自锚式悬索桥空间主缆线形的计算方法

基于空间分析模型,研究了自锚式悬索桥空间主缆线形的精确计算方法,根据主缆在吊杆之间的各索段在自重作用下呈悬链线,推导并研究了空间主缆在吊杆力作用下坐标的迭代计算方法.根据主缆空间线形及其理论交点,确定合理的鞍座位置,根据主缆无应力长度不变的原则,确定主缆的空缆线形.基于上述理论,以某空间缆索自锚式悬索桥为例,进行了详细的分析,给出了主缆无应力长度、鞍座位置、鞍座预偏量等,确定了该桥的合理成桥状态及空缆状态时的线形.算例分析表明:空间缆索自锚式悬索桥主缆线形计算方法是正确、可行的.     

基于刚性支承连续梁法的悬索桥成桥状态解析算法

为解决悬索桥合理成桥状态平衡态计算闭合问题，系统提出成桥状态的解析算法。首先，根据余能定理推导基于刚性支承连续梁成桥状态目标函数，考虑索塔压缩变形，基于悬链线理论建立缆索体系非线性方程组；然后，考虑加劲梁无应力曲率，根据加劲梁弯曲变形微分方程组，构建多节点力作用下的加劲梁位形计算非线性方程组；进而，根据成桥状态下刚性支承连续梁位形，设立加劲梁各吊点最优化控制目标函数；最后，基于吊索体系联立缆索体系与加劲梁体系的力学模型非线性方程组，实现基于刚性支承连续梁的成桥状态各构件力学参数化求解，并将推导的解析算法与有限元模型的研究结果进行对比分析。结果表明：解析算法计算结果由于计算过程的闭合条件，与有限元模型计算结果基本吻合，对于关键参数吊索力及主缆线形计算差值率控制在0.1%以内，加劲梁弯矩极值差值率约为-0.34%;推导的解析算法为精细化合理成桥状态闭合方法，可作为悬索桥合理成桥状态设计的可靠方法。     

悬索桥主缆的计算方法的研究

以分段悬链线单元计算理论为基础迭代计算悬索桥成桥状态主缆的线形、主缆的无应力长度和主缆内力。本方法精度高,简单适用。     

吊索振动松弛对悬索桥地震响应的影响分析

以一座钢悬索桥为对象,首先建立能考虑主缆和吊索振动松弛的全桥空间有限元模型,所得固有振动模态与数值解析模态、现场试验结果的比较验证了有限元模型的正确性,可采用该模型进行非线性地震响应分析。其次,探讨地震荷载下主缆和吊索发生振动松弛的可能性,结果表明:强震作用于纵桥向时,跨中附近的吊索会出现振动松弛,但初始轴力较大、轴力减小量相对较小的主缆没有出现振动松弛;强震作用于横桥向时,吊索和主缆均未出现振动松弛。最后,分析强震荷载下吊索振动松弛对悬索桥各构件的影响,结果表明:纵桥向加震时,吊索振动松弛使横桥向另一侧的吊索轴力增大10%,但对加劲梁、主塔和主缆的地震响应影响较小,最大增大5%。     

悬索桥缆索系统的数值分析法

针对已有计算方法的不足之处,提出了一种各种状态下悬索桥主缆线形的精确数值算法和索股、吊索长度的计算方法.该方法能全面考虑温度、各种鞍座及主塔的约束作用对主缆线形的影响,并能很好地处理主缆与鞍座的接触问题,可以方便地模拟塔顶鞍座临时固接和顶推这一悬索桥特有的施工工况,索股长度计算时能精确考虑悬索桥锚跨索股的空间走向,具有计算精度高、速度快的优点.利用该方法编制的软件已用在江阴大桥和润扬大桥的设计和施工中.     

超大跨径CFRP缆索悬索桥静力性能

为研究超大跨径CFRP缆索悬索桥的静力特性,并比较其与传统钢悬索桥静力性能的区别,探索性设计了主跨分别为2000 m、3000 m的CFRP缆索悬索桥和钢缆索悬索桥,以及主跨为5000 m的CFRP缆索悬索桥,采用有限元法对比分析了这几种悬索桥在恒载、汽车荷载以及温度作用下的内力和变形.结果表明:在恒载作用下,随着跨径的增大,结构内力迅速增大,且跨径越大增长速度越快,相同跨径条件下,CFRP缆索悬索桥主缆张力、吊索平均索力均小于钢缆索悬索桥的相应值,但加劲梁最大弯矩值略大;在汽车荷载作用下,CFRP缆索悬索桥的竖向位移稍大于钢缆索悬索桥的相应值;在温度作用下,CFRP缆索的内力增量和竖向位移较钢缆索的相应值小很多.     

悬索桥缆索系统的近似计算

缆索系统是悬索桥最主要的承重构件之一,目前已有文献资料提出主缆和吊索的估算方法及公式。文章结合重庆寸滩长江大桥的设计及其他文献资料,对估算公式进行了验证,并提出修改意见,为今后同类桥梁缆索系统的估算提供参考依据。     

景观悬索桥装饰缆索的找形与内力计算

景观悬索桥的装饰缆索不参与主结构受力,但却是桥梁不可分割的一部分.为保证其成桥后主缆及吊杆线形,必须有一定的内力与主桥相匹配.提出了一种针对悬索桥装饰缆索的找形及内力计算方法,首先建立主缆模型,并将各吊杆作用简化为竖向约束,计算各区段缆索拉力及吊杆的张力,进而通过主缆及吊杆的适宜张力计算其下料长度.结合新疆某景观悬索桥实例,利用MIDAS/Civil建立主缆局部有限元模型,计算主缆、吊杆张力及理论下料长度,并对其进行风振激励下的动力特性验算.按该方法计算的下料长度及拉力进行施工,成桥后各方面均可满足要求.     

限位吊索对三跨连续悬索桥静动力特性的影响

为研究限位吊索对大跨缆索桥梁结构静动力特性的影响，以某非对称三跨连续悬索桥为工程背景，建立了大桥有限元模型，并通过实测验证了模型的正确性，探究了限位吊索对大桥主缆线形、主梁线形及动力特性的影响.研究结果表明：限位吊索可协调三跨连续悬索桥边跨过渡墩处主缆与主梁的竖向变形，使得结构具有合理的应力分布；当一侧不设限位吊索时，主缆最大变形可达355.7 mm,同时引起其余吊索发生应力重分布，使得边跨主梁产生最大正向变形值，并在另一侧边跨产生最大负向变形值；当全桥均不设限位吊索时，主缆与主梁两侧变形均达到最大值，应力重分布呈对称分布；限位吊索主要影响三跨连续悬索桥前3阶竖弯模态频率，设置限位吊索可略微提高结构的竖向刚度.     

悬索桥主缆成桥线形的解析计算

根据悬索桥在恒载作用下的力学特点,对悬索桥的主缆线形及无应力索长的计算方法进行了研究.采用悬链线单元建立悬索桥线彤和无应力索长的计算公式,结合施工中加劲粱的架设特点,确定了成桥线形分析中的吊索力,还对计算悬索桥主缆线形的非线性方程组采用Newton-Raphson迭代格式求解并编制程序.最后通过算例验证了该方法的计算精...     

悬索桥空间主缆分析

为了确定悬索桥空间主缆恒载线形,根据已有的二维模型,提出了一个三维主缆线形计算方法.直接从三维索的几何方程和平衡方程出发推导了索形迭代计算方法,该方法将三维主缆投影到2个平面上分别考虑几何边界条件和力的平衡条件,考虑了倾斜吊杆的影响,引入梯度迭代法,推导了三维主缆的迭代方程,给出了具体计算分析的迭代流程;采用C++语言编制了主缆三维恒载线形分析程序CF3D.基于该方法和程序对一座悬索桥的主缆进行了恒载线形的迭代计算分析.研究结果表明:该方法精度完全能满足工程计算要求,迭代计算出的主缆线形平顺.该方法具有使用方便、精度高等优点,适用于多跨空间缆索悬索桥.     

基于精确解析解的索单元

完善了基于悬索精确解析解的两节点平面索单元，包括带节间集中力的索单元、两端带刚臂的索单元．从理论上推导了空间索单元的平面外刚度系数，并通过坐标转换矩阵将空间索单元统一到平面索单元上，也可考虑在组合均布荷载作用下的索单元．这种索单元可用于悬索桥、斜拉桥等结构的非线性有限元分析中．通过两个算例的计算表明，该方法是精确有效的．     

Line shape calculation method for suspension bridge catwalk considering different states of bearing cables

The line-shape of catwalk of long-span suspension bridge is obtained by using the segmental catenary method to carry out the iterative calculation, where all the bearing cables are considered as one cable, and transversal passages and gantry are treated as nodes which divide the catwalk into several segments. The difference of line-shape and force between catwalk bearing cable and gantry bearing cable is not usually considered, but the line-shape of two kinds of cables is actually inconsistent because of the constraints from gantries. Based on the segmental catenary method, considering the different states of bearing cables (DSB calculation method), fine calculation is carried out. This method is applied to the design of a suspension bridge’s catwalk, and is compared with the traditional calculation method. It is obtained that the result is more reasonable and accurate by the coordination calculation method considering different states for two kinds of load-bearing cables, which is worth considering in the process of design and optimization for catwalk.     

双缆悬索桥体系的力学特性(Ⅱ)

研究了双主缆悬索桥体系在承受不平衡活载时的力学特性——双缆体系根据荷载在上缆与下缆间的分配情况,可等效为一根虚拟主缆;单跨加载时,加载跨主缆内力增大,非加载跨荷载由下缆向上缆转移,虚拟缆垂度减小,以达到与加载跨主缆的内力平衡.根据加载跨与非加载跨主缆水平力相等的关系,通过求解虚拟缆的垂度,得到了荷载在上缆与下缆间的分配比例,建立了有限元模型进行验证,并与理论值进行了对比.结果表明,双缆体系在承担不平衡活载时,其塔顶位移及跨中挠度远小于传统悬索桥.     

悬索桥成桥状态计算方法

假设悬索桥主缆自重沿弧长均匀分布，加劲梁、桥面等其余恒载沿水平均匀分布，考虑主缆弹性伸长对其自重集度的影响，导出了以参数u（shu=dy／dx）表示的主缆线形方程。由边界条件，建立了求解主缆水平张力和端点未知参数的非线性方程组，采用拟牛顿法求解。然后通过改变参数u来确定主缆线形坐标。最后由积分法导出了主缆索有应力和无应力长的计算公式。算例表明该方法收敛速度较快，计算精度较高，可用于悬索桥设计与施工控制计算。     

桥梁吊杆索尾流驰振问题的数值研究

对一座大桥长吊杆索的尾流驰振问题进行了数值研究.基于Reynolds平均的非定常N-S方程和SST k-ω湍流模型,采用商业CFD软件FLUENT对串列双吊杆索的绕流流场进行了数值模拟,得到了不同工况下下游吊杆索气动力的瞬时值、时间平均值及其气动导数.在此基础上进行的上游吊杆索尾流中的下游吊杆索的稳定性分析发现,在设计参数下,当攻角较大或较小时是稳定的,但在攻角的中间范围是不稳定的,会发生尾流驰振现象.该结果与传统理论一致,为该桥的增设阻尼器的必要性提供了依据.     

人行悬索桥竖向荷载作用下简化计算方法

为解决人行悬索桥在竖向荷载作用下计算挠度变形过程繁琐、有限元分析复杂等问题,根据人行悬索桥柔性较大的结构特征,忽略其加劲梁的刚度作用,考虑主缆IP点处位移、边缆垂度效应、几何非线性等因素,提出了一种简化计算方法.对不同跨度、不同矢跨比桥梁的主缆无应力长度和跨中挠度变形进行了试算,并根据试算结果对简化计算方法的适用范围和误差进行了分析,验证了计算方法的计算精度和适用范围.以跨度为117 m的人行悬索桥为例,利用本文计算方法对该桥分别在成桥状态和受竖向荷载作用时的悬索桥力学性能进行了分析,并与有限元分析和试验检测结果进行了比较.结果表明:本文所提简化计算方法实用性较好,能在实际工程中为人行悬索桥快速求解和有限元分析校核提供参考.     

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。     

基于索鞍无预偏施工悬索桥的施工仿真

针对索鞍无预偏的悬索桥施工设计，通过基于悬索力学的解析迭代法与基于有限位移理论的有限元法相结合，系统地进行了施工中的主索下料长度、空缆状态及空缆标高、加劲梁吊装阶段的主塔受力和变形以及锚跨索股张拉时机与张拉量等控制参数的仿真计算；并利用ANSYS程序和有限位移理论在悬索桥施工仿真应用时解的延续性和可逆性，从link10单元初应变调整入手，放弃初始状态试算的大循环迭代方法，建立了利用通用程序从结构成桥状态倒退到初始状态的有效方法。