断索对钢-混组合梁斜拉桥力学性能的影响

为研究拉索断裂对钢-混组合梁斜拉桥力学性能的影响,以某在建钢-混组合梁斜拉桥为工程背景,采用MIDAS/Civil建立有限元仿真模型,将该模型的各参数与设计值及现场实测值进行对比以验证有限元模型的合理性,分析不同位置、不同数量的拉索断裂后主梁线形、拉索索力及索塔位移的变化规律。研究结果表明：边跨断索对主梁挠度、索塔位移的影响大于主跨断索,主跨断索对拉索索力的影响大于边跨断索;长索断裂对主梁线形、拉索索力、索塔位移的影响均为最大;拉索沿主梁跨中对称断裂时,主梁线形、拉索索力、主塔位移表现出对称变化的规律,且两对索断裂时全桥索力符合叠加原理。     

考虑突发断索事故的车桥系统动力行为分析方法

为实现缆索体系桥梁在突发断索事故中的运营安全分析,考虑桥梁拉索突发破断事故全过程特征,提出一种考虑模态信息更新和时变步长的车桥耦合系统动力行为分析方法.通过细化断索过程的计算步长,考虑断索前后桥梁模态信息的时变特征,实现断索事件下车桥系统动力响应的精细化分析.基于所提出方法,依托斜拉桥算例并采用数值模拟分析了断索作用对车桥系统动力行为的影响.结果表明：单根拉索断裂可引起桥梁频率变化2.56%;单根拉索断裂引起的主梁断面动力响应增幅最高可达80%～140%;与断裂拉索横向对称位置拉索的索力动力放大效应最为显著,达到2.16;过桥车辆的车体竖向加速度幅值约为无断索时的10倍,是威胁过桥交通安全的主要因素.     

拉索失效和主梁损伤斜拉桥静力性能退化模型试验

为研究构件损伤对斜拉桥结构静力性能的影响,以合江长江二桥为原型,基于相似比理论和刚度相似原理,设计缩尺比为1/40的斜拉桥节段模型.建立原型桥和模型桥的有限元模型,对其进行静力相似对比分析.对8组拉索断裂工况和12组主梁损伤工况下的斜拉桥模型进行试验,研究不同损伤工况下拉索索力、主梁应力和挠度的分布规律,揭示拉索失效和...     

超长斜拉索的参数振动

研究了斜拉桥中拉索的参数振动,利用三维有限元模型计算了苏通大桥的全桥动力特性和单根拉索的动力特性,得出了可能发生参数振动的拉索;分析参数振动时,取单根索模型(索端受随时间变化的位移激励);计算了在同一激励下不同拉索的响应;对与主梁成一定频率匹配关系的斜拉索进行分析;讨论了各种因素(阻尼、激励幅值、激励频率)对参数振动的影响;指出在一定条件下,拉索可能由于桥面振动的激发而发生参数振动,对桥梁的安全性带来不利影响.在大跨桥梁中,由于拉索和主梁的低频特性,非常有可能发生参数振动.这意味着在大跨斜拉桥设计中出现一个新的研究趋势.     

大跨度斜拉桥拉索参数振动研究

针对大跨度斜拉桥拉索的参数振动问题,利用三主梁建立模型的有限元方法计算三塔斜拉桥动力特性,并计算单根拉索动力特性。通过频率比较得出易于发生参数振动的拉索。取两个典型长索进行分析,通过有限元和数值积分两种方法比较讨论各种因素(激励频率、激励振幅、阻尼)对索参数振动的影响。结果表明:当索频率和全桥频率成一定比率时,极易发生大幅度参数振动,对桥梁的使用和安全有不利影响。     

基于损伤分析的斜拉索监测传感器布设研究

斜拉桥拉索锈蚀乃至断丝将使拉索受力面积变小、应力增加,周边拉索索力重新分布,主梁结构内力状态也随之改变。现阶段斜拉索监测传感器布设大多集中于振动大的长索和拉力大的短索,未考虑拉索锈蚀对桥梁结构产生的影响。本文以某双塔斜拉桥为例,建立有限元模型并进行力学分析,通过模拟拉索锈蚀,分析拉索损伤对周边拉索索力及主梁位移造成的影响,并以此确定损伤较为敏感的拉索。研究表明,在敏感拉索处布置传感器,能反映拉索锈蚀对系统产生的影响,是桥梁健康监测系统的重要组成部分。     

钢绞线拉索弹性模量修正及其对缆索体系桥梁的影响

大跨度缆索体系桥梁有限元仿真模拟分析过程中,通常将钢绞线拉索等效为等截面均值圆杆,未考虑钢丝不同绞捻方式对钢绞线拉索整体弹性模量的影响.基于钢绞线拉索的钢丝空间几何形态和钢丝复合受力特点推导其等效弹性模量系数及n丝钢绞线弹性模量修正通用公式,并以洪鹤大桥为工程背景,分析钢绞线拉索弹性模量的修正对斜拉桥主梁位移、应力及拉...     

安装误差对曲塔曲梁无背索斜拉桥受力影响

为研究安装误差对主塔、主梁和拉索的应力,主塔、主梁的变形及结构可靠度的影响情况,以混合梁无背索曲塔曲梁斜拉桥——东莞水道桥为工程背景,考虑桥梁施工过程,通过有限元软件ANASYS,建立随机误差分析模型,采用蒙特卡罗函数和拉丁超立方抽样技术,分析结构力学响应的敏感性因素及百分比,并对控制截面应力进行了可靠性分析.结果表明:主塔、主梁的应力及变形和拉索的应力非对称性显著,对应的敏感参数差异较大.塔身应力与位移标准差较小,对安装误差不起控制作用.大桩号侧主梁跨中及小桩号侧结合段处压应力对安装误差水平起控制作用.因此建议,钢主梁及合拢段强制合拢安装误差分别为±20 mm和±30 mm,主塔x、y、z方向的安装误差分别为±16mm、±16mm和±30mm,这样可以满足桥梁结构施工及运营的安全要求.     

波形钢腹板-钢管混凝土组合梁桥的试验与有限元分析

波形钢腹板钢管混凝土组合梁桥结构新颖,在实际桥梁结构中所用甚少.通过对侨英人行天桥进行荷载试验及有限元计算,结果表明,该桥的承载能力和动力性能均满足规范要求,有限元计算值与试验实测值吻合良好.同时,利用建立的有限元模型对主梁的受力性能进行了分析,分析发现,波形钢腹板-钢管混凝土组合梁的弯曲变形符合"拟平截面假定",而波形钢腹板对主梁的抗弯作用可忽略不计.     

多塔钢-混组合梁斜拉桥成桥阶段垂度效应分析

以武汉二七长江大桥为工程背景,运用大型有限元结构分析软件ANSYS11.0,对该桥主梁、主塔和斜拉索分别采用不同的单元进行有限元模拟,建立了三塔结合梁斜拉桥空间非线性单主梁模型,考虑斜拉索的垂度效应,进行该桥成桥阶段主梁和边塔内力的非线性垂度效应影响的定量分析。结果表明：三塔结合梁斜拉桥索的垂度效应不容忽视,垂度效应对三塔斜拉桥主梁和边塔的位移影响最大,对于主梁和边塔的应力影响次之,其对应力非线性影响不超过5%。     

斜拉桥新型索梁锚固方式及其静力分析

为了改进传统斜拉桥主梁的受力性能,提出具有张弦梁特征的新型索梁锚固形式。推导分析了新型索梁锚固的传力机理,采用有限元软件ANSYS计算了系列单索模型。腹杆布置、张弦垂跨比对主梁的受力影响较大;最长腹杆宜靠近拉索转向点、张弦垂跨比在条件允许时宜取较大值。对于远、近端锚固形式,随着斜拉索角度的增加,拉索转向点处索梁作用力分别增大和减小、而且此作用力总是远端形式小于近端形式。该文的索梁锚固新形式保持了传统斜拉桥拉索对主梁的竖向弹性支撑作用,可降低拉索锚固力,而且主梁的受力状况由于腹杆的显著支撑作用而改善。     

多损伤场景下大跨径斜拉桥易损性

为了研究大跨径双索面斜拉桥易损斜拉索部位,进一步优化结构健康监测传感器布置方案,基于大跨径斜拉桥结构特点及受力性能,以斜拉桥主梁屈曲安全系数和应力安全系数为评价指标,以大跨径全漂浮分肢柱式塔四索面分离式钢箱梁斜拉桥为依托,采用有限元分析软件,分别采用Beam4梁单元和Link10桁架单元模拟塔/梁构件和拉索构件,建立该斜拉桥的三维有限元空间模型;计算分析了拉索整体性能退化、单根断索、单对断索3类损伤场景下149个工况的主梁屈曲安全系数和应力安全系数。分别考虑结构损伤比例和所造成损伤程度,采用Pareto多目标评价方法,根据结构最小损伤比例作用所造成结构损伤程度最大的优化原则,分别研究了3类损伤场景下斜拉索的易损性,确定了易损斜拉索的部位。研究结果表明:成桥拉索索力随着索长的增加而逐渐增大,内侧索力基本大于外侧索力;拉索整体性能退化程度从无损伤到损伤增加至30%,主梁屈曲安全系数呈线性增大趋势,应力安全系数呈线性减小趋势,但二者变化幅度均较小;单根断索或者单对断索损伤场景下,易损拉索为中跨10~#、边跨6~#,较易损拉索为1~#～5~#、7~#～9~#等。该结果可为研究双塔双索面钢箱梁斜拉桥斜拉索的易损薄弱部位,布控长期监测传感器和提高结构安全性提供科学依据和参考。     

断索导致的斜拉桥结构易损性分析

提出从损伤场景对结构性能的影响程度和损伤场景占结构体系总体规模的比例两个参数进行结构易损性分析的方法,并以斜拉桥结构体系为对象,分别以主梁最小屈曲安全系数和最大应力安全系数作为结构性能参数,对不同位置拉索断裂的损伤场景进行了易损性分析.以某斜拉桥为例,采用提出的易损性分析方法,从众多的拉索断裂损伤场景中得到了造成后果尽可能严重而自身占结构比例尽可能低的易损场景.分析结果明确了结构对不同位置拉索断裂的敏感性,可以作为结构健康监测中监测内容选取以及传感器布设的参考依据.     

基于高性能材料的大跨径斜拉桥抗风性能分析

为了研究活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)和碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)在大跨径斜拉桥中应用的可行性,以主跨1 100m的钢斜拉索、钢主梁、普通混凝土索塔斜拉桥设计方案为基础,构造了一座同等布置形式的CFRP拉索、RPC主梁、RPC索塔斜拉桥方案.采用有限元法对2种方案斜拉桥的动力特性、抗风性能等进行了分析和比较.结果表明:2种方案结构的自振基频相差不大,CFRP索RPC主梁斜拉桥的主梁颤振稳定性有所提高,其抖振响应位移较钢索钢主梁斜拉桥明显降低.CFRP拉索的自振频率达钢斜拉索的2倍;与钢斜拉索相比,CFRP拉索涡振幅值有所增大,但整体而言2种方案斜拉索的涡振幅值均很小,不影响其安全;CFRP拉索的风雨激振振幅不到钢斜拉索的1/2,且前者与风雨激振相关的临界风速较后者有所提高.应用高性能材料RPC与CFRP的大跨径斜拉桥整体抗风性能优于传统的钢斜拉索钢主梁斜拉桥,从抗风性能角度而言,将高性能材料RPC与CFRP应用于大跨径斜拉桥中是可行的.     

基于索膜假定的大跨斜拉桥主梁轴力修正公式

为了更深入探寻斜拉桥极限跨径,快速计算出不同拉索布置型式的大跨斜拉桥主梁轴力,文章基于密索斜拉桥索膜假定,求解出拉索在主塔上的位置方程,并推导出恒活载作用下扇形体系斜拉桥主梁轴力实用公式,给出简化的辐射式、竖琴式拉索布置的斜拉桥主梁轴力公式,且与丹麦学者Gimsing、我国学者王伯惠的轴力公式进行对比及算例验证。研究结果表明:3种近似计算公式与有限元结果基本吻合,该文公式求解的主梁轴力与有限元解误差更小,主要原因是索塔及跨中处的主梁无索区长度在公式推导过程中亦得到充分考虑。该公式能满足概念设计阶段的要求,适用于大跨斜拉桥轴力的快速近似计算。     

矮塔斜拉桥动静力特性对结构参数敏感性影响分析

目的 为优化矮塔斜拉桥结构设计参数,以槎马特大桥为背景,研究桥梁结构参数及结构体系对矮塔斜拉桥动、静力性能影响。方法 采用ANSYS及Midas civil软件建立全桥三维动、静力有限元模型,基于结构参数敏感性分析的摄动原理,研究各参数下关键截面静力性能的敏感性系数;改变结构构件刚度及结构体系,研究结构参数对矮塔斜拉桥动力特性影响。结果 斜拉索刚度对内力及动力特性影响均较小;墩梁支承方式对动力特性影响较小,但对内力影响较大。当主梁刚度和桥墩刚度分别增加为原刚度的2.744倍和2.125倍时,同阶自振频率最大差值均达到了22%。结论 矮塔斜拉桥主要呈现梁桥动力特性,主梁抗弯及抗扭性能受主梁刚度和桥墩刚度影响较大。     

鄂东大桥施工参数敏感性分析

以鄂东长江大桥主桥(双塔混合梁斜拉桥)为工程背景,基于有限元分析理论,运用有限元软件NLABS建立有限元模型,分析主梁自重、拉索线密度、拉索弹模、主梁弹性模量、混凝土主塔弹性模量和索梁温差等多个参数对结构内力、线形的影响及其变化规律,目的在于掌握参数变化时成桥结构内力及线形的变化范围是否危及结构安全.计算结果表明,拉索弹模、索梁温差、钢箱梁梁段重量对结构内力和线形影响显著,其他因素次之.     

塔底铰接型独塔斜拉桥施工阶段力学特性分析

为了研究塔底铰接型独塔斜拉桥施工阶段的力学行为,通过有限元软件建立空间梁格的数值模型,研究了该结构在各个施工阶段桥塔、主梁的位移、内力和应力变化情况,并对塔底铰接和固结两种设计方案的整体力学行为进行对比分析。结果表明:桥塔最大弯矩位置随着施工阶段不同斜拉索的张拉而发生改变;张拉主梁拉索时,主梁曲率半径外侧受拉,内侧受压;塔底铰接对结构整体受力更加有利。可见塔底铰接型独塔斜拉桥与常规斜拉桥施工阶段的力学行为不同,研究结论可以为未来类似结构的设计、施工和监控提供参考。     

基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题,提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型,并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程;列车采用31自由度刚体动力学模型,轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力;利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车-桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象,开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析,研究了桥梁整体和局部动力响应,以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明:正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁;大跨度斜拉桥的动力系数较小,受车速和轨道不平顺谱的影响较小;钢桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态,在疲劳性能研究中需要特别关注;设计速度条件下,桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.     

考虑地震动空间效应的深水桥梁减震性能

以大跨深水连续梁桥为研究对象,提出了拉索减震体系.对考虑地震动空间效应的不同激励地震动输入的实现方法做了阐述,对比常规体系和弱固定体系,研究考虑地震动空间效应时深水桥梁拉索减震体系的减震效果,并进一步探讨了考虑地震动空间效应时,动水压力对深水桥梁地震响应的影响.研究结果表明,拉索减震支座具有良好的减震性能,且其对地震动空间效应非常敏感;考虑地震动空间效应时,动水压力对拉索减震体系、常规体系动力响应的影响较一致激励有所差异,且该差异随视波速、失相干系数及局部场地条件的不同而变化.