荷载步距对预应力索结构性能影响试验研究

用普通弹簧模拟预应力索,沿索的法向对索分级施加荷载,进行了7组试验。测试了索的长度、最大垂度值和最大张力等特征值,对索受力特点和变形规律的试验测试结果和理论计算结果进行了对比分析。结果表明,在其他条件不变的情况下,迭代荷载步距越小,计算结果越准确;垂跨比越大,索的最大张力值越小。为工程加固设计和施工方法提供了理论依据。试验值与理论值变化规律吻合,表明文献[1]的基本假定符合索的受力特点,建立的理论模型能够反映索的变形规律。     

大跨度部分斜拉桥最大单悬臂阶段几何非线性影响分析

针对部分斜拉桥的几何非线性因素对桥梁结构的影响进行分析研究.首先介绍了斜拉桥几何非线性分析的基本理论,并以长山大桥为例,用MIDAS软件建立有限元计算模型,考虑斜拉索垂度效应、P-delta效应、大变形效应等因素对该桥进行受力分析.结果表明,几何非线性对结构变形产生较大影响,在施工时应加以重视.     

垂直腹杆体外预应力索受力性能试验

以普通弹簧模拟预应力索,按撑杆数、载荷步距及垂跨比的不同对索施加竖向荷载,进行7组试验,测试索的长度、最大垂度值和最大张力等特征值,研究索的变形规律.试验表明,在其他条件不变的情况下,腹杆数越多,试验测试结果与理论分析结果越接近;迭代荷载步距越小,计算结果越准确;垂跨比越大,索的最大张力值越小.     

几何非线性因素耦合作用下悬索管桥索结构的应力分布

针对悬索管桥索结构体系的几何非线性行为,进行了耦合作用下索单元刚度矩阵的分析。在此基础上以某黄河悬索管桥为原型,建立了悬索管桥有限元仿真模型。通过找形计算确定了索结构的初始位置。并在正常运营的工况下对该管桥采取非线性有限元分析,得到主索、风索、下稳定索、吊索及系索五种索结构的应力分布规律;同时利用工程检测数据验证了所用理论、所建模型和模拟结果的正确性。研究结果表明:在正常运营的工况下,悬索管桥各个索的应力值都远小于其标准破坏强度1 570 MPa;主索、风索、下稳定索的轴向应力沿桥中心呈对称分布;吊索体系、系索体系的各对索的应力以各自的第27对索为中心,也呈对称分布;应力最大的系索不是第27对系索,而是其两侧附近的系索。     

索膜结构的动力松弛法分析

根据索膜结构几何非线性的特点,以动力松弛法为迭代方法,推导出在均布预张力作用下的找形公式以及静荷载作用下的受力计算公式．然后绘制出多种预张力、矢跨比时典型结构的位移-荷载曲线,通过比较发现,提高矢跨比可以明显减小结构的位移;而通过提高预张力的方法,其结构位移的量减少不大．     

悬索结构大位移分析改进的两节点索单元模型

基于非线性弹性理论,提出了适合悬索结构大位移分析的改进的节点索单元有限元模型,在 移函数的表达式中计及了索元自重垂度的影响,从而克服了目前悬索结构普遍采用的现代了点索元无法直接计及自重垂度影响的缺点。     

大跨度公铁斜拉桥的几何非线性效应

考虑几何非线性效应,计算大跨度公铁斜拉桥承载能力和正常使用极限状态下的结构变形和内力. 采用分步迭代调索方法计算成桥索力,建立迭代修正Ernst公式,在索力计算和结构内力计算中考虑垂度效应, 研究拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应对斜拉桥极限状态时内力的影响. 研究结果表明,几何非线性对大跨度公铁斜拉桥的内力影响比较显著,线性计算结果与非线性计算结果相比偏不安全,在公铁斜拉桥结构设计中,必须计入几何非线性的影响. 各种非线性因素中斜拉索的垂度效应最为显著,其影响效应随外荷载的增大而变大.     

大跨度悬索桥施工期主缆索股线形区域分段控制法

为实现对复杂温度环境下索股线形的精准控制,提出了基于悬索桥构造特点及地形特征的区域分段控制法,推导了索股垂度与长度、垂度与跨径、垂度与温度之间的关系表达式;可快速测定主缆索股温度场,计算出边、中跨的索股调整系数,继而确定索股调整量,实现索股线形的有效控制。研究结果表明:悬索桥施工过程中,主缆索股温度具有明显的时变性及随机性;根据控制精度要求及主缆索股材质特性,提出了等效温度法,从而提高了工作效率;边跨索股的调整系数具有较强的非线性特征,并随边跨索股垂度的变化而改变,而中跨的索股调整系数施工前后变化不大;结合桥位附近的地表地形,对主缆索股温度进行区域分段控制是合理可行的,提出的区域分段控制法效率高、精度好,且具有较强适用性。     

三塔斜拉-自锚式悬索组合结构计算方法及参数分析

为了掌握三塔斜拉-自锚式悬索组合结构的力学特点和计算方法,以汉中市西二环特大桥为例,进行了成桥状态计算方法研究,并结合实际工程中常用的结构参数对其进行力学性能影响分析.结果表明,该类结构在计算中非线性效应较突出;对于自锚式悬索体系部分,处理好悬索体系主缆矢跨比和背索在主梁上的锚固间距可优化副塔受力;对于斜拉索体系部分,主梁的截面形式及斜拉索的锚固间距对结构影响不大.     

缆索吊装主索系统的受力分析算法与工作性能

针对已有计算方法的不足,提出了一种大跨度缆索吊装主索系统受力分析的较精确有限元算法。该法应用小应变弹性悬链线单元、CR(随转坐标系)列式法梁单元,考虑主索(即承重索)在索鞍处的切点变化和索鞍的自由转动,用几何非线性有限元方法,得到了跑车及吊重顺桥向移动过程中主索的几何参数、内力及其变化规律,用迭代方法得到缆索吊装主索系统的架设参数。结果表明:①大跨度缆索吊装主索系统最不利工况均发生在跑车及吊重这一移动荷载处于主索跨中70%的跨径的区段内,此时,牵引索和起重索对主索的结构作用很小,可以假设牵引索和起重索对主索的结构作用为0;②主索索鞍转动对主索系统的受力分析结果和架设参数计算结果的影响不可忽略。南宁永和大桥缆索吊装主索系统试吊试验过程分析结果及其与实测数据对比表明,该法具有较高的精度。     

悬索结构非线性有限元分析

提出了一种适合于悬索结构空间非线性分析的三节点等参数索单元有限元模型,在三维整体坐标下,由就的定义得到了可以考虑任意高阶位移影响的非线性应变几何关系,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标描述法,并由虚功原理建立了非线性有限无限元增量方程及切线刚度和矩阵,算例计算表明,本文方法可用于各种悬索结构的计算分析。     

大跨径混凝土斜拉桥模型试验

为在有限的空间内进行具有足够精度的模型试验以体现斜拉桥整体受力特点,提出了混凝土斜拉桥节段缩尺相似法的模型试验方法。选择主梁塑性最强的跨中附近区域作为试验节段,在节段两端设置无索区并施以弹性支撑,以模拟原结构在边界处的受力状态并消除边界模拟的误差;调整无索区长度和两端弹性支撑刚度,直至试验梁和在外荷载作用下控制截面和控制索的内力增量与原结构保持一致,以正确反映整体结构的受力特征;确定缩尺比例、制作试验梁段和弹簧支座,以混凝土裂缝宽度为控制指标设计了加载工况并完成了加载试验,并对局部节段和整体模型控制截面的计算和实测结果进行对比。试验结果表明:在弹性受力范围内节段模型和实桥受力状态一致,主梁开裂后两者的荷载-挠度曲线和荷载-索力曲线均比较接近,节段模型可较好反映实桥该区域的受力状态;该方法能有效反映大跨径混凝土斜拉桥整体非线性受力特点和内力重分布规律;斜拉桥主梁初裂位置在集中力加载点附近,开裂后裂缝逐渐向加载点周边扩展且最大裂缝宽度增长缓慢,混凝土压应变发展和支撑索的索力增长也比较缓慢;混凝土斜拉桥在主梁开裂后整体刚度下降的幅度并不大,整体结构发生明显的内力重分布使得结构极限荷载加大。     

索-拱结构面内稳定性研究

应用有限元方法对索拱结构的面内特征值屈曲及考虑几何非线性影响的非线性屈曲的平面内稳定问题进行了研究.程序中使用牛顿拉弗森法和弧长法对荷载位移平衡路线进行跟踪,研究了索对结构的极限荷载和平衡路径的影响.考虑了索与水平面夹角、索的根数及不同荷载作用方式、不同边界条件下索-拱结构稳定性能及变形性能的影响.结果表明:索可以非常有效地控制拱结构的失稳模态和破坏形式,提高其极限承载能力,影响破坏过程及后屈曲平衡路线,有效地克服了拱结构在半跨荷载作用下变形大、承载力低的缺点.     

自锚式悬索与斜拉组合体系桥梁使用阶段模型试验

为充分了解自锚式悬索与斜拉组合体系桥梁使用阶段的受力性能,以实桥为工程依托,基于相似理论,建立了缩尺比例为1∶20的全桥试验模型,并进行了使用阶段模型试验.分析了自锚式悬索与斜拉组合体系桥梁使用阶段主梁的变形规律、主缆的线形变化特征以及主塔的受力特性.研究结果表明:使用阶段实测模型主塔最大应力增量为2.08 MPa;斜拉区受力变化对悬索区结构影响明显;全桥对称加载主跨跨中挠度比主跨对称加载减小了14.3%.     

竖向地震下大跨径CFRP悬索水平张力增量研究

为研究竖向地震作用下大跨径碳素纤维复合材料(CFRP)悬索的水平张力增量随跨径和垂跨比的变化,基于线性自由振动理论推导了悬索强迫振动方程,进一步得到了用于近似求解张力增量的振动参数αn,采用极限设计原则计算两种桥型的CFRP悬索静力参数,通过αn研究水平张力增量的变化.研究表明:CFRP悬索跨径变化对αn几乎不影响,而垂跨比对αn影响非常大.当不考虑背索时,二阶振型所产生的张力增量为悬索张力增量的主要贡献;当考虑背索时,主要由一、二阶振型控制悬索张力增量的变化.     

天然气管道悬索跨越结构风致响应研究

针对天然气管道悬索跨越结构的风致响应问题,以普光悬索跨越为例采用等效风荷载方法进行风致响应分析以及结构安全性评价。研究结果表明:抗风索迎风面的应力要远大于背风面的抗风索的应力,两个端点处的应力最大,跨中处的应力值最小。主索主要提供竖向刚度,桥身桁架和抗风索主要提供横桥向的刚度。主索、抗风索和主塔的内力组合的最大值接近于主索和风索的最大允许应力,而桥身桁架和吊索的最大应力值远远小于其最大允许应力,桥身桁架中弦杆的应力大于腹杆。建议进行此类跨越结构设计时在满足结构设计要求下尽可能增大主索和抗风索截面并减小桥身桁架中腹杆截面。     

悬索结构平衡及振动非线性有限元分析

采用五节点索单元,提出了悬索结构平衡及自由振动非线性分析的一种新的有限元方法,将索元变形后的位置用修正的ａｇｒａｎｇｉａｎ坐标的四次多项式来表示,并在索元变形后的位置上由虚功原理建立了非线性有际元基本方程,所的非线性有限元分析方法可充分考虑拉索的几何非线性特性的影响,并给悬索结构的线形结构的找形及振动分析带来方便,此外,对单索结构的平衡及自振特性进行了计算分析。     

折线先张法预应力工字梁受力性能试验

为克服直线先张法的预应力筋不能弯折而使桥梁跨径受限,以30 m折线先张法预应力混凝土工字梁为研究对象,研究折线先张法工字梁在弹塑性阶段的应力、变形、裂缝和承载能力,进行理论计算及静载破坏试验,并利用Midas Civil有限元软件的psc程序计算,对比静载试验与有限元模型。结果表明：在弹性阶段,荷载与混凝土应变、挠度的试验曲线均呈线性变化;跨中截面和3L/8截面为梁体应变的危险截面;加载至1～1.4倍的开裂荷载时,L/4、L/2截面挠度变化仍基本处于线性增大状态,斜率约为按弹性阶段计算的2倍;当出现第一条裂缝后,随着荷载的增加,裂缝继续向工字梁腹板延伸,跨中底板及腹板附近出现新裂缝,但未出现梁端剪切裂缝或破损现象。预应力混凝土工字梁的应力、挠度校验系数均小于1,表明折线先张法工字梁的抗弯和抗剪承载能力、强度、刚度、抗裂性均满足设计及规范要求。     

自锚式斜拉-悬索协作体系桥非线性分析

阐述自锚式斜拉-悬索协作体系桥几何非线性特征,分析混凝土收缩徐变、主缆矢跨比和主梁拱度对协作体系的影响.应用线性理论、线性二阶理论和非线性理论对一座主跨800m的自锚式斜拉-悬索协作体系桥进行分析,得到主梁、主塔在活载作用下不同矢跨比和主梁拱度下的弯矩和位移.分析表明:主跨800m的自锚式斜拉-悬索协作体系桥可以采用较简单的线性二阶理论进行近似活载计算,其误差不超过6%;混凝土收缩徐变对结构受力影响较大;整体刚度优于悬索桥;主缆、主梁轴力和刚度随着矢跨比的增大而减小;主梁设置拱度可以提高体系整体刚度.     

平顶山建设路立交桥力学性能分析

根据刚性索自锚式悬索桥的结构特点,对刚性索自锚式悬索桥力学性能计算的有限元法建模进行探讨,运用有限元程序Midas/civil,建立了平顶山市建设路立交桥——刚性索自锚式悬索桥的空间有限元计算模型,对该桥进行受力分析和变形计算。计算结果表明：桥梁的受力与变形基本关于跨中对称;恒载作用下桥梁以竖向变形为主;主梁全截面处于受压状态,在桥塔附近主梁出现负弯矩,在吊杆位置处弯矩出现尖点,剪力发生突变;主缆与吊杆全部受拉,拉力较为均匀,内力最大值均发生在桥塔边跨侧;各构件受力均在规范规定范围内且有较大安全储备;主缆与吊杆增加的外包结构使其承受拉力外还能够承担部分弯矩,从受力上表现出刚性的特点。