下承式双肋斜张拱桥侧倾稳定实用计算方法

考虑索和吊桥的非保向力效应,利用能量法对下承式平行双肋斜张拱桥的横向稳定问题进行分析,得到了斜张拱桥横向屈曲临界荷载的实用计算表达式.研究表明,索结构的索面大小、水平倾角、索张力大小及拱上锚固位置和拱结构的矢跨比、横撑在拱切向面内抗弯刚度、横撑数量等因素对结构横向稳定性能影响很大,而横撑在拱径向面内抗弯刚度和拱肋抗扭刚度、竖向抗弯刚度等因素的影响很小;考虑非保向力效应后,拉索使结构横向稳定性能有显著提高.     

索对斜拉拱桥横向静风稳定性的影响

应用有限元软件ANSYS对斜拉拱桥在静风荷载作用下的面外稳定问题进行研究,考虑不同索预张力、索塔高度、索距及拉索布置位置等参数下索对斜拉拱桥横向静风稳定性的影响.结果表明:拉索可以有效控制结构的面外失稳形式,斜拉拱桥具有较高的横向抗风稳定性能;增大索预张力、增高索塔及减小索距都能改善结构横向静风稳定性能,且塔高影响最显著,增高索塔甚至能使横向静风稳定性能提高近一倍;拉索布置位置对横向静风稳定性能有明显影响,且索面中心线宜位于拱肋四分点处.     

集中荷载作用下FRP圆弧拱的面内非线性弹性失稳研究

本文开展了集中荷载作用下FRP圆弧拱的面内弹性失稳理论研究,基于能量变分原理建立了拱的非线性平衡方程,提出了FRP拱修正长细比计算公式,推导了拱失稳临界荷载解析解.通过有限元数值解验证了理论公式的正确性,着重分析了铺层角度、铺层厚度及矢跨比等设计参数对FRP拱失稳临界荷载的影响.研究结果表明,铺层方向显著影响拱的失稳临界荷载;对于单种角度铺层的截面,保证铺层总厚度不变条件下,仅增加铺层数量并不会引起失稳临界荷载量值的变化;拱矢跨比在1/10～1/3范围内变化时,失稳临界荷载随着矢跨比的增大而增大,且随着矢跨比的增加,增长速率逐渐下降.     

平面预应力索-拱体系在局部荷载(包括集中荷载)下的计算

本文用连续化理论推导出了平面预应力索-拱体系在局部均布荷载下的内力和位移的计算公式,并应用此公式解决集中荷载作用于索-拱体系任意位置的内力和位移计算问题。理论计算结果与试验符合较好。     

预应力柔性拱结构弹性整体稳定性试验研究

预应力柔性拭拱由薄钢板带和索组成的新型预应力结构,通过张拉索先将薄钢板带在弹性范围内压弯成弓状,然后继续张拉拱面索,从而形成拱内初始压应力．针对3种不同的拱面索预拉力值的柔性模型,进行了跨中施加竖向集中力的弹性稳定性试验研究．结果表明,模型达稳定承载力时均呈侧移失稳模态,且稳定承载力随拱面索中预拉力的增加而增加．试验结果与ANSYS有限元分析结果吻合较好,为利用ANSYS开展该种结构静力工作性能的研究创造了条件．     

静水压力作用下圆拱正对称失稳临界力的求解

选择了拱轴失稳形状函数,按Ｒｉｔｚ法求得铰支和圆支圆拱受径向均布荷载作用时具有高精度的正对称失稳临界力的第３次近似值。列出中心角２θ０＝０．２－π时的临界力近似值表格。文中在圆拱临界力的计算中,可同时导得圆环按不同波数失稳时临界力精确值。     

风激拉索的张弛振荡分析

为了研究斜拉索在横向风激励下的多模态张弛振荡特性,获得临界风速表达式,建立拉索受风力作用的非线性运动微分方程,基于索纵向运动相对较小而导出关于索横向运动的偏微分振动方程,运用Galerkin法将该方程转化为常微分方程组,用以描述索的多模态自激振动;应用非线性振动的平均法,求解得到该系统的自激振动分析解,确定索张弛振荡及存在性条件,分析计算索前二阶模态张弛振荡的临界风速,并通过数值模拟验证.提出风激拉索多模态张弛振荡及临界风速的分析方法,研究结果表明,拉索张弛振荡的临界风速随结构模态阻尼而提高,并受振动模态、风速变化和风力系数等影响.     

垂直分布荷载下固支圆拱正对称失稳临界力的求解

在计入轴力对拱屈曲的影响后,建立了固支圆拱在垂直分布荷载g0/cos^2θ作用下屈曲的总势能,按Ritz法求得在该荷载作用下具有足够工程精度的固支圆拱正对称失稳临界力的近似值,并与固支圆拱受径向均布荷载正对称失稳情况作对比,得到了一些可供参考的结果。     

平面预应力索-拱体系

本文提出一种新的混合结构形式—预应力索-拱体系,作为传统的双层索系的可能竞争者.这种体系可以施加较小的预拉力,但具有较好的形状稳定性和刚度.本文用连续化理论对平面索-拱体系进行了理论探讨,导出了在常见荷载作用下的内力和位移的计算公式,同时进行了跨度为4.5M的大模型试验,在静力方面考察了体系在不同形式荷载作用下的内力和变位,在动力方面测定了该体系模型的基本动力特征—前五个频率和相应的振型.理论计算结果与试验符合得较好.     

双曲抛物面正交索—拱悬挂混合体系性能的研究

本文提出一种新型的悬挂混合体系一双曲抛物面正交索-拱结构,作为传统索网结构的可能竞争方案,并用1/10比例的大模型研究了这种结构体系的静力和动力性能。索网结构在均布荷载下具有良好的结构性能,但由于柔索的几何可变性,索网的形状稳定性较差,即在非对称荷载或局部荷载作用下要发生较大的机构性位移。为此不得不增大索网的预拉力数值,导致边缘构件受力很大。本文设想用具有抗弯刚度的拱代替索网中的稳定索,使曲面不需施加太大的预拉力而具有足够的形状稳定性。从而使边缘构件的受力大幅度下降。拱不仅能受拉,而且还可以受压;由于张紧的索对拱的侧向支撑作用,截面不大的拱在受压时不会丧失整体稳定。模型试验和理论分析完全证实了上述设想。在模型试验中,静力方面测量了各种类型荷载(包括局部荷载和集中力)作用下体系的位移和内力,动力方面测定了若干个低阶自振频率和相应的振型。编制了考虑几何非线性的混合体系有限元分析程序,用以对所述体系进行理论分析。理论计算和试验结果相当吻合,并充分证实了所提出的索-拱混合体系的优良结构性能。     

斜拉索索力识别精度的提高方法

针对基于环境激励的斜拉索实测信号由于环境干扰而呈现出非平稳性和非平滑性的问题,提出了利用五点三次平滑法对快速傅里叶变换（FFT）得到的频域数据进行平滑处理,即考虑多因素影响来提高斜拉索索力识别精度。以实际斜拉桥工程中的拉索实测信号为研究对象,应用五点三次平滑法对拉索信号进行平滑消噪处理,考虑采样时间和采样点数对拉索频率识别精度的影响,利用求极值方法确定拉索各阶频率值及其位置,比较了基频法、频差法和峰值法确定拉索索力的计算精度,进行了索力测试的误差分析。结果表明：五点三次平滑法结合极值处理可以很好地识别拉索各阶频率,各因素对拉索频率的识别精度影响也有所不同,为频率法更加准确识别斜拉索索力提供了方便;同时也为开发高精度的索力测试仪器提供了有效依据。     

斜拉桥体系可靠度分析

针对大跨度斜拉桥体系可靠度分析中由于失效模式众多带来的困难,结合某独塔斜拉桥的工程实例,应用β约界法搜索对结构失效概率起关键作用的主要失效模式,研究了斜拉桥2级体系可靠度.在搜索主要失效模式的各失效历程中,采用梯度分析随机有限元法计算斜拉桥主塔、主梁和斜拉索各个单元的可靠度指标,应用β约界法确定失效候选单元,将斜拉桥结构体系的失效等效为一个由若干并联子系统构成的串联系统.计算结果表明,斜拉索的失效对整个斜拉桥结构体系的失效起控制作用.     

斜拉索-调谐质量阻尼器系统复模态分析

针对斜拉索减振常用黏滞阻尼器的一些不利因素如安装位置、刚度、耦合运动等,提出斜拉索-调谐质量阻尼器(TMD)系统的减振模型,运用复模态方法分析得到以超越方程形式表达的系统自由振动阻尼特性的解析形式,采用数值方法求得系统最优模态阻尼比和阻尼器最优设计参数的近似解析解．结果表明:斜拉索振动的TMD减振策略能有效克服常用的理想阻尼器安装位置在拉索端部的局限,新的TMD设计参数优化方法同时考虑了TMD系统刚度、质量、阻尼等参数对减振系统模态阻尼比的影响,是适合工程应用的斜拉索减振模型．     

随机车辆荷载作用下斜拉索索力的概率模型及可靠度分析

以苏通长江大桥为工程背景,计算了随机车辆荷载作用下的斜拉索索力,采用随机过程的跨阈理论建立了斜拉索索力的概率模型,在此基础上对随机车辆荷载作用下斜拉索的可靠度进行分析。结果表明：斜拉索索力可以采用高斯平稳随机过程描述;设计基准期内斜拉索索力最大值的概率模型可通过跨闽理论确定;按随机车流数据建立的车辆荷载概率模型计算的斜拉索可靠指标为7．93～14．55。     

蝶形拱桥的索力非线性及影响因素分析

蝶形拱桥由于造型独特使得其非线性受力行为较之普通拱桥更加难以掌握,传统的未充分考虑非线性影响的设计方法已不再适用.在自编程序的基础上,全面分析了蝶形拱桥的索力非线性及影响因素.结果表明:均布荷载作用下,主吊索力的非线性系数与索力值成反比;3种索中主吊索的垂度对索力的影响最大;对于主吊索力,拱肋单元的梁柱效应在全部梁柱效应中的比例并不大;密索布置时,不考虑索的垂度效应得到的斜拉索力偏于不安全;偏载荷载越靠近索面,索力受非线性因素的影响越小;主吊索采用斜索形式后,使得自身的非线性效应降低,而斜拉索和副吊索的非线性效应增大.     

斜拉索风雨振-实验与数值模拟混合子结构方法

人工模拟降雨条件下,斜拉索风雨激振的非定常气动力难以测试,本文提出结构风致振动的实验与数值模拟的混合子结构方法,将结构和流场分为2个子结构,将实验获得的结构振动作为动边界施加在流场子结构,仅对动边界的绕流场进行CFD数值模拟.首先通过圆柱涡激振动验证混合子结构方法的可行性及精度;然后采用混合子结构方法,计算斜拉索风雨激振的气动力并施加到斜拉索上,得到斜拉索振动响应并与实验结果比较.结果表明混合子结构方法能够准确获得斜拉索风雨激振的气动力时程.     

斜拉索风雨激振-实验与数值模拟混合子结构方法研究

人工模拟降雨条件下,斜拉索风雨激振的非定常气动力难以测试,本文提出结构风致振动的实验与数值模拟的混合子结构方法,将结构和流场分为两个子结构,将实验获得的结构振动作为动边界施加在流场子结构,仅对动边界的绕流场进行CFD数值模拟。首先通过圆柱涡激振动验证混合子结构方法的可行性及精度;然后采用混合子结构方法,计算斜拉索风雨激振的气动力并施加到斜拉索上,得到斜拉索振动响应并与实验结果比较。结果表明混合子结构方法能够准确地获得斜拉索风雨激振的气动力时程。     

高阻尼橡胶剪切型阻尼器的拉索减振试验

利用高阻尼橡胶剪切耗能优于挤压耗能的特性,开发了一种外置式高阻尼橡胶剪切型拉索阻尼器对拉索进行减振控制。利用DASTLab5.0系列软件平台对拉索-阻尼器系统进行振动控制试验。试验工况分别考虑了有无阻尼器、阻尼器刚度、阻尼器安装位置等对振动控制效果的影响。试验结果表明:该阻尼器设计方法可靠,安装阻尼器后拉索阻尼有了很大提高;频率对阻尼器减振性能的影响很小;阻尼器安装位置对拉索减振效果影响很大;刚度一定时对橡胶构件的面积和厚度需进行合理取值;高阻尼橡胶剪切型阻尼器具有较好的制振效果。