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.     

结构参数变化对自锚式悬索桥动力特性的影响

自锚式悬索桥的动力特性主要包括体系的自振频率和主振型,它是自锚式悬索桥动力分析的基础和前提.通过建立空间有限元模型及工程实例,给出了前20阶频率和相应的振型,分别计算了恒载、加劲梁刚度、塔架刚度、矢跨比等结构参数变化对自锚式混凝土悬索桥动力特性的影响,并与相同跨径和结构参数的1座地锚式悬索桥进行了比较,对影响规律做了详细的讨论.     

南京小龙湾大桥动力特性分析

以南京小龙湾大桥为研究对象,基于自锚式悬索桥合理成桥状态空间有限元模型,研究结构参数变化对其动力特性的影响,并与相同结构参数的地锚式悬索桥模型进行对比.结果表明:自锚式悬索桥由于塔顶位移约束程度较弱以及主梁承受主缆传来的水平分力,减小了结构体系的刚度,因而比相同结构参数的地锚式悬索桥的振动频率小;恒载、加劲梁竖向刚度和主缆刚度的变化对结构的低阶频率影响较大.研究结果可为类似结构动力特性分析提供参考.     

刚性索自锚式悬索桥静力性能分析

以平顶山市自锚式悬索桥为对象,采用Midas/Civil有限元程序,建立了该刚性索自锚式悬索桥的整体有限元计算模型,主梁与主塔采用梁单元模拟,柔性悬索和吊杆采用桁架单元模拟,在柔性悬索和吊杆的结点间增加能表现其刚性特性的梁单元,以考虑刚性索的抗弯性能,并在此基础上进行了静力特性计算,计算结果表明:恒载加活载作用下,主梁最大变形约3.5cm,悬索和吊杆的拉力接近设计值,较恒载作用下增加不大,说明这种自锚式悬索桥承受的荷载主要来自结构的自重,车辆活载对其影响较小。     

超大跨径CFRP缆索悬索桥静力性能

为研究超大跨径CFRP缆索悬索桥的静力特性,并比较其与传统钢悬索桥静力性能的区别,探索性设计了主跨分别为2000 m、3000 m的CFRP缆索悬索桥和钢缆索悬索桥,以及主跨为5000 m的CFRP缆索悬索桥,采用有限元法对比分析了这几种悬索桥在恒载、汽车荷载以及温度作用下的内力和变形.结果表明:在恒载作用下,随着跨径的增大,结构内力迅速增大,且跨径越大增长速度越快,相同跨径条件下,CFRP缆索悬索桥主缆张力、吊索平均索力均小于钢缆索悬索桥的相应值,但加劲梁最大弯矩值略大;在汽车荷载作用下,CFRP缆索悬索桥的竖向位移稍大于钢缆索悬索桥的相应值;在温度作用下,CFRP缆索的内力增量和竖向位移较钢缆索的相应值小很多.     

部分地锚式悬索桥的基本结构性能

为了拓展自锚式悬索桥的适用范围,在传统地锚式和自锚式悬索桥的基础上,提出了一种新型的部分地锚式悬索桥,并对该结构体系的基本性能进行了研究。主要研究内容包括基于挠度理论的结构分析、静力性能和自振特性、锚碇设计方法等。研究结果表明,部分地锚式悬索桥结构的静力性能介于地锚式悬索桥和自锚式悬索桥之间,其重力刚度由成桥状态时的锚索拉力提供;活载作用下主缆的内力增量在锚索和主梁中按照刚度分配,体现了“部分地锚”的特点;该体系可以通过主动张拉锚索来调整结构受力状态,并且通过发挥被动土压力的有利作用可以减小重力式锚碇的体量。部分地锚式悬索桥特别适用于建设条件受限的特殊桥位,可张拉调整的锚索为设计和施工提供了新的方案,并具有一定的优势。     

基于稳健回归法的自锚式悬索桥荷载效率系数优化

为解决自锚式悬索桥荷载效率系数取值不合理问题,以珠海白石桥为研究对象,通过稳健回归法对自锚式悬索桥的荷载效率系数进行优化研究。研究了主梁、主塔的结构响应与荷载效率系数之间的关系,并确定合理的荷载效率系数取值。首先,基于白石桥的现场试验得到该桥主梁和主塔在分级加载下的响应值。其次,采用MATLAB软件建立荷载效率系数与结构响应的线性稳健回归模型,并对该数学模型进行可靠性分析。然后,利用该稳健回归模型对规范要求荷载效率系数下的结构响应(主梁挠度、应力以及索塔偏位)进行预测和误差分析,并以误差值最小时的荷载效率系数值作为最终优化值。最后,基于另外2座结构形式相同的自锚式悬索桥的现场试验数据对以上研究结果进行验证。研究结果表明:提出的稳健回归分析法得到的结构响应预测值与试验测试值具有较好的一致性,可对自锚式悬索桥主要构件的荷载效率系数进行有效优化;当自锚式悬索桥主梁的荷载效率系数小于0.68、主塔偏位荷载效率系数小于0.82时,其结构响应均为线性变化;当主梁荷载效率系数取0.68时,其结构响应的预测值与实测值的相对误差可控制在3%以内;索塔偏位荷载效率系数取0.82时,其预测值与实测值的相对误差也可控制在容许范围内,即自锚式悬索桥的主梁和索塔偏位荷载效率系数应分别优化至0.68和0.82。该方法可为自锚式悬索桥的快速评定提供有力理论支撑,并为后续相关规范的完善提供一定的参考依据。     

车载作用下超宽混凝土箱梁自锚式悬索桥静力特性

为了探讨超宽混凝土箱梁自锚式悬索桥在车载作用下的受力状态,通过实桥荷载试验和ANSYS有限元分析,研究了结构整体静力特性以及超宽加劲梁的纵向应力水平及其分布.试验结果表明:在相当于设计汽车荷载水平的试验荷载下,主塔顶横桥向位移较纵桥向明显;受剪力滞效应、横坡及车轮局部效应的影响,超宽加劲梁受力空间效应明显,对称车载作用下加劲梁挠度沿横桥向呈V形变化,最大可达35 mm,偏心车载作用下扭转变形明显;加劲梁顶、底板纵向应力沿横桥向呈不均匀分布,最大纵向应力增量位于顶、底板与内腹板交接处,对称车载作用下顶板纵向应力沿横桥向呈M形变化;偏心车载作用下缆索系统受超宽加劲梁的空间效应影响,两侧索面受力的不均匀性较为明显.     

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。     

混凝土自锚式悬索桥设计及其力学性能分析

大连市金石滩悬索桥全长198m，主桥是24m 60m 24m的自锚式混凝土悬索桥，为中国首座此类桥梁。计算实例证明弹性理论适合于中小跨度的自锚式悬索桥的设计和计算。不计主梁轴力，结构的其余内力与地锚式悬索桥的差值在10％以内。拱度和混凝土的收缩、徐变的影响比较明显。与相应的水平加劲梁和不考虑收缩、徐变影响的计算结果比较，差值均在20％以上。分析所得结论对于同类桥梁的设计和研究具有一定的参考价值。