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%。     

钢箱梁斜拉桥结构参数敏感性分析

为保证钢箱梁斜拉桥成桥后的线形和内力满足设计要求,以某跨海斜拉桥为工程依托,采用MIDAS/Civil有限元软件建立全桥空间杆系模型对相关设计参数进行敏感性分析,研究主梁自重、斜拉索索力、施工临时荷载等结构参数对成桥状态的主梁应力、主梁线形和拉索索力的敏感程度。结果表明:主梁自重和斜拉索二次张拉索力对成桥状态的结构行为有显著影响,属于敏感性因素;主梁应力和斜拉索索力对结构参数的敏感程度低于主梁线形。研究结果可为确定监控关键控制量、结构参数识别以及误差修正提供科学依据,也对其他类似桥梁工程具有借鉴意义。     

自锚式梁下斜张简支桥梁破坏模式试验与数值研究

为研究自锚式梁下斜张简支桥梁的破坏模式和机理,进行了10m跨径简支试验梁的荷载试验与三维有限元精细化模拟分析,并对斜张索截面面积、撑杆高跨比及主梁的截面形式等参数对破坏模式的影响进行了分析.结果表明,试验梁破坏模式为梁下斜张索屈服断裂.主梁进入塑性后其抗弯刚度降低,结构的卸载效率值提升,使得斜张索索力随外荷载的增长斜率增大,主梁荷载弯矩随外荷载的增长斜率减小,而主梁的抵抗弯矩提升较快,从而产生了上述破坏模式.参数分析表明,增大索截面面积和降低撑杆高跨比将使得结构发生主梁先压溃而斜张索未屈服的另外一种破坏模式.主梁长细比较大的板梁结构的破坏模式与模型试件相同,所能承受的最大跨中荷载略低于试验梁,其材料成本低于工字型梁结构.     

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。     

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%.     

超宽混凝土主梁斜拉桥空间受力分析

为了研究超宽混凝土主梁斜拉桥空间受力影响规律,利用桥梁结构分析软件建立全桥有限元模型,调整索力以确定合理成桥状态,对结构空间受力特点进行分析.结果表明:成桥状态下主梁存在一定的下挠变形,主跨跨中最大变形是边跨的3. 65倍;主梁结构受力合理,截面均处于受压状态,塔梁固结处存在负弯矩,对主梁跨中正弯矩具有卸载效果;成桥状态下主梁应力和变形横向分布不均,超宽混凝土主梁斜拉桥空间效应明显.     

随机荷载下索梁结构拉索参数振动分析

采用拉索参数振动和索-梁-塔相互振动的有限元方法,以1993年Fujino进行的索梁结构试验模型为对象,进行随机荷载下拉索参数振动计算和分析.结果表明,当随机荷载强度达到一定水平时拉索发生参数振动,横向振动位移远高于主梁位移;三自由度的理论解析法只适用于主梁竖向一阶频率与拉索横向一阶频率之比为2∶1的索梁结构,对于主梁竖向二阶频率与拉索横向一阶频率之比为2∶1的索梁结构,该方法求得的主梁竖向位移偏小.     

某三塔地锚式部分斜拉桥荷载试验研究

文章通过对某三塔地锚式部分斜拉桥进行空间梁单元有限元计算与荷载试验,了解该桥型在不同的荷载作用下的应变位移、斜拉索的工作状态,为结构的设计、施工、结构运营检测提供依据。     

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.     

基于遗传算法的大跨度混合梁斜拉桥索力优化

针对混合梁斜梁桥的两种材料主梁内力对索力变化敏感程度的不同,提出混合梁斜拉桥合理成桥状态确定的分步算法.首先根据钢主梁及主塔的受力要求,计算拉索最优索力;然后根据确定索力下混凝土主梁的受力布置预应力钢筋,实现全桥的受力优化.按照分步算法的计算流程,以恒载下钢主梁及主塔的弯曲应变能最小为优化目标,结合改进的遗传算法求解,确定合理成桥状态下的索力.以九江二桥为例,利用Ansys建立仿真模型,据此进行索力优化.结果表明:该算法适用于混合梁斜拉桥合理成桥状态索力的确定,相对于传统的索力确定方法,避免了后期的二次调索工作;优化过程中采用的改进遗传算法,对于多约束及多优化变量复杂非线性模型的求解,具有优越性.     

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.     

部分斜拉桥混凝土脊骨梁受力机理与结构优化

长山大桥为主跨260m的双索面预应力混凝土部分斜拉桥,跨度为同类型桥梁之最.为保证双索面布置的主梁受力可靠,基于索梁传力机理提出了一种具有稳定三角边箱室的主梁结构形式——脊骨梁,并优化分析确定了多向混合预应力配束尤其是主梁下缘"弓形"预应力束的布置方案,以及在三角边箱室设置加劲肋以替代横隔板的横向传力构造.通过建立全桥有限元模型进行数值模拟分析计算,结果表明,在最不利状态下全桥应力、挠度远低于规范限值,剪力滞现象得到明显改善,横向受力更为均匀、合理.     

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。     

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.     

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.     

双柱悬索拉线塔的精细化模拟及模型分析

基于有限元软件ANSYS,建立了双柱悬索拉线塔的壳单元精细化有限元模型和常规梁单元模型,在试验工况下模拟拉线塔主、斜材杆件应变随荷载加载等级的变化,并将两种模型的模拟结果与试验结果对比,同时也比较了两种有限元模型对结构整体响应的影响.结果表明:壳单元模型对拉线塔主、斜材应变的模拟结果均与试验结果吻合较好,梁单元模型对主材应变的模拟结果与试验结果吻合较好,对斜材应变的模拟结果与试验结果误差较大;上述两种有限元模型对双柱悬索拉线塔的宏观响应指标的影响较小,对杆件内力的影响较大.     

基于车激索力响应的斜拉桥主梁损伤识别研究

基于车桥耦合振动理论,建立车桥索耦合振动方程,求解得到车激索力时程响应,其次定义主梁刚度折减系数为主梁损伤因子,根据泰勒级数展开方法建立索力响应与损伤因子的灵敏度方程,然后采用Tikhonov正则化方法和有限元模型修正技术求解该方程,得到主梁的损伤因子,从而实现对主梁的损伤识别.最后,以实验室独塔斜拉桥试验模型为例,对主梁单一位置损伤和多位置的损伤识别进行了数值仿真,并探讨了车辆参数、噪声干扰等对损伤识别结果的影响.结果表明:提出的识别方法理论正确,识别的结果可信,且该方法对车辆的参数、斜拉索的选择不敏感,可用不同参数车辆激励下的任意一根斜拉索的索力响应对斜拉桥主梁各种损伤位置和损伤程度进行有效识别.     

某双塔斜拉桥塑性极限有限元模拟分析

结合双塔单索面预应力混凝土斜拉桥的结构特点和荷载情况,利用有限元软件ANSYS建立全桥有限元模型,给出了有限元仿真模型命令流;采用非线性静态增量有限元分析,得到了荷载-位移曲线,进而求得了该桥的极限承载力。模拟结果能为实际双塔单索面PC斜拉桥的塑性极限分析提供参考价值。     

单索面矮塔斜拉桥施工阶段剪力滞效应研究

预应力混凝土单索面矮塔斜拉桥空间效应较为显著,剪力滞效应尤其突出,桥梁结构受力最不利的时候常常出现在施工过程中,在施工阶段对其进行各种荷载作用下剪力滞效应研究和斜拉索的传递角度的确定很有必要。本文以河谷大桥为工程背景,采用数值模拟方法建立起施工阶段的有限元模型,研究其在自重、预应力、挂篮荷载作用下剪力滞效应及斜拉索预压力的扩散角度。得出以下结论：各单独荷载作用下,悬臂端断面剪力滞效应较为严重,靠近悬臂根部断面剪力滞效应不明显;斜拉索水平分力在主梁传递的角度为30.37°。     

基于均匀设计的组合梁斜拉桥施工控制多参数敏感性分析

为确定影响钢混组合梁斜拉桥结构响应的主要因素及其影响程度,依托某在建钢-混组合梁斜拉桥进行参数敏感性分析。采用MIDAS/Civil建立有限元仿真模型,从试验设计和统计学角度出发引入均匀设计试验、多元线形回归分析并结合统计检验方法,以成桥状态下主梁线形、主塔位移、拉索索力为结构目标响应,选取主塔和主梁混凝土梁弹性模量、斜拉索弹性模量、拉索初张力、桥面板容重、桥面板钢束张拉控制应力等参数进行敏感性分析。结果表明：拉索初张力、桥面板容重和斜拉索弹模为成桥线形、成桥塔偏的敏感参数且拉索初张力的敏感程度远大于其他两个参数,成桥索力的敏感参数为拉索初张力、桥面板容重;引入的方法可准确的获取该桥成桥状态下结构响应的敏感性参数。