斜拉桥索力优化的强次可行SQP法及地震分析

为研究复杂大跨度斜拉桥索力优化问题及探讨拉索索力对斜拉桥地震响应的影响,提出采用新型强次可行序列二次规划算法(SQP),建立非线性数学规划模型,进行自动搜索求解合理成桥索力,并以不同索力工况进行地震动力数值模拟分析.结论表明:新型强次可行SQP法适用于复杂的大型斜拉桥索力优化问题,计算结果与设计索力吻合良好,成桥状态主梁弯矩分布均匀,主塔接近轴压受力,结构变形远小于规范限制.地震作用下,优化的拉索索力可有效改善主梁弯矩分布不均匀现象,限制主梁跨中纵向变形和主塔横向变形,使整个结构在地震中更加安全.     

矮塔混凝土斜拉桥成桥索力优化

针对矮塔混凝土斜拉桥结构受力特点,推导出了在恒载、车辆荷载、温度作用下整体弯曲能量表达式,以结构整体弯曲变形能最小为目标,主梁主塔单元弯矩和轴力为约束条件,应用MIDAS/CIVIL 2010的未知荷载系数模块进行了最不利荷载组合作用下矮塔混凝土斜拉桥成桥索力优化计算分析.讨论了车辆荷载和温度作用对矮塔斜拉桥成桥索力优化结果及大桥结构内力分布的影响,研究结果表明,车辆荷载和温度作用对拉索索力、主梁弯矩等力学参数的影响较大,在进行成桥索力优化时应该考虑车辆荷载和温度作用.     

考虑结合处弯矩限值的混合梁斜拉桥索力优化

根据混合梁斜拉桥的结构特点,考虑混凝土主梁和钢主梁结合处弯矩的限值,利用有限元方法建立混合梁斜拉桥成桥索力的优化模型.以塔梁的弯曲和拉压应变能之和为目标函数,以斜拉索的初张力为设计变量,成桥索力和主梁钢混结合处的弯矩为约束条件,结合ANSYS优化模块中的零阶和一阶方法进行求解,确定合理成桥状态下的索力.在优化过程中,改变结合处弯矩的限制范围,分析成桥下的内力和位移随限制范围变化的规律.通过一座单塔斜拉桥算例计算表明:将弯矩限值控制在0.3～0.5倍的主梁最小和最大弯矩范围内,得到的成桥状态最合理.索力从塔至边墩呈均匀增长趋势,主梁弯矩图变化平顺,结合处弯矩较小.     

独塔混凝土宽箱梁斜拉桥结构设计与分析

南京六合新城龙池路跨滁河大桥主桥为100 m+85 m独塔混凝土宽箱梁斜拉桥,结构新颖,受力复杂.介绍该桥结构设计,建立三维空间有限元模型,对其成桥运营状态下主塔及宽箱梁的受力性能进行空间受力分析.结果表明,该桥设计合理,子结构在理论成桥状态下受力良好.     

大跨度斜拉桥施工过程索力和线形双控研究

为了使斜拉桥在成桥后达到合理状态,必须拟定合理的施工状态,即在施工过程中使斜拉索力和结构位形同时达到理想状态.采用一阶最优化计算方法,以成桥后结构的弯曲应变能和主梁的线形为目标函数,以斜拉索的初始张拉力和主梁节段的预抛高值为设计变量,建立了斜拉桥施工控制的空间非线性有限元分析模型,并以某大跨度预应力混凝土斜拉桥为例,模拟了混凝土主梁的悬臂浇筑过程.结果表明,该方法可使成桥后主梁的线形和结构的内力得到合理控制,从而可有效地确定斜拉桥的合理施工状态.     

大跨度迭合梁斜拉桥空间受力分析

结合福州市青洲闽江特大桥的工程实践,对大跨度迭合梁斜拉桥在轴力和弯矩共同作用下的钢-混凝土迭合梁截面受力状态和混凝土桥面板有效宽度进行空间有限元数值分析和理论研究,提出简化钢-混凝土主梁受力状态分析的方法.     

独塔混合梁斜拉桥成桥状态的影响参数分析

以广州东沙大桥独塔边跨带辅助墩的混合梁双索面斜拉桥为例,采用对比分析的方法,定量分析结构自重、临时荷载、结构刚度、混凝土收缩徐变这些因素对混合梁斜拉桥成桥状态的影响。得知主梁结构自重、施工临时荷载、混凝土收缩徐变对桥的索力、主梁挠度、主梁应力影响较大,其中临时荷载的影响尤为明显,而结构刚度的影响较小。在建桥施工过程中应对这些参数进行严格管理和控制,要准确模拟,修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数偏差对成桥目标的影响,确保成桥后结构受力和线型满足设计要求。     

混凝土收缩徐变效应对含叠合梁段混合梁斜拉桥主梁受力行为的影响

以某双塔混合梁斜拉桥为工程背景,利用桥梁专业软件Midas/Civil建立了全桥三维有限元模型;对比分析了在成桥阶段混凝土收缩徐变作用对斜拉桥主梁内力行为的影响.分析结果表明:混凝土收缩徐变效应对叠合主梁弯矩的影响较大,使其发生了内力重分布,对正弯矩具有削峰作用,造成负弯矩值有较大的增加,对混凝土主梁影响较小;收缩徐变效应对主梁轴力及剪力的影响均较小;混凝土的收缩徐变效应对叠合梁的受力影响较大,使叠合梁中钢梁与混凝土桥面板之间应力发生重分布,靠近钢-混凝土结合段处的混凝土主梁应力改变较大,其余位置改变量不明显.     

大跨度斜拉桥施工阶段主梁的立模标高研究

以某大跨度预应力混凝土斜拉桥为例,采用一阶分析及最优化计算方法来确定斜拉桥的合理施工状态.运用空间非线性有限元分析模型,模拟了混凝土斜拉桥主梁的悬臂浇筑过程,求出各施工阶段斜拉索的初始张拉力和主梁节段的立模标高.研究结果表明,这种方法能将成桥后结构的内力和主梁的线形同时控制在精度范围内.     

组合梁斜拉桥有效宽度系数及实用计算方法

为了掌握组合斜拉桥主梁混凝土桥面板在轴向力和弯矩共同作用下有效宽度系数沿跨长方向的分布规律,进行了空间有限元计算,提出了斜拉索水平轴向力作用下混凝土桥面板有效宽度系数沿跨长方向分布曲线计算公式.同时,通过理论分析得出了弯矩作用下混凝土桥面板有效宽度系数计算方法.研究结果表明:斜拉索水平轴向力在混凝土桥面板中的传递角度可取28°;综合考虑轴力和弯矩复合作用的有效宽度系数实用计算方法,能够准确反映组合斜拉桥混凝土板的应力状态,对保证结构安全、改进设计方法具有重要参考价值.     

预应力效应对无背索斜拉桥索力优化的影响分析

无背索斜拉桥成桥状态结构内力和线形的确定是斜拉桥设计和施工过程中的重要程序,成桥状态的合理性是保障无背索斜拉桥结构安全、适用和经济的重要前提。针对预应力混凝土无背索斜拉桥在考虑和不考虑预应力效应的情况下,采用基于影响矩阵的未知荷载系数法,在对主梁和桥塔特定截面位移约束的条件下,对全桥结构进行索力优化并分析结构受力状态。分析结果表明,预应力效应对无背索斜拉桥索力优化和结构受力有较大影响,在实际无背索斜拉桥结构分析中不能忽略预应力效应对全桥结构索力优化的影响。     

基于改进帝国竞争算法的大跨斜拉桥成桥索力优化

为了确定大跨斜拉桥成桥索力,综合考虑成桥状态大跨斜拉桥的受力和变形特点,建立大跨斜拉桥成桥索力优化的数学模型.从计算精度和收敛速度两方面对帝国竞争算法进行改进,提出一种改进的帝国竞争算法.采用改进的帝国竞争算法,结合罚函数技术和有限元法求解索力优化模型,实现了斜拉桥成桥索力的改进帝国竞争算法优化计算.最后,采用提出的索力优化方法对某大跨斜拉桥进行索力优化研究.研究结果表明:提出的索力优化方法具有很好的全局搜索能力,能够有效地解决高维多变量的大跨度斜拉桥成桥索力的优化问题;采用该方法进行斜拉桥索力优化,可考虑各种非线性效应,从而可获得更合理的成桥状态.     

独塔协作体系斜拉桥设计参数分析

协作体系斜拉桥是一种较为新颖的斜拉桥结构形式。对于工程中常见的独塔不对称协作体系,从主跨无索区长度及主梁的高跨比着手,分析协作体系斜拉桥索、塔、梁的受力及变形状态,对上述设计参数提出合理的取值范围。     

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。     

混凝土收缩徐变对斜拉桥受力性能的影响

采用大型通用有限元分析软件SAP2000建立了一大跨斜拉桥的有限元模型,采用逐步分析有限元法分析研究混凝土的收缩徐变在斜拉桥施工过程中和成桥后对其主梁内力和变形、拉索拉力以及塔身竖向位移的影响。研究结果表明,收缩徐变在成桥以后的影响不可忽略,同时其研究结果可为相似斜拉桥工程的设计、施工以及成桥后的研究分析提供参考。     

多塔斜拉桥力学特性及其关键力学参数研究

采用有限元分析理论,应用三维有限元分析软件ANSYS,建立3～6塔主跨跨径为1 400 m的多塔斜拉桥有限元分析模型,分析了典型工况下4种方案的内力和变形,研究了索塔数对多塔斜拉桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨了索塔数对多塔斜拉桥活载挠度、塔顶纵向位移等关键力学参数的影响规律.分析结果表明：索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大47.1%,主梁弯矩最大增大39.9%,边塔塔顶位移增加15%,一阶弹性稳定系数最大下降8.3%,颤振稳定性指数最大增加4.3%;主梁边跨竖向挠度比中间跨大11%左右,且中间跨挠度相近;索塔数对索塔受力影响显著.     

大跨径混凝土斜拉桥模型试验

为在有限的空间内进行具有足够精度的模型试验以体现斜拉桥整体受力特点,提出了混凝土斜拉桥节段缩尺相似法的模型试验方法。选择主梁塑性最强的跨中附近区域作为试验节段,在节段两端设置无索区并施以弹性支撑,以模拟原结构在边界处的受力状态并消除边界模拟的误差;调整无索区长度和两端弹性支撑刚度,直至试验梁和在外荷载作用下控制截面和控制索的内力增量与原结构保持一致,以正确反映整体结构的受力特征;确定缩尺比例、制作试验梁段和弹簧支座,以混凝土裂缝宽度为控制指标设计了加载工况并完成了加载试验,并对局部节段和整体模型控制截面的计算和实测结果进行对比。试验结果表明:在弹性受力范围内节段模型和实桥受力状态一致,主梁开裂后两者的荷载-挠度曲线和荷载-索力曲线均比较接近,节段模型可较好反映实桥该区域的受力状态;该方法能有效反映大跨径混凝土斜拉桥整体非线性受力特点和内力重分布规律;斜拉桥主梁初裂位置在集中力加载点附近,开裂后裂缝逐渐向加载点周边扩展且最大裂缝宽度增长缓慢,混凝土压应变发展和支撑索的索力增长也比较缓慢;混凝土斜拉桥在主梁开裂后整体刚度下降的幅度并不大,整体结构发生明显的内力重分布使得结构极限荷载加大。     

滨州黄河大桥主梁边箱模型试验

滨州黄河大桥主桥是三塔预应力混凝土斜拉桥,主梁为预应力混凝土箱梁.为加强主梁受力的整体性,抵抗静载和动载产生的横向弯矩,横梁结构内设置了横向预应力钢束.进行标准梁段足尺模型试验,观测试验模型横向预应力钢束张拉后,主梁边箱测点的应变,以及模型表面混凝土裂缝的情况.采用空间有限单元法,建立主梁节段的计算模型,对主梁边箱在横向预应力作用下的受力特性进行分析.研究表明,在张拉横向预应力钢束以后,主梁边箱斜腹板中部会出现高拉应力区以及混凝土裂缝.可以采取在边箱上翼板内增设纵向预应力束、增设边箱斜腹板内纵向非预应力钢筋等技术措施来改善边箱斜腹板的受力情况,避免混凝土裂缝出现.     

预应力混凝土斜拉桥主梁局部应力子模型分析及试验

为掌握预应力混凝土斜拉桥主梁在运营荷载作用下的受力情况,根据其构造特点,将结构划分为2个结构体系,分别建立整体结构尺度模型和局部构件尺度模型,并采用子模型法进行跨尺度模型的衔接.以五河口斜拉桥的预应力混凝土主梁为例,进行了车轮荷载作用下的主梁局部应力分析,与该桥成桥静载试验的测试结果对比表明,计算结果与试验结果吻合良好,说明该计算分析方法实用、可行,从而为进行预应力混凝土斜拉桥在运营荷载作用下的受力特性分析提供了一种便捷、可行的途径.     

三塔单索部分斜拉桥模型试验研究

以福州市浦上大桥三塔单索部分斜拉桥主桥为原型,设计制作1∶40缩尺有机玻璃模型,开展三塔单索部分斜拉桥全桥有机玻璃模型试验和有限元结构分析,研究全桥弹性阶段结构受力性能.重点测试模型主梁变形、纵横向应力、桥墩和桥塔截面应力和支承反力,并模拟斜拉索换索状态,测试换索时结构受力性能变化情况.研究结果表明:三塔单索部分斜拉桥具有独特的受力特性,由于斜拉索的弹性支承能够承担部分活载作用,使主梁截面高度减小,结构轻巧优美、整体受力合理;但在换索时主梁应力明显增大,且变形增加约20%.