津保铁路矮塔斜拉桥的动力特性

以津保铁路矮塔斜拉桥为例,应用大型有限元软件Midas／Civil对该桥建立全桥模型,采用子空间迭代法对其进行动力分析,得出该桥的自振频率和振型,并讨论了边界条件对其动力特性的影响．计算结果表明：设置辅助墩能明显提高结构的整体刚度,并对结构的自振频率和振型有较大影响．研究结果可为同类型矮塔斜拉桥的设计和施工提供参考．     

连续多跨矮塔斜拉桥力学性能分析

以开封黄河二桥主桥为研究对象,采用有限元程序Midas/civil对该桥进行了力学性能分析.计算结果表明:由于该桥塔高与跨径之比较大,斜拉索承担较多的竖向荷载,能有效降低主梁支点截面的高度和内力;主梁的内力与变形表现为多跨连续梁的受力特点,主梁基本全截面受压,轴力分布较为均匀,在桥塔根部支点处出现较大正弯矩,跨中出现负弯矩;主梁刚度较大,整体变形以向上为主,变形量较小;主塔只起到拉索转向块的作用,纵向受力较小,故各塔顶纵桥向位移较小,在中等跨径范围内,可采用多跨矮塔斜拉桥方案解决普通多跨斜拉桥的刚度问题;每根塔柱两侧拉索的拉力由内向外依次小幅增大,总体分布均匀,边跨索索力最大,活载作用引起的拉索应力增幅较小;桥梁结构在非对称活载作用下的受力更为不利;各构件控制截面应力及变形均在桥梁设计规范规定范围内,且具有足够的安全储备,桥梁结构受力合理.     

矮塔斜拉桥竖弯频率的能量法估算实用公式

为方便计算矮塔斜拉桥的竖向自振频率,基于双塔塔梁固结、墩支承的矮塔斜拉桥,应用Rayleigh法,推导了一阶对称和反对称竖弯振动频率公式,提出了名义单位质量的抗弯刚度的概念,对此公式的可行性进行了算例验证,并讨论了该公式的应用对象。研究结果表明：支承条件对该体系的竖弯频率影响较大,进行频率计算时应准确考虑支承条件;给出的能量法得到的竖弯基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求;该公式适用于双塔塔梁固结、墩支承的矮塔斜拉桥,抗风设计规范中的竖弯基频公式不适用于此类桥梁。     

不同参数影响下单索面矮塔斜拉桥自振特性分析

通过有限元软件Midas/Civil建模计算,对国内某矮塔斜拉桥进行动力特性分析,采用Lanczos法进行模态分析,列出了大桥的前几阶自振频率和相应的振型;分析研究桥塔高度、桥塔刚度和混凝土弹性模量3类参数对桥梁自振特性的影响,并对其规律进行分析讨论,为今后矮塔斜拉桥相关设计提供依据.     

某矮塔斜拉桥主梁受力分析研究

矮塔斜拉桥是介于连续梁桥和普通斜拉桥之间的新型桥梁，其受力以主梁为主，拉索为辅。本文通过有限元软件M IDAS建立全桥模型，对主梁最大双悬臂状态及成桥状态进行受力分析，并获得相关结论，可为同类桥型设计提供参考依据。     

无背索波形钢腹板部分斜拉桥动力特性分析

以新密市溱水路大桥为研究对象,采用Midas/Civil有限元程序,建立了该桥的空间力学计算模型,计算了桥梁结构的自振频率和振型,结合已建成的多座无背索部分斜拉桥振动特性分析结果,对桥梁动力特性和刚度特点进行了讨论.计算结果可为该类型桥梁的设计、施工及使用阶段的健康检测和维护提供借鉴.     

宽幅矮塔斜拉桥最大悬臂阶段主梁受力分析

矮塔斜拉桥主梁不仅受轴向压力,还要承担相当部分的弯矩和剪力,所以其受力复杂,空间应力的不均匀现象十分严重。并且随着箱梁的宽度的增大剪力滞效应更加严重,施工过程中主梁截面剪力滞对结构的影响较成桥以后更大。本文以在建的江肇高速公路西江特大桥为研究背景,采用有限元理论,建立了拉索锚固区梁段空间有限元模型,分析最大悬臂施工阶段的主梁空间受力状态。分析结果表明该桥设置后浇段的施工方法在最大悬臂施工阶段主梁的受力状态合理,对同类桥型的设计和施工具有一定的参考意义。     

混合梁弯塔斜拉桥动力模型试验及理论分析

为研究斜拉桥的动力性能,对一座特殊形式的混合梁弯塔斜拉桥进行了缩尺模型的自振频率及振型测试,并用ANSYS程序建立了空间有限元模型,对动力特性进行理论计算和分析,二者结果基本一致,说明试验结果的准确性可信．并应用理论模型分别计算分析了相应琴桥形式的直塔和混凝土加劲梁动力特性,比较结果表明,主梁材料的变化对结构动力性能影响不大,而桥塔的曲直对结构动力性能有较大影响．     

斜拉桥塔梁同步施工过程的力学特性

为了研究斜拉桥在满堂支架分段拆除的塔梁同步施工过程中主梁、主塔和斜拉索等结构力学性能的变化,通过Midas/Civil(multitier distributed applications services/Civil)有限元分析软件,实现了斜拉桥施工过程的结构力学性能计算分析。依托亚洲最大转体重量斜拉桥—邹城斜拉桥(主跨为110 m+110 m独塔双柱双跨双索面混凝土斜拉桥)为背景开展研究,采用弹性受压连接单元模拟满堂支架,空间梁单元模拟主梁、主塔,考虑现场实际施工过程,开展了邹城斜拉桥结构受力和变形的数值计算。对比分析了数值计算结果与现场实测数据分析结果。结果表明:拆除满堂支架前后,支架支反力计算值最大增加382 kN,斜拉索索力计算最大变化值占该索索力的0.96%,实测索力最大变化值占该索索力的1.67%,主梁线型实测最大变化值为-7 mm。斜拉桥主梁相应节段的斜拉索张拉完成,是满堂支架分段拆除的塔梁同步施工应用于现场的前提条件。     

冲刷作用对双塔中央索面PC斜拉桥地震响应的影响

双塔中央索面PC(prestressed concrete)斜拉桥广泛应用于交通量日益增长且桥下设墩受限严重的经济发达区域。由于该类桥梁的主梁宽高比较大,对其开展抗震性能的研究尤为重要。为了研究冲刷作用对该类斜拉桥地震响应的影响,以主跨400 m的某大桥为例,采用SAP2000软件建立该桥空间有限元模型,分析该桥基础在考虑河水冲刷和不考虑河水冲刷两种情况下的地震响应。结果表明:主塔关键截面轴力和剪力的地震响应几乎不受冲刷影响,但冲刷对主塔关键截面弯矩的地震响应有一定影响;冲刷对主塔塔顶位移、主梁梁端位移以及塔、梁端的相对位移的地震响应的影响均较小。     

单斜塔混合梁斜拉桥计算分析与试验

为了解桥跨结构的实际承载能力,研究其在使用荷载下的静、动力性能,针对—（112＋48）m单斜塔双索面混合主梁斜拉桥进行结构受力分析,并进行成桥的静载与动载试验。采用专用程序建立全桥的有限元模型,分析设计荷载下的桥跨结构的荷载效应及其分布。根据桥跨结构的受力特性,针对主跨钢箱梁及边跨混凝土梁以及塔的最不利弯矩截面进行静载试验,测试对应梁体、塔的应力以及梁体、塔顶的位移,并进行斜拉索的索力测试。静载试验结果表明,桥跨结构实际受力状况与计算模式相符较好;静载下主跨钢箱梁,边跨混凝土梁及塔的实测应力相对较低;静载下几何位移基本小于计算值,说明实际桥跨结构具有良好的结构强度与刚度。同时采用脉动法进行自振特性测试,并进行行车、跳车激振试验,动力试验表明桥跨结构动力特性良好。     

分组集聚式斜拉桥索塔锚固区传力机制

为研究新型分组集聚式斜拉桥锚固形式应力安全及钢-混传剪机理,以某公路大桥为背景,选取分组集聚索塔锚固节段为分析对象,运用有限元软件ABAQUS建立锚固区精细的数值模型.根据桥塔等效杆系模型的分析结果确定节段模型准确的荷载及边界条件,分别计算分析了3种工况下锚固区混凝土及钢横梁应力分布;通过对钢-混界面的各向应力及位移分布研究,探讨在不同程度预应力损失和钢-混界面摩擦系数影响下钢横梁与混凝土桥塔的传剪受力机理.研究结果表明:设计荷载工况下,钢横梁梁端剪力主要由界面静摩擦力承担,塔柱与钢横梁未发生相对滑动,具有足够安全储备;当锚杆预应力损失达到60%或接触面摩擦系数减小为0.2时,钢-混界面处于临界摩擦状态,相对滑移增大,结构处于相对不安全状态.     

中央扣对三塔悬索桥动力特性的影响

基于ANSYS软件建立了泰州长江公路大桥的三维有限元计算模型,并采用子空间迭代法对其进行了自振特性分析,研究了在主跨跨中主缆和主梁之间设置中央扣对大跨度三塔悬索桥动力特性的影响。结果表明：中央扣的设置对第1阶竖弯振型有较大影响,对某些竖弯振型有非常大的影响,而且较明显地推迟了1阶反对称扭转振型的出现,增大了侧弯振动频率;对单跨内反对称侧弯振型的影响大于单跨内正对称侧弯振型,使得以缆索振动为主的振型推迟出现;所得结论为该桥的抗风、抗震研究提供了必要的信息和研究基础。     

基于主梁轴力的部分地锚斜拉桥极限跨径及关键部位力学响应

为了解决部分地锚斜拉桥极限跨径不清晰的问题,以钢主梁极限抗拉、抗压强度相等即跨中地锚段主梁所受拉力和塔根处主梁所受压力相等为前提,基于斜拉桥索膜理论,求解部分地锚斜拉桥极限跨径,并得到极限锚跨比.推导了部分地锚斜拉桥极限跨径下的关键力学响应并与有限元解进行对比.研究结果表明:基于主梁轴力的部分地锚斜拉桥极限跨径约为普通自锚斜拉桥的1.4倍,其极限锚跨比约为0.293;近似计算公式推导的部分地锚斜拉桥关键力学响应与有限元结果基本吻合,误差产生的主要原因是实际桥梁结构中拉索布置体系通常为扇形而非辐射型.公式能满足概念设计阶段的要求,适用于快速分析部分地锚斜拉桥的受力特征与关键响应.     

某独斜塔地锚式预应力混凝土(PC)斜拉桥塔柱倾角优化分析

为了研究独塔地锚式预应力混凝土(prestressed concrete,PC)斜拉桥塔柱倾角的合理取值范围,采用非线性回归的方法,通过对某斜塔柱进行受力分析,得到最小塔柱倾角近似计算公式;推导拉索、锚碇、主梁、主塔的材料用量计算公式,并引入材料单价系数,对总造价与塔柱倾角及地锚背索倾角的关系进行分析,得到经济塔柱倾角近似计算公式.结果表明:独斜塔地锚式PC斜拉桥最小塔柱倾角随主跨边索倾角的增大而增大,随轴力作用下容许压应力绝对值的增大而减小;经济塔柱倾角受地锚背索倾角及轴力作用下容许压应力的影响,地锚背索倾角及轴力作用下容许压应力绝对值越小,经济塔柱倾角越大;地锚背索倾角在一定范围内,总造价随塔柱倾角的减小先减小后增大,减小地锚背索倾角,可降低总造价;塔柱倾角a不宜小于60°,地锚背索倾角θ不宜小于43°.     

管桥耦合下管线悬索桥的动力特性和地震反应

为了研究管线悬索桥大直径管线和桥梁的耦合作用对结构动力特性和地震反应的影响,以澜沧江管线悬索桥为研究对象,利用有限元软件建立实桥模型,分析了管线悬索桥在管桥耦合作用下的动力特性,并研究了管桥耦合对桥梁地震反应的影响.结果表明,与未耦合时相比,管桥耦合作用下桥梁结构的自振周期较长,自振模态被激励的先后顺序发生变化;在地震波激励下,管桥耦合作用对管线悬索桥不同构件的受力和变形具有不同的影响,其中索塔顺桥向剪力和主梁横向位移均减小,主梁上弦杆轴力和竖向挠度均增大.在计算过程中考虑管桥耦合作用的影响能够比较真实地反映结构实际的动力特性.     

多塔斜拉桥交叉索的纵向约束刚度

为明确交叉索对于提高多塔斜拉桥刚度的效果,建立带跨中交叉索多塔斜拉桥的力学模型.选取一个主跨作为隔离体,并将部分交叉索等效为竖向弹簧,研究交叉索的作用机理,推导交叉索对桥塔纵向约束刚度的解析公式.研究表明,当桥塔发生纵桥向位移时,梁段重量在交叉索中重新分配,导致交叉索的索力发生改变,从而产生对桥塔的约束作用.交叉索对桥塔的约束作用取决于交叉索的长度,水平投影长度以及交叉索的轴向刚度.建立三塔四跨有限元模型对解析公式进行验证,有限元结果与公式理论值符合良好,公式可有效估算交叉索的纵向约束刚度.数值分析表明,采用交叉索与增大桥塔或主梁刚度均能有效增大结构刚度,在桥塔及主梁刚度较低时,交叉索对增大结构刚度的效果尤其明显.     

香港汀九大桥自振特性测量

香港汀九大桥是一座三塔四索面的特大斜拉桥,结构新颖.为了进行更准确的抗风抗震分析,以及将来桥梁的健康检测,实验测量桥梁的自振特性是必不可少的.根据汀九大桥环境激励(主要是风)下桥振动的加速度传感器数据,利用谱分析方法来确定振型及对应的固有频率,通过半功率带宽法测得阻尼比.振型及对应的固有频率与有限元分析结果基本吻合.     

CFRP索和钢索斜拉桥地震响应分析与抗震验算

为了研究碳纤维增强复合材料（CFRP）索和钢索斜拉桥在地震响应和抗震性能方面的差异,以苏通长江公路大桥为参考建立了有限元动力学模型。采用等轴向刚度准则进行钢索和CFRP索的替换,利用时程分析法比较了不同索斜拉桥的地震响应值,并进行了抗震验算和评价。结果表明：相对钢索斜拉桥,CFRP索斜拉桥的自振频率有明显提高,位移和内力地震响应值减小,响应衰减较快,且抗震性能优势明显,其原因是CFRP索斜拉桥自重轻、索桥耦合振动的概率小、索的材料阻尼大等;所得结论可为CFRP索在大跨斜拉桥中的应用提供参考。