板桁结合梁斜拉桥3D-ANSYS建模技术研究

以天兴洲大桥为背景,分析大跨度板桁结合梁公铁两用斜拉桥的结构特点.给出有限元法模型的假设条件与相关问题的处理技术.基于ANSYS平台,利用APDL开发工具,实现了大跨度斜拉桥的3D有限元程序化建模.并详尽介绍了建模程序框架与功能模块的实现方法,其成果可供桥梁设计与结构分析时参考.     

ANSYS二次开发技术在斜拉桥参数化建模中的应用

鉴于ANSYS已有功能和桥梁结构设计特点,通过ANSYS平台自带的开发环境以及其余外部件的开发接口,运用大跨度斜拉桥结构分析的理论,结合实际计算过程中对模型的处理方法,对基于ANSYS的斜拉桥分析建模中若干问题进行了二次开发,实现了在ANSYS中通过图形界面输入参数建立相应模型的过程.     

斜拉桥主梁节段施工过程标高与索力控制可靠度分析

鉴于大跨度斜拉桥结构响应难于显式化、结构非线性程度高,而有限元计算量庞大,以至大跨度斜拉桥施工控制可靠度分析具有复杂性,采用一种改进的可靠度分析方法,即响应面-蒙特卡罗法,进行大跨度斜拉桥施工控制可靠度分析。该方法是结合了大跨度斜拉桥施工过程有限元仿真分析、传统响应面法及蒙特卡罗法,能反映结构几何参数、材料参数和荷载参数变异性影响的大跨度斜拉桥施工控制可靠度分析方法。相对于传统响应面法,该法具有精度高的优点;相对于传统蒙特卡罗法,本方法具有计算量少的优点。将本文方法应用于国道主干线广州绕城公路南环段甘竹溪特大桥斜拉桥施工控制实践中,实现了该桥的施工控制可靠度分析,获得理想的结果,为该桥施工控制目标的制定提供了科学依据,同时也显示了本文方法的正确性与实用性。     

有效弹性模量法在大跨斜拉桥稳定计算中应用

为了确立大跨度斜拉桥结构的稳定设计法,提出了按有效弹性模量法计算弹塑性分支失稳方法.通过对跨度1 400 m的斜拉桥模型计算分析,验证了有效弹性模量法在大跨度斜拉桥稳定验算中的适用性及其计算精度.在此基础上进一步讨论了活载布置位置对结构弹塑性稳定强度和失稳特性的影响.结果表明,应用有效弹性模量法能够精确地推算出结构的弹塑性失稳强度;大跨度斜拉桥的轴力由恒载起支配作用,活载分布位置的改变对稳定强度影响十分有限,考虑与不考虑活载分布影响的计算结果相差不到10%,按满布活载的工况可以推算大跨度斜拉桥结构的最小稳定强度.     

桥面不平度对大跨度斜拉桥车辆振动的影响分析

将随机桥面平整度描述为零均值的平稳高斯随机过程,建立了大跨度斜拉桥空间有限元模型,考虑结构的初始应力效应和几何非线性因素,提出了一种斜拉桥车桥振动分析的简化方法.结合工程实例分析了桥面平整度对斜拉桥车辆振动的影响,为大跨度斜拉桥的科学管理和维护提供参考.     

利用模态应变能指标的斜拉桥拉索损伤识别

由于拉索是大跨度斜拉桥的主要承重构件之一,拉索中的损伤对于大跨度斜拉桥结构的安全会产生不利的影响.为实现对斜拉桥拉索损伤识别确保结构的安全,首先给出单元模态应变能定义,然后分析了基于单元模态应变能的损伤识别机理,提出了基于单元模态应变能变化率斜拉桥拉索损伤识别的实用方法,并以国内某重点斜拉桥为试验对象模拟3种不同的损伤工况情况,研究该方法的适用性.试验研究结果表明,单元模态应变能变化率指标是斜拉桥拉索损伤很好的敏感标识量,对单位置拉索损伤能够准确地给予识别,对于多位置拉索损伤识别,指标也能给予较好识别效果.该方法为斜拉桥拉索损伤检测提供了一条可靠有效的途径.     

超大跨度斜拉桥合理抗震结构体系研究

为研究超大跨度斜拉桥的抗震性能,以主跨1 400m的超大跨度斜拉桥设计方案为工程背景,采用多振型地震反应谱方法进行水平和竖向地震作用的结构反应分析,揭示超大跨度地震反应的特点,同时分析了主梁的高度和宽度、索塔结构型式、索塔高跨比、边中跨比、边跨辅助墩以及斜拉索锚固体系等设计参数对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,探讨了其合理的抗震结构体系.结果表明:水平地震作用下桥塔和主梁的地震反应显著,桥塔的塔底截面和主梁在塔梁交接处截面的地震内力非常大,应特别重视这些截面的抗震设计;超大跨度斜拉桥当采用A型桥塔并降低其高度、短边跨并设置辅助墩以及斜拉索采用部分地锚方式时,结构地震反应小,抗震性能良好,是其合理的抗震结构体系.     

超大跨度斜拉桥空气静力稳定性研究

空气静力稳定性（也称静风稳定性）是主跨超千米的超大跨度斜拉桥设计和研究的重要问题． 采用三维非线性空气静力稳定性分析方法,对１　４００ｍ主跨的超大跨度斜拉桥进行了空气静力稳 定性分析,并与同等主跨悬索桥的空气静力稳定性进行比较．在此基础上,分别就主梁的高度和宽 度、桥塔结构型式、桥塔高跨比、边主跨比、辅助墩设置、拉索锚固方式等结构设计参数对超大跨度 斜拉桥空气静力稳定性的影响进行了分析,并指出了关键的设计参数及其合理取值．结果表明：与 同等主跨的悬索桥相比,斜拉桥的结构刚度更大,空气静力稳定性更好,适宜采用于超千米跨度的 大跨度桥梁．超大跨度斜拉桥在增大主梁的高度和宽度、采用倒Ｙ形桥塔并增大塔高、减小边跨长 度、边跨设置辅助墩以及部分斜拉索地锚等情况下,都可以获得比较好的空气静力稳定性．     

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．     

山区大跨度钢桁梁斜拉桥极限承载力分析

山区大跨度斜拉桥结构组成复杂，在活载作用下整体结构的静力行为呈现明显的非线性，结构稳定问题突出，为此，以主跨为930 m在建的云南山区大跨度钢桁梁斜拉桥为背景，基于极值点失稳理论，考虑结构几何与材料双重非线性，进行稳定极限承载力分析，研究大桥在活载作用下的非线性行为和失效机制。鉴于山区风存在明显的“峡谷效应”,桥梁在施工中易受风荷载的影响，进行了最大悬臂施工状态的静风荷载的极限承载力分析。结果表明：几何非线性效应对结构性能的影响较材料非线性要小，大跨度斜拉桥整体的极限承载力由斜拉索的材料破坏控制；随着活荷载的增加，主梁弹塑性区逐渐发展，先后出现了受拉、受压塑性区，形成了4条屈服路径；在结构最大悬臂施工状态下，计算获得的桥梁横向静力极限承载力远大于十二级风速时对应的静风荷载。     

灰色系统理论在斜拉桥动态可靠度分析中的应用

分析斜拉桥结构动态可靠度时,目前抗力衰减预测的基本模型经验性都很大,对具体结构并不一定适用.采用灰色系统理论方法,将结构抗力及多个影响因素看作一个系统进行综合分析,对斜拉桥主梁关键截面抗力衰减进行了预测.这种系统处理的方法将多种因素的影响进行了动态的融合考虑,更接近实际结构抗力变化趋势.针对承载能力极限状态,可以计算得到斜拉桥结构的动态可靠度指标.将灰色系统预测与大跨度斜拉桥结构的健康检测相结合,对研究抗力衰减的预测将是十分适宜的.     

大跨度桥梁钢桥面板跨尺度疲劳损伤评估方法

大跨度斜拉桥正交异性钢桥面板的顶板与纵肋焊接构造细节在车辆荷载作用下易产生疲劳损伤进而导致服役性能降低、影响行车安全。为评估大跨度桥梁钢桥面板的疲劳性能,提出基于细观损伤力学的大跨度钢桥疲劳损伤跨尺度评估方法;推导了基于细观损伤力学的钢桥面板疲劳损伤演化模型,在此基础上,结合实测交通数据,实现了基于Monte-Carlo法的随机车流模拟;最后,将提出的方法应用于一座大跨度三塔斜拉桥。研究结果表明,大跨度斜拉桥钢桥面板体系焊缝周围区域的累积疲劳损伤程度明显高于桥面板体系的其他部位;顶板与纵肋焊接构造细节的疲劳损伤累积呈现明显的非线性,预测的疲劳寿命远小于Miner线性疲劳损伤累积准则的结果。     

动载作用下的大跨度双层斜拉桥组合梁桥面响应分析

采用全三维精细建模方法,建立了轻轨车辆及大跨度双层斜拉桥的耦合振动分析有限元模型,模型考虑了几何和材料的非线性,单元与节点数超过百万。采用接触均衡的并行计算方法在上海超级计算机曙光4000A上进行求解,解决了模型较大带来的计算困难。通过对车辆单向运行及双向汇车运行两种工况的仿真,分析了斜拉桥组合梁桥面关键部位桁架节点受力状态,得出了主、边跨中桥面节段的动力响应特性。     

基于神经网络的斜拉桥非线性随机静力分析

对于大跨度柔性斜拉桥的设计和结构分析来说，考虑结构几何非线性效应进行静力分析是一项重要的内容。但是，材料、几何尺寸、外部荷载等的随机性将影响计算结果。本文基于神经网络提出了斜拉桥非线性随机静力分析方法。通过若干次确定性有限元数值抽样对神经网络训练，训练后的神经网络能够模拟随机变量与结构响应之间的非线性映射关系。算例研究表明，各种随机变量的变异对斜拉桥结构响应影响规律不同。同其他随机变量相比，斜拉索弹性模量变异对斜拉桥跨中挠度影响最显著。主梁截面面积变异对斜拉桥跨中挠度和尾索索力具有显著的影响。     

斜拉桥体系可靠度分析

针对大跨度斜拉桥体系可靠度分析中由于失效模式众多带来的困难,结合某独塔斜拉桥的工程实例,应用β约界法搜索对结构失效概率起关键作用的主要失效模式,研究了斜拉桥2级体系可靠度.在搜索主要失效模式的各失效历程中,采用梯度分析随机有限元法计算斜拉桥主塔、主梁和斜拉索各个单元的可靠度指标,应用β约界法确定失效候选单元,将斜拉桥结构体系的失效等效为一个由若干并联子系统构成的串联系统.计算结果表明,斜拉索的失效对整个斜拉桥结构体系的失效起控制作用.     

多塔下拉索斜拉桥静力荷载试验和计算分析

针对加有下拉索的多塔斜拉桥这种新型的桥梁结构体系,参考某长江大桥实际工程建模,通过缩尺静力实验和有限元计算分析对比加劲索加下拉索多塔斜拉桥与常规无加劲索多塔斜拉桥的静力力学性能。试验和分析表明,加下拉索多塔斜拉桥结构体系可以有效提高结构刚度,减少塔墩根部以及主梁跨中的弯距。对比试验结果,提出了最佳的下拉索设置方案。     

基于阻尼器参数选择的桥梁结构抗震分析

分析了液压阻尼器的工作原理,以某大跨度斜拉桥为例,通过建立有限元模型,对桥梁结构的动力特性和抗震性能进行分析,探讨了不同阻尼系数对桥梁关键节点的地震响应。     

斜拉桥牵索挂篮施工模拟计算与分析研究

准确的施工过程仿真计算与分析是大跨度混凝土斜拉桥施工监控的关键问题之一,它可以为大桥各阶段的施工控制工作提供理论指导。根据涡河三桥主梁施工工艺和结构特点,分别建立牵索挂篮悬浇施工的前支点和后支点有限元计算模型,分析并对比了主梁的截面内力及线型的变化规律,从而为大跨柔性斜拉桥的施工控制提供理论依据。     

基于ANSYS的独塔斜拉桥非线性分析

论文以吉林临江门斜拉桥为实例,针对斜拉桥的高次超静定复杂结构,突破以往斜拉桥过于简化的建模形式,采用大型通用有限元分析软件ANSYS,建立了斜拉桥的三维实体有限元模型。考虑了材料的非线性本构关系、斜拉索的垂度、结构大变形和梁-柱效应对桥梁结构非线性的影响。论文给出了计算荷载工况下桥梁结构的整体变形图、斜拉索应力分布图、桥梁整体等效应力云图,分析结果为桥梁运营期间的检修与维护提供了重要的参考。     

大跨度斜拉桥钢和碳纤维拉索设计安全系数

为了确定合理的大跨度斜拉桥拉索设计安全系数和探索碳纤维拉索在斜拉桥中的适用性，利用考虑非线性影响的计算方法分析了跨度为1 400 m的斜拉桥设计方案的抗风性、结构刚度和强度，以及拉索设计安全系数变化对主梁结构设计的影响，从结构系统安全性要求出发讨论了拉索安全系数的合理范围.以应用碳纤维拉索的桥梁为对象，比较了使用碳纤维拉索的斜拉桥主梁在抗风性、使用性以及结构强度方面与钢索斜拉桥的差异.结果表明，在使用荷载作用下，1.7～2.5的钢索设计安全系数不会影响主梁的设计；当设计安全系数大于2.5时碳纤维索斜拉桥可以达到钢索斜拉桥的结构性能以及安全性能，而碳纤维索的自重仅为钢索的1/10左右