斜拉索无应力索长计算及与施工过程的关系探讨

介绍了斜拉索无应力索长的抛物线计算理论和下料长度计算公式,并依托工程计算了在关键施工阶段和成桥状态下的无应力索长。结果表明:抛物线计算理论完全可以满足工程要求;斜拉索的无应力索长只有在自身张拉时,斜拉索锚固位置通过拔出或放回才会发生改变,外荷载、结构体系改变和其他斜拉索张拉、调索均不影响其无应力索长。     

大跨度斜拉桥斜拉索无应力长度计算方法

通过对影响斜拉索无应力长度的施工阶段各种因素的敏感性参数进行分析,确定了影响斜拉索无应力长度的显著因素;综合各种影响因素,建立了斜拉索无应力长度精确计算方法。结果表明:主塔的预偏位、主塔的动态变位、主梁的预拱度、主梁的预抬高、主梁的动态变位、温差、斜拉索弹性模量误差以及计算斜拉索弹性伸长修正值所选用的荷载均为敏感性影响因素;建议的方法可以精确地计算斜拉索的无应力长度,避免出现长索无法调整索长的状况。     

CFRP斜拉索的计算理论和静力特性研究

本文以悬链线单元理论为基础,得出斜拉索单索静力计算方法。对碳纤维斜拉索在不同水平投影长度、不同应力条件下的静力特性进行了分析,并将计算结果与传统的等效弹性模量法的计算结果进行了对比。计算结果表明：CFRP斜拉索的非线形行为要小于钢拉索,即使对于低应力水平的拉索,采用足够的迭代次数,采用等效弹模法模拟斜拉索可以很好的控制误差。     

斜拉索分析统一理论及其应用

通过对现有各种斜拉索分析理论进行分析,基于悬链线索单元理论,将斜拉桥单索问题分成两类,提出了斜拉索分析的统一理论。该理论可以精确、统一地求解斜拉桥计算中几乎所有的单索静力问题,可方便地将悬链线索单元引入斜拉桥施工阶段和使用阶段的分析中。根据悬链线索单元理论和等效弹模法,对比分析了不同长度、不同应力水平的斜拉索的各种特性。计算结果表明:水平长度超过400 m的斜拉索的非线性将急剧增大,采用等效模量法模拟斜拉索将引起较大的误差;有些误差即使增加计算的荷载步个数也无法减小。超大跨度斜拉桥施工阶段分析中建议采用高精度的悬链线索单元模拟斜拉索。     

斜拉桥拉索无应力下料长度影响因素敏感性分析

斜拉桥拉索无应力下料长度的计算是斜拉桥施工控制中的关键,其数值的精确程度影响到后期施工过程中主梁线形、拉索索力等内容能否逼近目标值。因此,为提高拉索无应力下料长度的准确性,对其计算过程中的影响因素进行敏感性分析就显得尤为必要。造成拉索无应力下料长度理论值与实际值不符的因素主要有主梁自重误差、拉索刚度误差、拉索拉力误差等。本文将结合工程实例,分析以上因素对拉索无应力下料长度计算结果的影响。     

车辆荷载作用下斜拉索疲劳可靠度分析

针对桥梁疲劳损伤累积过程中的大量不确定性因素,基于Miner线性累积损伤理论提出车辆荷载作用下大跨斜拉桥的疲劳可靠度评估方法。通过"影响面"计算得到车辆荷载作用下各斜拉索的时点应力,采用"雨流计数法"统计斜拉索的应力幅和循环次数。在此基础上,对车辆荷载作用下斜拉索的疲劳可靠度进行分析。结果表明:斜拉索应力随机过程可采用Poisson过程描述;车辆荷载作用下的斜拉索疲劳可靠指标为7.19~17.57,靠近索塔处的斜拉索疲劳可靠指标较大,远离索塔处的斜拉索疲劳可靠指标较小。     

悬链线解答在斜拉索数值分析中的应用

斜拉桥和斜拉索是几何非线性明显的结构。随着斜拉桥跨径的飞速增长,斜拉索的长度也大大增加,目前最长的斜拉索的水平投影长度已超过500 m,这大大超出了常用斜拉索的长度,原有理论的计算精度值得研究。由弹性悬链线静力解析解可推导出弹性悬链线单元,得到单元的刚度矩阵和单元的节点力向量,集成后得到结构的平衡方程。根据该方法,编制了弹性悬链线单元的有限元程序并进行实例计算。该程序可以一根索的任何一个参数值（如索端张拉力或测量预应力状态下的索长）为已知条件来确定索的状态,结果表明,该程序所需单元少、结果精度高,可方便应用于工程实践。建议超大跨度斜拉桥拉索的受力分析采用基于悬链线单元的分析方法。     

斜拉桥拉索静力设计及找形分析

根据斜拉索的受力特点,推导出了斜拉索线弹性方程的精确解及有关参数的解析表达式;根据工程实际要求,得出了简单且精度很高的拉索有关参数计算方法。同时利用ANSYS有限元分析软件对拉索进行找形分析,总结出了斜拉索静力分析的有限元解法。     

碳纤维斜拉索的静力参数特性分析

对CFRP斜拉索的静力参数特性如切线刚度、竖向分力、垂度等进行了计算,并与传统的钢绞线斜拉索的计算结果进行了对比分析。计算结果表明:由于CFRP索的弹性模量和单位长度重量低于传统的钢索,其等效刚度系数小于钢拉索,索的竖向分力等效系数在工程应力范围内接近1,垂度效应明显小于钢拉索。     

苏通大桥施工构件尺寸偏差对主梁线形影响分析

本文研究了构件尺寸偏差对苏通大桥施工控制的影响,分析了塔的高度、施工完成时塔的垂直度、钢箱梁的无应力线形和无应力长度、斜拉索的无应力长度等因素的尺寸偏差对主梁线形的影响,为苏通大桥施工精度控制标准的制定提供了理论依据。苏通大桥的高质量建成通车,验证了本文分析结论的可靠性。     

基于可靠度理论及非线性规划的索杆体系索长误差控制限值研究

为多维度地考虑索杆体系的安全边界,提出了索杆体系基于两种极限状态的三种失效模式,并结合可靠度理论构建了三种失效模式下索杆体系各构件的临界状态方程,推导了索杆体系中索长初始误差对于索力及节点位移的影响系数矩阵,然后采用主要目标法对此非线性规划问题进行求解,提出了考虑结构可靠度、加工要求和制造成本的索杆体系初始索长误差限值确定方法,并进行了算例验证。结果表明,综合考虑三种失效模式后,Levy索穹顶的-初始索长制造误差允许值小于现行规范规定值,应严格控制这类索杆体系的初始制造误差,否则容易发生松弛失效与变形失效。     

地下洞室预应力锚索合理张拉吨位快速反分析

 预应力锚索在安装后,即有一个初始应力,并且应力随地下洞室后期开挖而变化。如何选择一个合理的初始张拉吨位,使锚索在洞室开挖完毕后达到指定的应力,既保证发挥锚索的作用,也留有一定的安全余地,是一个关键的问题。将该问题转化为求解锚索初始张拉系数的最优化问题。介绍预应力锚索的应力计算理论后,对常规的变尺度法进行改进,利用基于Broyden族的最优自调节变尺度法对尺度矩阵进行修正,使用向前差商来逼近梯度,采用Wolfe准则进行不精确线性搜索来确定最优步长,从而得到带一维不精确搜索的最优自调节差商变尺度法,用来反演预应力锚索的合理的初始张拉系数。同时针对反分析计算量大的特点,采用增量变塑性刚度迭代法,避免因预应力改变而需要重新组成刚度矩阵的问题,从而大大提高反分析的计算速度。最后将其应用于锦屏二级水电站地下厂房的预应力锚索初始合理张位吨位的快速反分析。实例表明,该方法具有收敛速度快,计算量小,数值稳定性好的特点。     

温度作用和索长误差对采用定长索设计的张拉结构影响研究

对于较复杂的张拉结构,可采用定长索进行设计与张拉,即将索头设计成不可调节的形式,通过精确设计索长,在施工现场直接张拉到位,避免现场为满足预应力分布的要求对索长进行反复调节。张拉结构属于柔性结构,温度变化和索长制造误差对其影响很大,必须在设计施工中予以考虑。尤其对于使用定长索设计的张拉结构,由于各构件的尺寸在制作完成后不能再改变,因此必须在设计与制造时考虑温度作用和索长误差的影响。本文首先将张拉结构在全生命周期内可能受到的各种温度作用进行分类,之后讨论不同温度作用对结构的影响与边界支承条件的关系。然后提出计算温度作用控制范围的方法,并对一实际索穹顶结构算例进行实例计算,得出温度作用的控制值。此外,研究当实际加工制造中温度不满足控制要求时,通过补偿构件长度尺寸以抵消温度作用影响的方法。同时,基于可靠度理论与非线性规划方法,亦给出了索长误差对张拉结构的影响及计算索长误差控制限值的方法。     

索穹顶结构的动力特性计算分析

本在索穹顶结构静力计算的基础上,根据几何非线性原理,考察索穹顶结构在平衡位置作微小振动时,利用“摄动”理论和子空间迭代法,计算出肋环型索穹顶结构的低阶频率和相应的振型。并对结构频率随预张力和钢索截面的变化作了计算分析,绘出相应的关系曲线。分析表明,本所采用的分析方法和计算结果对索穹顶结构的应用和动力响应研究有参考价值。     

修正的循环迭代法与控制索原长法结合进行杂交空间结构施工控制

杂交空间结构(如张弦梁、弦支穹顶)是指由梁、压杆、张力索组成的预应力空间结构体系,预应力施工控制分析是其关键。本文提出了修正的循环迭代法求杂交空间结构零状态结构几何;在求得零状态几何基础上采用控制索应力方法求出每级张拉控制力对应索原长;通过控制索原长方法可方便求得各级张拉控制力下分批张拉时索的张力施工控制值以及节点位移、杆件内力。通过文中两个算例详细演绎了这一方法,验证了以上方法的正确性和有效性。     

悬索桥计算分析的弯矩图理论及软件介绍

本文揭示了悬索桥缆索在垂直荷载作用下,索的几何形状和简支梁弯矩图的对应关系,相对应的悬索桥结构分析计算的弹性理论、挠度理论、有限位移理论而言,这可称为弯矩图理论。由于简支梁的弯矩图计算方便、直观、概念清晰,可大大简化悬索桥结构分析计算,而且是精确的解析解。按弯矩图理论编写了悬索桥的索形计算软件,可以计算空缆线形和吊杆力作用下的成桥线形,并介绍了软件功能及使用方法。     

双锚固段新型锚索锚固机理数值分析及应用

为了探究双锚固段新型锚索的锚固机理,从结构形式入手,分析受力模式与设计计算方法,采用有限差分数值软件进行数值模拟,建立不同外锚固段长度、自由段长度及内锚固段长度双锚固段新型锚索数值模型。在外锚头段锚固力不断损失时,新型锚索三段长度变化对锚索各段轴力、灌浆体与孔壁之间接触面上的剪应力影响规律研究,并通过工程实例验证。研究结果表明:(1)当外锚头锚固力损失时,外锚固段轴力自外锚头处开始逐渐降低,外锚固段灌浆体与孔壁间剪应力自外锚头处开始逐渐发展;(2)将外锚头锁定的预应力进行卸载的过程中,量测内锚固段注浆体的应变基本保持稳定,表明外锚头施加的预应力已完全由外锚固段与孔壁间粘结力承担,避免了因外锚头失效导致的锚索预应力损失,整个锚固系统实现了反向自锁的功能;(3)外锚头锚固力损失相同时,外锚固段长度越短,自由段锚索轴力变化越大;(4)新型锚索自由段长度大4 m。研究结果对正确分析双锚固段新型锚索加固作用机理和锚固工程设计具有一定的参考价值。     

基于解析理论的悬索桥主缆线形的迭代算法

根据解析迭代法的原理,结合悬索桥的受力特点,采用EXCEL法和MATLAB编程法分别计算了悬索桥主缆的无应力长度,并通过实例与文献结果进行了比较,证实了两种方法的可行性。