大跨径悬索桥主缆成桥线形计算方法研究及应用

悬索桥以其跨越能力大、结构形式简单及经济性能好等特点,在大跨径桥梁结构中得到广泛应用。主缆是悬索桥结构体系中的主要承重构件,主缆线形的计算在悬索桥设计与施工控制中具有十分重要的意义。通过研究大跨径悬索桥主缆线形的计算方法,以普立大桥为依托工程,采用有限元方法,建立有限元计算模型,计算结果为工程实际提供重要的指导作用。     

悬索桥主缆成桥线形的计算方法

为了准确地计算悬索桥主缆的成桥线形和无应力索长,采用悬链线单元建立了确定悬索桥主缆线形和无应力索长的计算公式;对计算悬索桥主缆线形的非线性方程组采用Newton-Raphson方法求解,并详细地讨论了吊杆力的计算及悬索桥主缆线形和无应力索长的计算过程;最后通过算例验证了该方法的有效性、计算精度和稳定性,并将计算结果与其他文献方法的计算结果进行了比较。分析结果表明：该方法具有计算过程简洁和计算精度高的优点。     

悬索桥主缆线形计算和绘图实用方法

以悬索桥设计为研究对象,介绍了悬索桥主缆中跨与边跨悬链线的理论公式,并阐述了悬索桥主缆线形的计算及绘图方法,指出实际工程中,在吊索集中荷载作用下,主缆线形会发生变化,为防止变形过大,设计应考虑主缆的重力刚度要求。     

悬索桥线形与施工控制软件

本文按悬索桥的实际情况将主缆简化为受沿弧长的均布荷载和吊点的集中荷载,主缆在吊索之间的线形为悬链线,在吊点处的线形则根据力平衡条件和变形相容条件加以确定,因此悬索桥的主缆线形为分段悬链线。据此理论建立了一套悬索桥主缆成桥线形和施工过程计算的精确方法,并开发了相应软件。     

悬索桥主缆成桥线形精确分析

以悬链线单元的单元节点力与索单元投影的函数关系式迭代计算悬索桥成桥状态主缆的线形和主缆的无应力长度。应用于算例,精度高,简单适用。     

空间主缆悬索桥主缆线形控制方案研究

空间主缆悬索桥施工过程中主缆横桥向线形和成桥线形相差过大,导致吊索下锚点无法插入锚杯。首先总结空间主缆悬索桥上部结构施工重难点,给出空间主缆悬索桥主缆线形控制方案研究思路和吊索安装时的偏角计算方法,以主跨1 060m空间主缆悬索桥—新建川藏铁路大渡河桥为例,对空间主缆索主缆线形进行计算分析,得到不同对拉装置布置方案对主缆线形、和对拉装置内力的变化规律。计算表明,在跨中布置3道对拉装置,可满足吊索安装需求。     

悬索桥基准索股的空缆状态

本文首先分析了影响悬索桥主缆线形的各种因素,然后采用精确的悬索桥缆索系统分析程序,对两座典型悬索桥的主缆线形进行了计算分析,比较了成缆空缆状态与基准索股空缆状态,得出了一些有意义的结论,供设计和施工时参考。     

人行悬索桥吊杆长度计算方法研究

在计算人行悬索桥吊杆长度时,由于桥梁跨径较小,有些设计单位近似采用抛物线法,但其主缆实际线形并非严格的抛物线。笔者利用MATLAB软件,通过比较不同跨径的人行悬索桥按抛物线法与多段悬链线法计算的吊杆长度差别,来说明用抛物线法计算吊杆长度的适用范围。     

悬索桥空缆线形计算

系统地阐述了悬索桥空缆状态线形分析的数值分析法和非线性有限元分析法。通过对不同跨径悬索桥的分析,得出将数值分析法和非线性有限元法相结合的方法,既能快速求出悬索桥的空缆线形,又能在精度上满足工程的要求。     

自锚式悬索桥主缆线形的计算

以南京市某自锚式悬索桥为背景,研究推导出了两种自锚式悬索桥主缆线形的计算方法：抛物线法和分段悬链线法,并且对两种方法的计算结果进行了比较,结果表明：分段悬链线法考虑因素较全面,较抛物线法计算复杂,但结果较精确,两种方法均可应用于自锚式悬索桥的主缆线形计算。     

大跨度非对称悬索桥的颤振稳定性研究

为了研究大跨度非对称悬索桥在不同非对称类型下的颤振稳定性,以主跨为628 m的某主缆不等高支承悬索桥为工程背景,基于全模态的三维频域颤振分析方法对悬索桥进行颤振稳定性分析。利用ANSYS建立了主缆不等高支承(支承高差0～40 m)和边跨跨度非对称(边跨跨度差0～40 m)悬索桥有限元分析模型,并编制相应双参数搜索迭代的APDL计算程序进行三维颤振稳定性分析。结果表明:在构造不等高支承悬索桥时,随着支承高差的增大,低阶模态频率变化较小,高阶模态范围逐渐减小; 弯扭频率比随着支承高差增加而不断减少,高差越大弯扭频率比降低越快; 桥梁颤振临界风速随着支承高差增大而不断降低,使得由于主缆不等高支承高差所引起的非对称结构形式对大跨度悬索桥梁结构的颤振稳定性有所降低; 在构造边跨跨度非对称悬索桥时,弯扭频率比随着边跨跨度差增加而减小; 随着支承跨度差的不断增大,悬索桥梁结构的颤振临界风速不断减小,但减小幅度很小,影响不大,在边跨跨度差较小时几乎可以不考虑对悬索结构的颤振稳定性影响。     

大跨悬索桥成桥状态初始构形及内力的确定方法

悬索桥结构分析的首要问题是如何确定成桥状态时缆、索、梁的空间位置(即成桥状态初始构形)和缆、索构件的内力(即单元初应变)。基于通用有限元程序,本文先用悬链线公式给出主缆的近似位置,然后通过对结构进行拆分、组合的分析过程,详细地给出了悬索桥成桥状态初始构形和缆、索内力的确定方法。对于单跨悬索桥的边跨,根据其主缆水平分力与中跨相等的原则,用悬链线公式即可给出主缆线形。最后,本文对润扬悬索桥的成桥状态进行了计算确定,并与竣工实测数据进行了对比。对比分析表明,计算结果与实测结果较为一致,本文方法具有很好的工程应用价值,可为同类大跨悬索桥的计算分析提供有益的参考。     

大跨度悬索桥结构架设参数精细算法研究

针对已有计算方法存在的不足之处,提出了一种大跨度悬索桥结构构件的无应力尺寸及鞍座、索夹的预偏量等架设参数的精细算法。该法考虑了二期恒载由主缆和加劲梁共同承担的实际情况;应用了小应变弹性悬链线单元、ＣＲ列式法梁单元,精确方便地模拟了鞍座及鞍座与主缆相切点的运动,通过迭代方法得到架设参数。江阴长江大桥架设参数计算的应用实例表明该法具有较高的精度。     

悬索桥易损性分析与简化模型

对中国当前已建和在建的车行悬索桥进行了统计分析,总结其分类特点,得到了统计意义上桥梁主要参数间的关系,并利用线性拟合得到趋势拟合公式。选取3座典型悬索桥（双塔地锚式平行双索面桥、双塔自锚式平行双索面桥、独塔自锚式空间索面桥）建立有限元模型,对影响悬索桥振动的主要参数进行了敏感度分析;利用塔底弯矩曲率曲线确定不同等级的损伤指标,采用增量动力分析(IDA)法得到地震反应需求值,通过计算不同损伤指标的能力需求比,对悬索桥的易损性进行分析。针对震后灾害快速评估的需求,建立单塔简化模型来计算易损性曲线。结果表明:对算例桥梁而言,主塔顺桥向弯曲振动,主塔刚度对自锚式平行索面悬索桥影响大,主缆刚度对地锚式平行索面悬索桥影响大;横桥向主塔刚度对3座桥影响均较大;地锚式悬索桥比自锚式悬索桥易损,而自锚式悬索桥中双塔平行索面桥抗震性能优于独塔空间索面桥;单塔简化模型在一定程度上能够满足震害后快速评估的需求,误差基本在工程上可以接受的范围。     

矮寨大桥轨索架梁系统的研制及工程应用

矮寨大桥为钢桁加劲梁单跨悬索桥。主跨布置为242m+1176m+116m。它横跨德夯大峡谷,峡谷两岸地势陡峭,桥面设计标高与地面高差达355米左右。为了克服运输条件差的困难,提出了轨索滑移架梁法的施工方案。它是利用悬索桥主缆作承重结构,永久吊索连接临时吊鞍支承张紧的轨索作为轨道,运梁小车在轨索上移动运送钢桁加劲梁段,到达待安装位置,借助缆载吊机垂直起吊安装。文中对轨索滑移架梁系统及其缩比模型试验和足尺模型试验进行了介绍,同时对缆载吊机的设计和试验也进行了描述,最后介绍了工程应用情况。试验和工程应用结果表明: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和推广价值。     

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。     

悬索桥加桥头拉索的计算方法

悬索桥加桥头拉索一般用于悬索桥多于三跨或用于三跨悬索桥其边跨的悬索抛物线弓形高f比较大时。桥头索的作用是减小桥头的水平位移,对于桥梁整体稳定有重要作用。首先介绍强力拉索的位移计算方法,然后结合文献[1]导出悬索桥加桥头拉索的精确计算方法并应用于实际工程。     

Mechanical performance analysis and stiffness test of a new type of suspension bridge

A new type of suspension bridge is proposed based on the gravity stiffness principle. Compared with a conventional suspension bridge, the proposed bridge adds rigid webs and cross braces. The rigid webs connect the main cable and main girder to form a truss that can improve the bending stiffness of the bridge. The cross braces connect the main cables to form a closed space truss structure that can improve the torsional stiffness of the bridge. The rigid webs and cross braces are installed after the construction of a conventional suspension bridge is completed to resist different loads with different structural forms. A new type of railway suspension bridge with a span of 340 m and a highway suspension bridge with a span of 1020 m were designed and analysed using the finite element method. The stress, deflection of the girders, unbalanced forces of the main towers, and natural frequencies were compared with those of conventional suspension bridges. A stiffness test was carried out on the new type of suspension bridge with a small span, and the results were compared with those for a conventional bridge. The results showed that the new suspension bridge had a better performance than the conventional suspension bridge.     

用于悬索桥非线性分析的鞍座-索单元

悬索桥是跨越能力最大的一种桥型,鞍座是使主缆转向的一个重要构件,直接约束着主缆的变形。然而,鞍座及其顶推的模拟一直是悬索桥非线性分析时的一个难点,现有方法存在一定的不足之处。为此,本文提出了一种基于弹性悬索精确解的二节点新单元———鞍座-索单元,这种单元隐含了主缆与鞍座相切及主缆无应力长度保持不变这两个重要条件,同时将鞍座及其顶推的模拟融为一体,提出了基于NewtonRaphson法的状态求解方法,并推导了其切线刚度矩阵和等效节点力。计算表明,状态求解方法精确而有效,切线刚度矩阵推导正确。采用这种单元,既可使悬索桥非线性分析的计算模型更接近实际结构,也能显著提高计算精度和计算速度,并且具有很好的通用性。     

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。