大跨度三塔悬索桥非线性静风稳定分析

随着跨径的不断增大,缆索承重桥梁存在静风失稳的可能性。引用大跨度桥梁非线性空气静力稳定分析理论,采用荷载增量与内外两重迭代相结合的方法,在通用软件ANSYS中实现了对大跨度缆索承重桥梁进行非线性静风稳定分析功能。综合考虑几何非线性和静风荷载非线性,对某三塔双主跨悬索桥在不同风攻角下进行了非线性静风稳定全过程分析,分析了结构失稳形态,并探明了其失稳机理。     

空间主缆悬索桥非线性静风稳定分析

通过五分量天平测试得到了右汉桥节段模型的三分力系数。借助大型有限元分析软件ANSYS,采用修正的增量与内外两重迭代的方法,对右汉空间主缆悬索桥进行了三维静风荷载数值计算。数值计算结果表明采用空间主缆的右汊悬索桥相对于平行双主缆的悬索桥具有更为优秀的静风稳定性能。设计并加工了缩尺比为1：90．35的右汊桥全桥气弹模型,均匀流中全桥气弹模型的静风稳定性试验结果表明,静风失稳临界风速明显高于设计风速。     

双主跨悬索桥静风失稳模式及其机理分析

随着双主跨悬索桥的广泛应用和跨度的增大,需要研究其静风稳定性能,以确保桥梁的安全稳定运营．采用风荷载增量与内外迭代方法,编制相应分析程序,对三座结构体系不同的双主跨悬索桥静风稳定性进行非线性全过程分析．通过与单主跨悬索桥静风失稳形态及双主跨悬索桥自身失稳形态的比较,得到了双主跨悬索桥静风失稳形态的典型特征,重点提出并阐述了双主跨悬索桥的两种静风失稳模式——双侧反对称失稳模式和单侧非对称失稳模式,并详细探讨了这两种失稳模式的产生机理．     

非均匀风下流线型箱梁悬索桥静风稳定性分析

大跨度悬索桥结构轻柔,风致响应明显。借助有限元方法,考虑悬索桥的几何非线性和位移荷载非线性,对非均风攻角来流沿主梁对称分布和非对称分布以及非均匀风速来流沿主梁对称分布和非对称分布时悬索桥的非线性静风稳定性展开研究。结果表明:正攻角来流会降低桥梁的静风失稳临界风速,负攻角来流有利于桥梁抵抗静风失稳,且负攻角来流对桥梁的静风稳定性影响程度比正攻角来流影响程度大;非均匀风攻角来流非对称分布时,可由小风攻角来流确定的静风失稳临界风速作为稳定性判断依据,非均匀风攻角来流对称分布时,可以选择平均攻角来流衡量桥梁的静风稳定性。非均匀风速来流对桥梁的静风稳定性有不利影响,且非均匀风速来流对称分布时的影响比非均匀风速来流非对称分布时的影响更大。在不同初始攻角下,这类来流对桥梁静风稳定性有着相似的影响,桥梁的静风失稳临界风速均随着风速非均匀程度增大而减小。     

大跨人行悬索桥非线性斜风静力稳定研究

为研究大跨人行悬索桥在斜风作用下的静风稳定性,提出了一种实用的斜风作用下大跨桥梁静风稳定性分析方法。在小偏角下,忽略斜风对于桥梁断面气动外形的影响,基于正交分解方法推导了完全考虑桥梁静风空间变形影响的斜风静力荷载理论表达式,编制内外两重迭代的大跨桥梁斜风静力稳定分析程序,进行了420 m主跨人行悬索桥非线性静风稳定分析。结果表明：斜风静力荷载是有效风攻角与有效风偏角的函数,精确考虑斜风静力荷载作用,要求对有效风攻角和有效风偏角同时进行迭代;静风失稳形态是以主梁扭转变形为主的复杂弯曲扭转耦合的三维空间变形状态,在静风弯扭空间大变形作用下,背风侧缆索系统应力大幅卸载,最终背风侧抗风缆应力接近完全卸载导致悬索桥系统刚度丧失,进而发生静风失稳;该类大跨人行悬索桥最不利静风稳定来自于法向风,小角度斜风对该桥静风失稳临界风速影响不大。     

风障对大跨度悬索桥抗风性能的影响

以主跨1 650 m中央开槽钢箱梁悬索桥为对象,进行了主梁的有风障和无风障节段模型颤振和测力风洞试验,分别对比研究了风障时颤振临界风速和气动三分力系数的影响,并利用测力试验获得的三分力系数计算分析了风障对静风稳定性的影响.结果表明:风障不会降低大跨度悬索桥的颤振稳定性;风障增大了阻力系数,减小了升力系数,在-6°-12°范围内风障使升力矩系数减小,在-12°-7°范围内,风障使升力矩系数增大;风障不会降低大跨度悬索桥的静风稳定性,在某种程度上抑制了静风失稳,尤其是在负攻角和零攻角时.     

大跨度悬索桥施工阶段静风稳定性精细化分析

大跨度悬索桥施工期结构柔性大,静风作用下结构大变形和刚度变化以及桥址区域内风速空间分布的非均匀性可能会对其静风稳定性造成影响。考虑结构非线性、静风效应和风速空间非均匀分布等因素,建立了精细化的大跨度桥梁三维非线性静风分析方法,并编制了相应的计算分析程序。以润扬长江大桥南汊悬索桥为例,模拟加劲梁从跨中向两侧桥塔和由两侧桥塔向跨中对称拼装两种主梁架设顺序,分析了施工全过程悬索桥静风稳定性的变化趋势,并探明了风速空间分布非均匀性对成桥和施工状态悬索桥静风稳定性的影响。结果表明:加劲梁采用从两侧桥塔向跨中对称架设时,悬索桥可以获得较好的静风稳定性,尤其在施工初期;风速沿竖向高度变化和风速空间分布宽度对成桥和施工状态悬索桥的静风稳定性影响不大,但风速非对称分布因素影响则比较显著,须在分析中重视和考虑。     

大跨度悬索桥非线性静风稳定性全过程分析

大跨度悬索桥具有大跨度、纤细、轻柔的特点,其静风稳定性问题较为突出。基于增量内外迭代混合法求解非线性空气静力问题的原理,使用ANSYS/APDL语言编制了大跨度桥梁非线性空气静力分析程序,并运用该程序实现了大跨度悬索桥的非线性静风稳定性全过程分析,探讨了大跨度悬索桥的静风失稳过程和机理。     

结构连接对三塔悬索桥性能的影响线分析

为研究不同结构连接形式对三塔悬索桥静力性能的影响,进行了三塔悬索桥静力影响线分析.以泰州长江公路大桥为原型,考虑了不同的塔梁连接和缆梁连接形式,采用线性化有限位移法对反映结构性能的三塔悬索桥关键参数影响线进行了计算,分析了不同缆梁连接和塔梁连接对三塔悬索桥结构影响线的变化情况.结果表明:无中央扣时,塔梁连接形式对主梁跨中挠度、桥塔塔顶水平位移、中间塔主缆力差等的影响线无显著影响;设置中央扣时,影响线跨内部分的幅值、邻跨部分的形状具有显著变化,应引起重视.综合不同缆梁连接、塔梁连接下的影响线变化情况,采用柔性中央扣+弹性索的结构连接形式,对三塔悬索桥主梁竖向变形、中间塔受力状态及中间塔鞍座抗滑移均有利.     

大跨度斜拉桥侧风非线性分析

考虑静风荷载非线性和结构几何非线性因素的影响,计及风速沿桥梁结构高度变化,采用增量双重迭代搜索法进行了斜拉桥静风非线性稳定分析,并编制了相应的计算程序。以湛江海湾大桥为例,探讨了静风荷载非线性、风速空间分布非均匀性等因素对斜拉桥静风失稳临界速度的影响。分析结果表明,主梁扭转变形、索和塔柱上的静风载荷对斜拉桥的抗静风稳定性影响较大。     

大跨度桥梁非线性空气静力行为研究

考虑结构变形对静风荷载的非线性影响以及结构的几何非线性因素,提出了大跨度桥梁非线性空气静力分布方法,并编制了计算程序。最后,结合江阴长江大桥进行了分析和研究,揭示了非线性因素对大跨度桥梁空气静力行为影响的程序和规律。     

特大跨径地锚式悬索桥静力稳定性分析

为了解悬索桥在不同简化模型下的静力稳定性,全面分析其整体失稳过程及最终失稳模态,基于地锚式悬索桥主塔失稳导致全桥失稳的受力特点,以在建的南京仙新路长江大桥为工程背景,采用大型有限元分析软件ABAQUS建立了全桥多尺度模型和独塔实体模型,分析对比了线性稳定系数、双重非线性荷载系数、线性失稳模态以及最终破坏形态.分析结果表明:双重非线性稳定安全系数相比于线性有较大降低,非线性稳定计算对于特大跨径地锚式悬索桥应成为必需;全桥多尺度模型的线性稳定系数略大于独塔模型,而全桥多尺度模型的非线性荷载系数则反之,简化的独塔模型仅能在一定程度上代表全桥结构计算结果;主塔发生非线性失稳时塔底附近的混凝土主压应力和钢筋应力均达到抗压强度标准值,材料发生屈服导致结构发生失稳;背风侧主塔下塔柱失稳破坏时呈现出典型的压弯破坏形态,迎风侧塔柱失稳破坏时呈现出混凝土压碎区交叉的压弯扭复合受力破坏形态,随着结构薄壁化趋势的发展,工程设计在满足强度要求的同时应更关注稳定性要求.研究结果可为未来特大跨径地锚式悬索桥的设计计算以及简化模型的选取提供参考.     

大跨度钢管混凝土拱桥施工阶段非线性稳定分析

湖北景阳河大桥为大跨度上承式钢管混凝土拱桥,净跨径为260 m,桥面宽9 m,宽跨比较小,该桥的稳定问题是施工控制的关键.本文介绍了钢管混凝土拱桥弹性屈曲、几何非线性和材料非线性的稳定分析方法,以景阳河大桥为工程背景,基于有限元理论,运用ANSYS建立空间有限元计算模型,进行大跨度钢管混凝土拱桥施工阶段的弹性屈曲和非线性稳定分析,得到了各个施工工况的稳定系数和失稳模态.研究结果表明:各施工工况下该桥的稳定系数都大于10,拱肋整体失稳的可能性很小;几何非线性对该桥稳定性的影响较小,而材料非线性的影响不容忽视.     

大跨径悬索桥动载试验研究

为检验在役大跨径悬索桥结构的动力性能,对主跨128 m地锚式悬索桥进行动力试验。测试其自振频率、振型和阻尼比;激振试验中,测试桥跨结构在汽车以不同速度通过桥跨和在桥上特定位置跳车时桥跨结构的动应变、动位移、振幅以及加速度等动力响应,计算得出冲击系数。并将实测结果与有限元结果进行对比分析。结果表明,该悬索桥具有较好的竖向刚度、横向刚度;汽车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用但并不明显,有障碍行车舒适度较差。     

Damage alarming of long-span suspension bridge based on GPS-RTK monitoring

Structure damage identification and alarming of long-span bridge were conducted with three-dimensional dynamic displacement data collected by GPS subsystem of health monitoring system on Runyang Suspension Bridge.First,the effects of temperature on the main girder spatial position coordinates were analyzed from the transverse,longitudinal and vertical directions of bridge,and the correlation regression models were built between temperature and the position coordinates of main girder in the longitudinal and vertical directions;then the alarming indices of coordinate residuals were conducted,and the mean-value control chart was applied to making statistical pattern identification for abnormal changes of girder dynamic coordinates;and finally,the structural damage alarming method of main girder was established.Analysis results show that temperature has remarkable correlation with position coordinates in the longitudinal and vertical directions of bridge,and has weak correlation with the transverse coordinates.The 3%abnormal change of the longitudinal coordinates and 5%abnormal change of the vertical ones caused by structural damage are respectively identified by the mean-value control chart method based on GPS dynamic monitoring data and hence the structural abnormalities state identification and damage alarming for main girder of long-span suspension bridge can be realized in multiple directions.     

非对称悬索桥施工过程抗风稳定性研究

以目前世界最大跨度的非对称结构型式的悬索桥——西堠门大桥为工程背景,分别模拟主梁从中跨跨中向两侧桥塔、从两侧桥塔向中跨跨中以及从两侧桥塔和中跨跨中同时向中跨四分点处对称拼装的施工顺序,采用三维非线性空气静力和动力稳定性分析方法,分析了主梁拼装过程结构的动力特性、空气静力和动力稳定性的演变规律,并从抗风稳定性角度提出了合理的主梁拼装顺序.结果表明:主梁从中跨跨中向两侧桥塔对称拼装时,结构可以获得较大的自振频率,同时具有较好的空气动力稳定性;主梁从两侧桥塔向中跨跨中对称拼装施工时,结构的静风稳定性最好;从总体抗风稳定性而言,主梁采用从中跨跨中向两侧桥塔对称拼装的施工顺序则比较有利.     

悬索桥主塔纵向受力的估算方法

基于悬索桥的传力特点,提出主塔纵向受力简化分析模型,对中、边跨主缆的内力及线形进行分析,根据主缆无应力长度相等的原则推导出塔顶位移、塔底弯矩和轴力的计算公式.分别以主跨为1000米的单跨及三跨悬索桥为例,利用简化计算方法对主塔的纵向受力进行了计算,并与有限元计算结果进行对比分析.结果表明,简化公式具有良好的计算精度,且可同时适用于单跨及三跨悬索桥,满足了概念设计的要求.     

自锚式悬索桥的面内稳定性

为完善自锚式悬索桥面内稳定性理论,首先通过结构稳定性的概念初步判定该桥型不存在面内分岔失稳的可能性;进而在自锚式悬索桥挠度方程中通过引入位移干扰量,以幂级数干扰位移形式反证其不会出现面内弹性分岔失稳;最后以实桥为例,通过数值模型按弹性及弹塑性稳定理论计算分析了桥梁的荷载系数、破坏模式等。结果表明:在挠度理论适用范围内,自锚式悬索桥不存在面内分岔失稳;数值分析结果显示该实桥面内分岔失稳由吊索断裂引起,超出挠度理论应用范围,而极限承载力能满足安全性要求。