中央扣对三塔悬索桥地震反应的影响

针对三塔悬索泰州长江大桥这一特殊桥型,基于Abaqus台建立了该桥的空间动力有限元模型并进行非线性动力分析.研究了地震作用下,缆梁间刚性中央扣对三塔悬索桥塔梁位移、塔柱内力以及塔梁间弹性拉索的影响.研究结果表明:中央扣对三塔悬索桥动力特性有不可忽视的影响;由于中央扣增强了缆梁间相互作用,在地震作用下,中塔横向位移与加劲梁跨中竖向位移均有所增加,中塔柱纵桥向剪力有所减小;中央扣限制了加劲梁纵向位移并减小了加劲梁对中塔下横梁的作用,但边塔柱底扭矩有所增加.     

影响大跨悬索桥地震响应的敏感因素

以四渡河悬索桥为研究对象,建立了该大跨钢桁架加劲梁悬索桥的空间动力计算模型,推导了基于Leger的大质量法（LMM）和基于拟静力位移概念的多支承激励下的非线性运动方程,在此基础上对该桥的地震反应进行了空间非线性时程分析,研究了土-桩-桥相互作用和中央扣设置方式对大跨悬索桥地震响应的影响．结果表明：土-桩-桥相互作用对悬索桥地震响应的影响与地震动输入方式密切相关,受水平地震波影响较大,而受竖向地震波的影响很小;一对柔性中央扣对加劲梁的纵桥向位移和应力响应均产生不利的影响,而刚性中央扣和3对柔性中央扣对限制加劲梁的纵桥向位移的作用显著,但是由此导致了结构地震应力响应的显著增加．     

车辆激励下中央扣对悬索桥梁端位移的影响

为研究中央扣对悬索桥梁端位移的影响,以洞庭湖二桥为工程背景,考虑结构几何非线性效应,建立相应的全桥空间有限元动力模型.基于有限元模型,考虑多种行车工况,研究了中央扣对该桥动力特性及在车辆激励下对梁端位移的影响.结果表明:中央扣能显著提高悬索桥的整体纵向刚度,改变悬索桥的纵飘模态特性.在车辆激励下,设置中央扣明显减小了加劲梁的纵向振幅,提高了加劲梁的振动频率,导致梁端累加位移值增大.双向行驶的车辆越多,增设中央扣后梁端位移峰值减小得越明显.不同类型的中央扣造成悬索桥对应的共振车速和主梁的动力响应各不相同.行车工况下,不同类型中央扣对梁端位移的控制效果各有差别.     

影响大跨悬索桥地震响应的敏感因素研究

摘 要：以四渡河悬索桥为研究背景,建立了该大跨钢桁架加劲梁悬索桥的空间动力计算模型,推导了基于Leger的LMM和拟静力位移概念的多支承激励下的非线性运动方程,在此基础上对该桥地震反应进行了空间非线性时程分析,研究了土-桩-桥相互作用和中央扣的设置方式对大跨悬索桥地震响应的影响。结果表明,土-桩-桥相互作用对悬索桥地震反应的影响与地震动输入方式密切相关,受水平地震波影响较大,而受竖向地震波的影响很小;一对柔性中央扣对加劲梁的纵桥向位移和应力响应的影响均不利,而刚性中央扣和三对柔性中央扣对限制加劲梁的纵桥向振幅有较显著作用,但是由此导致了结构地震应力响应显著增加。     

竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理

为揭示竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理,以主缆变形理论为基础研究了其竖向荷载下的变位特征,并得出了其竖向及纵向位移解析解;在此基础上,分析了竖向荷载作用下传统悬索桥和设有中央扣悬索桥的纵向变位特征及加劲梁纵向位移,揭示了中央扣纵向约束机制,并分别推导了加劲梁在竖向荷载下的纵向位移计算公式;最后,通过算例分析验证所提位移计算公式计算精度. 结果表明：由于主缆的几何非线性特征,竖向位移与纵向位移相互耦合,在非对称竖向荷载作用下,主缆发生非同步纵向位移,而加劲梁主要以类似“摆锤体”发生刚体的纵向位移;跨中处主缆、加劲梁及中央扣因中央扣的存在形成一个“刚域”区,从而导致加劲梁纵向位移减小;所提计算方法与有限元数值解法在不同竖向荷载工况下吻合良好.     

大跨径三塔缆索承重桥梁力学参数敏感度分析

建立了主跨为1 400m的三塔悬索桥、三塔斜拉桥和三塔斜拉-悬吊协作体系3种桥型的有限元分析模型.考虑几何非线性效应,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编制了计算程序,分析了主梁的最大挠度、索塔塔顶最大位移及主缆抗滑移系数对主梁刚度、索塔刚度、塔梁约束刚度、矢跨比、中央扣等参数的敏感程度,并进一步确定了主梁刚度和索塔刚度合理取值范围.结果表明:主梁刚度对悬索桥影响较小;主塔刚度是3种桥型的核心参数;塔梁约束可改善3种桥型的力学性能;减小矢跨比或设置中央扣可提高结构刚度,但会降低主缆抗滑性能.     

塔-梁纵向连接方式对多塔自锚式悬索桥抗震性能的影响规律

以福州市某在建的三塔自锚式悬索桥为工程背景,建立三维有限元模型,应用直接积分法进行非线性时程分析,分别研究纵向漂浮体系和约束体系下三塔自锚式悬索桥的抗震性能.计算结果表明:相对纵向漂浮体系而言,纵向约束体系中塔梁纵向约束可以有效地限制主梁的纵向振动,使得索鞍抗滑安全系数较大,边塔及中塔地震变形较小,主梁截面弯矩较小,梁端伸缩缝位移需求也较小.因此,从多塔自锚式悬索桥的抗震安全性角度考虑,建议采用塔-梁纵向约束体系.     

三塔两跨悬索桥垂跨比与刚度间关系研究

垂跨比是悬索桥的重要影响参数。相关文献表明,垂跨比变化时,三塔两跨悬索桥与常规单跨悬索桥挠度变化趋势相反。针对三塔两跨悬索桥,分析了垂跨比变化时塔顶位移、加劲梁挠度、主缆缆力的变化,进而揭示了"三塔两跨悬索桥垂跨比增大,加劲梁挠度减小"的根本原因。     

自锚式悬索桥的减震控制试验研究

为研究独塔自锚式悬索桥在纵向设置粘滞阻尼器后的结构地震响应和减震效果,本文以某独塔自锚式悬索桥为工程背景,按照相似理论,设计制作了1/20大比例缩尺模型,设计了一致输入和行波输入试验工况,进行了在主箱梁与辅助墩之间纵向设置粘滞阻尼器的振动台试验。研究结果表明：在自锚式悬索桥纵向设置参数合理的粘滞阻尼器后,模型桥的纵飘频率变化很小,阻尼比变大,说明粘滞阻尼器对结构提供了一定的阻尼,一致激励工况下,梁端、塔顶位移反应减小,并且主塔底部应力有所减小,具有较好的减震效果;行波激励工况下,行波效应对自锚式悬索桥的结构响应有放大作用,阻尼器在行波激励下起到了很好的减震作用。     

自锚式悬索桥减震控制的试验研究

为研究独塔自锚式悬索桥在纵向设置黏滞阻尼器后的结构地震响应和减震效果,以某独塔自锚式悬索桥为工程背景,按照相似理论,设计制作了1/20大比例缩尺模型,设计了一致输入和行波输入试验工况,进行了在主箱梁与辅助墩之间纵向设置黏滞阻尼器的振动台试验。研究结果表明:在自锚式悬索桥纵向设置参数合理的黏滞阻尼器后,模型桥的纵飘频率变化很小,阻尼比变大,说明黏滞阻尼器对结构提供了一定的阻尼,一致激励工况下,梁端、塔顶位移反应减小,并且主塔底部应力有所减小,具有较好的减震效果;行波激励工况下,行波效应对自锚式悬索桥的结构响应有放大作用,阻尼器在行波激励下起到了很好的减震作用。     

抗风缆风构和中央扣对上松坪桥动力特性的影响

采用有限元建模分析了抗风缆、中央扣和风构对主跨266m的上松坪桥动力特性的影响.比较了具有不同初应变的抗风缆对结构基频的影响,抗风缆初应变越大,其提供势能占总势能比重也越大,对基频影响也相应增大,设置菱形风构对结构对称和反对称竖弯频率的影响很小,对扭转频率的提高较为明显,通过设置单联柔性中央扣、三联柔性中央扣以及三联刚性中央扣情况下结构的动力特性.结果表明:中央扣的设置对于正对称和反对称竖弯频率以及正对称扭转频率的影响甚微,反对称扭转基频可较大提高,且中央扣刚度是影响反对称扭转基频的重要因素,设置刚性中央扣不仅频率得到提高,反对称扭转振型也相应改变,合理地选择抗风措施以及相应措施的参数可以显著提高钢桁架加劲梁悬索桥的气动稳定性.     

三塔以上悬索桥关键力学行为及结构成立特征

为探究三塔以上悬索桥在不同跨径及桥塔数目时的力学行为和成立特征,建立了主跨径为500～1500 m、桥塔数目为3～8的24个悬索桥计算模型,明确了竖向刚度及主缆抗滑的最不利简化布载模式,分析了汽车荷载和温度荷载作用、结构振型基频以及颤振临界风速,探讨了中塔纵向刚度对结构成立特征的影响.结果 表明:单主跨及单侧简化满载可分别用于最不利竖向挠度及抗滑安全分析;加劲梁竖向挠度仅在桥塔数目由3增至4时存在明显跃升;抗滑安全性对桥塔数目变化不敏感,但随主跨径的增加而显著提高;加劲梁温致纵向变形较大,可通过优化塔梁约束体系加以解决;桥塔数目奇偶性影响结构正/反对称横弯的次序,主跨径增加会导致各振型基频及颤振临界风速显著减小;三塔以上悬索桥中塔效应更为突出,缆-鞍间摩擦系数取值为0.3时结构成立空间大幅增加.     

自锚式悬索桥地震响应及减震控制分析

以长沙三汊矶湘江大桥为研究对象,对自锚式悬索桥的动力特性、地震响应及粘滞阻尼器的减震效果进行分析.基于结构非一致激励地震动方程,建立空间非线性有限元模型,探讨一致输入、行波输入下结构的地震响应.分别以主梁纵向位移、塔底内力为控制目标,研究粘滞阻尼器参数变化对结构减震效果的影响.计算结果表明:地震作用下塔底顺桥向弯矩达117.492 MN·m,对自锚式悬索桥的设计起控制作用;行波效应使得主梁跨中横向位移增大90%,横向弯矩减小60%;结构纵向位移及塔底内力在考虑行波效应后减小10%左右,安装参数合理的阻尼器使主梁纵向位移减小83%,塔底纵向弯矩减小62%,达到良好的减震效果.     

车载作用下超宽混凝土箱梁自锚式悬索桥静力特性

为了探讨超宽混凝土箱梁自锚式悬索桥在车载作用下的受力状态,通过实桥荷载试验和ANSYS有限元分析,研究了结构整体静力特性以及超宽加劲梁的纵向应力水平及其分布.试验结果表明:在相当于设计汽车荷载水平的试验荷载下,主塔顶横桥向位移较纵桥向明显;受剪力滞效应、横坡及车轮局部效应的影响,超宽加劲梁受力空间效应明显,对称车载作用下加劲梁挠度沿横桥向呈V形变化,最大可达35 mm,偏心车载作用下扭转变形明显;加劲梁顶、底板纵向应力沿横桥向呈不均匀分布,最大纵向应力增量位于顶、底板与内腹板交接处,对称车载作用下顶板纵向应力沿横桥向呈M形变化;偏心车载作用下缆索系统受超宽加劲梁的空间效应影响,两侧索面受力的不均匀性较为明显.     

三塔悬索桥结构竖向刚度及主缆抗滑需求

为研究不同跨径三塔悬索桥对于结构竖向刚度及主缆抗滑安全的综合需求特征,构建了主跨500～1 500 m范围内的6座三塔悬索桥计算模型,通过改变中塔纵向刚度,对加劲梁竖向挠度及主缆抗滑安全系数进行了计算分析,并探讨了将主缆抗滑安全系数限值进行折减的合理性.研究表明:跨径越大的三塔悬索桥越易满足结构竖向刚度及主缆抗滑安全的要求,有效缓解了中塔效应问题;中塔纵向刚度对结构刚度、塔顶偏位及主缆抗滑安全系数均有较大影响,但该影响随中塔纵向刚度的提高而趋于恒定;适当增大缆-鞍间摩擦系数后,三塔悬索桥桥跨布置及中塔纵向刚度的合理设计区间大幅拓宽;杆系模型配合规范计算公式得出的主缆抗滑安全系数要比多尺度模型结果小21%～30%,因此建议可偏保守地对规范抗滑安全系数限值进行15%的折减,即由2.0降低至1.7.     

行波输入下大跨度三塔悬索桥减震控制

为研究考虑行波效应的大跨度三塔悬索桥减震控制,以泰州大桥为工程背景,建立了该三塔悬索桥的有限元模型,探究了不同视波速下弹性索和黏滞阻尼器对三塔悬索桥减震效果的影响.研究结果表明:弹性索可有效控制中塔处塔梁相对位移,但边塔处塔梁相对位移可能不降反增,增幅甚至达到95.8%,若采用弹性索作为减震措施,建议只在三塔悬索桥的中塔处进行设置.在任意视波速条件下,黏滞阻尼器对各主塔塔梁相对位移均具有较好的控制效果.采用弹性索会使中塔塔底剪力呈倍数增加,而采用黏滞阻尼器时中塔塔底剪力的增幅不超过50%.因此,黏滞阻尼器比弹性索更适用于大跨度三塔悬索桥的减震控制.     

自锚式悬索桥空间耦合自由振动分析的理论研究

基于大位移非线性弹性理论的广义变分原理，考虑了加劲梁轴向压缩应变能和剪切应变能的影响，建立了三跨自锚式悬索桥空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函，通过约束变分导出了自锚式悬索桥的竖向挠曲振动、横向挠曲振动、纵向振动及扭转振动的基础微分方程，为自锚式悬索桥的固有振动性状分折提供可靠的理论依据。     

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.     

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...     

中小跨度悬索桥非线性液体黏滞阻尼器反应谱迭代方法

通过中小跨度悬索桥的模态分析、地震激励分析以及相应的频谱分析,证明了纵飘振型为中小跨度悬索桥梁端纵向位移的单一控制振型.中小跨度悬索桥梁端纵向位移具有单自由度体系特征,故可根据纵飘振型建立中小跨度悬索桥梁端纵向位移单自由度模型,应用非线性液体黏滞阻尼器单自由度反应谱迭代方法,实现非线性液体黏滞阻尼器参数的选取和中小跨度悬索桥梁端纵向最大位移的估算.