极限承载力计算结果进行分析,揭示了自锚式悬索桥的破坏过程中位移、截面刚度变化规律及失效机制。结合JTG/T D65-01—2007《公路斜拉桥设计细则》中大跨度桥梁非线性分析时主梁安全系数的规定,根据荷载效应等效原则,推导活载安全系数的计算公式,通过与规范对比分析发现,其计算结果更为严格,并就该公式及规范评价吊索与主缆安全性出现的结果不一致性进行分析。     

悬索桥状态评估中初始张力确定的反分析方法及应用

以悬索桥运营期状态评估为背景,提出以既有状态为基准进行初始张力确定的反分析方法。结合缆索力学平衡方程,提出反分析的基本原理,建立悬索桥状态评估反分析流程。以跨度为180 m的悬索桥为例,进行初始张力反分析,得到以所得初始状态为基准的活载效应理论分析结果。通过与以设计为基准的荷载效应理论解和现场实测结果的对比,分析初始张力确定的误差对桥梁挠度和缆索应力的影响。结果表明:本文提出的悬索桥缆索初始张力反分析方法精度较高、可操作性较强,对同类悬索桥状态评估中初始张力的确定具有理论借鉴意义。     

悬索桥二期恒载作用前后结构状态参量的计算

介绍两种分析悬索桥一、二期恒载作用下结构状态参量的计算方法，为悬索桥的结构设计计算提供了参考资料。     

大跨度悬索桥结构架设参数迭代算法研究

针对已有计算方法存在的不足之处，采用几何非线性有限元法，提出了种精确克腚大跨度悬索桥架参数的工算法，该法考虑了鞍座的偏位；二期恒载由主缆和加劲梁共同承担的实际情况；一期恒载（加劲梁和吊杆重量）作用的实际结构形式为鞍座、索塔、吊杆、加劲梁体系，江阴长江大桥架设参数的计算算例表明；该算法收敛快，精度较高。     

无吊杆人行悬索桥设计研究

以昆明市某(12.2+49.1+12.2)m人行桥为工程背景,介绍该单跨无吊杆人行悬索桥的结构体系,相关设计参数和动、静力计算分析,并探讨恒载、活载和温度荷载作用下主缆、加劲梁和桥塔的受力特点;分析了主梁两端不同的边界条件对结构振动使用性能的影响和抗震性能,并对人群同步荷载作用下桥梁的响应时程进行计算。计算结果表明:将主梁两端固结能有效提高结构自振频率,从而满足人行桥振动使用性能要求。     

大跨度铁路悬索桥风—车—桥耦合动力分析

悬索桥虽跨越能力大但刚度较弱,在列车与风荷载的共同作用下易产生较大振动,影响桥上行车安全.为研究风荷载作用下列车通过铁路悬索桥时的车辆与桥梁动力响应及安全性,以轮轨密贴理论定义竖向轮轨作用力,以简化的Kalker蠕滑理论定义横向轮轨作用力,以静风力及抖振风力模拟作用在车辆和桥梁上的风荷载,建立简化的大跨度铁路悬索桥的风—车—桥耦合动力学模型,并给出基于系统间积分的风—车—桥迭代算法.运用该方法对强风条件下列车通过跨度(52+800+800+52)m悬索桥的行车安全性分析表明,系统间迭代算法具有较高的计算效率,仅经过几次迭代即可得到精度较高的计算结果;该大跨度悬索桥在桥面平均风速为25 m·s-1时,桥梁跨中竖向动位移较无风状态变化不大,而桥梁跨中竖向加速度及桥跨、桥塔横向动位移和加速度响应则较无风状态有大幅度增加,可见,动风荷载对风—车—桥系统的振动起到控制作用.     

独塔自锚式悬索桥恒载状态下结构线形及内力分析

基于UL列式的虚功增量方程,根据索的物理及几何特性,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。在此基础上,提出了一种确定自锚式悬索桥恒载状态下的结构线形及内力的迭代算法。并以佛山市平胜大桥独塔自锚式悬索桥(主跨350m)为例,对其拟定的两种施工方案分别进行了恒载状态下的结构线形及内力的计算。通过分析比较,对施工方案的可行性进行了论证。     

悬索桥主缆初张力对成桥结构性能的影响

天津富民桥为单塔空间索面自锚式悬索桥,其主跨主缆由塔顶中点向两侧对称张开至桥面梁端两侧的锚碇,呈空间曲面状态。运用通用有限元分析软件ANSYS,对天津富民桥进行3种不同主缆空缆初张力条件下成桥过程的模拟计算,研究空间索面悬索桥主缆初张力对成桥结构性能的影响。研究结果表明:成桥时,主缆初张力越小,在结构自重作用下主梁底部应力、主缆张力也越小、主塔应力与锚碇应力也越小,主缆初张力的大小对成桥时吊索索力的大小及分布没有明显影响;在活荷载作用下,主缆初张力越小,悬索桥结构体系产生的主缆张力增量则越大,吊索索力增量也越大,即更多的荷载通过吊索传递到主缆,相应地主梁承担的荷载较小,主梁挠度、梁底纵桥向应力随主缆初张力的减小而变小。总之,主缆初张力越小,悬索桥结构体系的性能越佳。     

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。     

多塔斜拉-悬吊协作体系合理成桥状态确定方法

基于悬索桥挠度理论和斜拉桥索力优化方法,针对斜拉-悬吊协作桥的合理成桥状态,提出有限元迭代优化方法。该算法以既定的合理成桥状态为目标,首先应用悬索桥解析公式和斜拉桥刚性支承连续梁法获得初始成桥状态,接着利用零位移法通过迭代计算获得结构目标线形,再以弯曲能量最小为目标,指定各种约束条件,利用ANSYS优化模块中的一阶优化方法进行求解,最终获得目标成桥状态,求解过程中考虑各种几何非线性效应。建立3~6塔主跨为1 400m斜拉-悬吊协作桥的有限元模型,利用参数化设计语言(APDL)编制算法程序,进行算例分析。结果表明:悬吊部分与斜拉部分相互影响较小;主梁恒载弯矩在斜拉悬吊结合处有峰值,其它部位分布均匀;索塔以轴压为主,塔根弯矩接近为零;微调斜拉索索力,对斜拉部分主梁弯矩影响显著,对其它部分内力影响不大。     

悬索桥主缆温度场计算

研究目的:精确地计算悬索桥主缆各种状态下的温度场,对于悬索桥的架设至关重要.为此,在一些基本假设的基础上,建立主缆的热分析模型和非稳态热传导微分方程,推导太阳热辐射和热对流边界条件,主缆计算模型的热物性参数则采用了模型试验得到的结果.为了得到特定环境条件下的数值解,建立主缆温度场的计算方法及主缆热平衡矩阵方程.研究结论:通过对某桥梁主缆温度场的有限元计算及与实桥主缆温度场实测结果的对比,证明了计算方法的精确和可靠,可用于悬索桥主缆设计、施工和运营阶段的温度场计算.     

悬索桥主缆线形静力解析解

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,根据索微元的力学平衡关系,通过引入一个参变量,导出了悬索桥主缆成桥线形的解析参数方程。由边界条件,将定解问题转化为一组非线性方程组,以抛物线理论值为求解初始值,采用拟牛顿法求解未知参数和水平张力,然后由积分法确定主缆索有应力长和无应力长,算例结果表明该法收敛速度较快,计算精度较高。     

大跨度悬索桥上无缝线路伸缩力影响因素分析

以五峰山长江大桥上无缝线路为研究对象,建立悬索桥上无缝线路一体化空间耦合模型,研究钢轨伸缩调节器铺设位置,悬索桥主塔、主缆、吊索等结构的温度变化,主缆与吊索初始轴力等因素对钢轨纵向力的影响。研究结果表明:跨中铺设钢轨伸缩调节器不能显著改善悬索桥上钢轨纵向受力,主梁两端需要各铺设1组单向伸缩调节器。随着主塔温度升高,钢轨纵向力、吊索及主缆整体受力增加;随着主缆温度升高,钢轨纵向力增加,但会造成吊索及主缆整体受力降低;随着吊索温度升高,钢轨纵向力有微小的增幅;随着主缆与吊索初始轴力降低,钢轨纵向力稍有减小。悬索桥主塔、主缆、吊索温差及主缆与吊索初始轴力对钢轨纵向力影响较小,当不考虑梁轨相互作用对吊索、主缆等结构或构件受力变形的影响时,可以将悬索桥简化为连续梁桥进行计算分析。     

三塔悬索桥风-车-桥耦合动力分析

以温州市某大桥为例,分别考虑风荷载的平均成分和脉动成分对车桥系统的影响,建立了风荷载作用下三塔悬索桥的车桥耦合动力分析模型,并根据势能驻值原理及形成结构矩阵的"对号入座法则",导出了车桥系统的空间振动方程,采用计算机模拟的方法,计算与分析了该桥列车通过时的桥梁动力响应和列车走行性。研究结果为三塔悬索桥的动力设计提供了理论依据。     

基于MEA-BP神经网络的自锚式悬索桥施工阶段吊索索力预测分析

为减小自锚式悬索桥在施工过程中吊索索力偏差对桥梁线形的影响程度，提高有限元模型的计算效率，提出一种基于思维进化(MEA)算法优化BP神经网络的吊索索力预测方法，以实现对桥梁各施工阶段的高精度逼近与吊索索力的快速反馈。在考虑施工过程中材料参数、荷载参数和环境温度等因素的不确定性基础上，结合有限元模型得到神经网络训练样本集。通过MEA算法实现BP神经网络权值与阈值的寻优，从而提高BP神经网络的预测精度。以某空间索面自锚式悬索桥为工程背景，建立该座桥梁的MEA-BP神经网络预测模型。结果表明，MEA-BP神经网络较传统BP神经网络具有更强的泛化能力与预测精度，MEA-BP神经网络的预测值与现场实测值的误差在10%以内，MEA-BP神经网络模型在索力预测方面具有较好的适用性。     

大跨度悬索桥的静风稳定性分析

大跨度悬索桥存在静风失稳的可能。采用APDL语言编制了基于ANSYS软件的大跨度悬索桥非线性静风稳定性分析程序,对大跨度悬索桥的静风稳定性进行了参数分析。分析结果表明矢跨比和主缆安全系数是影响悬索桥静风稳定性的主要因素。     

双索悬索桥结构参数对自振特性的影响分析

引入只受拉三维拉索单元,采用考虑几何非线性的子空间迭代法对黄河大峡水库下游某双索悬索桥自振特性进行分析,理论值与实测值能较好的吻合,说明该空间非线性有限元分析方法的正确性;进而将该桥与相同跨径和结构参数的单索悬索桥的自振频率、振型进行对比分析,结果表明双索悬索桥能有效提高桥梁一阶竖弯振动频率。最后,讨论恒载集度、加劲梁刚度、矢跨比等结构参数变化对双索悬索桥自振特性的影响,为双索悬索桥结构设计理论提供了动力性能方面的依据。