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.     

斜拉桥非线性随机静力分析

对于大跨径斜拉桥来说,几何非线性效应比较显著,材料、几何尺寸、外部荷载等的随机性,对斜拉桥的结构响应影响较大.应用响应面法对大跨径斜拉桥进行了非线性随机静力分析.研究表明响应面法是斜拉桥非线性性随机静力分析的有效方法,在斜拉桥的静力分析中,有必要考虑材料、几何尺寸、外部荷载等的随机性.     

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。     

计入结构几何非线性影响时斜拉桥可靠度分析

应用响应面法,考虑斜拉桥的几何非线性效应以及材料、几何尺寸、外部荷载等的随机性,分析了斜拉桥正常使用极限状态下的可靠度,研究表明响应面法是求解斜拉可靠度的有效方法,不计入几何非线性,结构计算结果偏于不安全,因而,在斜拉桥的可靠度分析中有必要计入结构几何非线性的影响。     

几何非线性平面梁考虑收缩徐变的算法研究

针对混凝土斜拉桥等大跨柔性混凝土结构同时存在的几何非线性与收缩徐变问题,基于微分法导出了随转坐标系下平面梁在大转动小应变时的几何非线性平衡方程,该方程已计入初应变效应.结合初应变法计算混凝土梁收缩徐变等效节点力有限元列式,利用节点力之间和节点位移之间全量及增量的关系,获得结构坐标系下平面梁单元几何非线性分析中考虑收缩徐变效应影响的实用算法,并给出了详细的计算步骤.对某大跨径混合梁斜拉桥混凝土桥塔进行了考虑混凝土徐变效应的几何非线性分析,计算结果表明本文提出的算法能较好解决上述问题,具有一定的工程应用价值.     

考虑索端刚臂的斜拉桥空间拉索非线性分析

为解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,在基于微分法导出考虑垂度效应的非线性空间杆元切线刚度矩阵的基础上,根据索端刚臂在受力后只有刚体运动而本身不变形的特点,将刚臂视为空间矢量,利用空间矢量有限转动公式及微分方法,导出了结构坐标系下刚臂两端的位移之间和杆端力之间的总量及增量关系.最终获得两端带任意刚臂的斜拉索空间杆元切线刚度矩阵表达式,编制了相应的斜拉桥几何非线性有限元计算程序,对经典桁架算例、带刚臂的三杆空间桁架和施工阶段的斜拉桥进行了空间几何非线性分析.计算结果表明:本文方法能解决斜拉桥空间拉索在塔和梁上锚固点的刚性连接计算问题,为斜拉桥进行几何非线性精细分析提供有力工具.     

不同跨度斜拉桥变形的几何非线性效应分析

围绕不同跨径斜拉桥考虑施工全过程的几何非线性分析问题展开研究工作,针对线性、部分非线性(只考虑垂度效应的影响)和完全非线性三种计算工况,利用已有的计算数据分析了不同跨径斜拉桥悬臂施工过程的几何非线性行为,最后得到大跨度斜拉桥非线性影响的大小及其规律性.     

几何非线性对大跨度斜拉桥内力的影响分析

文章围绕大跨度斜拉桥考虑施工全过程及成桥后的几何非线性分析问题展开研究工作,针对线性和非线性两种计算工况,分析了两座大跨度斜拉桥结构内力的几何非线性行为,最后得到几何非线性对大跨度斜拉桥结构内力影响的大小及其规律性。     

多因素耦合影响下的杆系结构几何非线性分析

通过分析横向剪切对梁单元的影响、轴心力的二次影响以及约束扭转时翘曲引起的二次剪应力效应 ,引入了翘曲函数及三次多项式的扭转模式 ,得出了 7个自由度的杆系结构精确模型 .在几何非线性分析中 ,考虑了轴向荷载、平面弯曲、剪切、约束扭转翘曲以及荷载 -变形各效应的耦合 ,基于此建立了变形状态几何非线性分析的切线刚度矩阵 .利用建立于弧长法基础上的球面显式迭代 -增量法 ,进行了空间结构的几何非线性全过程分析 .     

单索面矮塔斜拉桥几何非线性静力分析

文章以徐明高速公路怀洪新河2号大桥为工程背景,针对矮塔斜拉桥的高次超静定复杂结构,详细介绍了斜拉桥的几何非线性问题,并讨论了斜拉桥非线性分析的迭代法,利用有限元分析软件 M idas/Civil建立有限元模型进行非线性静力分析。计算结果表明,矮塔斜拉桥结构在恒载作用下表现出明显的非线性,结构分析与设计中考虑几何非线性的影响十分必要。     

用索梁活载比界定矮塔斜拉桥的方法

针对斜拉桥和矮塔斜拉桥的特点,研究了均布荷载作用下索梁的荷载响应,提出索梁活载比概念,并推导出计算公式,比较了该公式和有限元计算结果.结合国内已建斜拉桥和矮塔斜拉桥,提出按索梁活载比来界定斜拉桥和矮塔斜拉桥.研究表明,索梁活载响应能表征结构特性,对于研究其力学行为很有意义.     

峪道河矮塔斜拉桥拉索初张力优化

矮塔斜拉桥是一种组合结构体系,其力学性能介于连续梁桥和斜拉桥之间.由于其良好的经济特性和美学效果,近些年在国内外得到了快速发展.对北京峪道河大桥主桥矮塔斜拉桥进行了设计分析,采用MIDAS建立的大桥的空间有限元模型,进行了索力优化和静力计算.     

大跨径中承式钢箱系杆拱桥施工阶段稳定性分析

为明确大跨径中承式钢箱系杆拱桥施工阶段稳定性,以西双版纳澜沧江黎明大桥为研究对象,建立全桥空间有限元模型对该桥进行施工阶段全过程稳定性分析,研究考虑初始缺陷的几何非线性、材料非线性、风撑、临时风撑、吊杆非保向力和抗风缆索对结构施工阶段稳定的影响。结果表明:施工全过程中结构的稳定系数满足相应规范要求,考虑初始缺陷的几何非线性分析,结构的稳定系数降低7%~8%;考虑几何与材料双重非线性时,结构的稳定系数降低49.67%~52.05%,故材料非线性对结构稳定性有显著影响。增加永久风撑数量能有效提高缆索吊装最不利施工阶段及拱肋合拢后施工阶段的稳定性,布设临时风撑能显著提升结构缆索吊装最不利施工阶段的稳定性,非保向力效应对中承式钢箱系杆拱桥稳定性有较大的影响,布设抗风缆索显著提升拱肋合拢后施工阶段稳定性。由此可见,施工阶段稳定性的影响因素较多,本研究可为同类型桥梁的施工与设计提供参考。     

大跨度斜拉桥恒载非线性静力分析

静力分析的精确程度对大跨度斜拉桥设计和施工过程具有很大影响。提出一套有限元方法 ,以弯曲能量作为目标函数确定斜拉索的初始张拉力 ,通过修正斜拉索的弹性模量 ,引入几何刚度矩阵和大挠度矩阵 ,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应 ,采用混合法求解系统方程。程序经过算例验证并应用于在建的重庆大佛寺长江大桥 ,取得了较好的效果 ,为该桥的施工控制提供了依据     

碳纤维材料正交索网非线性固有振动研究

文章研究了碳纤维材料正交索网的非线性固有振动;在考虑温度变化的基础上,建立了碳纤维材料正交索网几何变形的非线性振动控制方程,采用Galerkin原理及改进的L-P法求出了碳纤维材料正交索网非线性振动的近似解,并讨论分析了温度的改变量、振幅对碳纤维材料正交索网非线性固有振动的影响,得到的结论是:温度升高将使正交索网非线性自振频率降低,而振幅变大会使正交索网非线性自振频率增大。     

超千米级斜拉桥的恒载索力优化

把超千米级斜拉桥的索力优化问题归结为非线性隐式优化的数学模型,以系统最小弯压应变能为目标,根据合理成桥状态指定各种非线性约束条件,利用投影梯度法进行优化问题的求解,求解过程中充分考虑了各种几何非线性的影响。利用ANSYS工具建立了1400m的斜拉桥有限元模型,然后据此建立斜拉索索力优化的数学模型,进行优化计算。结果表明,优化前后索力的相对改变量并不大,但是结构内力状态却得到极大改善,塔梁恒载弯矩和主梁恒载挠度减小明显,主塔塔顶向岸侧有一定偏移量,对混凝土塔的长期受力更加有利。该文优化方法为以后类似超千米级斜拉桥的索力优化提供参考。     

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.     

Aerodynamic problems of cable stayed bridges spanning over one thousand meters

The elongating of cable-stayed bridge brings a series of aerodynamic problems. First of all,geometric nonlinear effect of extreme long cable is much more significant for cable-stayed bridge spanning over one thousand meters. Lateral static wind load will generate additional displacement of long cables,which causes the decrease of supporting rigidity of the whole bridge and the change of dynamic properties. Wind load,being the controlling load in the design of cable-stayed bridge,is a critical problem and needs to be solved. Meanwhile,research on suitable system between pylon and deck indicates fixed-fixed connection system is an effective way for improvement performance of cable-stayed bridges under longitudinal wind load. In order to obtain aerodynamic parameters of cable-stayed bridge spanning over one thousand meters,identification method for flutter derivatives of full bridge aero-elastic model is developed in this paper. Furthermore,vortex induced vibration and Reynolds number effect are detailed discussed.     

悬索桥静风扭转发散的影响因素研究

基于索-梁体系广义模型揭示了主缆系统刚度退化是导致大跨度悬索桥静风扭转发散的主要原因.研究了主缆和桥塔的变形对悬索桥刚度退化的影响.理论分析表明,主缆的竖向运动对系统的扭转刚度影响至关重要,当任何一条主缆向上的竖向位移足够大时,主缆将处于松弛状态,进而导致系统的扭转刚度急剧下降.因此,主缆竖向运动引起的刚度退化是大跨度悬索桥发生静风扭转发散的关键原因.本文的研究还表明主缆的侧向位移和两座桥塔塔顶之间沿桥轴方向的相对变位对主缆的刚度退化起延缓作用,从而提高临界竖向位移.此外,紊流对扭转发散的影响不容忽视,紊流明显降低了桥梁结构的静风扭转稳定性.本文的理论成果可以尝试性地解释西堠门大桥非线性有限元分析的数值结果.