基于悬链线的大跨度悬索桥基准索股调整

目的检验抛物线调索公式的正确性,寻找更为精确的基于悬链线公式的基准索股调整计算方法或计算公式．方法基于基准索股的悬链线解答,提出了调整索长的精确计算方法,该法能自动计入主塔偏位,索股温度等影响。根据悬链线的线形方程,推导了等高、不等高两种情况下的索长与跨中标高的悬链线简化调缆公式,应用于悬索桥的中边跨索股调整．结果对实桥中跨的基准进行调整时,悬链线简化调缆公式和抛物线调缆公式均具有很高的精度,前者精度高于后者;对实桥边跨的基准索股进行调整时,两者均有些误差．结论对于悬索桥中跨的基准索股调整可直接运用悬链线和抛物线简化调缆公式的计算值,而对边跨的基准索股调整时．可将值适当放大．     

柔索动态找形技术研究

为实现索网动态抛物面成形,以索网中单根柔索为研究对象,研究了单根索动态找形技术．由于采用多杆单元代替柔索进行成形分析会带来较大的误差,因此使用两个控制节点间柔索作为一个索单元,在考虑索的自重及温度变形的情况下,建立了索单元几何与力学模型．在索单元几何与力学模型的基础上,给出了最佳悬链线拟合抛物线方法．通过仿真计算,得到了最优控制节点数目及拟合抛物线的控制节点坐标．     

碳纤维斜拉索的动力参数特性分析

为探索碳纤维(CFRP carbon fiber reinforced polymer)索本身的动力学行为,寻求影响CFRP索自振频率的主要因素及影响量.采用悬链线索单元分析CFRP单索结构的自振频率与相应振型随单索的垂度及索结构参数的变化规律,在理论推导的基础上,通过具体算例将分析计算得到的结果与频率法测试索力的结果进行了对比。分析结果表明:CFRP斜拉索随着垂度的增大,一阶振型由单波正对称向反对称过渡;当斜拉索的垂跨比处在不同范围内时,CFRP索与钢索的自振频率差值也有所变化;因CFRP拉索垂度小,采用频率法计算索力产生的误差可以满足工程精度要求。因此,合理设置CFRP索身的垂度能有效地避免索身在外荷载作用下产生的一系列不利振动.     

悬链线解答在斜拉索数值分析中的应用

斜拉桥和斜拉索是几何非线性明显的结构。随着斜拉桥跨径的飞速增长,斜拉索的长度也大大增加,目前最长的斜拉索的水平投影长度已超过500 m,这大大超出了常用斜拉索的长度,原有理论的计算精度值得研究。由弹性悬链线静力解析解可推导出弹性悬链线单元,得到单元的刚度矩阵和单元的节点力向量,集成后得到结构的平衡方程。根据该方法,编制了弹性悬链线单元的有限元程序并进行实例计算。该程序可以一根索的任何一个参数值(如索端张拉力或测量预应力状态下的索长)为已知条件来确定索的状态,结果表明,该程序所需单元少、结果精度高,可方便应用于工程实践。建议超大跨度斜拉桥拉索的受力分析采用基于悬链线单元的分析方法。     

斜拉索悬链线构形的伸长量解析计算方法

针对斜拉索无应力索长和张拉时伸长量控制的需求,讨论了斜拉索悬链线构形的伸长量解析计算方法.采用斜拉索的力平衡条件,获得悬链线构形的几何方程,进而通过直接积分得到给定索力时索长和伸长量计算的解析表达;利用增量索力作用时的变形协调条件,获得增量索力作用下的伸长量解析表达.基于应变等效,讨论了基于悬链线构形的弹性模量等效,明确了基于悬链线构形的等效弹性模量可以弱化为基于抛物线构形的等效弹性模量.用某叠合/混合梁斜拉桥的实际斜拉索参数,分别用数值积分、简化公式,验证了给定索力时索长和伸长量解析表达式;用Nlabs有限元、等效弹性模量方法验证了增量索力作用下伸长量计算的解析表达式.研究表明:所提解析表达式能简单直接得到精确的斜拉索伸长量,为斜拉索无应力长度和斜拉索安装时的伸长量控制提供了理论和快捷方法.     

大跨径自锚式悬索桥主缆的线形计算及误差分析

针对自锚式悬索桥的主缆线形在施工过程中的变化特性,自编分段悬链线法和抛物线法程序实现了大跨径自锚式悬索桥主缆线形、空缆线形、各节段无应力长度、吊点坐标和索鞍预偏量等几何特征参数的精确计算;结合工程实例,对自编程序与Midas civil软件计算结果进行了比较分析. 结果表明:与有限单元法相比,分段悬链线法计算得到的索鞍预偏量相对误差为11. 3%,抛物线法计算得到的索鞍预偏量相对误差为23%. 在施工中,分段悬链线法和抛物线法计算结果需要反复修正迭代以综合确定主缆线形.     

轴对称悬链线壳的初参数积分方程分析

本文用初参数积分方程方法求解了轴对称悬链线壳的问题,并给出了一个轴对称悬链线壳受均布荷载的算例.     

自锚式悬索桥主缆成桥线形分析

基于悬链线解析模型,将加劲梁简化为刚性支承连续梁,根据悬链线索元的节点力与索单元投影的函数关系式,建立了自锚式悬索桥的分析模型.利用几何线形误差影响矩阵调整索端力,给出了求解主缆成桥线形和主缆无应力长度的非线形迭代方法.与有限元分析方法相比,该方法计算过程简单,精度满足成桥几何线形的设计要求,便于工程应用.算例分析表明,该方法计算结果与有限元方法计算结果具有较好的一致性.     

自锚式悬索桥空间缆索系统的求解方法

由于存在着强烈的几何非线性效应,自锚式悬索桥的主缆和吊索的线形与内力的确定具有一定的困难,本文对自锚式悬索桥空间缆索系统的线形和内力的求解方法进行了研究.以单索的悬链线方程为基础,推导了空间主缆和吊索的线形和内力的递推-迭代计算流程,通过反复迭代直至主缆线形满足设计参数要求.在进行迭代计算时,切线矩阵的确定是迭代计算的关键.由于不能获得切线矩阵的理论表达式,提出了采用数值方式形成割线矩阵近似代替切线矩阵的求解策略,并通过构造牛顿类迭代格式进行求解.按照该求解方法编制了数值计算程序,经过算例验证,表明该求解方法是可行的,可用于具有对称或不对称形式悬索桥空间主缆和吊索的几何位形和内力的求解.     

弱轴栓焊连接梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

栓焊连接是钢结构建筑中常用的节点形式之一,该节点的受力性能和破坏方式与钢框架结构的抗倒塌性能密切相关。针对栓焊连接节点,采用备用荷载路径法,选择两跨三柱型梁柱子结构作为研究对象,对三个不同跨度比（1:0.6, 1:1.0, 1:1.4）的弱轴栓焊连接梁柱子结构试件进行单调静力加载试验,对比分析了连续倒塌条件下三个试件的破坏模式、力学性能和抗力机制。试验结果表明：三个试件的破坏过程均为梁端受拉翼缘先后发生断裂,进而断裂截面部分内力转由腹板螺栓传递,且梁端受压翼缘屈曲,最终由于梁柱节点处梁腹板螺栓孔发生剪切破坏或梁腹板、节点板断裂使试件丧失承载力。通过分析试件的失效机理可知,三个试件的抗力机制发展过程经历了梁机制阶段、梁机制向悬链线机制转变的过渡阶段、悬链线机制阶段。弱轴栓焊连接节点具有较高的冗余度,当受拉翼缘断裂后节点仍具有一定的转动能力,剩余结构通过梁柱之间可靠的拉结力及梁端产生的较大转角保证悬链线效应能够充分发挥,且在之后的大变形中起主导作用,而梁柱节点变形的快速增大有利于梁柱子结构通过梁柱构件间的协同工作继续承担荷载。对不等跨弱轴栓焊连接梁柱子结构试件,其初始断裂部位往往位于跨高比较小的短梁,且短梁相比长梁的悬链线效应更为显著。     

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。     

悬索桥主缆成桥线形的计算方法

为了准确地计算悬索桥主缆的成桥线形和无应力索长,采用悬链线单元建立了确定悬索桥主缆线形和无应力索长的计算公式;对计算悬索桥主缆线形的非线性方程组采用Newton-Raphson方法求解,并详细地讨论了吊杆力的计算及悬索桥主缆线形和无应力索长的计算过程;最后通过算例验证了该方法的有效性、计算精度和稳定性,并将计算结果与其他文献方法的计算结果进行了比较。分析结果表明：该方法具有计算过程简洁和计算精度高的优点。     

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。     

劲性支撑穹顶结构找形分析

针对索垂度在施工成形过程中不可忽略的问题,采用悬链线单元模拟索,依据胡克定律、小应变假设和变形协调方程等条件,推导了索原长的计算公式,给出了一种已知任意一个正值求解索原长度的二分法。在正交索网结构中,采用该二分法求得的索原长与已知条件给出的索原长进行对比,其误差均不超过0.16%,且不同初始值计算得到的索原长差别不大。针对劲性支撑穹顶结构的找形分析问题,给出了一种FEDR法,即有限元动力松弛法,以期提高动力松弛法的计算精度和可靠性。给出了找形分析的求解策略,并通过FORTRAN语言和ANSYS的APDL语言编制找形分析程序。对正交索网和跨度为71.2m设两道环杆的肋环型劲性支撑穹顶结构进行找形分析,ANSYS有限元分析与FORTRAN语言找形程序求得的杆件内力进行对比,其误差均不超过0.42%。     

CFRP索和钢索斜拉桥地震响应分析与抗震验算

为了研究碳纤维增强复合材料（CFRP）索和钢索斜拉桥在地震响应和抗震性能方面的差异,以苏通长江公路大桥为参考建立了有限元动力学模型。采用等轴向刚度准则进行钢索和CFRP索的替换,利用时程分析法比较了不同索斜拉桥的地震响应值,并进行了抗震验算和评价。结果表明：相对钢索斜拉桥,CFRP索斜拉桥的自振频率有明显提高,位移和内力地震响应值减小,响应衰减较快,且抗震性能优势明显,其原因是CFRP索斜拉桥自重轻、索桥耦合振动的概率小、索的材料阻尼大等;所得结论可为CFRP索在大跨斜拉桥中的应用提供参考。     

建筑索结构索力测量新方法与工程应用

索作为建筑索结构中的重要构件,索的预张力大小是索结构设计中的重要参数,也是索结构施工过程中进行控制的重要环节.开发新型的索力传感器是索结构施工监测和控制中面临的新课题.基于铁磁材料的磁弹性能阐述磁弹法测量索力的基本原理,开发了一种新型的磁通量传感器,并将其应用在双曲面索网模型张拉试验中进行索力监测控制.试验结果表明,该方法可以非常方便快捷、准确地测定索在张拉过程中的索力,可为工程参考使用.