几何非线性效应下的CFRP索斜拉桥动力特性

为研究CFRP索斜拉桥与钢索斜拉桥的静动力特性的区别,分别讨论以南京长江三桥为原型的跨径为648m的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥,采用有限元法对比分析了考虑几何非线性效应的CFRP索及钢索斜拉桥的主要静动力性能,并对比分析了垂度效应、大变形及梁-柱效应对这2种斜拉桥的静动力性能的影响。最后分析了不同的结构体系、辅助墩设置个数等参数对CFRP索斜拉桥的动力特性的影响。研究结果表明:垂度效应对CFRP索斜拉桥的静动力性能影响较小,对钢索斜拉桥静动力性能影响显著;大变形及梁-柱效应对2种斜拉桥的静动力性能影响较大,计算时不可忽略该效应;所得结论可为长大跨斜拉桥的分析计算提供一定的参考。     

基于改进帝国竞争算法的大跨斜拉桥成桥索力优化

为了确定大跨斜拉桥成桥索力,综合考虑成桥状态大跨斜拉桥的受力和变形特点,建立大跨斜拉桥成桥索力优化的数学模型.从计算精度和收敛速度两方面对帝国竞争算法进行改进,提出一种改进的帝国竞争算法.采用改进的帝国竞争算法,结合罚函数技术和有限元法求解索力优化模型,实现了斜拉桥成桥索力的改进帝国竞争算法优化计算.最后,采用提出的索力优化方法对某大跨斜拉桥进行索力优化研究.研究结果表明:提出的索力优化方法具有很好的全局搜索能力,能够有效地解决高维多变量的大跨度斜拉桥成桥索力的优化问题;采用该方法进行斜拉桥索力优化,可考虑各种非线性效应,从而可获得更合理的成桥状态.     

预应力效应对无背索斜拉桥索力优化的影响分析

无背索斜拉桥成桥状态结构内力和线形的确定是斜拉桥设计和施工过程中的重要程序,成桥状态的合理性是保障无背索斜拉桥结构安全、适用和经济的重要前提。针对预应力混凝土无背索斜拉桥在考虑和不考虑预应力效应的情况下,采用基于影响矩阵的未知荷载系数法,在对主梁和桥塔特定截面位移约束的条件下,对全桥结构进行索力优化并分析结构受力状态。分析结果表明,预应力效应对无背索斜拉桥索力优化和结构受力有较大影响,在实际无背索斜拉桥结构分析中不能忽略预应力效应对全桥结构索力优化的影响。     

大跨度钢箱梁斜拉桥施工过程风致抖振时域分析及抗风措施

以杭州湾跨海大桥北通航孔斜拉桥为背景,采用ANSYS有限元分析软件对其施工中最大双悬臂及最大单悬臂状态进行了风致抖振响应时域分析.采用谐波合成法进行了随机风场模拟,对塔、梁和索承受的风荷载分别进行了简化,并给出了静风力、抖振力和自激力的时域表达式及自激力在ANSYS中的实现方法;采用“鱼骨式”模型作为斜拉桥主梁的计算模型,分析考虑了结构的几何、气动非线性.分析结果表明:在施工阶段设计风荷载下,主梁悬臂端及塔顶处位移响应较小,风荷载效应与恒载效应组合后,塔根部截面最大拉应力为0.707 MPa;根据抖振响应分析结果和其他因素综合考虑,对杭州湾跨海大桥北通航孔斜拉桥提出了施工过程中有效可行的抗风措施.     

CFRP索斜拉桥地震波行波效应分析

碳纤维增强聚合物(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优良性能,在大跨度桥梁中将会广泛应用.对跨度大或延迟时间长的结构需考虑行波效应的影响,且其对CFRP索斜拉桥和普通斜拉桥影响程度也不相同.因此,为研究CFRP索斜拉桥在地震波行波效应下的动力性能,以某一大跨度斜拉桥为背景,建立模型,按照等强度原则将钢索换为CFRP索,计算并获得CFRP索斜拉桥在地震波一致激励和多点激励作用下的位移、应力及分别对应的时程曲线.计算结果表明,行波效应对CFRP索斜拉桥地震响应有显著的影响,使得该桥的时程曲线发生了较显著的变化,塔根效应增加显著,结构部分位移增长非常显著,对轴力影响比对剪力的影响更为明显,因此在大跨度CFRP索斜拉桥的设计分析中必须考虑行波效应的影响.     

斜拉桥静力非线性分析及其索力调整

编制了适合斜拉桥计算的平面杆系线性与非线性分析的程序，探讨了单塔密索斜拉桥缆索的非线性与大位移（小应变）几何非线性，并应用稳定张拉力法与加一对力法研究了斜拉桥恒载索力调整以及索施工阶段张拉力的计算．同时对上述各项均作了线性与非线性分析的比较，从中得出有价值的结论．     

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.     

大跨度钢斜拉桥施工过程线形控制

运用几何非线性分析理论,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应,对大跨钢斜拉桥施工过程线形控制进行数值模拟研究.采用多段短索桁架单元模拟长索的非线性效应,通过改变单元的无应力长度实现索的多次张拉.根据新增构件的不同激活方式,提出将施工过程模型分为切线安装、平行安装和建模位置安装3类,其中切线安装和平行安装用于施工过程分析,建模位置安装用于施工控制中的反拱分析.考虑几何非线性多次迭代计算安装线形,采用稀疏矩阵算法求解有限元方程.基于以上原理编制了大跨钢斜拉桥非线性分析及施工过程线形控制模拟软件BINAS,通过苏通大桥实例验证了该方法具有较好的计算精度和适用性.     

矮塔混凝土斜拉桥成桥索力优化

针对矮塔混凝土斜拉桥结构受力特点,推导出了在恒载、车辆荷载、温度作用下整体弯曲能量表达式,以结构整体弯曲变形能最小为目标,主梁主塔单元弯矩和轴力为约束条件,应用MIDAS/CIVIL 2010的未知荷载系数模块进行了最不利荷载组合作用下矮塔混凝土斜拉桥成桥索力优化计算分析.讨论了车辆荷载和温度作用对矮塔斜拉桥成桥索力优化结果及大桥结构内力分布的影响,研究结果表明,车辆荷载和温度作用对拉索索力、主梁弯矩等力学参数的影响较大,在进行成桥索力优化时应该考虑车辆荷载和温度作用.     

基于ANSYS的大跨度斜拉桥非线性成桥索力优化研究

将有限元计算与优化设计分析相结合,在索力变化对结构响应和目标函数敏感性分析的基础上,综合考虑结构内力、线形控制条件,提出一种全过程计入结构几何非线性影响的大跨斜拉桥合理成桥索力优化方法,采用一阶分析法对成桥索力进行迭代优化.基于ANSYS的优化分析模块,对一大跨斜拉桥成桥索力进行了计算,验证了方法的正确性和有效性.     

在役拉索索力识别的静力平衡法

为了实现操作性强、精度高的在役拉索索力识别,考虑拉索的预应力刚化效应和静力平衡原理,提出了一种基于静态测试手段的在役拉索索力识别方法.通过对索力识别过程及其关键技术的分析,提出了内衬采用软金属的复合索夹型式,并采用显式非线性动态分析法分析了索夹与拉索之间的接触变形演化规律,研究了摩擦力随夹紧力的变化规律,从理论上阐明了该方法的科学性和可行性.因索力的获得只与施力点位移和施力大小有关.避免了常用索力测定方法测量精度受拉索边界条件及材料参数取值影响较大的问题,为柔性拉索的索力识别提供了一种新的思路.     

斜拉桥成桥索力优化理论及方法的最新进展

从是否计入斜拉桥几何非线性影响的角度分别介绍了合理成桥状态下斜拉桥索力优化采用的基本方法,并对各种方法的优缺点及适用情况进行了较为系统的总结与评述,为其进一步研究提供了新思路．     

空间索形悬索桥吊装施工过程分析方法

以主缆与吊索的下料长度、索夹安装位置为联系,构建吊索下端力矩阵,并建立各个施工阶段临时体系相互独立的平衡方程.分别采用考虑重力的多段二力杆、分段三维悬链线来分析空间索的双向垂度特征,并提出了2种主梁吊装过程的解析解.利用数值迭代法,实现不依赖于前行施工阶段,独立求解任一工况的物理状态.算例分析表明,该方法对施工状态的实时变动能迅速作出响应,适合施工过程的实时监控与技术决策分析.     

MATLAB优化工具箱在斜拉桥索力调整中的应用

针对斜拉桥施工中出现的主粱标高线形误差和索力误差,采用Madab优化工具箱,以结构内力和线形为控制条件,利用结构影响矩阵将调索问题变为有约束的二次规划数学模型,运用Madab优化工具进行求解,并求到最终调索增量值。应用于实际工程证明该方法简单、有效。具有一定的工程实用价值。     

桁式钢管混凝土系杆拱桥拱轴线及吊杆索力优化

目前,针对桁式拱系杆拱桥拱轴线形和吊杆索力优化研究相对单一,为得到下承桁式钢管混凝土系杆拱桥的最佳成桥状态,对拱轴线形和吊杆索力进行一体优化。通过基于影响矩阵的最小结构体系应变能原理对吊杆索力进行优化,并利用Matlab中无约束优化算法进行求解;采用桁式拱肋主管偏心距最小法对拱轴线进行优化。经过迭代计算,得到一组满足偏心距阈值的无约束优化吊杆索力和拱轴线形。结果表明：优化后的吊杆索力较优化前更加均匀且均有不同程度的减小,短吊杆索力减小近30%,其抗疲劳性能得到大幅提高;成桥状态下主拱受力良好,上、下弦杆的跨中弯矩小且均匀,轴力值有所降低;优化后主梁端部截面弯矩值有所增大,轴力值基本不变,优化效果不明显;主拱上、下弦杆钢管和混凝土截面分配应力均小于材料承载力,均符合规范要求。     

考虑支座约束条件影响下钢筋混凝土索梁结构体系受力性能研究

在钢筋混凝土索梁结构体系中,索对板的直接作用为集中力。针对索梁结构和周围的板的相互作用,相互影响,使索传给板的集中力存在分配的问题,提出把周围的板视为弹簧支座,求出弹簧刚度系数,得出索传给索梁结构的轴力。     

型钢框架-锚索-岩土体耦合蠕变行为

通过现场试验，揭示了型钢框架-锚索-岩土体的耦合蠕变行为，建立了支护体系耦合效应下锚索蠕变模型和锚固力损失计算模型.基于蠕变损伤理论构建了锚固力损失过程中等效蠕变刚度损伤计算模型.研究结果表明，粉土地层中，拉力型锚索在有效锚固长度范围内增加锚固段长度可提高其抵抗蠕变能力，压力型锚索受锚固体挤胀作用影响，可有效减小锚固力损失.型钢框架-锚索-岩土体耦合蠕变模型及锚固力损失计算模型皆展现出较好的计算效果，等效蠕变刚度损伤模型可有效预测等效蠕变刚度的损失状态，并准确描述锚固力的衰减规律.     

减隔震装置在飘浮体系斜拉桥纵桥向的应用

以某双塔飘浮体系斜拉桥为工程背景,对比分析了拉索限位器和黏滞阻尼器两种减隔震装置在飘浮体系斜拉桥纵桥向的减震特点,并进一步探讨了拉索限位器和黏滞阻尼器联合使用方式对飘浮体系斜拉桥纵桥向地震响应的影响.结果表明:拉索限位器同黏滞阻尼器相比,可以更有效地控制结构位移,而黏滞阻尼器在内力控制上具有一定的优越性;联合使用方式有助于发挥各自的优势,达到拉索限位器控制梁端位移、黏滞阻尼器改善塔底受力的理想状况,是一种更为经济有效的减震措施,且在脉冲型地震动作用下同样具有良好的减震效果.