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.     

大跨径自锚式斜拉-悬索协作体系桥非线性随机静力分析

自锚式斜拉-悬索协作体系桥综合了斜拉桥和自锚式悬索桥的特点,完全取消了庞大的锚碇,为深海软基建设大跨径桥梁提供了一种理想方案.对自锚式斜拉-悬索协作体系桥进行了确定性非线性分析并应用响应面法进行了非线性随机静力分析,算例研究结果表明,各种随机变量的变异对自锚式斜拉-悬索协作体系桥响应影响规律不同,同其他随机变量相比,主缆弹性模量和截面面积的变异对桥梁跨中挠度影响最为显著,其次是钢主梁参数,而吊杆参数的变异对其影响可以忽略不计.     

多塔斜拉悬吊协作桥活载效应近似计算方法

根据斜拉-悬吊协作桥的受力特点,建立结构简化计算模型.基于悬索桥重力刚度理论,推导多塔斜拉-悬吊协作桥的悬吊部分在活载作用下的竖向位移表达式.针对多塔斜拉-悬吊协作桥的关键力学问题,应用推导出的竖向位移表达式,给出主梁最大活载挠度、塔顶纵向位移、主缆恒活载轴力和中塔主缆抗滑移系数等关键力学参数的估算公式.建立主跨为600,1 080和1 400m的三塔斜拉-悬吊协作桥和主跨为1 400m的二至六塔斜拉-悬吊协作桥有限元模型,较全面地验证所推导的公式.结果表明:对于三塔斜拉-悬吊协作桥,关键力学参数的最大误差为15%左右;对于四塔及以上斜拉-悬吊协作桥,关键力学参数的最大误差为20%左右.     

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥动力分析

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥是一种新近出现的国内外研究尚少的桥型.以大连港航道桥设计方案为背景,利用空间有限元模型通过与地锚式桥的动力特性对比分析,得出大跨径自锚式斜拉-悬吊协作体系桥具有主梁竖向弯曲振型总是优先出现等新的动力特点;针对主跨主缆易于振动的特征提出了采用斜向交叉拉索的抑振措施,并给出其最优设置位置为0.287 5跨度处;利用反应谱方法对该桥型的动力性能初步匡算表明,该新型体系桥的地震响应较大,其抗震设计应引起足够的重视.     

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.     

多塔斜拉-悬吊协作体桥力学性能探讨

采用有限元方法,应用分析软件ANSYS,建立3至6塔主跨跨径为1 400 m的多塔斜拉-悬吊协作桥(简称多塔协作桥)有限元计算模型,研究了索塔数对多塔协作桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨了其对多塔协作桥活载挠度、塔顶纵向位移及主缆抗滑移性能等关键力学问题的影响特征.分析结果表明:索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大50%,主梁弯矩最大增大33%,主缆抗滑移系数最大减小36%,中间塔顶位移减小2%,一阶弹性稳定系数最大下降8.3%,颤振稳定性指数最大增加9.2%;主梁边跨竖向挠度比中间跨小36%左右,且中间跨挠度相近;索塔数对索塔受力影响显著.     

自锚式吊拉组合体系桥主缆线形计算方法

基于分段悬链线理论,考虑自锚式吊拉组合体系桥主缆锚固点位置及桥塔高度的变化,分别介绍了其成桥和空缆状态主缆线形及主缆无应力长度的计算原理和步骤．考虑索鞍的影响,编制了主缆线形计算程序．算例验证结果表明该方法是正确可行的,所编程序具有收敛速度快、计算精度高、便于工程应用等特点,对自锚式吊拉组合体系桥的设计和施工都具有很好的指导作用．     

独塔自锚式悬索桥主缆成桥线形分析

以独塔自锚式悬索桥为对象介绍主缆成桥线形的分析理论.以分段悬链线理论为基础,给出主缆成桥线形的平衡关系和适合于独塔自锚式悬索桥主缆成桥线形分析的迭代方法,并编制相应程序.通过具体工程算例验证分析结果的正确性.     

桥塔纵向作用下悬索桥主缆的非线性参数振动

研究特大悬索桥施工过程中主缆非线性参数振动问题.综合考虑主缆垂度、大变形引起的几何非线性等因素,将桥塔塔顶振动考虑为主缆的参数激励项,利用Newton定律建立的主缆参数振动控制方程,运用Galerkin和多尺度方法对主缆参数振动进行了理论分析,以某悬索桥中的主缆为例,运用有限元程序计算了桥塔的前20阶频率,通过桥塔与主缆的第一阶面内频率匹配,0号桥塔的第11,13阶振动及3号桥塔的第4阶振动激发主缆参数振动的可能性最大,数值分析了主缆发生参数振动时的位移时间历程和索力变化规律.研究结果表明,当桥塔的局部振动频率约为主缆振动频率的2倍左右时,主缆容易发生参数振动,发生参数振动时,位移响应显著,缆索张力增量很小.     

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.     

不同钢丝堆积态下悬索桥主缆除湿性能

主缆除湿系统是悬索桥主缆在设计过程中的重要环节,直接影响主缆在工作中的服役寿命.针对主缆实际形貌特点,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值计算方法,系统研究了主缆内不同钢丝堆积态对主缆内部空气流动特性的影响,并通过南沙大桥(虎门二桥)实桥试验对数值计算结果进行验证.结果表明:通过数值模拟得到均一态的压降和试验实测压降的相对误差低于5％,表明所建立模型的准确性.松散态结构的存在会有效改变缆内横截面上的速度分布,在0.03倍直径处双堆积态下各个孔隙率下的速度增加率达到最大值,相较于单一堆积态缆内速度增加了12.9％;松散态堆积结构的松散程度对缆内的湍动能影响不明显,但是相比均一态堆积结构,双态堆积结构会使缆内的湍流变化更剧烈,湍动能峰值更大;不同孔隙率对于缆内内部的压降分布的影响不明显,相对于均一态在孔隙率为21.5时的双堆积态下最大压降仅减小了26 Pa.     

悬索桥钢丝绳空间主缆扭转性能试验

针对空间主缆自锚式悬索桥体系转换过程中主缆易产生扭转、错位、鼓丝等问题,以杭州江东大桥为研究背景,采用钢丝绳主缆替换平行钢丝主缆,进行几何缩尺比为1∶15的模型试验,设计二合一多功能索夹、吊索张拉锚固系统、主缆锚固装置、吊杆力测试装置、缆索位形测量装置等,进行不同形式索夹、不同吊索索夹预偏角、不同吊杆张拉力的模型试验,研究了钢丝绳空间主缆截面的扭转性能。研究结果表明:设计的二合一多功能索夹与张拉锚固系统能方便地实现不同形式索夹、不同吊索索夹预偏角、不同吊杆张拉力的模型试验;给索夹设置准确的初始预偏角可有效减小体系转换过程中主缆的扭转角;当吊杆横桥向倾角相同时,所有索夹固定为0°且均可自由转动情况下,主缆各测点的扭转角相差很小,绕主缆自由转动形式的索夹对主缆扭转角改善并不明显;当索夹均未设置初始横向预偏角时,随吊杆横向桥倾角的增大,主缆扭转角逐渐增大。与平行钢丝主缆相比,钢丝绳主缆在吊杆张拉过程中产生的扭转角更小,在空间悬索桥中扭转性能更好,适用性更强;主缆产生横向变形过程中也会发生扭转,这与弯桥的弯扭耦合类似,吊索力偏心仅引起局部扭矩,由主缆整体横向变形导致的扭转角有待进一步研究。     

悬索桥成桥主缆线形计算的混合线形理论法

基于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长度的解析计算方法进行研究,在抛物线理论和悬链线理论的基础上推导出混合线形理论近似显式方法,以此确定恒载状态下成桥线形、主缆无应力长度.与精确计算方法相比,该方法计算过程简单且精度高于抛物线法,精度满足成桥几何线形的初步设计要求,适用于主缆线形和内力的初步计算.     

改进力密度法在悬索桥主缆找形中的应用

针对悬索桥成桥和空缆两种状态的主缆找形问题,提出了改进力密度法.该方法结合无应力长度的概念,假设初始缆形为直线段.通过力密度法建立结构平衡方程求解节点坐标,反复迭代,求出控制条件下的目标缆形.以新建成的徐州京杭大运河地锚式悬索桥为依托,利用Matlab编程求解主缆缆形,并将数值计算结果与坐标实测值进行比较,结果表明该方...     

双缆悬索桥体系的力学特性(Ⅰ)

鉴于双缆体系在多塔悬索桥中的应用前景,研究了双缆悬索桥体系的基本力学特性,主要分析了双缆体系在承受满布均布荷载时,荷载在上缆与下缆间的分配情况,推导了主缆竖向刚度表达式.研究表明,均布荷载在上缆与下缆间的分配比例取决于缆的截面参数及垂跨比,垂跨比越大,承受均布荷载时主缆的竖向刚度越大.由以上关系导出主缆在均布荷载下由缆...     

大跨径三塔缆索承重桥梁力学参数敏感度分析

建立了主跨为1 400m的三塔悬索桥、三塔斜拉桥和三塔斜拉-悬吊协作体系3种桥型的有限元分析模型.考虑几何非线性效应,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编制了计算程序,分析了主梁的最大挠度、索塔塔顶最大位移及主缆抗滑移系数对主梁刚度、索塔刚度、塔梁约束刚度、矢跨比、中央扣等参数的敏感程度,并进一步确定了主梁刚度和索塔刚度合理取值范围.结果表明:主梁刚度对悬索桥影响较小;主塔刚度是3种桥型的核心参数;塔梁约束可改善3种桥型的力学性能;减小矢跨比或设置中央扣可提高结构刚度,但会降低主缆抗滑性能.     

活载下悬索桥主缆变形特性

分别研究了悬索桥塔顶位移、主缆的弹性伸长及不平衡均布活载作用下的主缆的变形特性.研究了塔顶位移及主缆伸长与主缆垂度变化的关系,垂跨比越小,主缆垂度改变量越大,并给出了相应的解析式.通过能量守恒与主缆中力的平衡关系研究了使主缆产生最大竖向位移的均布荷载加载形式.研究表明,在假定主缆不可伸长的情况下,最不利加载并非为半跨加载,不平衡活载引起的最大挠度仅与恒活载之比及主缆垂度有关,并给出了相应的计算公式.根据实际工程建立有限元模型对上述公式进行了验证,结果与理论值符合良好.     

空间缆索悬索桥的主缆线形分析

用空间分析模型 ,考虑了主缆和吊索的耦合效应和鞍座的影响 ,采用数值解析法对空间缆索悬索桥成桥状态和空缆状态主缆线形进行分析 ,然后通过算例验证了所提方法的正确性 .计算表明 ,该方法具有使用方便、计算速度快、精度高等优点 ,并适用于多跨空间缆索悬索桥、纵桥向斜吊索及常规悬索桥     

自锚式斜拉-悬索协作体系桥基于强度的极限跨径分析

推导了自锚式斜拉-悬索协作体系桥的极限跨径,分析了其极限跨径与结构几何参数、荷载和材料特性的关系.从材料强度出发,并结合目前桥梁常用的材料,对混凝土主梁和钢主梁自锚式斜拉-悬索协作体系桥在竖向静荷载作用下的极限跨径进行了具体研究,得到了相应的极限跨径上限和各因素对极限跨径的影响.分析结果表明,增大矢跨比、高跨比和斜拉段长度比例,减小二期恒载,均可以提高协作体系的跨径.     

悬索桥主缆内部通干空气除湿系统送气压力损失

针对悬索桥主缆现有防腐技术存在的问题,提出了从主缆内部通干空气进行除湿的新型除湿系统,干空气的送气压力是除湿系统设计的关键参数.通过试验测试了除湿系统干空气输送过程中的压力损失,并结合龙潭长江公路大桥主缆防腐设计,对该桥除湿系统设计所需的送气压力进行了理论计算.结果表明:在螺旋弹簧内设置波纹管能有效降低送气管道的阻力系数,最大可降低46.4％;钢波纹管送气管道的阻力系数范围为0.0356～0.0401,采用该阻力系数计算得到龙潭桥边、中跨主缆按180 d除湿时间计算所需的送气压力分别为6.9和18.4 kPa,按360 d除湿时间计算分别为1.6和4.5 kPa.增加主缆除湿时间可有效降低干空气送气压力,建议龙潭桥主缆除湿系统干空气送气压力按主缆360 d除湿时间计算结果确定.