基于高性能材料的大跨径斜拉桥抗风性能分析

为了研究活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)和碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)在大跨径斜拉桥中应用的可行性,以主跨1 100m的钢斜拉索、钢主梁、普通混凝土索塔斜拉桥设计方案为基础,构造了一座同等布置形式的CFRP拉索、RPC主梁、RPC索塔斜拉桥方案.采用有限元法对2种方案斜拉桥的动力特性、抗风性能等进行了分析和比较.结果表明:2种方案结构的自振基频相差不大,CFRP索RPC主梁斜拉桥的主梁颤振稳定性有所提高,其抖振响应位移较钢索钢主梁斜拉桥明显降低.CFRP拉索的自振频率达钢斜拉索的2倍;与钢斜拉索相比,CFRP拉索涡振幅值有所增大,但整体而言2种方案斜拉索的涡振幅值均很小,不影响其安全;CFRP拉索的风雨激振振幅不到钢斜拉索的1/2,且前者与风雨激振相关的临界风速较后者有所提高.应用高性能材料RPC与CFRP的大跨径斜拉桥整体抗风性能优于传统的钢斜拉索钢主梁斜拉桥,从抗风性能角度而言,将高性能材料RPC与CFRP应用于大跨径斜拉桥中是可行的.     

波浪形斜拉索的气动力及风致振动特性

斜拉索的风荷载和风致振动问题在工程设计和抗风研究领域备受关注，探索具有 较小气动力和良好抑振性能的新型斜拉索十分必要 . 针对某一特定几何尺寸的波浪形斜拉 索，通过风洞试验方法，研究了该波浪形斜拉索的整体气动力、风压分布、局部气动力、涡激振 动和干索驰振特性. 结果表明：在1.00×105~3.86×105 的雷诺数范围内，波浪形斜拉索的平均阻 力系数总体而言小于标准斜拉索，在低雷诺数范围可减阻 18%，最大平均升力系数相比标准 斜拉索可降低 80%；波浪形斜拉索的风压分布、气动力随雷诺数的整体变化规律与标准斜拉 索相似，但展向相关性较弱；波浪形斜拉索的涡激振动性能显著优于标准斜拉索，最大振幅降 低34%，最大振幅对应的风速提高了16%；干索驰振性能与标准斜拉索的结果相当，最大振幅 可减小5%，但发生振动的风速范围更宽.     

安溪凤城悬索桥设计探讨

安溪凤城悬索桥为三跨（６８ｍ＋１４８ｍ＋６８ｍ）钢筋砼悬索桥，设计时通过技术经济分析，选用较小的主孔跨径和较大的垂跨比以求得经济。采用钢筋砼肋板桥面系、斜拉索和抗风索以增加刚度，并对桥梁造型以及使用功能进行了探索。     

采用摩擦型阻尼器的斜拉索被动控制

研究了较常用的线性粘滞阻尼器具有更高附加阻尼的非线性摩擦型阻尼器的斜拉索振动控制.首先通过单自由度系统详细分析了摩擦型阻尼器的非线性阻尼特性.进而采用张紧弦模型模拟斜拉索,通过Galerkin方法建立了斜拉索-摩擦型阻尼器系统的运动方程.采用半解析半数值方法分析了斜拉索自由振动的阻尼特性,对其阻尼机理进行了讨论.通过对拉索模态阻尼比的参数分析,得到了阻尼器参数和拉索附加阻尼关系的通用设计曲线,并与已有实索试验结果进行了比较,两者吻合良好.研究了摩擦型阻尼器的参数优化取值,结果表明拉索的最大模态阻尼比依振动初始条件等参数影响分布在一个范围而非定值,其下限值仍高于采用线性粘滞阻尼器时所获得的最大模态阻尼比.     

基于MATLAB的斜拉索有限元模型的建立及应用

综述了斜拉索静动力特性的研究情况,建立了基于MATLAB的斜拉索有限元模型,并通过实例对模型进行了分析。     

斜拉桥热挤聚乙烯拉索

按照JT/T6-94"斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件"和CJ3058-1996"塑料护套半平行钢丝拉索"标准要求,生产了PES7-121、PES7-85等规格的斜拉索,原料钢丝的强度为1670MPa.     

超千米级CFRP与钢组合拉索斜拉桥动力性能分析

为研究超千米级碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合拉索斜拉桥动力性能,参考苏通大桥设计参数,选择优化的组合拉索面积比,分别建立1 400 m CFRP与钢组合拉索斜拉桥有限元模型以及全钢、全CFRP拉索斜拉桥2个对比模型.首先,对组合拉索斜拉桥以及对比模型的固有频率和振型进行计算.然后,选择典型地震波进行地震动响应时程分析,并分别研究一维激励和三维激励2种输入形式.最后,采用规范法,从颤振稳定性、静力扭转稳定性以及抖振振幅估计3个方面对抗风稳定性进行分析.结果表明:采用合理优化面积比0.35,可使CFRP与钢组合拉索斜拉桥的抗震性能不仅优于传统钢拉索设计以及价格昂贵的全CFRP拉索设计,而且其主要构件内力数值也较低;对于抗风稳定性,组合拉索斜拉桥略低于全钢拉索设计,但明显优于全CRFP拉索设计,可在减轻拉索自重的同时提高其经济性能.     

斜拉索三维非线性动力学性态

建立了惯性参考系中考虑几何非线性的斜拉索的三维动力学模型,基于Newton法建立斜拉索的动力学微分方程,并利用Galerkin方法把斜拉索的非线性方程离散成一组常微分方程组,并就各种参数对频率的影响进行了分析,分析表明可能存在内种内共振模式。     

斜拉桥拉索的振动及控制现场试验

对钱塘江三桥 1 5号斜拉索进行了振动及被动控制测试 ,用频响函数非线性拟合方法得到了斜拉索的振动频率及等效模态阻尼比。依据测试分析结果提出了斜拉桥拉索的振动特性及被动油阻尼器控制存在的不足。     

CFRP与钢组合斜拉索设计方案及理论研究

提出两种碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合的斜拉索方案:CFRP与钢组合截面斜拉索,以及CFRP与钢组合结构斜拉索.前者发挥CFRP材料的优异性能,同时避免CFRP材料的锚固难题,两种材料的截面面积比为关键设计参数;后者将CFRP斜拉索与钢斜拉索在同一桥梁不同跨度区域分别应用,优化了整桥经济性能,不同材料斜拉索合理跨度区域的确定是其设计关键.采用解析解形式的参数分析,给出不同情况下关键设计参数的推荐数值,从理论上初步证明了两种方案替代传统钢斜拉索的可行性.     

强迫激励下CFRP斜拉索面内分叉特性

基于CFRP斜拉索横向各向同性假设的动力学理论,研究在强迫荷载作用下CFRP斜拉索的面内非线性动力学行为.将CFRP斜拉索的空间动力学控制微分方程约化处理得到面内运动控制微分方程,通过无量纲处理后,利用Galerkin方法进行一阶模态截断,得到CFRP斜拉索在强迫激励下面内运动常微分控制方程.利用4阶龙格库塔法对微分方程进行数值积分,得到在不同激励荷载作用下CFRP拉索的时间历程图、相图和功率谱图,进而对其非线性动力学行为进行研究.研究结果表明,在强迫激励下CFRP斜拉索有较为丰富的非线性动力学行为.     

郁江双线特大桥斜拉索安装技术简述

郁江双线特大桥采用双索面斜拉钢桁连续梁桥,全桥共设置32对斜拉索,斜拉索安装采用先塔后梁的形式进行挂设,通过理论计算确定施工方法,保证了斜拉索安装的精度和安全性。     

气球系统锚泊状态动力学仿真

气球系统锚泊状态由气球、左右两侧机械拉索、地面转动梁、气垫组成。风向改变时,气球通过机械拉索带动地面部件一起转动。运用Matlab/Simulink工具箱,可方便的进行系统建模,对气球系统抗风性能进行仿真分析,为气球系统设计与使用提供依据。     

大跨预应力高铁站台雨棚风荷载特性研究

应用CFD数值模拟方法对太阳板进行模拟,得出太阳板表面的风压系数,与已有文献中风洞试验结果对比分析,验证本文数值模拟方法有效性.根据雨棚板形式不同,提出了斜板型雨棚、Y型雨棚和折板型雨棚3种新型大跨预应力拉索雨棚,应用CFD数值模拟方法对其进行研究,得出不同类型雨棚表面风压系数.研究结果表明,太阳板数值模拟结果与风洞试验结果吻合,证明数值模拟准确可行.根据得出的雨棚表面的风压系数,可以看出斜板型雨棚最大风压系数和负压系数出现在固定端和悬挑端边缘处,Y型雨棚和折板型雨棚最大风压系数和负压系数出现在雨棚板转折处,根据雨棚表面风压系数计算得出不同形式雨棚不同区域处的体型系数,为大跨预应力拉索雨棚的抗风性能分析提供参考.     

杭州湾跨海大桥风荷载响应

对杭州湾大桥进行了全桥气弹模型风洞试验,实测了不同风攻角、偏角和施工阶段的静风和抖振位移响应,同时布设动态应变片,直接测量了桥塔根部的风载内力.探讨了斜拉桥静风响应和非线性抖振时域分析的计算方法,计算结果与风洞试验值进行了对比,吻合情况较好.分析结果表明:斜拉索的风荷载计算模式对静风响应有较大影响;气动导纳采用Sears函数,可能会得到偏危险的结果;塔根抖振内力基本上随着风偏角的增大而减小,但主梁跨中抖振位移响应不符合这一规律;最大双悬臂状态为抗风最不利状态,施工时务必采取抗风措施.     

阻尼对斜拉索大幅振动的影响

针对大跨度斜拉桥拉索大幅振动控制问题,考虑由于索的初始垂度、大位移而引起的几何非线性因素的影响,同时考虑拉索与桥面连接条件和边界条件的影响,建立了拉索在参、强联合激励作用下的面内非线性振动方程.运用多尺度摄动方法,对其进行求解,以长短两根有代表性的拉索为例,研究拉索阻尼的变化对其大幅振动的抑制机理.研究结果表明:增加斜拉索的阻尼,提高了斜拉索发生大幅振动所需激励幅值,在一定程度上增大了桥面振幅的安全区间.     

安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振

针对亮化灯具引起的斜拉索振动问题，以某安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索 为工程背景，研究了驰振特性及增加结构阻尼对驰振的抑制效果. 首先，进行了节段模型测力 风洞试验，测量了安装灯具斜拉索的三分力系数，通过驰振力系数初步预测了发生驰振的风 攻角范围；然后，分别进行了二维和三维节段模型测振风洞试验，测量了安装灯具斜拉索风振 响应随风攻角、风速等的变化规律，探讨了阻尼比对提高驰振临界风速的影响规律 . 结果表 明：安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索的平均阻力和升力系数最大分别可达1.8和1.5，静风 荷载比未安装灯具时可增大 83%；局部凸起的点光源对安装灯具斜拉索的气动力影响很小； 二维斜拉索的最不利风攻角为 8°，驰振力系数低至-7.9，阻尼比为 0.1% 时驰振临界风速为 21.8 m/s；三维斜拉索的起振风偏角范围为 40°~56°、186°~196°，面内和面外都有较大振动；阻 尼比为0.1%时起振风速低至4.7 m/s；起振后，随风速的增大，振幅线性增加，折减风速达到77 时，无量纲位移可达到2D（D为斜拉索直径）；增大阻尼在相同风速下可降低振动的幅度；阻尼 比小于 0.8%时，增加阻尼对驰振临界风速的提高作用有限；当阻尼比增大到 1.0%时，能够有 效抑制安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振.     

大跨度钢箱梁斜拉桥拉索牵引、挂设施工技术

大跨度高塔斜拉索的挂设是斜拉桥施工的关键工程,本文通过对斜拉索的牵引、挂设施工方法的介绍,为日后同类型斜拉索的施工及运营阶段的换索提供参考、借鉴.     

考虑减振器弹性刚度时拉索张力的计算分析

为了提高装置减振器斜拉索张力的测试精度,在考虑减振器弹性刚度影响的基础上,建立了装置减振器拉索的振动微分方程。利用Laplace变换即可方便求得拉索的振型函数,结合减振器弹性刚度的中间支承条件,可得到拉索的频率特征方程,利用此频率特征方程就可以求得拉索的频率或张力。由于该方法求得的是精确解析解,因此其计算结果可以用来检验其他工程近似方法的计算精度。研究结果表明:斜拉索的抗弯刚度对斜拉索张力计算的影响不大,所以斜拉索张力计算可以忽略抗弯刚度的影响;减振器弹性刚度对减振器弹性刚度"较大"的斜拉索张力计算影响较大,对减振器弹性刚度"较小"的斜拉索张力计算影响并不十分显著,因此在减振器弹性刚度"较小"的斜拉索张力计算中可以不计减振器弹性刚度的影响。     

刚构-斜拉组合桥静力分析

刚构-斜拉组合桥是一种新型组合桥梁结构,引入只受拉索单元较真实地模拟斜拉索的垂度效应非线性行为,计算出了合理成桥状态下结构各项应力包络值,实现全预应力混凝土设计的要求,得到受力较优的成桥状态。