斜拉索垂度对大跨度斜拉桥的影响分析

大跨度斜拉桥在设计过程中必须考虑斜拉索垂度对结构的影响．以苏通大桥设计方案为背景,分析了在成桥阶段斜拉索垂度引起斜拉索弹性模量的变化．明确了斜拉索垂度影响斜拉桥内力与变形．     

风速和风偏角对斜拉索风雨激振的影响

基于滑移理论建立了斜拉索风雨激振双向耦合理论模型,应用COMSOL与MATLAB相结合的自编译程序计算不同风速以及风偏角条件下随时间变化的气动力系数、斜拉索振动响应以及表面水膜形态变化,并分析了三者之间的关系,得到了不同风速以及风偏角条件下的斜拉索风雨激振现象的变化规律。结果表明:风偏角的改变对斜拉索风雨激振起振区间范围影响不大;在起振区间内,斜拉索振幅随风偏角的增大,先增加后减小,风雨激振发生时,风偏角为22.5°的斜拉索振幅最大;一定风速范围内,风偏角大小不变时,斜拉索振幅随风速增加都是先增大后减小的规律;当上水线厚度较大且其振动频率与斜拉索自振频率相接近时,斜拉索与水线之间发生同频谐振,斜拉索会发生大幅振动。     

索对斜拉拱桥横向静风稳定性的影响

应用有限元软件ANSYS对斜拉拱桥在静风荷载作用下的面外稳定问题进行研究,考虑不同索预张力、索塔高度、索距及拉索布置位置等参数下索对斜拉拱桥横向静风稳定性的影响.结果表明:拉索可以有效控制结构的面外失稳形式,斜拉拱桥具有较高的横向抗风稳定性能;增大索预张力、增高索塔及减小索距都能改善结构横向静风稳定性能,且塔高影响最显著,增高索塔甚至能使横向静风稳定性能提高近一倍;拉索布置位置对横向静风稳定性能有明显影响,且索面中心线宜位于拱肋四分点处.     

斜拉人行桥拉索承载力非线性有限元分析

采用多节点索单元研究了斜拉人行桥拉索承载力问题。首先基于多节点索单元建立了坐标系及非线性应变表达式,形成了索单元的应力应变关系。进一步建立了索单元的弹性刚度矩阵、初位移刚度矩阵和初应力刚度矩阵的表达式,建立了斜拉索承载力的非线性迭代方法,利用Newton-Raphson迭代实现计算求解。以某大跨度斜拉人行桥为工程背景,系统研究了其斜拉索的承载力问题。结果表明,弹性模量和自重荷载强度对斜拉索的承载力性能均有一定程度的影响。弹性模量的增加将导致拉索的刚度增加和跨中的竖向位移减小,而自重荷载的增加则导致跨中位移的增加。对比分析结果可知,对拉索承载力影响较大的参数是自重荷载的强度,相对而言弹性模量的影响较小。     

基于ANSYS的斜拉桥索力仿真分析

根据斜拉桥的特点和斜拉索的受力情况,建立竖琴形斜拉索和扇形斜拉索桥的有限元模型,应用ANSYS软件分析了在其他条件相同的情况下,2种斜拉索桥承载梁的应力应变情况,以及在单根斜拉索失效时,其他斜拉索承载情况的变化。     

基于ANSYS的独塔斜拉桥非线性分析

论文以吉林临江门斜拉桥为实例,针对斜拉桥的高次超静定复杂结构,突破以往斜拉桥过于简化的建模形式,采用大型通用有限元分析软件ANSYS,建立了斜拉桥的三维实体有限元模型。考虑了材料的非线性本构关系、斜拉索的垂度、结构大变形和梁-柱效应对桥梁结构非线性的影响。论文给出了计算荷载工况下桥梁结构的整体变形图、斜拉索应力分布图、桥梁整体等效应力云图,分析结果为桥梁运营期间的检修与维护提供了重要的参考。     

斜拉桥塔梁同步施工过程的力学特性

为了研究斜拉桥在满堂支架分段拆除的塔梁同步施工过程中主梁、主塔和斜拉索等结构力学性能的变化,通过Midas/Civil(multitier distributed applications services/Civil)有限元分析软件,实现了斜拉桥施工过程的结构力学性能计算分析。依托亚洲最大转体重量斜拉桥—邹城斜拉桥(主跨为110 m+110 m独塔双柱双跨双索面混凝土斜拉桥)为背景开展研究,采用弹性受压连接单元模拟满堂支架,空间梁单元模拟主梁、主塔,考虑现场实际施工过程,开展了邹城斜拉桥结构受力和变形的数值计算。对比分析了数值计算结果与现场实测数据分析结果。结果表明:拆除满堂支架前后,支架支反力计算值最大增加382 kN,斜拉索索力计算最大变化值占该索索力的0.96%,实测索力最大变化值占该索索力的1.67%,主梁线型实测最大变化值为-7 mm。斜拉桥主梁相应节段的斜拉索张拉完成,是满堂支架分段拆除的塔梁同步施工应用于现场的前提条件。     

斜拉空间网格结构在我国的研究和应用

斜拉空间网格结构是由塔柱、拉索、空间网格结构组成的新型杂交空间结构,文中介绍了这种结构的特点、我国的研究概况和应用,并对其发展和进一步研究提出了建议。     

斜拉索桁架无柱雨棚的预应力改造设计

沈阳北站无站台柱雨棚由17榀钢桁架组成,桁架间通过钢檩条连接,上铺彩钢板.由于雨棚功能不足,因此进行了屋面增设铺板改造.根据模拟计算,从增加覆盖面积、增加斜拉索、全覆盖等几个方面对方案进行了比选研究,确保改造工程的安全性、经济性、可实施性.改造方案最终确定为增加斜拉索方案.对沈阳北站需改造的无站台柱雨棚,通过调整结构内力重分布来满足改造后结构的受力要求,回避了对既有雨棚结构杆件加固补强问题,确保了雨棚改造的可实施性,为今后类似铁路无站台柱雨棚改造工程提供参考.     

调谐惯容阻尼器对斜拉索振动控制的研究

为提升黏滞阻尼器对斜拉索的减振效果,基于"阻尼-惯容-弹簧"的三元被动减振理论,开展了调谐惯容阻尼器对张紧弦斜拉索振动控制的研究。首先,采用有限差分法建立了斜拉索-调谐惯容阻尼器耦合系统的状态空间方程;然后通过复模态分析研究了调谐惯容阻尼器的频率比、阻尼比及惯容比对斜拉索附加模态阻尼比的影响规律,进而获得了调谐惯容阻尼器的最优参数及斜拉索的最大附加模态阻尼比。其次,开展了调谐惯容阻尼器对斜拉索减振控制的数值仿真分析,验证了复模态分析结果的适用性,通过对比调谐惯容阻尼器、黏滞惯质阻尼器和黏滞阻尼器对斜拉索的减振效果,阐明了调谐惯容阻尼器对斜拉索减振控制的优越性。最后,基于耗能效率揭示了调谐惯容阻尼器对斜拉索的减振增效机理。结果表明:与黏滞阻尼器和黏滞惯质阻尼器相比,调谐惯容阻尼器可以显著提升斜拉索的减振效果。     

含冗余拉索的张拉整体拼接结构变形能力分析

为研究含冗余拉索的张拉整体结构的变形能力,基于能量耗散最少的索驱动理念,提出了实现结构变形的最优驱动方式的选择方法。首先,对张拉整体基本单元的结构参数、构件与节点的连接关系进行设置,并对索长收缩后结构新的稳定状态进行力学性能分析,得出新的节点坐标计算公式；其次,赋值结构参数和材料参数,对结构的变形过程进行分析:先收缩被动索对张拉整体结构进行预紧,计算除主动索外结构额外耗散的弹性势能,后收缩主动索使张拉整体结构发生变形,计算主动索能量耗散做功和结构的最终变形,提出结构变形的最优驱动方式的评价标准；最后,以含冗余拉索的双层轴向拼接结构为例,区分结构的主动索与被动索,进行最优驱动方式研究。分析结果表明:对于结构的单一轴向变形,当斜索为主动索、中间水平索为被动索时,结构的轴向变化最大,能量耗散最小；对于包含轴向变形与扭转变形的结构复合变形,当与杆构件旋向相反的斜索为主动索,剩余斜索为被动索时,结构的复合变形最大,能量耗散最小。     

肋环型索穹顶结构的几何法施工及工程应用

针对索穹顶结构张拉难于控制和安装技术要求高的问题,提出一种只需张拉端部斜索的肋环型索穹顶结构施工成形方法.根据肋环型索穹顶结构竖压杆、脊索和斜索之间的几何关系,计算安装过程的竖压杆临时标高,设计并采用几何法安装了中国第一座索穹顶结构,验证了该施工成形方案的可行性.结果表明,几何施工法只需张拉端部斜索,索穹顶结构会自动成形,不需要大规模调整拉索的预应力,降低了施工技术要求,使索穹顶结构有可能得到普遍推广.     

重庆轨道交通鹅公岩大桥吊索张拉方案

以重庆轨道交通鹅公岩大桥为背景工程,研究600 m跨径自锚式悬索桥斜拉法成桥体系转换方案。通过数值模拟,分析多方案体系转换过程中桥梁结构各关键构件,关键部位的强度、变形控制指标,评价各方案的技术、经济、工期与管理等各项指标,以寻求该桥体系转换最优方案。结果表明:体系转换前主桥的目标线形以接近去二期恒载前的线形为最佳;以调整部分斜拉索索力提升主梁线形的方法效果最好;从主塔侧分别向中跨先连续张拉7根索,然后从主塔两侧依次向中跨和锚固端张拉吊索的方案最优;全部吊索安装完毕后从塔顶拆除斜拉索较为安全。     

三塔悬索桥刚性中塔的鞍缆防滑技术

为了解三塔悬索桥刚性中塔不同结构的鞍缆防滑效能,提出5个方案,即在跨中设置中央扣、改变矢跨比、在塔根和主缆间设置扣索、在塔顶处设置钢结构构件、在索鞍两侧主缆上添加辅助拉索.有限元法和解析法的结果显示,中央扣和扣索方案的效果甚微,其余3个方案则十分有效.据此给出相应设计建议.     

钢主缆与CFRP主缆悬索桥力学性能及极限跨径研究

运用解析法研究了在现有材料强度的基础上,钢主缆和CFRP主缆悬索桥的极限跨径。结果表明,跨径超过4 500 m后,钢主缆悬索桥的主缆直径将急剧增大,恒载所占比重超过全桥总荷载的95%,不宜采用;而CFRP主缆悬索桥在跨径超过5 000 m后,主缆面积仍能保持平稳增长,且远小于相同跨径下钢主缆所需面积,可行性高。此外,分别对主跨为1 500、2 000、3 000、4 000和5000m的钢主缆和CFRP主缆单跨悬索桥进行试设计,并对主缆、锚锭及桥塔受力、活载作用下的加劲梁挠度等力学性能进行了对比分析。得出:2 000 m以下的悬索桥钢主缆具有优势,而3 000 m以上的悬索桥采用CFRP主缆是可取的。     

索穹顶结构施工模拟分析

为了研究索穹顶的施工成形过程,寻找一种通用、可靠的计算方法来提高施工分析的效率与精确性,确保计算结果切实有效地指导实际工程施工,利用有限元软件ANSYS对一索穹顶结构按反分析的思想进行2种施工方案下的施工模拟计算,确定在施工过程中各控制结点的坐标值、各单元的内力值与结构的几何形状,并对2种施工方案进行了分析对比.结果表明,在结构的张拉成形过程中,单元的内力值与结构的几何形状的变化规律与施工方案有关,2种施工方案在一定条件下具有共性,各斜索对整个结构的影响由里及外依次增强.计算过程也表明,利用通用有限元软件ANSYS对索穹顶结构进行施工模拟具有通用性与高效性.     

多塔悬索桥变形特性

为了探究多塔悬索桥初步设计阶段参数取值,将主缆等效为具有一定刚度的弹簧,建立多塔悬索桥静力力学分析模型;基于加载跨与非加载跨主缆水平力平衡以及塔顶位移、主缆伸长与主缆垂度变化的关系,推导了塔、缆变形解析公式,通过建立的有限元模型进行验证;分析了主要设计参数对结构变形的影响.结果表明:提出的公式可用于初步设计阶段多塔悬索桥的结构变形估算;桥塔刚度及恒活载比值对结构变形影响显著,通过增大桥塔刚度或恒活载比值均可有效减小结构变形;垂跨比对结构变形的影响与桥塔刚度有关,桥塔刚度较小时宜采用较小垂跨比,桥塔刚度较大时,宜采用较大主缆垂跨比;结构变形随跨径的增大迅速减小,当跨径增大到2 000 m时,变形不再控制多跨悬索桥设计;主跨跨数超过3跨时,继续增加主跨跨数对结构变形影响较小.     

电缆隧道结构分析与设计方法

本文以某电缆隧道工程背景,研究电缆隧道的截面优化选型和设计方法。对不同的隧道截面形状和壁厚在三种工况下分别进行对比,并建立隧道结构合理的力学分析模型,采用有限元法分析隧道结构的应力场和变形场,对比分析结构的变形与强度工作状态评价电缆隧道的安全性能。同时,分析不同断面形状的特征,按照造价最低的原则,选择隧道结构较为合适的断面形式和设计方案。     

基于温度循环迭代精确施加斜拉桥初始索力

为了准确施加斜拉桥的恒载初始索力,提出了一种基于ANSYS平台控制温度索力迭代施加的方法,从而精确施加斜拉桥初始成桥索力.以设计索力作为目标值,考虑斜拉桥几何非线性因素,初始索力以初始温度的形式施加到斜拉索上,运用APDL二次开发软件编制了斜拉桥成桥索力迭代计算程序,并将该程序应用于双塔双索面钢-混凝土叠合梁斜拉桥结构分析中.结果表明,桥塔两侧斜拉索的计算索力与目标索力误差均在5%以内,该初始索力迭代方法具有方便快捷和效率高的优点.     

自锚式悬索桥吊索不接长体系转换方案及索鞍数值模拟

为降低自锚式悬索桥体系转换施工费用、提高施工效率、简化分析过程,以抛物线理论为依据,推导出主缆垂度的影响参数,结合各参数的可控性、敏感性,通过调整主索鞍顶推和吊杆张拉策略,提出3阶段2轮张拉吊索不接长体系转换方案。为在有限元计算时精确模拟方案中主、散索鞍施工状态,将索鞍圆心点与塔顶或散索鞍底座中心点建立刚臂和主从约束两个边界,通过激活、钝化刚臂模拟索鞍临时固定和滑移状态,通过设置索鞍圆心点强制位移模拟索鞍超顶状态。以双塔3跨和独塔2跨2座自锚式悬索桥为例,根据现场实际情况分别制定了2套吊索不接长体系转换方案,并建立有限元模型对2座桥梁体系转换过程进行模拟和分析。结果表明：自锚式悬索桥主跨是避免吊索接长的关键桥跨,主缆跨径和主缆长度是影响主缆垂度、避免吊索接长的关键可控参数;通过增大主缆初期变形可有效避免吊索接长,实施方案为张拉主跨长出段吊索使主索鞍超前就位,以改变主缆跨度;提前施工部分二期恒载、加劲梁在第1轮吊索张拉后脱架,以增加主缆弹性伸长。由2座桥梁实例分析结果可知,体系转换前期主索鞍可控滑移、超前就位,后期对称张拉桥塔两侧吊索,使主缆和主索鞍间的抗滑移安全系数和桥塔应力均变化平稳,所提方案和索鞍模拟方法达到了预期目的,可为同类型自锚式悬索桥体系转换提供参考。