双塔单跨悬索桥空间主缆扭转性能数值分析

针对空间缆索悬索桥体系转换过程中主缆发生扭转,而扭转刚度为多因素影响的变量,数值模拟中难以准确考虑,从而无法精确计算主缆扭转角及确定索夹预偏角的难题,以杭州江东大桥为工程背景,揭示了吊索张拉过程中主缆的扭转机理,从理论上分析了钢丝层间摩擦力对主缆扭转刚度的影响,并将拉-扭耦合效应及钢丝层间摩擦力在数值模拟中加以考虑,有效提高了计算精度,并通过改变抗扭刚度系数、吊杆张拉力、索夹预偏角等参数,确定主缆扭转特性与扭转效应,揭示了其正反扭原理.研究结果表明:体系转换过程中主缆扭转变化历程在数值模拟中需通过非线性迭代实现;随吊杆张力增大,主缆抗扭刚度从最小值逐步增加,改变主缆的抗扭刚度系数对主缆最终扭转角的影响不大;改变某索夹横向预偏角,主缆扭转现象存在"弱相干性原理"和"相邻影响原理";索夹预偏角小于(或大于)吊杆力与铅垂线夹角,主缆将跟随索夹发生正向(或反向)扭转,当吊杆力方向通过主缆形心时,扭转角不再改变.     

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。     

基于结构参数变化对结合梁自锚式悬索桥动力特性的分析

借助Midas/Civil建立合理动力全桥模型,结合梁自锚式悬索桥自振特性规律,虚设一座相同参数的地锚式进行比较,探讨恒载集度、主梁刚度、桥塔刚度、主缆抗拉刚度、吊索抗拉刚度等主要参数对结合梁自锚式悬索桥固有频率的影响。研究表明:在狭窄的频率范围内,振型较为集中,且前几阶振型以主梁振动为主;恒载倍率增加对一阶振型频率均有减小作用,主梁竖向刚度增加对一阶竖弯振型影响较大,桥塔纵向刚度增加使纵漂频率显著增加,主缆抗拉刚度倍率增大使主梁扭转振型频率增加显著,吊索抗拉刚度倍率增大对一阶振型频率影响很小。     

内倾式双主缆悬索桥动力特性及颤振性能研究

通过减小主跨为1 708m悬索桥的主缆间距,分析了内倾式双主缆体系的动力特性和颤振性能.动力特性计算发现:减小主缆间距,能在维持竖弯基频的基础上有效提高扭转基频;附加的侧弯-扭转耦合振型在两个自由度上的等效质量均较小,且频率介于竖弯、扭转基频之间.为说明该振型的侧弯-扭转强耦合效应对颤振稳定性的影响,分别基于二维两自由度和三维全自由度状态空间方法对比分析了颤振性能.二维结果显示,小主缆间距时侧弯-扭转耦合振型较常规纯扭振型对颤振更不利;三维分析显示,主缆间距较小时,上述耦合振型参与程度较高,反之,纯扭振型参与较多,同时第二阶竖弯振型作用明显.结果表明:内倾式双主缆体系悬索桥的颤振稳定性受多振型影响,传统二维两自由度分析结果可能不安全,有必要进行三维全自由度颤振分析.     

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.     

阻尼器对悬索桥吊索扭转振动控制效果的数值研究

刚性分隔器对悬索桥吊索各索股的相对振动可起到很好的控制效果,但吊索可能会发生较大的整体振动,包括平动和扭转振动.采用ANSYS有限元软件,以某桥的四索股吊索为工程背景,分别建立了3种索股-刚性分隔器-阻尼器计算模型,并进行了自由振动分析,研究了理想状况下的吊索扭转模态的无量纲阻尼比曲线特征,研究了阻尼器支架刚度、阻尼器刚度对阻尼器效率的影响.研究结果表明,四索股-刚性分隔器-阻尼器体系不同扭转模态的无量纲阻尼比曲线不重合,不同扭转模态的阻尼器设计不能采用同一条无量纲阻尼比曲线进行设计;随着阻尼器支架刚度的减小,能实现的最优扭转模态阻尼比减小,对应的最优阻尼系数也减小;随着阻尼器刚度的增大,能实现的最优扭转模态阻尼比减小,对应的最优阻尼系数线性增大.     

汕头海湾大桥悬索桥主缆施工技术

汕头海湾大桥是我国第一座现代悬索桥,主桥结构体系为三跨１５４ｍ＋４５２ｍ＋１５４ｍ双铰预应力钢筋混凝土加劲箱梁的悬索桥。主缆是悬索桥的主要承重悬索结构。主缆系统的施工主要包括猫道架设、索股架设,索夹吊索安装和防腐等项目。     

限位吊索对三跨连续悬索桥静动力特性的影响

为研究限位吊索对大跨缆索桥梁结构静动力特性的影响，以某非对称三跨连续悬索桥为工程背景，建立了大桥有限元模型，并通过实测验证了模型的正确性，探究了限位吊索对大桥主缆线形、主梁线形及动力特性的影响.研究结果表明：限位吊索可协调三跨连续悬索桥边跨过渡墩处主缆与主梁的竖向变形，使得结构具有合理的应力分布；当一侧不设限位吊索时，主缆最大变形可达355.7 mm,同时引起其余吊索发生应力重分布，使得边跨主梁产生最大正向变形值，并在另一侧边跨产生最大负向变形值；当全桥均不设限位吊索时，主缆与主梁两侧变形均达到最大值，应力重分布呈对称分布；限位吊索主要影响三跨连续悬索桥前3阶竖弯模态频率，设置限位吊索可略微提高结构的竖向刚度.     

脉动风和车辆荷载联合作用下中央扣对悬索桥吊索疲劳损伤的影响

以杭瑞洞庭大桥为研究对象,建立设置中央扣和无中央扣的大跨度悬索桥有限元模型,研究中央扣对悬索桥跨中短吊索疲劳损伤的影响。首先,采用谐波合成法生成大桥桥址处的脉动风场,采用Monte Carlo法模拟随机车流样本,基于ANSYS软件建立风-车-桥耦合振动分析模型,分析桥梁结构在脉动风和车辆荷载单独与联合作用下的动力响应;其次,采用雨流计数法统计跨中短吊索的应力时程,得到吊索的应力幅值、应力均值和循环次数;最后,基于Miner损伤线性累计理论分析中央扣对跨中短吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度的影响。研究结果表明：中央扣对悬索桥竖弯刚度影响较小,但会提高悬索桥的纵飘刚度和反对称扭转刚度,显著减小荷载作用下缆梁相对位移和跨中短吊索的弯曲应力;中央扣不会改变脉动风荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,但会改变车辆荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,并显著降低缆梁相对位移对车速的敏感性;在脉动风和车辆荷载联合作用下,跨中短吊索的等效总应力幅值小于脉动风和车辆荷载单独作用下等效应力幅值的叠加值;在脉动风和车辆荷载联合作用下,中央扣会显著减小跨中短吊索尤其是靠近中央扣位置处吊索的等效总应力幅值和...     

大跨径悬索桥主缆系统施工控制计算

基于悬索桥在恒载作用下的力学特点,建立起了主缆施工控制计算的解析迭代法,以此确定恒载状态下成桥线形、主缆无应力长度,并可迭代出空缆线形、主索鞍顶推预偏移量及索夹安装位置等.宜昌长江公路大桥的应用表明,该解析迭代的系统计算方法,收敛速度快、精度高,是一种有效计算方法.     

扭转变形下铜电导率的影响关系模型及机理

在左手超材料电磁传输性能的稳健性设计中,变形对其组分材料铜电导率的影响必须予以考虑,文章基于该基本变形形式展开研究,从把控材料源头着手,通过扭转变形实验制备了纯铜扭转试棒,并按照直流双臂电桥测试方案对纯铜扭转试棒进行了纯铜电导率的测定实验,结果表明纯铜电导率随扭转角的增大而减小,且减小的幅度随扭转角的增大而趋缓;基于实验测得的关系曲线使用数据拟合的方式建立了纯铜电导率关于扭转角的影响模型(幂函数);借助试棒扭转变形的金相实验结果,从固体能带理论探讨了扭转变形对纯铜电导率影响模型的内在机理,发现随着扭转角的增大,纯铜扭转试棒的金相组织晶粒度同步增大,变形初期晶格内部位错增殖且晶界显著增加,从而导致纯铜导电性能的降低,但随着变形的累加,材料晶格缺陷的分布趋于均匀,在一定程度上减缓了纯铜扭转电导率的下降速率。     

自锚式悬索桥主要构件刚度对结构的影响分析

分别分析了自锚式悬索桥的主塔刚度、主缆刚度、吊索刚度和加劲梁刚度对桥梁的主缆、吊索、加劲梁、桥塔和桥墩内力、结构位移、结构动力特性的影响,讨论了设计中各构件尺寸确定的顺序.得出的有益结论可为该类桥的设计提供技术参数方面的参考.     

空间索形悬索桥吊装施工过程分析方法

以主缆与吊索的下料长度、索夹安装位置为联系,构建吊索下端力矩阵,并建立各个施工阶段临时体系相互独立的平衡方程.分别采用考虑重力的多段二力杆、分段三维悬链线来分析空间索的双向垂度特征,并提出了2种主梁吊装过程的解析解.利用数值迭代法,实现不依赖于前行施工阶段,独立求解任一工况的物理状态.算例分析表明,该方法对施工状态的实时变动能迅速作出响应,适合施工过程的实时监控与技术决策分析.     

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     

三塔自锚式悬索桥主索鞍约束体系研究

以三塔自锚式悬索桥一福州市螺洲大桥为工程背景,采用有限元法分析不同的主索鞍约束体系对结构受力与变形的影响.主要从主梁与主塔的变形和内力、主缆水平不平衡力及抗滑安全等方面研究其变化规律.结果表明,主索鞍固结方式能有效减小主梁的挠度与弯矩,主索鞍有限位移方式能有效减小主塔水平位移及塔顶两侧主缆的不平衡力,提高主缆的抗滑安全...     

索鞍无预偏施工悬索桥主缆的温度效应

针对索鞍无预偏施工悬索桥的几何形状对温度变化非常敏感等特点，研究了主缆架设过程中存在的温度效应问题。建立了主缆架设中索股、主缆横断面和纵断面的温度模型，根据无应力索索长恒定不变的原理求解温度作用下主缆中、边跨垂度，得出了垂度计算公式，给出了有关主缆索股调整的具体方法。结果表明，该温度模型和计算公式是准确调整索股垂度的一种较简便可行的方法，为索鞍无预偏施工悬索桥的设计与施工提供了一定的理论依据。     

悬索桥的静风扭转发散有限元精细化分析

基于大跨度悬索桥刚度退化及静风扭转发散的机理,选取了两个评价标准分别用以判断均匀流场和紊流场中悬索桥的刚度退化情况.在均匀流场中,由于主缆的变形形态与演变规律都很简单,因此可以选取主缆中点的竖向位移作为评价刚度退化及扭转发散的标准.当主缆中点向上的竖向位移恰好使其应力松弛时,结构将会出现扭转发散现象,这一竖向位移称为临界竖向位移.然而,在紊流场中,紊流中的脉动成分往往会引起结构显著的多模态耦合叠加的复杂响应.此时,前述的标准不再适用.为此,本文提出了一种基于识别时域范围内主缆长度的方法,即在时域范围内,当任意一条主缆的长度的最小值达到或十分接近无应力长度时,主缆将软化进而引起间歇式扭转发散.静、动力有限元分析表明,上述方法可以较好地解释大跨度悬索桥在不同流场中的扭转发散现象.     

基于索鞍无预偏施工悬索桥的施工仿真

针对索鞍无预偏的悬索桥施工设计，通过基于悬索力学的解析迭代法与基于有限位移理论的有限元法相结合，系统地进行了施工中的主索下料长度、空缆状态及空缆标高、加劲梁吊装阶段的主塔受力和变形以及锚跨索股张拉时机与张拉量等控制参数的仿真计算；并利用ANSYS程序和有限位移理论在悬索桥施工仿真应用时解的延续性和可逆性，从link10单元初应变调整入手，放弃初始状态试算的大循环迭代方法，建立了利用通用程序从结构成桥状态倒退到初始状态的有效方法。     

悬索桥缆索系统的数值分析法

针对已有计算方法的不足之处,提出了一种各种状态下悬索桥主缆线形的精确数值算法和索股、吊索长度的计算方法.该方法能全面考虑温度、各种鞍座及主塔的约束作用对主缆线形的影响,并能很好地处理主缆与鞍座的接触问题,可以方便地模拟塔顶鞍座临时固接和顶推这一悬索桥特有的施工工况,索股长度计算时能精确考虑悬索桥锚跨索股的空间走向,具有计算精度高、速度快的优点.利用该方法编制的软件已用在江阴大桥和润扬大桥的设计和施工中.     

索夹对自锚悬索桥成桥状态影响分析

基于有限单元法(FEMC)比较分析了索夹对自锚悬索桥成桥状态的影响.索夹能够提高中跨主缆的成桥线形,在维持索长不变的情况下,各吊杆的成桥索力会有所增大,若使各吊杆均达到设计成桥索力值,则需增大各吊杆的无应力长度值.基于计入索夹影响的FEMC模型分别讨论了索夹长度、截面面积和惯性矩等参数对结构成桥状态的影响,并且建立了根据索夹长度比和面积比计算得到的主缆中跨跨中控制点成桥高程提升量和吊杆索力平均增量值的简化计算公式.经工程实例验证,提出的索夹模型计算结果与结构实际变形接近.