大跨度悬索桥温度变形监测与分析

以香港青马大桥为例,通过现场监测、有限元分析、理论推导,系统研究了悬索桥的温度分布特征和温度变形规律．研究表明：大跨度悬索桥的温度时空变化可由传热有限元分析得到;当温度升高时,悬索桥中跨跨中桥面下降,桥塔向中跨聚拢;主缆温度变化是控制主梁跨中竖向位移和桥塔塔顶水平位移的主要因素．揭示了大跨度悬索桥在运营期间的温度变形规律,并提供了温度变形的简便计算公式．     

大跨径悬索桥缆索承重构件公路火灾的瞬态空间温度场数值模拟

文章在国内外火灾研究工作的基础上,基于Ingason H平方增长模型,提出了适用于公路桥梁火灾研究的热释放率数学模型;根据建立的公路火灾物理模型,通过数值模拟给出公路火灾下悬索桥主缆、吊索表面温度及热流密度随火灾的发展过程而变化的规律公式,并建立了承重构件瞬态空间温度场。同一火灾场景下,不同直径的吊索可以采用相同的瞬态空间温度场;不同直径的主缆在不同位置具有相同的温度θt2时,可以采用相同的瞬态空间温度场。该研究成果可为今后大跨径悬索桥的抗火设计提供科学依据。     

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.     

悬索桥缆索系统的数值分析法

针对已有计算方法的不足之处,提出了一种各种状态下悬索桥主缆线形的精确数值算法和索股、吊索长度的计算方法.该方法能全面考虑温度、各种鞍座及主塔的约束作用对主缆线形的影响,并能很好地处理主缆与鞍座的接触问题,可以方便地模拟塔顶鞍座临时固接和顶推这一悬索桥特有的施工工况,索股长度计算时能精确考虑悬索桥锚跨索股的空间走向,具有计算精度高、速度快的优点.利用该方法编制的软件已用在江阴大桥和润扬大桥的设计和施工中.     

空间缆索悬索桥的主缆线形分析

用空间分析模型 ,考虑了主缆和吊索的耦合效应和鞍座的影响 ,采用数值解析法对空间缆索悬索桥成桥状态和空缆状态主缆线形进行分析 ,然后通过算例验证了所提方法的正确性 .计算表明 ,该方法具有使用方便、计算速度快、精度高等优点 ,并适用于多跨空间缆索悬索桥、纵桥向斜吊索及常规悬索桥     

风缆系统对管线悬索桥动力特性的影响分析

目的研究大跨度管线悬索桥的自振规律、振型特点,分析风缆系统对管线悬索桥动力特性的影响,为管线悬索桥的抗风设计提供借鉴和参考.方法基于通用空间有限元分析软件MIDAS/Civil,建立大跨度管线悬索桥仿真模型,采用控制变量法分析了风缆布置平面与水平面夹角、风缆张拉力、风缆矢跨比、风拉索布置形式、稳定索布置形式等因素对管线悬索桥动力特性的影响.结果风缆与水平面夹角对结构横弯和竖弯振型频率影响较大,布置角度θ在0~30°范围内较为适宜;随着风缆张拉力的提高,结构的横弯和竖弯刚度增大,风缆张拉力设计计算时应具有一定的安全系数,建议取为1.5~2.0;在风缆张拉力一定的情况下,当风缆矢跨比小于1/10时,对结构反对称横弯振型频率影响显著;改变风拉索及稳定索布置间距对于结构动力特性影响较小.结论风缆结构设计参数对管线悬索桥的动力特性影响较大,将风缆系统各项设计参数控制在合理范围内可以显著提高结构的抗风性能.     

悬索桥空间主缆分析

为了确定悬索桥空间主缆恒载线形,根据已有的二维模型,提出了一个三维主缆线形计算方法.直接从三维索的几何方程和平衡方程出发推导了索形迭代计算方法,该方法将三维主缆投影到2个平面上分别考虑几何边界条件和力的平衡条件,考虑了倾斜吊杆的影响,引入梯度迭代法,推导了三维主缆的迭代方程,给出了具体计算分析的迭代流程;采用C++语言编制了主缆三维恒载线形分析程序CF3D.基于该方法和程序对一座悬索桥的主缆进行了恒载线形的迭代计算分析.研究结果表明:该方法精度完全能满足工程计算要求,迭代计算出的主缆线形平顺.该方法具有使用方便、精度高等优点,适用于多跨空间缆索悬索桥.     

箱梁悬索桥空气静力稳定的三重非线性效应

根据两塔三跨悬索桥的中跨跨径和最小主缆净截面面积与其他参数的关系,获得中跨跨径分别为1 000,1 500,2 000,3 000,4 000和5 000 m悬索桥的加劲梁和主缆设计参数,并建立悬索桥参数化有限元模型;实现两重循环、两条主线超大跨度悬索桥三重非线性静风稳定性能分析方法;分别对闭口钢箱梁、理想平板、中央开槽钢箱梁、中央双开槽钢箱梁4种典型断面各6种跨度的悬索桥进行静风稳定性能分析.研究发现:材料非线性对超大跨度静风稳定性能影响不大于5％;几何非线性和气动力非线性对静风稳定性能的影响最大可超过50％;跨度小于2 000 m悬索桥采用闭口钢箱梁断面可满足静风稳定性能的需求,超过2 000 m需采取开槽措施,2 000 m是闭口钢箱梁悬索桥的空气静力稳定上限.     

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。     

大跨径悬索桥主缆锚跨张力控制

对弦振法在悬索桥主缆锚跨张力测试中的应用进行了研究,建立了主缆索股锚跨张力精确计算模型及相应计算公式,解决了悬索桥施工监控中索力精确测试这一难题,并应用于实际工程中,取得了很好结果.     

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。     

悬索桥主缆钢丝腐蚀与防护的应用进展

作为悬索桥最主要的承重构件,主缆钢丝由于长期暴露在大气环境中容易产生锈蚀等问题,将直接危害到悬索桥结构的安全,因此悬索桥主缆钢丝的腐蚀防护问题成为了一个亟待解决的课题。首先介绍了国内外悬索桥主缆钢丝腐蚀现状以及国内主要悬索桥主缆防护基本情况,然后从主缆钢丝腐蚀类型和腐蚀影响因素的角度阐述了主缆钢丝腐蚀的原因。重点介绍了国内外现行悬索桥主缆钢丝腐蚀防护的5种方法:传统的主缆腻子圆形钢丝缠绕涂层法、合成护套防护系统、主缆除湿系统、S形钢丝缠绕与柔性涂料表面密封以及除湿系统联合使用、纤维增强弹性体缠包带与除湿系统组合使用。其中,传统的主缆腻子圆形钢丝缠绕涂层法中涂层和腻子层容易老化、开裂,不能从根本上阻止主缆钢丝腐蚀的发生;合成护套防护系统也没有从根本上解决防护层的老化开裂问题;主缆除湿系统有一定的作用,但是单独使用效果往往不好;S形钢丝缠绕与柔性涂料表面密封以及除湿系统联合使用、纤维增强弹性体缠包带与除湿系统组合使用这两种方法能够有效地阻止腐蚀性物质进入主缆钢丝内部。最后分析和探讨了未来悬索桥主缆防护的发展方向。     

限位吊索对三跨连续悬索桥静动力特性的影响

为研究限位吊索对大跨缆索桥梁结构静动力特性的影响，以某非对称三跨连续悬索桥为工程背景，建立了大桥有限元模型，并通过实测验证了模型的正确性，探究了限位吊索对大桥主缆线形、主梁线形及动力特性的影响.研究结果表明：限位吊索可协调三跨连续悬索桥边跨过渡墩处主缆与主梁的竖向变形，使得结构具有合理的应力分布；当一侧不设限位吊索时，主缆最大变形可达355.7 mm,同时引起其余吊索发生应力重分布，使得边跨主梁产生最大正向变形值，并在另一侧边跨产生最大负向变形值；当全桥均不设限位吊索时，主缆与主梁两侧变形均达到最大值，应力重分布呈对称分布；限位吊索主要影响三跨连续悬索桥前3阶竖弯模态频率，设置限位吊索可略微提高结构的竖向刚度.     

近塔桥面火灾对三塔悬索桥结构性能影响研究

以某三塔悬索桥中间钢塔为例,研究了火灾对钢桥塔和桥梁结构性能的影响.首先,通过火灾场景数值模拟,得出桥面近塔区域不同类型火灾场景下的火焰温度分布规律,以及钢结构桥塔的温度分布特性.其次,通过非线性分析获得了三塔悬索桥在不同的近塔火灾场景下结构静力性能的变化.结果表明,在大型车辆火灾作用下,钢中塔有超过80m~2的区域温度超过800℃,最高温度达到1 000℃以上,中塔性能受到显著影响.钢中塔的应力、变形发生较为明显的变化:钢塔产生4.6mm的竖向残余变形和53.8mm的侧向残余变形,火灾区域应力折减达70 MPa,而主缆、主梁的应力和变形变化较小.     

索鞍无预偏施工悬索桥主缆的温度效应

针对索鞍无预偏施工悬索桥的几何形状对温度变化非常敏感等特点，研究了主缆架设过程中存在的温度效应问题。建立了主缆架设中索股、主缆横断面和纵断面的温度模型，根据无应力索索长恒定不变的原理求解温度作用下主缆中、边跨垂度，得出了垂度计算公式，给出了有关主缆索股调整的具体方法。结果表明，该温度模型和计算公式是准确调整索股垂度的一种较简便可行的方法，为索鞍无预偏施工悬索桥的设计与施工提供了一定的理论依据。     

悬索桥主缆成桥线形的解析计算

根据悬索桥在恒载作用下的力学特点,对悬索桥的主缆线形及无应力索长的计算方法进行了研究.采用悬链线单元建立悬索桥线彤和无应力索长的计算公式,结合施工中加劲粱的架设特点,确定了成桥线形分析中的吊索力,还对计算悬索桥主缆线形的非线性方程组采用Newton-Raphson迭代格式求解并编制程序.最后通过算例验证了该方法的计算精...     

悬索桥施工中主缆横截面平均温度实用计算法

在悬索桥的施工控制中,需要对空缆状态主缆横截面的边界点温度进行测量,从而求得主缆的平均温度笔者从热传导方程出发,揭示了主缆这种由钢丝和空隙组成的截面的温度分布,提出了主缆横截面平均温度的实用计算方法算例和实测结果对比表明,该法具有良好的精度．     

悬索桥成桥主缆线形计算的混合线形理论法

基于悬索桥在恒载作用下的力学特点,对悬索桥的主缆线形及无应力长度的解析计算方法进行研究,在抛物线理论和悬链线理论的基础上推导出混合线形理论近似显式方法,以此确定恒载状态下成桥线形、主缆无应力长度.与精确计算方法相比,该方法计算过程简单且精度高于抛物线法,精度满足成桥几何线形的初步设计要求,适用于主缆线形和内力的初步计算.     

悬索桥空缆状态下结构参数计算

考虑悬索桥成桥状态下两种线形进行计算：1）考虑一期恒载和二期恒载均匀分布,且由主缆单独承担,这种假定下的主缆线性为二次抛物线．2）考虑除主缆外的一期恒载及二期恒载作为多个集中力作用在各吊点处,此时主缆在各吊点之间为悬链线,这种方法称为分段悬链线法．在计算结构参数时考虑主缆的自重约束方程,即无应力状态下的自重荷载集度在施工过程中不断的变化,但是主缆总的质量是不变的。根据空缆状态下主索鞍的受力情况．以及中跨及边跨的无应力长度在空缆时与成桥状态是相等的并考虑自重约束方程,利用同伦算法及Aitken加速迭代技术进行计算,从而计算主索鞍的预偏量。根据求出的空缆状态下的水平力计算空缆理想状态下施工时安装索夹处各吊点的坐标．算例对比了两种计算方法．本文提出的两种方法计算精确且收敛快。     

自锚式悬索桥的主缆线形计算方法研究

介绍了基于分段悬链线法和抛物线法的自锚式悬索桥主缆线形计算的原理和步骤,合理考虑弯矩对加劲梁轴向刚度的影响,并创造性提出了采用非线性规划方法进行迭代计算,计算结果与传统的影响矩阵法吻合一致。典型跨度自锚式悬索桥主缆线形的计算结果表明,抛物线法对成桥恒载状态的计算误差很小,一般可满足工程设计和施工的精度要求,但空缆吊点坐标和索鞍预偏量的结果误差很大。针对不同矢跨比、跨度、边中跨比和主缆应力安全系数的自锚式悬索桥,采用抛物线法进行了主缆线形的误差分析,得出了一些有益的规律和结论。