斜拉桥成桥索力优化理论及方法的最新进展

从是否计入斜拉桥几何非线性影响的角度分别介绍了合理成桥状态下斜拉桥索力优化采用的基本方法,并对各种方法的优缺点及适用情况进行了较为系统的总结与评述,为其进一步研究提供了新思路．     

斜拉桥拉索静力构形分析

从斜拉桥拉索微段的静力平衡方程出发，推导了不考虑拉索弹性和考虑弹性两种情况下拉索的悬链线构形以及索张力等静力参数的解析式，在此基础上作了一定的近似得到拉索的抛物线解．抛物线解无需忽略拉索重力弦向分力的影响就可以求得拉索的各静力参数，使用方便无需迭代求解．算例证明了用抛物线来代替悬链线精度较高，足以满足工程设计以及拉索静力分析中的计算要求。     

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.     

大跨度斜拉桥拉索分段模拟对动力特性的影响

为反映斜拉桥拉索本身和桥梁的相互耦合的动力特性,将单根拉索用多根索单元分段精细模拟,考虑拉索本身振动对传统的单梁式斜拉桥的整体动力特性计算结果的影响,同时还提出一个考虑拉索分段但忽略拉索本身振动的分析模型,并对三种模型的分析结果进行了比较,最后用一个风洞试验的气弹模型对动力特性进行了校核.     

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.     

斜拉桥拉索-桥面耦合振动分析

斜拉桥拉索固有阻尼低、刚度小,容易引起大幅振动.基于拉索振动理论,建立了单根拉索及拉索-桥面耦合振动的方程,分析了拉索振动对桥面的作用以及桥面振动引起的拉索振动.研究表明拉索的大幅振动将对桥面产生很大的作用力,而当满足参数共振条件时桥面微小的振动能引起拉索的大幅振动.图6,参8.     

基于极限状态法的钢桁梁公铁斜拉桥结构分析

 以某钢桁梁公铁斜拉桥为研究对象,采用空间有限元方法,计入几何非线性影响,进行基于极限状态法的斜拉索初应力计算及桥梁 结构特性的数值分析。提出基于极限状态法的计入主梁恒载增大系数的斜拉索初应力计算方法,计算了两组斜拉索初应力：不考虑 恒载增大系数和考虑恒载增大系数。进行该斜拉桥自振特性分析,以及两种极限状态下的静力特性分析：承载能力极限状态和正常 使用极限状态。讨论以极限状态法为基础的分析方法的有效性。研究结果表明：斜拉索初应力大小对钢桁梁斜拉桥主塔和主梁构件 静力响应的影响显著;以极限状态法为基础的考虑提高系数计算出的斜拉索初应力能使斜拉桥在外荷载作用下具有更加良好的结构 性能;按照承载能力极限状态法来进行大跨度钢桁梁公铁斜拉桥的设计和分析更经济合理。     

大跨径斜拉桥斜拉索静风荷载计算方法比较

针对大跨径斜拉桥对风荷载作用十分敏感的特点，分析了斜拉索风荷载的不同计算方法的差异，并以苏通长江公路大桥为例比较了不同计算方法对关键截面响应的影响．分析表明，对于大跨径斜拉桥，斜拉索上的风荷载计算方法对关键截面的响应影响较大；横桥向风作用下，在不考虑斜拉索设计风速的误差的前提下，可将斜拉索上风荷载平均分配到其端部；顺桥向风荷载作用下，则斜拉索上风荷载应直接作用在拉索分段的节点上。     

斜拉桥纵飘频率简化计算方法

在飘浮体系斜拉桥的单质点简化计算模型的基础上,提出了一阶纵飘振型的双质点简化分析模型和基本周期的简化计算公式,并结合某飘浮体系斜拉桥的例子,对两种简化计算方法进行了分析比较.数值分析结果表明,双质点模型的简化公式可有效弥补单质点模型的缺陷,为基本周期的估算提供了更为精确的估算方法,研究结果已在大跨度飘浮体系斜拉桥的抗震概念设计中成功应用.     

不变形预张力在斜拉桥设计中的应用

基于不变形预张力的基本概念,建立了斜拉桥成桥状态的多目标、多约束的优化模型,并通过有限元程序求解成桥索力.该方法的优点是在施加不变形预张力时不切断索,这正符合了施工过程中张拉的实际情况;在索力设计中,将控制目标直接选为多个节点的位移和控制截面的内力,从而使控制目标值达到和接近了设计者的期望水准.实例表明,该方法是有效的,便于实际工程的应用.     

大跨径斜拉桥在龙卷风作用下的响应分析

研究了龙卷风对大跨径斜拉桥的作用，基于准定常理论提出了龙卷风对桥梁主梁的作用模式，初步探讨了龙卷风对桥梁结构作用的特点，并结合苏通大桥初步设计方案进行了龙卷风作用下的响应分析．研究显示大跨径斜拉桥在龙卷风作用下，表现出强烈的局部性和竖向托起效应。     

用遗传算法确定斜拉桥的恒载初始索力

在设计预应力混凝土 (P .C .)斜拉桥时 ,确定成桥恒载初始索力值是一项重要而困难的任务 ,为此尝试用遗传算法来确定不同目标状态下的斜拉桥初始索力 .以往的方法往往都要假设一个斜拉桥成桥初始内力或位移状态 ,与以往方法不同的是 ,在使用遗传算法的时候却没有这样的要求 ,它只需要一个目标函数即可 ,剩下的任务就是求目标函数的极值解或者目标函数极值解所对应的各变量值     

基于ANSYS的大跨度斜拉桥非线性成桥索力优化研究

将有限元计算与优化设计分析相结合,在索力变化对结构响应和目标函数敏感性分析的基础上,综合考虑结构内力、线形控制条件,提出一种全过程计入结构几何非线性影响的大跨斜拉桥合理成桥索力优化方法,采用一阶分析法对成桥索力进行迭代优化.基于ANSYS的优化分析模块,对一大跨斜拉桥成桥索力进行了计算,验证了方法的正确性和有效性.     

基于影响矩阵的系杆拱桥合理成桥吊杆索力确定

通过对系杆拱桥合理吊杆张拉力传统计算方法研究,提出了基于影响矩阵的综合刚性吊杆法和自动调索法来确定系杆拱桥的合理成桥吊杆内力.该方法采用刚性吊杆法,得出吊杆内力与系梁控制节点的竖向位移,从而求出吊杆内力对系梁节点竖向位移的影响矩阵,然后运用自动调索法修正吊杆内力,即得到合理成桥状态下的吊杆内力.     

Aerostatic Stability of Long-Span Cable-Stayed Bridges: Parametric Study

The increasing span of cable-stayed bridges has focused more attention on the aerostatic stability of the design and construction of such bridges. This paper presents a new method to analyze the nonlinear aerostatic stability of cable-stayed bridges including all three components of the wind load and the geometric nonlinearity. The analysis was used to investigate the effects of the wind angle of incidence, the wind load of individual bridge elements, the sagging of cable elements, the changes of tower height and the changes of side span length on the aerostatic stability of cable-stayed bridges. The results show that the wind angle of incidence and the wind loads on the cables have an important effect on the aerostatic stability of cable-stayed bridges.     

大跨度斜拉桥地震反应MR阻尼器半主动控制

应用新研制的MRF-04K型磁流变阻尼器对大跨度斜拉桥的地震反应实施半主动控制．建立了多点不同步地震激励下大跨度斜拉桥MR阻尼器控制的运动方程，采用子空间模态分析法建立了适合大跨度斜拉桥地震反应控制分析的瞬时最优控制算法，数值仿真结果表明，不同地震波激励下斜拉桥的反应幅值相差很大，且在天津波激励下的反应幅值最大，说明大跨度斜拉桥的地震反应对地震波的频谱特性十分敏感；当受El—Centro波激励时，主跨跨中顺桥向位移幅值降低57．0％，塔顶顺桥向位移幅值降低67．5％，主跨跨中竖向位移增大28．3％；行波效应对斜拉桥地震反应的控制效果影响明显，其中主跨跨中和塔顶顺桥向位移响应更加减小，而主跨跨中竖向位移会有所增加．     

大跨度公铁两用斜拉桥阻尼器参数研究

以我国正在建设的某大跨度公铁两用斜拉桥为背景,分析研究了在地震荷载和列车制动力作用下,塔梁之间采用阻尼装置的结构动力响应.计算结果表明,塔梁之间采用液压阻尼装置,能较好地解决温度、列车制动力和地震荷载作用下大跨度公铁两用斜拉桥的受力问题,而选取合理的阻尼参数可以有效控制梁体的纵向位移.     

斜拉桥索力优化实用方法

合理确定成桥索力是斜拉桥设计中一项十分重要的工作,而目前设计实践中对此存在不同认识.对现有斜拉桥索力优化理论进行评述,认为索力优化的影响矩阵法在理论上最为完善.为便于在设计实践中推广,基于索力优化的影响矩阵法原理,提出一种斜拉桥成桥索力优化的实用方法,并从理论上加以证明,实践上得到检验.实用方法可以方便地进行斜拉桥成桥索力优化,并能实现多种优化方案比选,尤其适用于初步设计阶段.     

脉冲型地震作用下斜拉桥纵向响应的简化计算

为研究近断层脉冲作用对斜拉桥地震响应的影响,在研究近断层地震动特性的基础上,利用最小二乘法进行脉冲模型数值拟合,通过等效模态法将复杂斜拉桥在纵桥向简化为单质点体系,建立、求解近断层脉冲作用下斜拉桥纵桥向的运动微分方程,得到斜拉桥塔顶位移、塔底弯矩与速度脉冲周期及幅值的解析关系,由此得出结构地震响应随脉冲参数变化的规律,并分别通过独塔和双塔斜拉桥的有限元分析对该方法的正确性进行验证,结果表明该方法简单可行,误差在工程可接受范围内.     

大跨度矮塔斜拉桥索力参数分析

以沙湾特大桥为研究对象,采用桥梁博士3.0有限元程序,建立了该桥梁最大悬臂施工阶段和成桥阶段的有限元模型.对索力参数变化引起各主梁、主塔的敏感性进行分析,并提出了结构的变化趋势及原因.所得结果可以为同类桥梁设计和施工提供参考.