超大跨径CFRP主缆悬索桥合理结构体系研究

采用非线性有限元软件BNLAS进行超大跨径CFRP主缆悬索桥与超大跨径钢主缆悬索桥的静动力特性对比分析,从加劲梁约束体系、主缆安全系数、主缆矢跨比、主缆弹性模量4个方面进行超大跨径CFRP主缆悬索桥合理结构体系研究。结果表明:采用CFRP做超大跨径悬索桥主缆可大幅提高主缆应力中活载应力百分比和自振频率,但活载挠度大幅增加;随着跨径增大,加劲梁约束体系对超大跨径悬索桥的动力特性影响减小,3跨连续漂浮体系作为超大跨径CFRP主缆悬索桥加劲梁的约束体系较优;增大主缆安全系数可提高结构的竖向刚度、竖弯基频和扭转基频,但对横向刚度和横弯基频基本无影响;减小矢跨比可提高结构的竖向和横向刚度以及竖弯基频和横弯基频,但会降低扭转基频;增大CFRP主缆的弹性模量可大幅减小活载竖向挠度,提高竖弯基频和扭转基频,但对横向刚度、横弯基频以及主缆线形和应力基本无影响。     

大跨度铁路独塔混合梁斜拉桥的动力特性

为研究大跨度铁路独塔混合梁斜拉桥结构参数对动力特性的影响,以岳口汉江特大桥为背景,利用MIDAS/Civil建立有限元模型,分析了边中跨比、结构自重和刚度、钢混比等参数及有无辅助墩和横向抗风支座对桥梁动力特性的影响。结果表明:该桥振型排列合理,耦合程度低;钢混比和边中跨比对主梁基频影响极大,辅助墩可以有效提高桥梁的整体刚度;无横向抗风支座对主梁振型影响较大,但对桥塔振型影响不大;主梁刚度和自重对本桥前3阶振型的振动频率影响显著;桥塔自重主要影响主塔侧弯和纵弯频率;斜拉索刚度主要影响主梁竖弯和主塔纵弯频率。     

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。     

柔性中央扣对单跨悬索桥的影响分析

为了解柔性中央扣对单跨悬索桥受力的影响,以宜昌庙嘴长江大桥为研究背景,建立该桥设置与不设置柔性中央扣的计算模型,进行结构静力和动力特性分析。研究结果表明:柔性中央扣对提高结构整体刚度影响较小,但对减小梁端纵向位移和降低跨中吊杆索力的作用明显,同时也能提高加劲梁扭转频率,增大相应频率出现的阶次,有利于提高桥梁的抗风稳定性。大桥成桥试验时,对结构的位移、内力、自振频率及结构振型进行了验证,试验结果与理论分析吻合较好。     

柔性人行悬索桥在不同结构参数下的动力特性研究

为研究新兴的人行玻璃悬索桥的动力特性,以某景区人行悬索桥为工程背景,利用Midas Civil 2019建立了三维有限元模型,在经过主缆找形、风缆找形、合并找形得到的成桥模型上通过多重Rite向量法进行了人行玻璃悬索桥的自振特性研究;然后用控制变量法从主缆直径、加劲梁布置形式、风缆预拉力及约束方式等方面进行了参数动力分析。结果表明,该人行悬索桥基频小,柔性大,但在人流正常通行时不会引起共振破坏;增大主缆直径可提高加劲梁的横弯及竖弯刚度,对加劲梁设置斜撑和加密横梁可提升其抗扭和抗弯刚度;适当增大风缆预拉力、采用三跨两铰和三跨连续约束对全桥刚度有提升作用。     

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。     

结构参数对钢-混组合桥塔自锚式悬索桥静力性能的影响研究

为了解钢-混组合桥塔自锚式悬索桥的静力特性,根据挠度理论,利用三维有限元软件Midas进行空间分析,对模型中主缆矢跨比、主缆抗拉刚度、加劲梁的横竖向抗弯刚度以及主塔纵向抗弯刚度参数进行横向对比。分析结果显示随着参数值的递增,结构位移在减小,而主缆的水平拉力和加劲梁的弯矩却呈现不同变化趋势,自锚式悬索桥的整体静力特性对主缆矢跨比、主缆的抗拉刚度以及加劲梁的竖向抗弯刚度的变化很敏感,而基本不受加劲梁的轴向刚度和主塔纵向刚度的变化的影响。     

中央扣对大跨悬索桥动力特性和地震响应的影响研究

为了探讨大跨悬索桥在动力激励下中央扣的作用,以四渡河悬索桥为研究对象,建立该大跨钢桁架加劲梁悬索桥的3种中央扣模式的空间动力计算模型,对其动力特性和在地震激励下的时程反应进行空间非线性分析。研究结果表明,中央扣提高了结构的反对称抗扭刚度和限制了结构的纵飘特性,同时加强加劲梁-主缆-主塔的动力耦合作用;1对柔性中央扣的设置方式对加劲梁的纵桥向位移和应力响应的影响均不利,因而是不可取的;而刚性中央扣和3对柔性中央扣的设置方式对限制加劲梁纵桥向振幅有较显著作用,但是由此导致结构地震应力响应大幅增加,因而从抗震设计角度设置中央扣是"有得有失"的。     

索梁结构应急桥抖振响应分析

针对新型索梁结构应急桥结构刚度小、质量轻的特点,开展脉动风荷载作用下应急桥的抖振响应研究。利用ANSYS软件建立桥梁结构模型,分析其动力特性。采用谐波合成法模拟脉动风场,基于准定常抖振分析模型计算了主梁节点的静风力、抖振力。运用APDL编制程序分析轻型索梁结构应急桥的抖振响应,分析气动导纳函数和自激气动力对桥梁结构抖振响应的影响,并对提出的斜拉索抗风缆方案进行抖振响应计算。计算结果表明:索梁结构应急桥抖振横向位移远大于竖向位移,说明结构侧向刚度较弱;跨中主缆应力对风速变化更为敏感,而吊杆应力波动较小;索梁结构应急桥跨中横向位移主要受主梁正对称侧弯振型的影响;竖向位移主要受主梁一阶正对称竖弯振型的影响;扭转角主要受主梁一阶正对称扭转振型的影响;不考虑气动导纳函数会使索梁结构应急桥抖振响应计算结果偏大,气动自激力对结构抖振响应影响较小。与原方案相比,斜拉索抗风缆方案能够极大地降低横向抖振位移,对竖向位移和扭转角影响较小。     

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。     

公铁两用悬索桥自振特性分析

本文以一座大跨度公铁两用悬索桥方案为计算模型，建立了三维动力有限元模型、并对其进行自振特性的分析计算，得到了悬索桥的横向、竖向、扭转、纵向以及耦合振动的频率及振型，得出的结果必将对大跨度公铁两用悬索桥的抗震、抗风设计以及车桥动力相互作用分析奠定坚实的基础。     

钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥施工技术

钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥利用加劲梁来平衡主缆产生的水平拉力,具有造型美观、造价低、刚度大、对地形和地质状况适应性强等特点,是今后中小跨自锚式悬索桥的发展方向。以浙江省湖州市飞凤大桥为背景,介绍钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥上部结构施工技术,重点阐述自锚式悬索桥的钢筋混凝土加劲梁施工、主缆架设、线形调整和施工监控等内容。     

悬索桥施工控制的基本框架

针对悬索桥施工的特点,提出悬索桥施工控制的基本框架.施工前计算的重点应放在提高主缆、吊索、加劲梁段的无应力尺寸(或长度)及鞍座、索夹等预偏量的计算精度上;施工中控制的重点应放在消除悬索桥主塔、主缆的施工误差对加劲梁架设、合龙、线形控制的影响上.最后,以某主跨为1 385 m的悬索桥施工中吊索长度的调整为例,证明了该框架的可行性.     

悬索桥控制的基本框架

针对悬索桥的特点，提出悬索桥控制的基本框架。施工前计算的重点应放在提高主缆、吊索、加劲梁段的无应力尺寸及鞍座、索夹等预偏量的计算精度上；施工中控制的重点庆放在消除悬索桥主塔、主缆的施工误差对加劲梁架设、合龙、线形控制的影响上。最后以某主跨为１３８５ｍ的悬索桥中吊索长度的调整为例，证明了该框架的可行性。     

在悬索桥中再度研究设计应用板式加劲梁

根据悬索桥的基础理论及其加劲梁基本结构形式的发展演变和设计流派的研究,结合美国塔科玛桥板式加劲梁悬索桥的风毁工程实例,着重对板式加劲梁结构的抗风稳定性和工程措施再度研究分析。在此基础上,结合实桥设计将研究成果分别应用于预应力板式加劲梁悬索桥和钢板式加劲梁悬索     

大跨度铁路悬索桥结构刚度敏感性研究

桥梁刚度参数的确定在大跨度桥梁总体设计中非常重要,结合某大跨度铁路专用悬索桥方案,从结构动力特性、车辆走行性和风致抖振响应3个方面,分析梁、塔、索等构件刚度对桥梁性能的影响,并对大跨度铁路悬索桥刚度评价指标进行研究,结果表明:桁宽的增大能够较显著地增大桥梁横弯基频,桁宽过小时桥梁会产生横向周期性振动,宽跨比限值建议取为1/20~1/35;随着桁高减小,车辆竖向加速度显著增加,高跨比限值建议取为1/70~1/100;主缆刚度增大会使桥梁扭转和竖向基频明显提高;桥塔刚度及恒载的影响有限。     

中央扣对大跨度悬索桥地震响应影响及机理研究

为研究不同形式中央扣对悬索桥地震响应影响规律及机理,本文结合某三跨铁路悬索桥,基于ANSYS有限元分析软件建立三维空间有限元分析模型,对比分析不同中央扣设置形式对桥梁自振特性的影响。通过非线性时程分析,对在塔梁位置设置纵向黏滞液体阻尼器前后不同形式中央扣对悬索桥地震响应的影响规律进行研究。通过响应控制振型的研究,揭示中央扣对各响应产生不同影响的机理。研究结果表明:仅通过自振特性分析不能直接得到准确的中央扣对桥梁地震响应影响规律;不同中央扣设置形式下,主梁竖向位移及各项内力响应均大幅增加,塔底弯矩、剪力有所减小,以刚性中央扣为最优;考虑阻尼器后,不同形式中央扣对大跨度悬索桥地震响应的影响与无阻尼器情况基本一致,其原因是设置阻尼器并未改变桥梁各响应的控制振型。     

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。     

跨“V”形峡谷大跨度铁路悬索桥减震研究

以位于高烈度区、跨"V"形峡谷的千米级跨径铁路悬索桥为研究对象,建立全桥精细化数值模型,通过设计和罕遇地震动的一致激励和考虑"V"形峡谷地形效应的非一致激励下桥梁结构的响应分析,进行该桥的抗震性能和减震研究。结果表明:非一致激励地震动作用下,该桥的主塔内力、纵桥向梁端位移、主缆和吊杆拉应力等相对一致激励均有不同程度的降低,但主塔变厚度处截面弯矩接近设计限值,主梁梁端及柔性中央扣的地震响应超限;采用耗能型中央扣可使纵桥向梁端位移降低49.78%,并解决柔性中央扣拉应力超限破坏的问题,但会增大西侧主塔的内力响应;在塔梁连接处设置黏滞阻尼器可使主塔弯矩、剪力及梁端位移分别降低19.87%,14.20%和70.55%,但柔性中央扣仍因应力过大而被破坏;采用耗能型中央扣+黏滞阻尼器可使主塔弯矩、主塔剪力、梁端位移、主缆应力、吊杆应力分别下降24.01%,18.84%,72.42%,7.14%和11.38%,耗能型中央扣峰值内力未超出其极限承载力,有效地控制了结构关键构件的地震响应,满足该桥的抗震设防要求。     

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。