斜拉桥塔梁同步施工过程的力学特性

为了研究斜拉桥在满堂支架分段拆除的塔梁同步施工过程中主梁、主塔和斜拉索等结构力学性能的变化,通过Midas/Civil(multitier distributed applications services/Civil)有限元分析软件,实现了斜拉桥施工过程的结构力学性能计算分析。依托亚洲最大转体重量斜拉桥—邹城斜拉桥(主跨为110 m+110 m独塔双柱双跨双索面混凝土斜拉桥)为背景开展研究,采用弹性受压连接单元模拟满堂支架,空间梁单元模拟主梁、主塔,考虑现场实际施工过程,开展了邹城斜拉桥结构受力和变形的数值计算。对比分析了数值计算结果与现场实测数据分析结果。结果表明:拆除满堂支架前后,支架支反力计算值最大增加382 kN,斜拉索索力计算最大变化值占该索索力的0.96%,实测索力最大变化值占该索索力的1.67%,主梁线型实测最大变化值为-7 mm。斜拉桥主梁相应节段的斜拉索张拉完成,是满堂支架分段拆除的塔梁同步施工应用于现场的前提条件。     

基于索梁权矩阵的矮塔斜拉桥索力优化

针对预应力混凝土矮塔斜拉桥的特点,提出了基于索梁权矩阵的索力优化方法,该方法的思路是以主梁截面上下缘的正应力为控制条件,给出主梁截面恒载弯矩可行域和应力可行域,即将《公路桥规》中规定的设计强度值减去活载作用在主梁截面活载应力包络值,使其落在主梁截面应力可行域内.并提出单位荷载法,采用最小二乘法原理,以索梁权矩阵为优化目标,来解决优化索力和预应力优化配置问题,使主梁上下缘的正应力位于上述可行域内.采用TCL语言编程实现了这一方法并进行了实桥算例验证.研究表明,采用该法主梁截面的应力可落在可行域内,从而解决索力和预应力优化配置问题,能使主梁受力处于最优状态.     

基于优化索力的斜拉桥索力状态评估研究

在恒载索力优化模型基础上，以荷载组合作用下的弯矩包络图正负绝对值相等时的恒载弯矩分布作为优化目标，通过约束主梁线形及索力不均匀系数，最终确定斜拉桥的合理恒载索力.建立了斜拉桥索力状态评估模型，并以优化的恒载索力为索力评估的基准值，引入索力上下限以及斜率关联度，利用层次分析法和变权综合原理，根据一组实测数据对索力性能进行评估.计算结果表明，实测索力与标准索力之间具有较高的关联度，随着均衡系数α的减小，索力评估结果是一个退化的过程.     

基于MOPSO算法的斜拉桥索力优化分析

针对斜拉桥设计和监控计算中合理成桥状态和施工状态索力的确定问题,提出了一种基于MOPSO算法的斜拉桥索力优化方法。该方法在PSO算法的基础上通过增加外部储备集和优化更新策略来适应多目标、多约束的索力优化,较单目标优化方法仅有单一解的局限性,MOPSO算法考虑因素更全面,得到的Pareto最优解集可供决策者根据经验进一步筛选。采用Python编程语言,联合有限元软件编写基于该方法的优化程序,选取主塔、主梁的弯曲应变能之和,主塔成桥后在恒载作用下的纵桥向位移平方和作为目标函数,以施工过程及成桥后结构处于安全状态和索力总体分布均匀作为约束条件。工程算例优化结果表明,该方法能够快速搜寻到Pareto最优解集,并从中筛选出最优解,其结构应力处于安全范围,主塔线形合理,索力总体分布均匀。该方法可应用于斜拉桥成桥和施工阶段索力的确定及梁拱组合体系桥梁吊杆索力的确定。     

矮塔斜拉桥施工阶段结构行为研究

以一座双塔双索面矮塔斜拉桥为工程背景,应用Midas/Civil软件建立其空间模型对矮塔斜拉桥在施工阶段的变形及受力特点展开研究,得出矮塔斜拉桥在施工期的变形、主梁内力及应力状况,分析其特点,为矮塔斜拉桥的设计及施工控制提供参考.     

大跨度曲线弯梁桥车-桥耦合振动分析

在桥梁结构设计中,需要考虑车辆动荷载的冲击作用。为计算大跨度曲线弯梁桥车致振动响应,通过在结点之间引入高阶位移插值函数,构造了形函数矩阵。基于虚功原理和动力有限元理论,推导了各个结点9个自由度的曲线箱梁空间单元刚度矩阵和质量矩阵;在推导刚度矩阵时考虑了箱梁的约束扭转和剪力滞效应,在推导质量矩阵时考虑了质心与扭心不重合。通过引入7自由度的车辆模型,建立了车-桥耦合振动方程。在MATLAB上采用Newmark-β法直接积分,求解了车辆动荷载作用下系统的振动响应,分析了车速、车重和主梁刚度对冲击系数的影响,同时采用ANSYS建立车-桥耦合非线性有限元模型。结果表明：以位移冲击系数代替弯矩冲击系数和剪力冲击系数进行截面内力设计时将会导致弯矩设计值最大增大2.89%,剪力设计值最大减小34.9%;车重对冲击系数影响很小;位移冲击系数和弯矩冲击系数均随着主梁刚度增大而减小,剪力冲击系数随着主梁刚度增大而增大。有限元分析结果与理论计算结果吻合良好。     

大跨度曲线弯梁桥车–桥耦合振动分析

在桥梁结构设计中,需要考虑车辆动荷载的冲击作用。为计算大跨度曲线弯梁桥车致振动响应,通过在结点之间引入高阶位移插值函数,构造了形函数矩阵。基于虚功原理和动力有限元理论,推导了各个结点9个自由度的曲线箱梁空间单元刚度矩阵和质量矩阵;在推导刚度矩阵时考虑了箱梁的约束扭转和剪力滞效应,在推导质量矩阵时考虑了质心与扭心不重合。通过引入7自由度的车辆模型,建立了车–桥耦合振动方程。在MATLAB上采用Newmark–β法直接积分,求解了车辆动荷载作用下系统的振动响应,分析了车速、车重和主梁刚度对冲击系数的影响,同时采用ANSYS建立车–桥耦合非线性有限元模型。结果表明:以位移冲击系数代替弯矩冲击系数和剪力冲击系数进行截面内力设计时将会导致弯矩设计值最大增大2.89%,剪力设计值最大减小34.9%;车重对冲击系数影响很小;位移冲击系数和弯矩冲击系数均随着主梁刚度增大而减小,剪力冲击系数随着主梁刚度增大而增大。有限元分析结果与理论计算结果吻合良好。     

连续多跨矮塔斜拉桥力学性能分析

以开封黄河二桥主桥为研究对象,采用有限元程序Midas/civil对该桥进行了力学性能分析.计算结果表明:由于该桥塔高与跨径之比较大,斜拉索承担较多的竖向荷载,能有效降低主梁支点截面的高度和内力;主梁的内力与变形表现为多跨连续梁的受力特点,主梁基本全截面受压,轴力分布较为均匀,在桥塔根部支点处出现较大正弯矩,跨中出现负弯矩;主梁刚度较大,整体变形以向上为主,变形量较小;主塔只起到拉索转向块的作用,纵向受力较小,故各塔顶纵桥向位移较小,在中等跨径范围内,可采用多跨矮塔斜拉桥方案解决普通多跨斜拉桥的刚度问题;每根塔柱两侧拉索的拉力由内向外依次小幅增大,总体分布均匀,边跨索索力最大,活载作用引起的拉索应力增幅较小;桥梁结构在非对称活载作用下的受力更为不利;各构件控制截面应力及变形均在桥梁设计规范规定范围内,且具有足够的安全储备,桥梁结构受力合理.     

基于正装迭代法的三塔结合梁斜拉桥计算分析

为了使斜拉桥建成后受力合理,掌握施工过程中桥梁的内力特性,本文以武汉二七长江大桥为依托,基于正装迭代法,运用MIDAS/CIVIL有限元分析软件,通过建立三塔结合梁斜拉桥双主梁空间有限元模型,分析其各施工阶段及成桥阶段的内力、位移和索力,经过与合理成桥状态进行对比分析,最终确定各施工阶段的节段标高、索力及主梁内力.计算结果表明:合理施工索力与合理成桥索力相比,误差均在±5％范围内,主梁最大抛高40.3 cm,混凝土桥面板未出现拉应力,且最大压应力为8.8 MPa,钢主梁下翼缘最大压应力为159MPa,说明三塔结合梁斜拉桥施工受力合理,斜拉桥索力、主梁内力和位移均满足设计规范要求,计算结果可为三塔结合梁斜拉桥施工提供参考.     

不同风荷载作用对大跨度钢管混凝土拱桥施工影响分析

为研究不同等级风荷载对施工过程中大跨度钢管混凝土拱桥的力学性能的变化,采用Midas/Civil软件对广西某主跨为336 m的中承式钢管混凝土拱桥的横桥向位移、轴力、拉压应力及拱脚处弯矩值的变化情况进行了分析.分析研究表明:横桥向位移、轴力及拱脚处弯矩随不同重现期风荷载的增加呈现先增大后减小的变化规律,在最大悬臂端阶段时横桥向位移和拱脚处弯矩取得最大值,随后逐渐减小,而轴力在拱肋合龙时取得最大值后才逐渐减小;同一施工阶段拱的拉压应力随重现期风荷载的增加而增大,构件所受的实际拉应力都小于实际压应力,但各相对施工阶段的增长率在逐渐减小.     

基于几何非线性的自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥索力计算

目的研究确定自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥状态时构件的空间位置和缆索的成桥索力．方法根据无应力索长和索力的概念推导了无应力索长的索力不变原理,提出了自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥索力的计算方法．结果运用该方法对大连跨海大桥的设计方案进行了计算分析,利用该方法计算得到的成桥状态下斜拉索和吊索的索力均匀,主缆线形平顺．除主塔附近的加劲梁由于索距较大造成弯矩较其他区域偏大外,其他区域弯矩分布均匀合理,加劲梁的最大弯矩为14716kN·m．主塔弯矩较小且塔顶水平变位接近于零．结论计算结果表明利用该方法能够按照要求得到该类桥梁的合理成桥索力,并且通过非线性迭代计算得到的缆索无应力长度可以直接应用于施工阶段分析．     

预应力混凝土斜拉桥箱梁剪力滞规律

为了揭示斜拉桥箱梁应力分布情况,对某单索面预应力混凝土斜拉桥箱梁沿纵桥向剪力滞效应的分布规律进行了研究.结果表明:单索面斜拉桥施工阶段不同的位置应采取不同的剪力滞系数进行平面杆系有限元分析,悬臂端索力作用点处该位置用轴力作用的剪力滞系数反映实际受力;索力之间的梁段在索力作用点处,根据弯矩轴力比确定的剪力滞系数反映实际受力;在索力作用点之间跨中的梁段,用弯矩作用的剪力滞系数反映实际受力,索力作用点与跨中之间的梁段,可采用线性插值求得截面剪力滞系数.     

基于影响矩阵法的钢管混凝土拱桥索力优化模型

分析比较了几种计算索力方法的优劣,并且以东海特大桥系杆拱连续梁为例,通过引入影响矩 阵法构建了吊杆张拉优化模型,以减少吊杆张拉次数为目标,同时运用有限元分析软件 Midas Civil 建立了 桥梁模型,再对优化模型的可靠性进行了验证。研究结果表明：影响矩阵法的引入有效地减少了吊杆张拉次 数,可将吊杆的张拉调整次数缩减为两次,且优化后的吊杆成桥索力与设计值的差值控制在±3% 的范围内, 满足施工控制要求。     

部分地锚式斜拉桥合理成桥状态二阶段确定法

研究部分地锚式斜拉桥受力特点及其合理成桥状态的确定原则,提出一种二阶段合理成桥状态下的索力确定方法.该方法采用刚性支承连续梁法确定成桥状态下的索力,并以影响矩阵法进行后续调整.根据该桥型受力特点制定了第2阶段的索力调整流程,对一座主跨1 218 m的混合梁部分地锚斜拉桥进行了计算.结果表明,按照第2阶段索力调整流程可较快确定出合理成桥状态下的索力.     

矮塔非对称斜拉桥的稳定性研究

以矮塔非对称斜拉桥津保铁路子牙河特大桥为工程背景,用软件Midas/Civil对该桥进行有限元建模,在分析各工况安全稳定系数及相应失稳模态后,得出该桥在成桥运营阶段的整体稳定性良好,且各构件中桥墩稳定性最好、塔的稳定性又高于梁的稳定性的结论.     

连续梁桥在不同荷载作用下的内力研究

利用有限元分析软件Midas／Civil,分析了连续梁桥新旧两种规范中交通荷栽下的内力和变形,对比了由两种《规范》计算出的结果,得出了内力和变形的变化规律,对于桥梁工程的设计有一定的参考价值．     

基于钢束优化配置的PC梁桥长期变形控制

针对大跨度预应力混凝土箱梁桥普遍出现的长期变形过大的问题,通过对预应力钢束配置进行优化,降低最大悬臂施工阶段的初始位移,进而减小过大的长期变形,达到挠度控制的目的.构建单位预应力的挠度矩阵,以挠度为控制目标,利用ANSYS进行钢束优化求解得到钢束最优配置.结果表明,优化设计后的挠度较恒载零弯矩法减小40%.利用ANSYS进行钢束优化设计的方法对预应力混凝土箱梁桥的长期变形控制具有良好的效果.     

最小弯曲能量法确定系杆拱桥成桥索力

斜拉桥和系杆拱桥都基于三元构件,所以在结构分析中有一些通用的方法,尤其在成桥索力的确定问题上.基于斜拉桥成桥状态确定的思路和方法,以最小弯曲能量法确定系杆拱桥的成桥索力,并分析确定其合理性,为后续进一步优化及确定施工阶段吊杆索力提供可靠依据.     

高烈度区斜拉桥横向约束方案优化分析

为了确定强震作用下斜拉桥合理的横向抗震约束体系,以可克达拉大桥为工程背景,采用非线性时程分析法,分析了4种横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系、位移相关型减震体系和速度相关型减震体系对强震区大跨度桥梁地震响应的影响,重点对钢阻尼器的屈服荷载和黏滞阻尼器的位置及相关参数进行优化分析,并与其他体系的地震响应进行了对比。结果表明：在强震作用下,对于大跨度桥梁横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在墩梁、塔梁之间设置减隔震装置可以有效减少横桥向的墩梁、塔梁的相对位移及地震剪力和弯矩;然而,从桥梁正常使用的角度来看,塔梁之间布设横向钢阻尼器装置优于黏滞阻尼器装置。