大跨度CFRP缆索悬索桥的静力性能

基于分段悬链线法和通用有限元程序,提出了一套悬索桥静力性能分析的方法和步骤,并利用该方法对主跨为2 000~5 000 m的悬索桥静力性能进行了对比研究,验证了CFRP缆索悬索桥的静力优势和可行性。针对此类桥型刚度较小的缺点,对跨径为2 000 m的CFRP缆索悬索桥的刚度性能进行了参数分析,考虑的设计参数包括：桥跨布置方式、矢跨比、边中跨比、主梁抗弯惯矩、桥塔抗弯惯矩和中央扣。最后提出了改善结构刚度设计的建议。     

大跨度CFRP缆索悬索桥的抗风稳定性能

以主跨为2 000～5 000m的悬索桥为研究对象,利用悬索桥静风稳定和颤振稳定的非线性有限元计算方法,分析了CFRP(碳纤维增强塑脂)缆索悬索桥的抗风性能.对比研究指出,采用了CFRP缆索后,静风失稳风速将降低,而颤振失稳风速则略微提高,这是由缆索质量降低和扭转基频提高的综合作用引起的.为了进一步提高CFRP缆索悬索桥的抗风性能,讨论了一系列相应的改善措施,并对其有效性进行了验证.结果表明:增大矢跨比对提高抗风性能有一定的作用;当主跨为3 000m级或以下时,可以采用辅助拉索;当主跨达到4 000m级时,可以采用带有稳定板的中央开槽箱梁;当主跨超过5 000m时,则应采用分离式中央窄断面或宽开槽断面.     

三塔以上悬索桥关键力学行为及结构成立特征

为探究三塔以上悬索桥在不同跨径及桥塔数目时的力学行为和成立特征,建立了主跨径为500～1500 m、桥塔数目为3～8的24个悬索桥计算模型,明确了竖向刚度及主缆抗滑的最不利简化布载模式,分析了汽车荷载和温度荷载作用、结构振型基频以及颤振临界风速,探讨了中塔纵向刚度对结构成立特征的影响.结果 表明:单主跨及单侧简化满载可分别用于最不利竖向挠度及抗滑安全分析;加劲梁竖向挠度仅在桥塔数目由3增至4时存在明显跃升;抗滑安全性对桥塔数目变化不敏感,但随主跨径的增加而显著提高;加劲梁温致纵向变形较大,可通过优化塔梁约束体系加以解决;桥塔数目奇偶性影响结构正/反对称横弯的次序,主跨径增加会导致各振型基频及颤振临界风速显著减小;三塔以上悬索桥中塔效应更为突出,缆-鞍间摩擦系数取值为0.3时结构成立空间大幅增加.     

大跨悬索桥非线性随机静力分析

大跨度悬索桥结构具有显著的几何非线性行为．且存在材料特性、几何尺寸的随机性．先对缆索采用较小抗弯刚度参数的梁单元,对悬索桥进行确定性的几何非线性分析;然后采用响应面法进行非线性随机静力分析;最后针对1座大跨悬索桥,计算了在竖向活载作用下材料、几何尺寸的随机性对主梁跨中位移的影响．结果表明,结构随机性的影响十分明显．     

基于挠度理论的悬索桥静力分析

文章基于挠度理论,建立悬索桥静力计算的基本方程,文中考虑了活载作用下挠度的一阶导数二次项的影响,详细讨论了所提出方程的数值求解过程,编制了MATLAB程序,分析了一个算例;文中算例考虑了荷载和温度变化情况下悬索桥的变形和内力,数值算例表明温度变化对悬索桥的变形和弯矩影响很大。     

不同约束形式对三塔悬索桥活载响应的影响

大跨径三塔悬索桥是一种新的结构形式,不同的约束形式对结构的内力与变形有一定的影响。该文采用大型专业有限元软件MIDAS／Civil2006建立了某三塔悬索桥有限元空间分析模型,对结构在不同的纵向约束和竖向约束体系下的静力活载响应进行了分析和对比,并提出了关于三塔悬索桥结构体系方案选择的建议,为今后类似设计提供参考。     

大跨度自锚式悬索桥稳定性研究

利用大跨度悬索桥的挠度理论,建立了自锚式悬索桥加劲梁在恒载、恒载与活载及活载下的变形与荷载的平衡方程.对所建立的方程进行分析后,得到了如下结论:自锚式悬索桥加劲梁在恒载状态设计时,应按受横向荷载作用的压弯梁验算面内稳定性,但是活载作用下不存在面内稳定问题.此外提出了自锚式悬索桥的静力特性可以比拟为变高度连续桁架梁的观点,用此观点解释了所得到的理论研究结论.通过一座实桥的极限承载力分析和在根据实桥按比例制作的全桥试验模型上进行超载试验,证明了本文理论分析的结论是正确的.     

材料变异时大跨悬索桥的静力分析

作为大型柔性结构，悬索桥具有显著的几何非线性行为，而且存在材料特性的变异。在结构分析中，确定性有限元法不能预测材料随机因素的影响。文中建立了以增量形式表达的非线性摄动法随机有限元列式，并编制了悬索桥静力分析程序ＳＮＡＰ。经典算例表明，ＳＮＡＰ程序能有效地求解确定性非线性问题及建立离散随机场。最后针对一座在建悬索桥，计算了该桥在竖向活载作用下考虑缆索材料随机性时主梁跨中点位移的变化。结果表明，材料随机性的影响十分明显     

CFRP索斜拉-悬吊协作体系桥的动力特性及地震响应分析

采用非线性有限元法,对主跨800 m的CFRP索斜拉-悬吊协作体系桥的动力特性及地震响应进行了计算,并与钢索斜拉-悬吊协作体系桥进行对比分析.结果表明:此跨径下的斜拉-悬吊协作体系桥前10阶自振频率为0.1~0.7 Hz,振型表现出明显的三维性及相互耦合等特点;CFRP索斜拉-悬吊协作体系桥振型相同的各阶自振频率,高于相同结构布置形式的钢索体系桥,表明将传统钢索替换为CFRP索有利于结构抵抗低频激励;在地震波作用下,CFRP索斜拉-悬吊协作体系桥的位移响应值与钢索桥接近,但内力响应值较钢索桥小;在响应的衰减速度方面,CFRP索斜拉-悬吊协作体系桥衰减速度较钢索桥快,在抗震性能上具有一定优势.     

自锚式悬索桥施工过程模拟分析

基于UL列式的虚功增量方程,推导出了适用于悬索桥缆索几何非线性分析的两节点悬链线索单元,并在此基础上,提出了一套模拟自锚式悬索桥施工全过程的精细迭代算法.以佛山市平胜大桥独塔自锚式悬索桥(主跨350 m)为例,对加劲梁的施工拟采用2种模拟方法,方法1为“等效集中力法”,即把加劲梁的重量等化为集中力作用在主缆上,而方法2则是考虑加劲梁的重量由主缆和加劲梁共同承担.应用自编程序,分别对其进行了施工过程的模拟计算,得到了各自的鞍座及索夹偏位、主缆初始线形等架设参数以及一期恒载、二期恒载状态下的结构几何形状及内力.通过对2种施工模拟方法的比较分析得出,方法1具有较好的可行性.