自锚式悬索桥吊索不接长体系转换方案及索鞍数值模拟

为降低自锚式悬索桥体系转换施工费用、提高施工效率、简化分析过程,以抛物线理论为依据,推导出主缆垂度的影响参数,结合各参数的可控性、敏感性,通过调整主索鞍顶推和吊杆张拉策略,提出3阶段2轮张拉吊索不接长体系转换方案。为在有限元计算时精确模拟方案中主、散索鞍施工状态,将索鞍圆心点与塔顶或散索鞍底座中心点建立刚臂和主从约束两个边界,通过激活、钝化刚臂模拟索鞍临时固定和滑移状态,通过设置索鞍圆心点强制位移模拟索鞍超顶状态。以双塔3跨和独塔2跨2座自锚式悬索桥为例,根据现场实际情况分别制定了2套吊索不接长体系转换方案,并建立有限元模型对2座桥梁体系转换过程进行模拟和分析。结果表明：自锚式悬索桥主跨是避免吊索接长的关键桥跨,主缆跨径和主缆长度是影响主缆垂度、避免吊索接长的关键可控参数;通过增大主缆初期变形可有效避免吊索接长,实施方案为张拉主跨长出段吊索使主索鞍超前就位,以改变主缆跨度;提前施工部分二期恒载、加劲梁在第1轮吊索张拉后脱架,以增加主缆弹性伸长。由2座桥梁实例分析结果可知,体系转换前期主索鞍可控滑移、超前就位,后期对称张拉桥塔两侧吊索,使主缆和主索鞍间的抗滑移安全系数和桥塔应力均变化平稳,所提方案和索鞍模拟方法达到了预期目的,可为同类型自锚式悬索桥体系转换提供参考。     

自锚式悬索桥空间缆索系统的求解方法

由于存在着强烈的几何非线性效应,自锚式悬索桥的主缆和吊索的线形与内力的确定具有一定的困难,本文对自锚式悬索桥空间缆索系统的线形和内力的求解方法进行了研究.以单索的悬链线方程为基础,推导了空间主缆和吊索的线形和内力的递推-迭代计算流程,通过反复迭代直至主缆线形满足设计参数要求.在进行迭代计算时,切线矩阵的确定是迭代计算的关键.由于不能获得切线矩阵的理论表达式,提出了采用数值方式形成割线矩阵近似代替切线矩阵的求解策略,并通过构造牛顿类迭代格式进行求解.按照该求解方法编制了数值计算程序,经过算例验证,表明该求解方法是可行的,可用于具有对称或不对称形式悬索桥空间主缆和吊索的几何位形和内力的求解.     

行波激励下多塔自锚式悬索桥地震响应规律

多塔自锚式悬索桥为新型桥梁结构,结构静动力性能十分复杂.以某三塔自锚式悬索桥工程为研究背景,建立三维数值分析模型,基于时程分析法研究不同视波速的行波效应对多塔自锚式悬索桥地震响应的影响规律.研究结果表明：边中塔身内力、塔顶索鞍抗滑系数、边跨主梁内力等地震响应均受行波效应的影响较大,而主缆、吊索及桥墩内力则受行波效应的影响则较小;不同视波速下的行波效应影响程度各不相同.总的来说,行波效应对多塔自锚式悬索桥的影响规律十分复杂,还需要进行进一步深入探讨.     

悬索桥主缆成桥线形的解析计算

根据悬索桥在恒载作用下的力学特点,对悬索桥的主缆线形及无应力索长的计算方法进行了研究.采用悬链线单元建立悬索桥线形和无应力索长的计算公式,结合施工中加劲梁的架设特点,确定了成桥线形分析中的吊索力,还对计算悬索桥主缆线形的非线性方程组采用Newton-Raphson迭代格式求解并编制程序.最后通过算例验证了该方法的计算精度、有效性和稳定性,并将计算结果与其他文献的计算结果进行了分析比较.分析结果表明：该方法具有计算过程简洁和精度高的优点,其精度满足成桥几何线形的初步设计要求,适用于大跨度悬索桥的主缆线形和内力的计算与分析.     

大跨径自锚式悬索桥主缆的线形计算及误差分析

针对自锚式悬索桥的主缆线形在施工过程中的变化特性,自编分段悬链线法和抛物线法程序实现了大跨径自锚式悬索桥主缆线形、空缆线形、各节段无应力长度、吊点坐标和索鞍预偏量等几何特征参数的精确计算;结合工程实例,对自编程序与Midas civil软件计算结果进行了比较分析. 结果表明:与有限单元法相比,分段悬链线法计算得到的索鞍预偏量相对误差为11. 3%,抛物线法计算得到的索鞍预偏量相对误差为23%. 在施工中,分段悬链线法和抛物线法计算结果需要反复修正迭代以综合确定主缆线形.     

混凝土自锚式悬索桥徐变效应倒退分析

为混凝土自锚式悬索桥考虑徐变效应进行倒退分析提供一种计算方法,针对混凝土自锚式悬索桥考虑徐变效应分析需要,基于混凝土徐变机理提出一种倒退分析计算方法。首先以混凝土自锚式悬索桥已知时刻的结构状态为分析基础,引入混凝土倒退徐变系数,通过倒退徐变系数进行徐变效应分析得到加载龄期时的结构状态,然后以加载龄期结构状态为基础,利用徐变系数进行徐变效应分析,即可得到混凝土自锚式悬索桥任意时刻的结构内力及变形状态,整个分析过程的关键在于加载龄期结构内力状态分析。工程实例验证结果表明：混凝土徐变效应倒退分析过程方便简洁,分析结果准确、有效,适用于包括混凝土自锚式悬索桥在内的混凝土结构徐变效应倒退分析,对混凝土结构设计优化及施工过程控制具有一定的指导作用,为混凝土徐变效应分析提供了一种新的研究方法。     

混凝土自锚式悬索桥极限承载力影响因素

为了研究各种因素对混凝土自锚式悬索桥极限承载力的影响,采用弹塑性有限元方法,对一座跨径160m混凝土自锚式悬索桥的极限承载力进行了全面分析,研究了不同加载方式、混凝土收缩徐变、主梁和索塔配筋率、吊索安全系数、主缆弹性模量以及锚固端约束条件对桥梁极限承载力的影响.研究结果表明:加载方式、吊索的安全系数和锚固端约束条件对该桥极限承载力影响较大,而混凝土收缩和徐变、主梁和索塔的配筋率、主缆的弹性模量对该桥的弹塑性极限承载力影响较小,但对结构刚度影响较明显.     

自锚式悬索桥主缆线形计算非线性规划方法

基于分段悬链线法,介绍自锚式悬索桥主缆线形计算原理和步骤,考虑弯矩对加劲梁轴向刚度的影响,在迭代计算过程中,提出采用非线性规划方法,并与传统的影响矩阵法进行对比,计算结果表明,两者结果吻合,从而使借助大型通用优化软件对自锚式悬索桥主缆线形进行精确求解成为可能.     

自锚式悬索桥主缆线形计算及温度影响分析

目前,自锚式悬索桥主缆线形的计算理论主要有抛物线法、分段悬链线法和迈达斯软件(非线性有限元)法3种.其中抛物线法为粗略算法,分段悬链线法和迈达斯软件算法为较抛物线法更加精确的近似算法.本文首先对3种理论方法进行了分析总结,分别利用其对自锚式悬索桥工程实例进行了计算,并将计算结果进行对比分析,得出3种理论方法特点的同时验证了计算结果的准确可用性;然后对该自锚式悬索桥基准索在不同温度下的线形数据进行整理分析,研究温度对主缆线形的影响作用,为自锚式悬索桥主缆施工监控提供部分理论依据及经验成果.     

空间缆索悬索桥体系转换方案研究

为探索空间缆索悬索桥合理的体系转换方案,以主缆空间效应显著的江东大桥为原型,按照几何缩尺比1∶16设计了全桥缩尺模型,利用该模型进行了3种体系转换方案。体系转换后模型的索力及线形与理论计算非常一致,说明所采用的计算方法在吊索力控制、线形控制方面具有足够的精度。结果表明,通过调整吊索的张拉次序可以解决部分吊索安装前后横向角度差变化大的问题;由于主缆的扭转刚度难以准确确定,为减小施工误差,可通过扭转角的实测数据及时修正索夹空间安装角度,同时吊索索夹应尽量延迟安装紧固。     

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．     

自锚式混凝土吊桥的力学性能研究

通过对一座跨径240m自锚式混凝土吊桥的静、动力分析，研究了非线性、主缆矢跨比、主梁拱度、温度以及混凝土收缩徐变等因素对自锚式混凝土吊桥的受力影响。结果表明：自锚式混凝土吊桥基本满足弹性理论，混凝土收缩徐变对结构受力影响较大，主缆矢跨比越大，结构刚度越大；与同等条件的传统吊桥比较，自锚式混凝土吊桥具有良好的动力特性。     

自锚式混凝土吊桥的力学性能研究

通过对一座跨径240 m 自锚式混凝土吊桥的静、动力分析,研究了非线性、主缆矢跨比、主梁拱度、温度以及混凝土收缩徐变等因素对自锚式混凝土吊桥的受力影响.结果表明:自锚式混凝土吊桥基本满足弹性理论,混凝土收缩徐变对结构受力影响较大,主缆矢跨比越大,结构刚度越大;与同等条件的传统吊桥比较,自锚式混凝土吊桥具有良好的动力特性.     

重庆轨道交通鹅公岩大桥吊索张拉方案

以重庆轨道交通鹅公岩大桥为背景工程,研究600 m跨径自锚式悬索桥斜拉法成桥体系转换方案。通过数值模拟,分析多方案体系转换过程中桥梁结构各关键构件,关键部位的强度、变形控制指标,评价各方案的技术、经济、工期与管理等各项指标,以寻求该桥体系转换最优方案。结果表明:体系转换前主桥的目标线形以接近去二期恒载前的线形为最佳;以调整部分斜拉索索力提升主梁线形的方法效果最好;从主塔侧分别向中跨先连续张拉7根索,然后从主塔两侧依次向中跨和锚固端张拉吊索的方案最优;全部吊索安装完毕后从塔顶拆除斜拉索较为安全。     

自锚式悬索桥主缆成桥线形分析

基于悬链线解析模型,将加劲梁简化为刚性支承连续梁,根据悬链线索元的节点力与索单元投影的函数关系式,建立了自锚式悬索桥的分析模型.利用几何线形误差影响矩阵调整索端力,给出了求解主缆成桥线形和主缆无应力长度的非线形迭代方法.与有限元分析方法相比,该方法计算过程简单,精度满足成桥几何线形的设计要求,便于工程应用.算例分析表明,该方法计算结果与有限元方法计算结果具有较好的一致性.     

混凝土自锚式悬索桥结构内力分析

为研究混凝土自锚式悬索桥的结构受力特征以及与地锚式悬索桥的差别,通过计算实例,分析比较混凝土自锚式悬索桥结构的力学特性,研究其拱度、矢跨比变化时引起的内力变化规律,混凝土收缩、徐变对内力影响的规律.对于中小跨度的自锚式悬索桥来讲,除了主梁的轴力偏大以外,结构的其余内力与地锚式悬索桥的差别不是很大,差值在10％以内.拱度和混凝土的收缩、徐变的影响比较明显.与相应的水平加劲梁和不考虑收缩、徐变影响的计算结果比较,差值均在20％以上.弹性理论适合干中小跨度的自锚式悬索桥的设计和计算.     

独塔自锚式悬索桥施工过程索力变化规律试验研究

为了研究独塔自锚式悬索桥施工过程索力变化规律,依据北京密云县云蒙大桥1/20比例的整桥缩尺模型试验,针对独塔双跨自锚式悬索桥的施工过程进行了模拟试验研究,对比了5种常见的吊杆张拉方案,揭示了自锚式悬索桥体系转换过程索力的变化规律,经过综合分析选择二次张拉方案作为比较合理的施工方案.同时建立了该桥的有限元数值模型,通过对比分析得到一致的规律,对于同类桥梁的设计和施工控制提供了可借鉴的试验依据.     

Determination of reasonable finished state of self-anchored suspension bridges

A systematic and generic procedure for the determination of the reasonable finished state of self-anchored suspension bridges is proposed, the realization of which is mainly through adjustment of the hanger tensions. The initial hanger tensions are first obtained through an iterative analysis by combining the girder-tower-only finite element(FE) model with the analytical program for shape finding of the spatial cable system. These initial hanger tensions, together with the corresponding cable coordinates and internal forces, are then included into the FE model of the total bridge system, the nonlinear analysis of which involves the optimization technique. Calculations are repeated until the optimization algorithm converges to the most optimal hanger tensions(i.e. the desired reasonable finished bridge state). The "temperature rigid arm" is introduced to offset the unavoidable initial deformations of the girder and tower, which are due to the huge axial forces originated from the main cable. Moreover, by changing the stiffness coefficient K in the girder-tower-only FE model, the stiffness proportion of the main girder, the tower or the cable subsystem in the whole structural system could be adjusted according to the design intentions. The effectiveness of the proposed method is examined and demonstrated by one simple tutorial example and one self-anchored suspension bridge.