风速和风偏角对斜拉索风雨激振的影响

基于滑移理论建立了斜拉索风雨激振双向耦合理论模型,应用COMSOL与MATLAB相结合的自编译程序计算不同风速以及风偏角条件下随时间变化的气动力系数、斜拉索振动响应以及表面水膜形态变化,并分析了三者之间的关系,得到了不同风速以及风偏角条件下的斜拉索风雨激振现象的变化规律。结果表明:风偏角的改变对斜拉索风雨激振起振区间范围影响不大;在起振区间内,斜拉索振幅随风偏角的增大,先增加后减小,风雨激振发生时,风偏角为22.5°的斜拉索振幅最大;一定风速范围内,风偏角大小不变时,斜拉索振幅随风速增加都是先增大后减小的规律;当上水线厚度较大且其振动频率与斜拉索自振频率相接近时,斜拉索与水线之间发生同频谐振,斜拉索会发生大幅振动。     

用于大跨斜拉桥拉索疲劳可靠度分析荷载的研究

以苏通大桥为例分析了在单一疲劳车、汽车-超20级及随机车流3种不同的荷载工况下的斜拉索疲劳可靠度,比较3种不同的加载方式对斜拉索疲劳可靠度的影响。结果表明:单一疲劳车加载斜拉索的疲劳可靠度较后两种加载结果要大得多,对斜拉索疲劳设计不利,对于大跨度斜拉桥而言选择多车模型加载更符合实际情况。     

斜拉索垂度对大跨度斜拉桥的影响分析

大跨度斜拉桥在设计过程中必须考虑斜拉索垂度对结构的影响．以苏通大桥设计方案为背景,分析了在成桥阶段斜拉索垂度引起斜拉索弹性模量的变化．明确了斜拉索垂度影响斜拉桥内力与变形．     

斜拉索参数共振分析及控制

针对斜拉桥拉索的参数振动问题,结合工程实例,采用4种不同的计算公式计算了斜拉索的基频,通过分析比较,推荐采用考虑垂度的常用基频计算公式进行斜拉索的参数共振分析.分析结果表明,黄浦桥的中长斜拉索可能会发生参数共振.采用的黏性剪切型外置式阻尼器可以给斜拉索提供足够的附加阻尼,使拉索各受控振型的对数衰减率均达到0.03以上.     

雷诺数效应对斜拉索风致振动的影响

为了从雷诺数效应的角度分析斜拉索发生大幅振动的机理,利用不同粗糙度表面无人工水线的斜拉索模型和光滑表面贴有人工水线的斜拉索模型,进行了测力和测振风洞试验,得到了斜拉索模型气动力系数、驰振表达式的数值和气动稳定性的结果。通过分析相关的关系表明：在临界雷诺数区域,力系数及流场的变化特性可能导致斜拉索发生大幅振动,这可能是干索驰振的机理;斜拉索表面粗糙度能改变雷诺数效应的强弱和临界雷诺数的区域;水线的存在能改变雷诺数效应,一些水线位置在特定的雷诺数范围内,由于力系数的特殊变化规律导致dCF/dα为负,斜拉索发生符合驰振判据的振动;在高雷诺数区域,振动还可能与力系数急剧下降和流场的不稳定有关。     

调谐惯容阻尼器对斜拉索振动控制的研究

为提升黏滞阻尼器对斜拉索的减振效果,基于"阻尼-惯容-弹簧"的三元被动减振理论,开展了调谐惯容阻尼器对张紧弦斜拉索振动控制的研究。首先,采用有限差分法建立了斜拉索-调谐惯容阻尼器耦合系统的状态空间方程;然后通过复模态分析研究了调谐惯容阻尼器的频率比、阻尼比及惯容比对斜拉索附加模态阻尼比的影响规律,进而获得了调谐惯容阻尼器的最优参数及斜拉索的最大附加模态阻尼比。其次,开展了调谐惯容阻尼器对斜拉索减振控制的数值仿真分析,验证了复模态分析结果的适用性,通过对比调谐惯容阻尼器、黏滞惯质阻尼器和黏滞阻尼器对斜拉索的减振效果,阐明了调谐惯容阻尼器对斜拉索减振控制的优越性。最后,基于耗能效率揭示了调谐惯容阻尼器对斜拉索的减振增效机理。结果表明:与黏滞阻尼器和黏滞惯质阻尼器相比,调谐惯容阻尼器可以显著提升斜拉索的减振效果。     

斜拉人行桥拉索承载力非线性有限元分析

采用多节点索单元研究了斜拉人行桥拉索承载力问题。首先基于多节点索单元建立了坐标系及非线性应变表达式,形成了索单元的应力应变关系。进一步建立了索单元的弹性刚度矩阵、初位移刚度矩阵和初应力刚度矩阵的表达式,建立了斜拉索承载力的非线性迭代方法,利用Newton-Raphson迭代实现计算求解。以某大跨度斜拉人行桥为工程背景,系统研究了其斜拉索的承载力问题。结果表明,弹性模量和自重荷载强度对斜拉索的承载力性能均有一定程度的影响。弹性模量的增加将导致拉索的刚度增加和跨中的竖向位移减小,而自重荷载的增加则导致跨中位移的增加。对比分析结果可知,对拉索承载力影响较大的参数是自重荷载的强度,相对而言弹性模量的影响较小。     

斜拉索新型防水结构研究及其应用

斜拉索发生锈蚀的主要原因是在梁端预埋管管口处进水,引起斜拉索钢丝和锚具产生锈蚀,随着斜拉索的广泛应用,拉索梁端预埋管口防水措施还需进一步提高.对不同预埋管口防水方式进行对比,提出更为有效的防水结构.     

基于FBG的平行钢丝智能斜拉索研究初探

针对实际桥梁中使用最为广泛的一类斜拉索类型-平行钢丝索,结合其生产工艺特点,提出了一种复合FBG于索内,实现新型智能斜拉索的策略,开展了基于FBG的7股平行钢丝束的模型张拉试验,试验分析研究了粘贴于模型钢丝柬表面的FBG传感器在钢丝束完好、磨损情况下张拉后的线性,重复性及灵敏性,对该智能斜拉索应用于实际桥梁工程进行了初步的可行性验证,显示了此种智能斜拉索的广阔应用前景.     

沈阳市三好桥钢拱塔拉索施工关键技术研究

目的 系统研究斜拉索和水平索组成的混合体系斜拉桥的拉索张拉方法、施工工艺及施工关键技术.方法 以沈阳市三好桥拉索施工为研究对象,针对由斜拉索和水平索组成的混合体系相互影响的特点,从理论上分析钢绞线拉力均值性和索力之间的关系.结果 导出控制等值张拉法的张力计算公式.三好桥拉索施工关键技术为:首先进行水平索施工,一侧水平索先张拉到90%的初索力,待另一侧同索号的水平索安装初张拉后,两根水平索同时张拉至100%的初张拉力,水平索全部张拉完成后,再进行斜拉索的施工.结论 对于钢拱塔斜拉桥拉索施工,需要处理好水平拉索的安装张拉带来的低应力锚固状态不利问题,把握住先水平索张拉,再进行斜拉索张拉的关键技术,混合体系索才能安装成功.     

大跨斜拉桥拉索安全性能加固方案

针对传统设计允许斜拉桥换索,但对拉索突然断裂时的结构动力响应认识还比较模糊这一现状,以某特大桥为主要研究背景,利用ANSYS通用有限元程序对斜拉索断裂损伤的动力模拟方法进行了研究,提出了全动力模拟方法,分析了该桥如果突然断裂一根或几根斜拉索给桥梁整体结构性能上带来的影响.仿真结果表明,如果在塔根附近不出现连续三对拉索同时突然断裂的情况,即使其他位置三对拉索连续突然断裂,整个结构也不会有安全问题,为千米级斜拉桥的管理和养护提供了支持.     

斜拉索悬链线构形的伸长量解析计算方法

针对斜拉索无应力索长和张拉时伸长量控制的需求,讨论了斜拉索悬链线构形的伸长量解析计算方法.采用斜拉索的力平衡条件,获得悬链线构形的几何方程,进而通过直接积分得到给定索力时索长和伸长量计算的解析表达;利用增量索力作用时的变形协调条件,获得增量索力作用下的伸长量解析表达.基于应变等效,讨论了基于悬链线构形的弹性模量等效,明确了基于悬链线构形的等效弹性模量可以弱化为基于抛物线构形的等效弹性模量.用某叠合/混合梁斜拉桥的实际斜拉索参数,分别用数值积分、简化公式,验证了给定索力时索长和伸长量解析表达式;用Nlabs有限元、等效弹性模量方法验证了增量索力作用下伸长量计算的解析表达式.研究表明:所提解析表达式能简单直接得到精确的斜拉索伸长量,为斜拉索无应力长度和斜拉索安装时的伸长量控制提供了理论和快捷方法.     

考虑桥面运动的斜拉索减振模型

针对拉索减振模型未考虑桥面-斜拉索-阻尼器耦合振动的现状,提出适用于桥面运动的斜拉索减振分析理论模型,采用复模态分析方法对拉索-阻尼器系统的模态阻尼特性进行数值分析.结果表明,在桥面激励条件下,拉索-阻尼器系统的模态阻尼比与拉索的倾角有关,外部阻尼器相同时,斜拉索的倾角越小,系统的模态阻尼比越小.     

斜拉跨越结构的优化分析

考虑斜拉索直径、塔架高度和斜拉索与塔架连接间距三方面因素,利用有限元法对斜拉跨越的结构形式进行优化分析。结果表明,斜拉索的尺寸变化对结构的强度影响不大,而对结构的变形影响很大,其中斜拉索的直径以从管架桥中间到两边逐渐减小的分布形式最好。塔架高度变化对结构的变形影响不大,而对结构的强度影响很大,塔架高度为46m时结构的强度更好。斜拉索与塔架的连接间距变化对结构的变形影响很小,而对结构强度影响很大,当间距为7.5×10-2 m时结构的强度更好。     

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．     

CFRP与钢组合斜拉索斜拉桥方案研究

针对现阶段斜拉索设计所面临的难题,提出了一种新型的基于碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合斜拉索的斜拉桥方案.该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索分别应用于斜拉桥恒载活载状态,发挥CFRP材料高强轻质,钢材料弹性模量大的优势而同时又弥补各自缺点.介绍了该组合方案的设计方法和关键力学参数,并利用参数分析给出推荐取值.通过构...     

斜拉索耦合振动模型及其参数分析

考虑支撑构件对斜拉索参数振动的影响,从整体振动角度研究斜拉索的非线性参数振动特性,提出一个耦合索支撑结构模型.该模型既考虑了斜拉索的几何非线性,也考虑了支撑构件的运动对斜拉索振动的影响.应用多尺度法对该模型进行摄动分析,得到该模型参数振动时的激励频率及稳定区域边界,讨论模型质量比、刚度比和倾角等参数对幅频响应及稳定性的影响.研究表明,索的非线性参数振动特性并不随质量比和刚度比单调递增,而是存在某一临界值,使索的非线性参数振动特性最大化;随着倾斜角度的增加,索的非线性参数振动特性是单调递增.     

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．     

无索区长度对矮塔斜拉桥活载效应的影响

矮塔斜拉桥在梁段内存在无索区,怎样设置这些无索区合理地布置斜拉索,使斜拉索结构与连续体系梁结构协调地工作,是设计人员关心的问题。基于此,将典型的3跨矮塔斜拉桥梁段内无索区的分布以主塔附近无索区长度、中跨跨中无索区长度以及边跨端部无索区长度3个参数表示,并以此3个参数为研究对象进行结构行为的影响分析。以某大跨度矮塔斜拉桥方案的结构数据为基础,建立(ANSYS)结构有限元模型。在此模型的基础上,设置3个参数可能的合理变化范围,构造其他工况的结构有限元模型。利用参数化设计语言(APDL)编制计算程序,分析参数变化对车辆荷载作用下主梁内力和变形的影响,从而得出主梁在活载作用下合理的无索区长度及分布的范围,为矮塔斜拉索立面布置的优化设计提供参考。     

基于AR模型的瞬时风模拟

基于AR模型,研究了脉动风的数值模拟方法,编制了瞬时风速和风荷载的模拟程序.将此方法推广到斜拉索结构,模拟计算了苏通大桥A34拉索的风速与风荷载.通过模拟谱与目标谱的对比,证明该方法准确性高,并为下一步斜拉索的振动时程分析提供了激励源.