大跨度悬索桥受力特性敏感参数分析

为了准确把握地锚式悬索桥在施工阶段和运营阶段结构线形的变化,以某大跨悬索桥为例,采用有限元方法建立全桥三维仿真计算模型,分析了结构自重、温度、刚度、边界条件对桥梁线形的影响及规律．结果表明,自重和温度对桥梁线形影响较大,桥塔刚度的改变对悬索桥线形影响较小,改变索鞍处边界条件对悬索桥线形影响较小．     

桥塔刚度对悬索桥的影响分析

为了研究悬索桥中桥塔刚度对悬索桥整体刚度的影响,以西堠门大桥为原型,采用西南交通大学编制的桥梁非线性计算软件BNLAS建立了双塔单跨悬索桥计算模型,该计算模型中跨主缆的跨度为1 650 m,加劲梁为单跨简支结构体系。通过比较不同桥塔刚度（相对原型的0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2及1.3倍）情况下悬索桥受力的变化,分析桥塔刚度对悬索桥受力的影响。同时,随着越来越多的多塔多跨悬索桥的建造,笔者也研究了中间桥塔刚度变化对多塔多跨悬索桥受力的影响。     

近塔桥面火灾对三塔悬索桥结构性能影响研究

以某三塔悬索桥中间钢塔为例,研究了火灾对钢桥塔和桥梁结构性能的影响.首先,通过火灾场景数值模拟,得出桥面近塔区域不同类型火灾场景下的火焰温度分布规律,以及钢结构桥塔的温度分布特性.其次,通过非线性分析获得了三塔悬索桥在不同的近塔火灾场景下结构静力性能的变化.结果表明,在大型车辆火灾作用下,钢中塔有超过80m~2的区域温度超过800℃,最高温度达到1 000℃以上,中塔性能受到显著影响.钢中塔的应力、变形发生较为明显的变化:钢塔产生4.6mm的竖向残余变形和53.8mm的侧向残余变形,火灾区域应力折减达70 MPa,而主缆、主梁的应力和变形变化较小.     

平顶山建设路立交桥力学性能分析

根据刚性索自锚式悬索桥的结构特点,对刚性索自锚式悬索桥力学性能计算的有限元法建模进行探讨,运用有限元程序Midas/civil,建立了平顶山市建设路立交桥——刚性索自锚式悬索桥的空间有限元计算模型,对该桥进行受力分析和变形计算。计算结果表明：桥梁的受力与变形基本关于跨中对称;恒载作用下桥梁以竖向变形为主;主梁全截面处于受压状态,在桥塔附近主梁出现负弯矩,在吊杆位置处弯矩出现尖点,剪力发生突变;主缆与吊杆全部受拉,拉力较为均匀,内力最大值均发生在桥塔边跨侧;各构件受力均在规范规定范围内且有较大安全储备;主缆与吊杆增加的外包结构使其承受拉力外还能够承担部分弯矩,从受力上表现出刚性的特点。     

桥塔纵向作用下悬索桥主缆的非线性参数振动

研究特大悬索桥施工过程中主缆非线性参数振动问题.综合考虑主缆垂度、大变形引起的几何非线性等因素,将桥塔塔顶振动考虑为主缆的参数激励项,利用Newton定律建立的主缆参数振动控制方程,运用Galerkin和多尺度方法对主缆参数振动进行了理论分析,以某悬索桥中的主缆为例,运用有限元程序计算了桥塔的前20阶频率,通过桥塔与主缆的第一阶面内频率匹配,0号桥塔的第11,13阶振动及3号桥塔的第4阶振动激发主缆参数振动的可能性最大,数值分析了主缆发生参数振动时的位移时间历程和索力变化规律.研究结果表明,当桥塔的局部振动频率约为主缆振动频率的2倍左右时,主缆容易发生参数振动,发生参数振动时,位移响应显著,缆索张力增量很小.     

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.     

大跨度悬索桥空间温度场精细分析方法

为了研究悬索桥空间温度场分布及其变化规律,提出了自然环境下大跨度悬索桥空间温度场精细分析方法.首先根据构件表面所在位置和太阳入射角判断大跨度悬索桥构件外表面的遮挡状态,然后基于传热理论计算构件外表面所受辐射能,通过对构件各外表面施加辐射荷载和对流换热边界计算大跨度悬索桥空间温度场,最后以某大跨度悬索桥为例,采用多尺度分析方法计算主缆的热物性参数,在此基础上得到了自然环境下该桥空间温度场分布.结果表明,自然环境下大跨度悬索桥主缆空间温度场关于跨中非对称分布,最高温度出现在近跨中受太阳正面照射的节段,主塔迎阳面和背阳面最大温差近7,℃,桥面阴影区与相邻非阴影区温差达15,℃.以该方法为基础,可以实现大跨度悬索桥健康监测系统结构响应中温度效应的精确分离.     

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．     

大跨度悬索桥考虑行波效应的地震分析

文章基于大型有限元软件Ansys对大跨度悬索桥进行模拟,分析了大跨度悬索桥在地震作用下的各种响应,并对比分析大跨度悬索桥在多点一致激励和多点非一致激励下的各种响应,所得结论对工程实践有一定的指导意义。     

人行悬索桥竖向荷载作用下简化计算方法

为解决人行悬索桥在竖向荷载作用下计算挠度变形过程繁琐、有限元分析复杂等问题,根据人行悬索桥柔性较大的结构特征,忽略其加劲梁的刚度作用,考虑主缆IP点处位移、边缆垂度效应、几何非线性等因素,提出了一种简化计算方法.对不同跨度、不同矢跨比桥梁的主缆无应力长度和跨中挠度变形进行了试算,并根据试算结果对简化计算方法的适用范围和误差进行了分析,验证了计算方法的计算精度和适用范围.以跨度为117 m的人行悬索桥为例,利用本文计算方法对该桥分别在成桥状态和受竖向荷载作用时的悬索桥力学性能进行了分析,并与有限元分析和试验检测结果进行了比较.结果表明:本文所提简化计算方法实用性较好,能在实际工程中为人行悬索桥快速求解和有限元分析校核提供参考.     

考虑梁端碰撞效应的单跨非对称悬索桥地震响应分析

目的 研究主引桥伸缩缝处碰撞效应对大跨度悬索桥地震响应的影响。方法 以西南地区某单跨非对称悬索桥为研究对象,基于ANSYS有限元软件建立主引桥模型,采取接触单元法,研究桥梁在考虑梁端碰撞效应下的地震响应,并探究了伸缩缝间隙、碰撞单元刚度以及主引桥周期比对其影响规律。结果 主引桥间的相互碰撞会在梁端产生一个较大的碰撞力,其峰值会随着伸缩缝间隙的增大而减小,随着碰撞单元刚度的增加而增大;同时,碰撞作用使加劲梁的位移随着间隙宽度的增大而增大,随着碰撞单元刚度的增加先减小后趋于稳定,随着周期比的增大而减小;结构产生的碰撞力峰值根据地震波不同表现出不同的变化规律;塔顶位移和塔底内力基本不受参数变化的影响。结论 伸缩缝间隙和碰撞单元刚度是影响地震响应的重要参数,需要在设计中合理考虑和选择。     

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。     

箱梁悬索桥空气静力稳定的三重非线性效应

根据两塔三跨悬索桥的中跨跨径和最小主缆净截面面积与其他参数的关系,获得中跨跨径分别为1 000,1 500,2 000,3 000,4 000和5 000 m悬索桥的加劲梁和主缆设计参数,并建立悬索桥参数化有限元模型;实现两重循环、两条主线超大跨度悬索桥三重非线性静风稳定性能分析方法;分别对闭口钢箱梁、理想平板、中央开槽钢箱梁、中央双开槽钢箱梁4种典型断面各6种跨度的悬索桥进行静风稳定性能分析.研究发现:材料非线性对超大跨度静风稳定性能影响不大于5％;几何非线性和气动力非线性对静风稳定性能的影响最大可超过50％;跨度小于2 000 m悬索桥采用闭口钢箱梁断面可满足静风稳定性能的需求,超过2 000 m需采取开槽措施,2 000 m是闭口钢箱梁悬索桥的空气静力稳定上限.     

风缆系统对管线悬索桥动力特性的影响分析

目的研究大跨度管线悬索桥的自振规律、振型特点,分析风缆系统对管线悬索桥动力特性的影响,为管线悬索桥的抗风设计提供借鉴和参考.方法基于通用空间有限元分析软件MIDAS/Civil,建立大跨度管线悬索桥仿真模型,采用控制变量法分析了风缆布置平面与水平面夹角、风缆张拉力、风缆矢跨比、风拉索布置形式、稳定索布置形式等因素对管线悬索桥动力特性的影响.结果风缆与水平面夹角对结构横弯和竖弯振型频率影响较大,布置角度θ在0~30°范围内较为适宜;随着风缆张拉力的提高,结构的横弯和竖弯刚度增大,风缆张拉力设计计算时应具有一定的安全系数,建议取为1.5~2.0;在风缆张拉力一定的情况下,当风缆矢跨比小于1/10时,对结构反对称横弯振型频率影响显著;改变风拉索及稳定索布置间距对于结构动力特性影响较小.结论风缆结构设计参数对管线悬索桥的动力特性影响较大,将风缆系统各项设计参数控制在合理范围内可以显著提高结构的抗风性能.     

大跨度四塔悬索桥动力特性参数敏感性分析

为了深入研究大跨度多塔悬索桥的动力特性,基于ANSYS软件建立了某大跨度四塔悬索桥的三维有限元模型,采用Block Lanczos法进行模态分析,以获得该桥的自振频率和振型,并分析了主缆矢跨比、恒载集度、主梁刚度以及中塔刚度等结构关键参数对其动力特性的影响.结果表明:该桥基频为0.071 71 Hz,对应振型为主梁一阶正对称侧弯;增大矢跨比有利于提高大桥颤振性能;随着恒载集度的增加,结构各阶自振频率均有不同程度的下降;增大主梁横向和扭转刚度可分别提高主梁侧弯和扭转频率,而增大主梁竖弯刚度对主梁竖弯频率影响较小;主梁一阶竖弯频率随着中塔纵向刚度的增大而显著提高.研究结果可为大跨度多塔悬索桥的结构设计与动力分析提供参考.     

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.     

柔性悬索桥动力特性与地震响应分析

文章采用非线性的有限元理论对柔性悬索桥进行抗震分析,采用反应谱法与动态时程分析法对该桥在地震荷载作用下的响应进行了分析,时程反应分析与反应谱分析的结果存在较大差异,分析认为对于大跨度的柔性结构,反应谱法已不能适用.结合该人行悬索桥设计,将大跨悬索桥的设计理论与柔性悬索桥的实际情况相结合,根据计算结果采取相应的工程措施,注重结构的安全性、适用性、经济性和美观性,充分发挥柔性悬索桥的交通通行功能,对悬索桥的设计具有指导意义.     

特大跨径三塔两跨悬索桥的位移特性初探

泰州大桥采用三塔两跨悬索桥方案,以泰州大桥工程为例,分析了三塔悬索桥与双塔悬索桥位移特征的不同点,并研究分析了塔的刚度、高度、主梁高度、矢跨比变化、边中跨比变化对三塔悬索桥位移特征的影响。     

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.     

下期文章摘要预报

测量透明颗粒形状及变形的显微干涉系统赵　兵 ,方如华　　结合激光干涉及图像处理技术研究测量透明颗粒形状及监测其变形的光学系统 ;对共路偏光干涉仪进行改进 ,使之更好地测量由温度场变化引起的小试件变形 ;对柱及球形试件进行理论和数值分析及实验研究 .自锚式混凝土悬索桥的动力分析张启伟 ,冯敏　　研究自锚式混凝土悬索桥的动力学性能 .以一新建自锚式混凝土悬索桥为背景 ,首先运用有限元分析获得其动力特性并与地锚式悬索桥进行比较 ,然后利用实桥环境振动试验验证有限元动力特性分析结果 ,最后由地震反应分析进一步考察自锚式悬…