悬索桥主缆与索鞍间侧向力分布模式的模型试验研究

为明确主缆与索鞍间侧向力分布模式并为理论研究提供支撑,需开展针对性试验研究。通过在模型设计、加载方式及测试方法等方面的探索实践,形成了可行的侧向力试验方案。根据测试结果,研究了侧向力的分布模式及变化规律,并验证了理论研究成果的准确性。研究表明：侧向力与索力间基本呈线性变化关系,即在通常范围内增加索力所引起的接触挤压力的增大对鞍槽内离散体间的接触关系及传力机理并无明显影响;侧向力在层间分布差异明显,且不同高度处的侧向力随索力的变化率不同,说明侧向力与径向力间并非Janssen公式所述的固定比值关系;侧向力发展具有单向不可逆性;钢丝排列高宽比越大,其对应高度处的侧向力越小,但沿全高范围内的侧向合力越大;试验结果与理论结果吻合较好,证明所建立的主缆侧向力理论计算方法与公式是准确的。     

考虑鞍座顶摩擦力的悬索桥主缆无应力索长计算分析

悬索桥主缆线形计算中以主索鞍理论顶点为控制点,而实际线形为包裹主索鞍的圆弧段,因此主缆无应力索长须进行修正。文章根据主索鞍的几何位置关系,求解虚拟无应力索长及索鞍圆弧段无应力索长,并给出了考虑主索鞍与主缆摩擦力的伸长量解析式,其物理意义是：索鞍与主缆之间的摩擦力消弱了主缆拉力;主缆拉力和伸长量与主索鞍圆弧段圆心角有关。并以长沙市松雅湖自锚式混凝土悬索桥为例,计算得到的无应力索长对该桥施工控制有一定的参考价值。     

悬索桥主缆与鞍座间摩擦特性试验研究

多塔悬索桥需通过主缆与中主鞍座间的摩擦力平衡由各跨之间荷载不同所导致的主缆不平衡张拉力,主缆与鞍座间的抗滑移安全问题是多塔悬索桥发展面临的核心问题之一;二者的摩擦系数则是多塔悬索桥设计的基础参数。以典型的大跨度多塔悬索桥——武汉鹦鹉洲长江大桥为研究对象,对于其主缆与鞍座间的摩擦与滑移特性进行模型试验,就主缆与鞍座间摩擦特性的试验模型设计、测试方法、测点布置以及主缆与鞍座间滑移时刻的判别依据等关键问题进行研究。研究表明:根据实桥主缆与鞍座间的实际接触及受力情况进行模型设计,并在此基础上通过测试数据的合理选取实现二者间滑移时刻的准确判别以及索股张拉力的准确测试是模型试验研究的关键问题;不同类型及不同位置的测试数据对于主缆和鞍座间滑移的敏感程度不同;模拟主缆与鞍座抗滑移特性试验名义摩擦系数实测值均值为0.473;通过在承缆槽内增加两片铸钢金属隔板的方式能够提高模拟主缆与鞍座间的摩擦力,此时名义摩擦系数实测值均值增至0.552。     

悬索桥镀锌铝钢丝主缆索夹抗滑测试分析

考虑悬索桥结构索夹与主缆之间抗滑摩擦的重要性,对镀锌铝钢丝主缆与索夹摩擦系数展开研究,以两座不同规格悬索桥镀锌铝钢丝主缆与索夹的抗滑试验为例,对索夹处空隙率、索夹抗滑安全性、索夹螺栓紧固力损失进行分析。结果表明:悬索桥镀锌铝钢丝主缆与索夹的抗滑性能满足悬索桥设计规范要求;悬索桥镀锌铝钢丝主缆与镀锌钢丝主缆的抗滑性能在使用中可以相互参考。     

自锚式悬索桥主缆锚固段试验模型加载反力系统

为研究主跨600m自锚式悬索桥主梁主缆锚固段的力学性能和传力机理,需进行总荷载达1 296t空间加载的大型缩尺模型力学性能试验。通过方案设计、理论分析,提出了1套由千斤顶、纵向反力架、侧向反力架及竖向反力架组成的空间加载反力系统。加载方案将实际模型的主缆拉力改为等效加载的推力,以主缆散索锚固段作为加载点,并设计钢箱-混凝土组合加载承压垫块,采用4台千斤顶搭配纵向反力架对试验模型进行空间加载,模拟实际加载效应;为平衡试验模型因承受偏心加载而产生的水平分力,并限制模型侧向水平位移,加载反力系统设置侧向水平反力架;通过竖向反力架来平衡千斤顶空间加载产生的竖向分力,避免模型锚固横梁下部与支座脱离;采用抗剪锚杆群将加载反力有效传递至反力地板。对试验模型及加载反力系统的各部分构件、接触方式及边界条件进行非线性有限元分析。理论分析结果与试验实测结果比较表明:该加载反力系统受力明确,反力体系在2.0倍设计最大主缆力工况下处于弹性受力状态,具有足够的承载力且刚度满足要求,可安全有效地对试验模型进行加载。     

基于Abaqus的悬索桥主索鞍应力分析

为了解悬索桥主索鞍的受力状况,以某自锚式悬索斜拉协作体系桥梁方案设计资料为背景,根据设计细则对该桥主索鞍进行了抗滑计算并运用Abaqus有限元软件进行建模计算,分析了索鞍的两种工作状态,即空缆缆力作用下无拉杆力状态和最大缆力作用下有拉杆力状态。通过模拟计算分析,掌握了索鞍应力分布情况,确保结构受力安全。     

冷弯型钢骨架带交叉支撑墙体抗剪性能计算方法

进行了2块双面无板带交叉扁钢拉条支撑的冷弯型钢骨架墙体足尺试件(宽2.4m,高3m)抗剪试验。利用提出的墙体抗侧移刚度简化计算模型推导了墙体抗侧移刚度理论计算公式,并结合试验数据和有限元分析结果,得到墙体抗侧移刚度实用计算公式,公式计算结果与试验、有限元分析结果吻合较好;通过对墙体在水平力作用下的各种可能破坏模式的研究,提出了相应的墙体最大抗剪承载力计算模型,并结合试验和有限元结果,得到了墙体最大抗剪承载力实用计算公式,公式计算结果同试验、有限元分析结果比较一致。     

边坡与滑坡抗滑支护结构岩土荷载既不是主动土压力也不是剩余下滑力

当前,在我国工程界,边坡抗滑支护结构岩土荷载取土压力理论中的主动土压力,有时也取它与传递系数法中剩余下滑力的较大值;滑坡抗滑支护结构岩土荷载计算取剩余下滑力,有时也取它与主动土压力的较大值。该文对这种岩土荷载取值方法存在的问题进行了分析,提出了按稳定性计算公式反算法,该方法能弥补现行岩土荷载取值方法的不足。     

大型悬索跨越结构地震易损性分析

针对大跨超窄悬索跨越结构的地震响应,采用基于能力/需求比的方法对悬索结构进行了地震易损性分析,建立不考虑桩土共同作用、低桩承台桩基和高桩承台桩基三种ANSYS有限元模型,计算纵向+竖向和横向+竖向地震作用下跨越结构桥塔、桩基、缆索系统和鞍槽内主缆抗滑移的能力/需求比,确定跨越结构的抗震薄弱部位并进行易损性评价。计算结果表明,桩土共同作用及承台位置对跨越结构的地震响应有显著的影响,其易损性部位主要位于桥塔塔底截面、上塔柱底截面、上塔柱顶截面、桩基础以及塔顶鞍槽内主缆的抗滑移。     

运用复合刚度方法对Z型构件支撑屋面系统的侧向约束力分析

复合刚度方法是一种可以预测Z型截面构件支撑的屋面系统侧向受力的方法。该方法将一系列Z型截面作为单自由度系统分析,并采用刚度公式计算系统中不同的构件对于抵抗侧向位移的贡献。从力学理论中推导出屋面系统所需的抗力。     

三塔悬索桥桥塔适宜刚度体系研究

不同塔梁结合情况下的桥塔适宜刚度体系的研究对三塔悬索桥具有重要的意义。以泰州长江公路大桥为依托背景,针对塔梁固结体系、塔梁漂浮体系、塔梁半漂浮体系,通过改变中塔刚度,计算分析了中边塔刚度比、中塔刚度对跨中最大挠度和主缆抗滑移系数的影响。结果表明:主缆与鞍座间的摩擦系数取0.2的情况下,对于塔梁固结和半漂浮体系能够找到同时满足挠跨比限值（1/250～1/300）和抗滑移系数限值（2.0）的合理中塔刚度区间,对于塔梁漂浮体系不能找到同时满足挠跨比限值和抗滑移系数限值的合理中塔刚度区间。中边塔的刚度比不能有效反映桥塔刚度体系对跨中最大挠度和主缆抗滑移系数的影响,中塔的绝对刚度是二者的主要影响因素。适当地提高主缆与鞍座间的摩擦系数的取值能够增加中塔刚度的选择范围,具有较高的经济性和实用价值,建议三塔悬索桥中主缆与鞍座间的摩擦系数选取值可以放宽到0.25~0.3之间。     

Finite element modeling of cable sliding and its effect on dynamic response of cable-supported truss

The cable system of cable-supported structures usually bears high tension forces, and clip joints may fail to resist cable sliding in cases of earthquake excitations or sudden cable breaks. A analytical method that considers the dynamic cable sliding effect is proposed in this paper. Cable sliding behaviors and the resultant dynamic responses are solved by combining the vector form intrinsic finite element framework with cable force redistribution calculations that consider joint frictions. The cable sliding effect and the frictional tension loss are solved with the original length method that uses cable length and the original length relations. Then, the balanced tension distributions are calculated after frictional sliding. The proposed analytical method is achieved within MATLAB and applied to simulate the dynamic response of a cable-supported plane truss under seismic excitation and sudden cable break. During seismic excitations, the cable sliding behavior in the cable-supported truss have an averaging effect on the oscillation magnitudes, but it also magnifies the internal force response in the upper truss structure. The slidable cable joints can greatly reduce the ability of a cable system to resist sudden cable breaks, while strong friction resistances at the cable-strut joints can help retain internal forces.     

贵州镇胜公路北盘江特大桥索鞍设计

针对贵州镇胜公路北盘江大桥为贵州山区修建的主跨636m的钢桁梁悬索桥,介绍了该桥的主索鞍和散索鞍设计,通过有限元分析验证了手工简化计算结果,找出能反映索鞍真实受力情况的手工简化计算方法。     

弦支网壳结构中预应力拉索索力识别研究

以山西体育中心游泳跳水馆屋盖结构为例,对其预应力拉索索力识别进行了分析与计算,在实测索段自振频率的前提下,利用三种公式进行计算,对各公式的精度进行了比较与验证,为索力监测提供工程数据与实践依据。     

拉萨市纳金大桥锚索索鞍抗滑抗摩阻试验过程分析与总结

针对拉萨纳金大桥斜拉索锚索索鞍抗滑抗摩阻试验方法和试验过程，提出环氧握裹式抗滑锚固装置加载试验原理，按照抗滑试验方案要求，对环氧握裹式抗滑锚固装置进行测试，检验矮塔斜拉桥拉索桥塔锚固构造的静载抗滑移力学性能，对试验结果进行总结和分析，从设计和施工方面对斜拉索锚索索鞍抗滑抗摩阻性能提出建议。     

Performance of umbelliform tensegrity cable structurebased on energy principles

通过建立双层悬索结构形式之一的伞状结构的简化分析模型，运用能量原理，分别计算并列式和轮辐式伞状全张力结构在活荷载和风荷载作用下的总势能，根据势能驻值原理，对结构势能求偏导并将其结果进行简化，推导求得结构位移解析表达式，并迭代计算结构跨中压杆处位移、上索最大变形和索力。通过算例对比结构位移解析计算与有限元分析的结果，其误差较小。研究结果表明：在活荷载作用下，跨中压杆处位移、上索最大变形与荷载基本成线性关系；在风荷载作用下，跨中压杆处位移随预应力基本呈线性变化，而上索最大变形则具有较强的非线性。提出的解析计算式在矢跨比和垂跨比小于1/8时精度较高，可供结构初步设计时参考。     

索承网壳结构施工张拉索力的确定

基于有限位移理论,采用广义的杆系结构几何非线性有限元法,联系实际的施工方法和施工过程,提出了索承网壳结构施工计算的循环前进分析方法。该方法以实际施工顺序进行前进分析,以初应变增量索力调整方法进行循环迭代,能够精确计及结构的几何非线性、后批预应力筋张拉对前批预应力筋张力的损失以及其它因素的影响。用该方法获得的施工初始索力进行施工,设计索力及位形易于保证,是一种实用的、高效率的分析方法。编制的施工状态计算机仿真分析程序,可实现施工状态的实时跟踪分析与控制。     

山区悬索桥轨索滑移法施工的关键技术及其装置研发

针对山区的特殊建设条件,提出了悬索桥主梁架设的轨索滑移法施工技术。该方法是利用悬索桥主缆和吊索作承重结构,吊索下端连接吊鞍,吊鞍上支承轨索,利用在轨索上运动的运梁小车输送节段梁,待到达安装位置后,借助缆载吊机进行垂直吊装和安装。以矮寨特大悬索桥施工为背景,介绍了轨索滑移法架梁系统的组成和关键技术,以及核心组件吊鞍、运梁小车和轨索系统等的结构设计和计算分析。对整个架梁系统,介绍了整体缩比模型试验和足尺模型试验的试验方法和试验结果,并总结了实际工程应用情况。通过模型试验和工程应用的研究结果表明:轨索滑移架梁法能快速实现悬索桥的主梁架设,并具有很好的安全性和经济性,具有广阔的应用前景。     

肋环型索穹顶初始预应力分布的快速计算法

肋环型索穹顶是美国工程师Geigcr根据Fuller的张拉整体结构思想开发的一种新型预张力结构，并最早应用在汉城奥运会的体操馆和击剑馆。考虑到该结构是一种轴对称结构，本文提出了确定初始预应力分布的快速计算法．该法从平面径向桁架节点平衡关系入手，推导了不设和设有内拉环的肋环型索穹顶预应力杆内力一般性的计算公式。对特定参数的索穹顶结构还给出了内力计算用表。通过本文提供的分析方法、计算公式和内力计算用表，可方便快速地确定肋环型索穹顶结构的初始预应力分布，为该类结构的进一步设计和力学性能分析提供基础。