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.     

考虑拉扭耦合效应的空间主缆扭转计算方法

由于钢丝集束体组成主缆的扭转刚度是受多因素影响的变量,目前空间主缆的扭转还没有可靠的计算方法。分析了影响空间主缆扭转刚度的主要因素,建立了主缆集束体考虑拉扭耦合效应的解析计算模型,推导了拉扭耦合引起的抗扭力矩的计算公式。在此基础上,讨论了主缆半径、主缆张力及扭转角对主缆扭转刚度的影响规律。从施工控制的角度分析了扭转刚度、索夹刚臂、吊索张拉次序及索夹预偏角对主缆扭转角的影响。研究结果表明:由于拉扭耦合效应的影响,在体系转换过程中随着主缆张力和扭转角的增大主缆扭转刚度呈明显的非线性增长;在施工控制中,为减小主缆的扭转变形,可在索夹安装时设置与成桥时索夹扭转方向相同的预偏角,利用吊索力通过索夹刚臂给主缆施加反向扭矩来实现对主缆扭转的主动控制,以抵消或减小主缆的扭转变形。     

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.     

抗风缆对大跨悬索桥颤振控制的有效性研究

对斜拉式抗风缆的不同张拉力以及不同锚固形式进行比较,考察了抗风缆对大跨悬索桥颤振控制的有效性.用简支弹性梁的Rayleigh方法和有限元计算频率的变化趋势,并在同济大学TJ-3建筑风洞中进行全桥气弹模型试验.结果表明,仅在中跨施加抗风缆就能显著提高桥梁结构的固有频率,但需注意抗风缆在悬索桥主缆上的锚固位置,这由于某些锚固位置有可能在施工的一些阶段引发更差的桥梁气动性能,建议在施加抗风缆颤振控制措施前先进行风洞试验研究.     

钢丝束和HDPE刚柔耦合振动下吊杆索力试验

基于结构动力学和复合材料振动力学,考虑了钢丝束和HDPE复合材料对吊杆频率的影响,推导出考虑抗弯刚度、转动惯量、剪切变形及转动惯量和剪切变形耦合影响下索力计算公式,在此基础上提出了考虑高强钢丝和HDPE复合材料刚柔耦合振动的吊杆力适用公式.通过室内不同张拉力试验,测试出有HDPE复合材料的4m,6m和8m三种长度索对应的频率,采用解联立方程组和数理统计的方法得出适用公式修正系数的取值,试验发现:有HDPE复合材料的吊杆频率比无HDPE复合材料的吊杆频率平均低1.552 7 Hz.通过室内和现场对不同长度及不同张拉力索力进行了试验,结果表明:实际张拉力与本文索力适用公式计算的理论张拉力最大误差为5.3%,表明推导出的公式可满足精度要求,有较强的实用性.     

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。     

超载车辆作用对钢桁架梁式悬索桥的影响

针对钢桁架粱式悬索桥工程实例,通过Midas/Civil建立模型计算,运用子空间迭代法得出该桥型的动力特征;再以不同的荷载工况分析主缆和吊索的位移时程曲线及各杆件的内力变化.结果表明:车辆荷载作用下桥跨发生最大位移的部位在1/4跨处;当车辆单侧行驶时,较小荷载引起主缆两侧位移变化不大;随着车辆荷载的增大,未加载侧主缆位移变化明显小于加载侧主缆位移变化;桥梁端部吊杆与桥塔间距大于标准吊杆间距,车辆荷载作用下端部吊杆应力较大;桥梁最不利位置在端部支座位置处以及跨中位置,应重点监测桥梁端部吊杆及钢桁架下弦杆的应力变化,防止由此引起的重大事故发生.     

大跨径悬索桥缆索抗火模拟方法

利用有限元软件ANSYS建立武汉鹦鹉洲长江大桥全桥简化梁单元、关键部位实体单元的三维空间热-结构耦合有限元模型。研究结果表明:采用油罐车HCinc升温曲线计算获得火灾下悬索桥主跨跨中吊索破坏时间为24 min,破坏温度为481℃;通过吊索最高温度随硅酸铝防火层厚度变化的关系曲线,确定吊索外包防火层的厚度为1.0 cm,主缆外包防火层的厚度为0.5 cm。计算吊索不同高度截面处的温度场分布,当吊索截面温度小于破坏时的温度时获得吊索的火灾防护高度为8 m。为防止主缆最外层钢丝温度过高,获得主缆的火灾防护范围为距主跨跨中30 m和距边墩处15 m。     

钢-混组合结构蝶形拱桥索力优化

以中承式钢-混组合结构蝶形拱桥为研究背景,对以异型拱为代表的拱桥的索力优化问题进行研究。运用MIDAS/Civil软件建立桥梁结构的有限元模型,通过对比分析不同张拉索力下的拱肋轴力、弯矩、应力以及索力不均匀程度,确定最合理的吊杆张拉力,同时对4种不同的张拉方案从拱肋轴力、拱肋弯矩、主梁应力以及吊杆内力等方面进行对比分析,以确定最优的吊杆张拉顺序,最后以确定的吊杆张拉力和张拉顺序对吊杆进行验算。研究结果表明,该蝶形拱桥的第二次吊杆张拉力选取中索450kN、边索550kN较为合理,最优的张拉方案为先张拉拱顶两侧的两根吊杆,再张拉拱顶吊杆,然后从拱脚向拱顶对称张拉,吊杆的最大应力和应力幅均满足规范要求。     

地锚式独塔单跨空间双缆面悬索桥结构体系分析

为了得到某地锚式独塔单跨空间双缆面悬索桥合理的结构参数,采用有限元软件计算的方法,研究了该地锚式悬索桥在恒载、活载、温度荷载作用下分别采用1/14、1/15、1/16的垂跨比、45o、60o、75o的边跨主缆锚固方式、π型钢梁和钢桁梁两种加劲梁形式对主缆、吊杆受力及主梁的内力、挠度的变化影响。结果表明：随着垂跨比的增大,主缆、边吊杆受力及主梁的内力和挠度、塔底弯矩逐渐减小;随着锚固角度的增大,主缆背索力、主梁弯矩及挠度、塔底弯矩随之减小,主跨主缆力影响较小。适当增加垂跨比及边跨主缆锚固角度,可改善结构的受力与变形。采用钢桁梁截面形式,主缆力及吊杆力较π型钢梁的大,主梁挠度较π型钢梁的小。相关研究结论将会为该类桥梁的设计结构参数的拟定提供参考。     

景观悬索桥装饰缆索的找形与内力计算

景观悬索桥的装饰缆索不参与主结构受力,但却是桥梁不可分割的一部分.为保证其成桥后主缆及吊杆线形,必须有一定的内力与主桥相匹配.提出了一种针对悬索桥装饰缆索的找形及内力计算方法,首先建立主缆模型,并将各吊杆作用简化为竖向约束,计算各区段缆索拉力及吊杆的张力,进而通过主缆及吊杆的适宜张力计算其下料长度.结合新疆某景观悬索桥实例,利用MIDAS/Civil建立主缆局部有限元模型,计算主缆、吊杆张力及理论下料长度,并对其进行风振激励下的动力特性验算.按该方法计算的下料长度及拉力进行施工,成桥后各方面均可满足要求.     

一种梁受弯加固的钢丝绳预应力张拉控制试验研究

针对钢丝绳-聚合物砂浆面层加固中钢丝绳预应力张拉需要，提出了一种采用扭矩扳手施加预应力的实用方法.通过在张拉螺杆上施加不同拧紧扭矩，研究了钢丝绳张拉力变化规律和预应力损失机理，得到扭矩系数、有效预应力系数和预应力损失率.结果表明：张拉螺杆的拧紧扭矩与钢丝绳张拉力呈线性关系，扭矩系数k约为0.2192.预应力损失主要集中在张拉锚固结束后的5min内，其损失量约占总损失量的50%;7h之后，钢丝绳张拉力保持不变，有效预应力趋于稳定.基于试验结果，得到不同拧紧扭矩下的钢丝绳张拉力、有效预应力系数和预应力损失率计算公式，计算结果与实验结果吻合良好.     

主缆架设过程中风载下索股与猫道横向变形分析

通过建立猫道和主缆索股空间模型,计算分析了舟山连岛工程西堠门大桥主缆架设过程中索股与猫道的横向变形.探讨了西堠门大桥主缆架设期间不同工况中索股在各级风载下的横向变形规律,结合猫道在不同级风载作用下的横向变形,通过索股和猫道相对横向变形量确定出猫道上可供主缆架设施工的风速.     

单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能研究

针对单股钢丝绳在服役过程中因丝间接触引起的失效问题,基于弹性接触理论和曲杆理论,研究轴向扭转载荷作用下单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能。首先,综合考虑泊松比效应和接触变形等因素,建立具有多层结构的单股钢丝绳轴向力学性能与丝间接触性能的数学模型。其次,采用基于半解析法(SAM)的数值方案进行耦合求解。半解析法求解过程中,采用共轭梯度法(CGM)和快速傅里叶变换(FFT)求解多层结构单股钢丝绳丝间接触压力、接触变形及钢丝内部应力,揭示单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的接触性能参数随扭转载荷变化的演变规律,以及钢丝绳结构参数对单股钢丝绳丝间接触行为的影响机制。最后,通过与COSTELLO理论计算结果对比,验证单股钢丝绳多层接触耦合模型的有效性。研究结果表明:轴向扭转载荷作用下,单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的最大接触压力和变形均位于接触中心,且随扭转加载进程而呈非线性变化;在大扭转载荷下,内层螺旋钢丝与外层螺旋钢丝间的接触区易先发生应力屈服;相比于内层螺旋钢丝捻角,外层螺旋钢丝捻角对单股钢丝绳内部各层丝间的接触作用影响更加显著;扭转载荷引起的最大钢丝应力位于接触界面下,该应力区的应力及深度随螺旋钢丝捻角增大而增大。     

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.     

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.     

悬索桥发展中的挑战与对策初探

本文总结了在悬索桥发展过程中所遇到的一些重大挑战,提出了在悬索桥设计、建造以及防护过程中值得注意的若干问题,如风激励对悬索的影响、主缆的锚固以及主缆与吊索的防腐等问题,并对解决这些问题的对策进行了初步的探讨。     

连续梁拱组合桥梁上部结构施工关键技术研究

连续梁拱组合桥梁是桥梁中的重要类型,在我国道路交通建设中应用广泛。连续梁拱组合桥梁的上部结构主要有梁,拱及吊杆。上部结构的主梁施工关键技术主要有主梁的施工方法、0号块的防裂技术以及主梁不对称施工技术;主粱施工关键技术主要有主拱肋的架设方法及支架的落架方式;吊杆施工关键技术主要有吊杆张拉力有限元模型的建立、吊杆张拉力优化和吊杆张拉次序优化。该文对这些施工关键技术进行了研究与探讨。     

缆索与鞍座间的摩擦特性

缆索与主鞍座间抗滑移稳定是保障大跨度悬索桥安全的关键,对主缆与鞍座间摩擦系数进行模型试验.在试验中,考虑实桥在使用阶段索股的主缆与鞍座间的实际接触应力对摩擦系数的影响,试验得到泰州长江大桥单索股与鞍座、多索股与鞍座间的摩擦系数.对影响缆索与鞍座间摩擦系数的主要原因以及模型试验测试值与实桥摩擦系数之间的关系开展探讨,通过...     

自锚式悬索桥空间主缆线形的计算方法

基于空间分析模型,研究了自锚式悬索桥空间主缆线形的精确计算方法,根据主缆在吊杆之间的各索段在自重作用下呈悬链线,推导并研究了空间主缆在吊杆力作用下坐标的迭代计算方法.根据主缆空间线形及其理论交点,确定合理的鞍座位置,根据主缆无应力长度不变的原则,确定主缆的空缆线形.基于上述理论,以某空间缆索自锚式悬索桥为例,进行了详细的分析,给出了主缆无应力长度、鞍座位置、鞍座预偏量等,确定了该桥的合理成桥状态及空缆状态时的线形.算例分析表明:空间缆索自锚式悬索桥主缆线形计算方法是正确、可行的.