关于斜拉桥斜拉索减振阻尼器的应用技术研究

我国是桥梁大国,斜拉桥设计与施工技术处于世界领先水平,随着各国桥梁建设者对斜拉索振动机理的深入研究和认识,其机理大致可分为:斜拉索结构自身运动引起的参数共振和空气动力作用引起的风致振动等。有些斜拉桥由于风雨激振现象会导致斜拉索的振幅可达到索径的5～10倍,这将给斜拉桥造成严重的安全隐患。因此研究斜拉索减振技术具有重要工程意义。下面从斜拉索的振动机理入手,简要介绍阻尼器的类型、减振控制方法和安装要求等应用技术。     

超大跨径斜拉桥斜拉索局部振动对地震反应的影响

在以往的斜拉桥地震反应分析中,大都采用单桁架(SECS)模型来模拟斜拉索,不能反映斜拉索的局部振动的影响.以世界第一跨度斜拉桥——苏通大桥为背景,采用多桁架(MECS)模型来分析斜拉索局部振动对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,并探讨了斜拉索的合理单元划分方式.结果表明,斜拉索划分为10个单元已能够很好地反映斜拉索局部振动的影响.考虑斜拉索局部振动之后,会出现索梁耦合振型,减小一些振型的参与系数,基频与主梁的竖向振动相近的斜拉索在地震作用下大幅振动,而主梁和主塔的内力反应普遍减小,特别是主塔的地震轴力明显减小.     

某桥斜拉索施工技术研讨

随着桥梁设计和施工技术的不断发展,斜拉桥作为一种优秀的桥型得到了广泛应用,而斜拉索的施工在斜拉桥的建造过程中占有欲足轻重的作用,直接影响到桥梁施工工期以及成桥质量。结合阿深高速开封黄河大桥斜拉索施工实例,就该桥斜拉索的特点以及斜拉索加工、安装、张拉、索力调整等一系列施工技术关键措施作较为详细地介绍,为类似斜拉桥的挂索施工提供参考经验。     

SMA阻尼器-斜拉索系统减振控制试验

为了抑制斜拉桥拉索在风、雨等外界环境激励下的振动反应,设计了一种形状记忆合金（SMA）阻尼器并安装在斜拉索上。给出了该阻尼器的结构和分析模型,以及SMA阻尼器-斜拉索系统的振动方程。以润扬大桥斜拉桥的1：60缩尺模型为试验平台．进行了SMA阻尼器-斜拉索-桥面系统的减振试验,研究了SMA阻尼器对模型索在自由振动和桥面振动激励下减振效果的影响。试验结果表明：在斜拉索的面内安装SMA阻尼器,使斜拉索面内自由振动的衰减时间减少了50％,降低桥面振动所诱发的斜拉索面内耦合振动的峰值达39％以上,具有明显抑制斜拉索振动反应的作用。     

大跨度钢箱梁斜拉桥拉索牵引、挂设施工技术

大跨度高塔斜拉索的挂设是斜拉桥施工的关键工程,本文通过对斜拉索的牵引、挂设施工方法的介绍,为日后同类型斜拉索的施工及运营阶段的换索提供参考、借鉴.     

某无背索部分斜拉桥斜拉索索力控制研究

无背索部分斜拉桥中的斜拉索不但是一种造型,更是改善桥梁线形和调节主梁受力分布的关键构件,在施工过程中其索力的施加顺序和大小都需按照一定的程序进行,这样才能保证成桥之前梁体内力分布合理、成桥后索力施加得充分且不超限.借助于有限元软件对某无背索斜拉桥的斜拉索受力状况进行研究分析,以得到斜拉索在实际工程中的受力状态和分布规律,并用环境随机振动频率法进行索力的测量,从而控制索力的精确张拉和调整.     

阻尼对斜拉索大幅振动的影响

针对大跨度斜拉桥拉索大幅振动控制问题,考虑由于索的初始垂度、大位移而引起的几何非线性因素的影响,同时考虑拉索与桥面连接条件和边界条件的影响,建立了拉索在参、强联合激励作用下的面内非线性振动方程.运用多尺度摄动方法,对其进行求解,以长短两根有代表性的拉索为例,研究拉索阻尼的变化对其大幅振动的抑制机理.研究结果表明:增加斜拉索的阻尼,提高了斜拉索发生大幅振动所需激励幅值,在一定程度上增大了桥面振幅的安全区间.     

换索技术在斜拉桥加固施工中应用

以某斜拉桥换索工程为例,重点介绍了斜拉桥换索过程中增设的临时拉索设计方案及其换索的施工过程,为我国20世纪70,80年代同类型斜拉桥换索总结出了宝贵经验。     

大跨度斜拉桥恒载非线性静力分析

静力分析的精确程度对大跨度斜拉桥设计和施工过程具有很大影响。提出一套有限元方法 ,以弯曲能量作为目标函数确定斜拉索的初始张拉力 ,通过修正斜拉索的弹性模量 ,引入几何刚度矩阵和大挠度矩阵 ,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应 ,采用混合法求解系统方程。程序经过算例验证并应用于在建的重庆大佛寺长江大桥 ,取得了较好的效果 ,为该桥的施工控制提供了依据     

超大规格钢绞线斜拉索的现场安装施工工艺初探

自斜拉桥出现以来其拉索制造、安装质量一直是斜拉桥质量的主要控制点,因此,一个合理有效的钢绞线斜拉索的施工工艺成为相关工程技术人员研究方向的一个重点。结合厦漳高速公路跨海大桥的超大规格钢绞线斜拉索现场安装施工工艺的研究,对HDPE管焊接安装、单根镀锌钢绞线的下料、安装、单根张拉以及全桥超大规格钢绞线斜拉索的整体张拉等一整套工序进行研究,探索钢绞线斜拉索现场安装施工工艺。通过对其斜拉索施工进行分析,希望能对钢绞线斜拉索的施工提供一定的参考。     

考虑拉索抗力退化的斜拉桥体系可靠度评估

疲劳损伤和大气腐蚀作用致使斜拉索性能退化,影响斜拉桥运营期的安全水平.为了分析拉索抗力退化对斜拉桥体系可靠度的影响,建立了斜拉索抗力退化的串并联概率模型,提出基于机器学习的斜拉桥时变体系可靠度分析方法.以经典斜拉桥和某大跨度双塔混凝土斜拉桥为工程背景,研究了考虑拉索抗力退化的结构时变体系可靠度.研究结果表明:对于稀索体系的小跨度斜拉桥,随着斜拉索抗力的逐步退化,桥梁结构体系的主要的失效路径为由梁和塔的弯曲失效逐渐转变为由拉索腐蚀引起的拉索强度失效;当拉索抗力退化后的可靠度低于主梁关键截面可靠度时,结构体系可靠度将显著降低;对于密索体系的大跨度斜拉桥,在拉索疲劳和腐蚀共同作用下,该斜拉桥体系可靠指标将在29年降低到5.2.     

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.     

预应力混凝土斜拉桥施工过程中的力学行为研究

斜拉桥施工过程中的力学行为研究是一项涉及斜拉桥质量和安全的关键技术问题。采用空间非线性 有限元模拟了某大跨度预应力混凝土斜拉桥主梁的悬臂浇筑过程,引入一阶最优化计算方法来确定斜拉桥的合 理施工状态,求出各施工阶段的斜拉索张拉索力和主梁的预抛高值,并讨论了物理非线性和几何非线性等因素 对桥梁施工的影响,提出了减小非线性影响的措施。。     

重型车荷载对公路斜拉桥振动响应的影响

为分析重型车荷载对高速公路大跨度斜拉桥振动响应的影响,以一辆六轴重型车和鄱阳湖二桥为研究对象,考虑车身质量和车速的随机性,求解重型车偏载行驶的斜拉桥振动响应.研究结果表明:斜拉桥振动响应最大值与车身质量的随机性有很大关系,两者的概率分布特征相同,而车速的随机性对斜拉桥振动响应最大值的影响并不明显;在重型车荷载作用下,纵梁的竖向振动响应、桥塔的纵向振动响应和斜拉索的面内振动响应明显大于其他方向的振动响应;各拉索轴向振动响应随着拉索长度的增加而增大,面外振动响应因拉索长度不同而各异,主跨较长拉索的面内振动响应幅值相差较大,其他拉索的面内振动响应幅值相差较小.     

千米级斜拉桥长索架设技术

以苏通长江公路大桥为例介绍了千米级斜拉桥斜拉索安装方法及其施工要点。论述了斜拉索的桥面展开、塔端挂设、梁端牵引锚固以及PE保护等长索安装施工的关键技术问题。长索桥面的展开采用立式放索，梁端牵引锚固采用卷扬机、钢绞线以及张拉杆共同组成的三级组合牵引方式，长索张拉在梁端进行。     

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。     

不同位置的拉索损伤对斜拉桥力学性能的影响研究

基于阅江大桥在监测过程中出现的护套刮痕以及内部钢丝锈蚀的状况,对斜拉桥拉索发生损伤后的力学性能进行了研究,基于Ernst公式以及拉索损伤后对应的弹性模量,推导得到了斜拉索损伤后等效弹性模量计算公式,同时结合ANSYS软件分析了拉索损伤对斜拉桥主梁位移以及拉索索力变化的影响规律,主要得到了以下结论:(1)边跨位置处的长索对主梁位移产生的影响最大,短索影响程度最小,斜拉索距离主塔越近,对主梁位移的影响程度越小;(2)当拉索发生损伤时,损伤后的拉索索力会相应的减小,同时拉索两侧附近的拉索索力不断增大;同时拉索损伤对周围拉索索力的影响范围是有限的,且边跨及中跨长索损伤对主塔的影响最为显著。     

竖向激励下斜拉桥的内共振动力响应分析

将斜拉桥简化为单自由度振子-索模型,对振动方程进行线性简化;采用Matlab程序和Ansys程序分别对简化模型进行模态分析。索桥频率比分别取0.98、1.00和1.04,在模型支座处施加竖向加速度激励,进行时程分析,求解了系统的动力响应。分析结果表明,单自由度振子-索模型分析斜拉桥的振动问题是有效的和可行的。当索桥频率比在1∶1附近时,拉索与振子的振动存在耦合效应,产生内共振;在简谐支座竖向加速度激励下,系统的动力响应存在瞬态阶段和稳态阶段,响应峰值出现在瞬态阶段,拉索振动以第1阶模态振型为主;拉索动索力和拉索与振子间的相互作用在稳态阶段的幅值均出现漂移现象,拉索动索力变化幅度剧烈。因此,在斜拉桥设计和索力测试中要考虑索桥内共振的影响。     

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。     

螺旋线对斜拉索涡激振动特性影响的试验研究

为研究不同参数的螺旋线对斜拉索涡激振动特性和气动力的影响规律,进行了针对表面无螺旋线斜拉索和缠绕不同参数螺旋线斜拉索的节段模型风洞试验,螺旋线参数包括根数、直径和缠绕间距. 结果表明：斜拉索表面缠绕1根螺旋线的涡激振动振幅远大于2根或3根螺旋线;在亚临界雷诺数区,缠绕螺旋线斜拉索的平均气动阻力系数均小于无螺旋线斜拉索,最多可减小10.9%;缠绕2根螺旋线的斜拉索平均阻力系数整体比3根螺旋线小. 斜拉索表面缠绕间距s=8D（D为斜拉索直径）的2根螺旋线时,缠绕直径d<15 mm螺旋线的斜拉索涡激振动现象明显;d ≥15 mm的螺旋线可显著降低斜拉索涡激振动响应幅值,其脉动升力系数相较于无螺旋线斜拉索有明显降低,证明缠绕大直径螺旋线对涡激振动响应控制的有效性. 螺旋线的缠绕间距对斜拉索涡激振动的影响与螺旋线直径有关,当螺旋线直径较小时,缠绕间距对涡激振动的影响并不明显;当螺旋线直径较大时,间距的大小直接影响涡激振动的抑制效果.