悬索桥施工过程精细化分析研究

随着悬索桥跨径的增大,主缆恒载索力所占的比重也随之增大,而安全系数又逐渐减小,因此,有必要对悬索桥的施工过程进行更为精确的分析。为此,首先完善了基于悬索精确解析解的索单元,提出了能自动满足主缆与鞍座相切且主缆无应力长度保持不变这两个重要条件的、能方便模拟各种鞍座及其顶推的鞍座-索单元,并根据悬索桥施工计算的特点,提出了在一个荷载步内将不平衡力分级施加的非线性方程求解新算法,最后将数值解析法与有限元法有机地结合起来进行悬索桥理想恒载状态的求解。计算表明,该方法是精确而有效的,可用于采用各种方法施工的悬索桥施工过程的精确分析和施工方案的优化,也为悬索桥的施工控制奠定了良好的基础。     

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。     

三维退化纤维梁单元线性和非线性有限元分析

为了解决曲线梁、任意形状截面梁、以及复合材料梁等结构的计算问题，基于退化理论推导得到三维退化纤维梁单元。该单元采用平截面基本假设，考虑剪切变形的影响，用轴线节点位移表示梁单元任意一点的三维位移场。根据UL列式，推导得到该单元考虑几何非线性和材料非线性的切线刚度矩阵。由上述理论编制了有限元计算程序，通过对几个典型算例的分析，证明了这种纤维退化梁单元的精确性、高效性和通用性。     

悬链线单元在悬索桥主缆下料长度计算中的应用

本文用悬链线单元模拟主缆，通过迭代计算了主缆的线形及下料长度。悬链线单元的应用，简化了主缆与鞍座相切蹼位置及主缆下料长度的求解方法。算例表明结果具有很高精度。     

悬索及悬索-框架结构的几何非线性分析

运用修正Lagrange坐标描述 ,引进五节点曲线索单元和四次多项式为位移插值函数 ,基于非线性应变定义 ,推导了悬索单元的切线刚度矩阵 ,采用刚度凝聚方法 ,大大减少了计算机的存储和计算量 ,并使得曲线索单元能与PEP单元相结合 ,实现对大跨度和复杂的悬索及悬索 -框架结构全过程的几何非线性分析与设计。算例计算结果表明 ,该方法精度很高 ,便于应用     

中小跨径悬索桥主缆线形简化计算方法研究

悬索桥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,针对精确的计算理论在有限元迭代计算中难以收敛和耗费大量计算时间的缺点,考虑到中小跨径悬索桥的小垂度主缆的特点,给出不同重力刚度下索单元与梁单元相互转化的理论依据,从理论上保证了在主缆线形计算中采用梁单元模拟主缆的可行性;介绍了梁单元几何非线性计算的基本原理与基本方法,并通过固镇县浍河二桥主缆线形计算验证了方法的可靠性。实际计算结果表明,对于中小跨径悬索桥主缆线形所采用的这种简化计算方法,具有计算速度快、算法稳定、易于收敛的优点。     

四节点索单元的悬索结构非线性有限元分析

针对柔性悬索结构几何非线性的特点,提出了一种四节点等参曲线索单元有限元模型,并采用三次多项式作为位移插值函数及单元初形状函数,基于修正的Lagrangian坐标描述法,从虚功原理出发推导出单元基本方程和单元切线刚度矩阵,集成后利用Newton-Raphson法求解并编制了程序进行实例计算。结果表明,本文方法精度很高且收敛速度快,可供悬索及索网等张拉结构分析、设计时采用。     

基于有限元列式的悬索桥主缆找形算法

针对悬索桥主缆体系的找形问题,提出一种整体性更强的数值迭代算法,能够将线性有限元法则引入到索结构平衡坐标的计算中。该算法核心思想来源于拱桥合理拱轴线与悬索桥平衡主缆的力学共性,即将平衡主缆整体看作是"合理轴线",基于桁架单元和结构力学的基本原理直接建立单元坐标与杆端力的关系式,形成类似于有限元单元刚度方程的单元迭代方程,再组集成以节点坐标为未知数的总体迭代方程;通过迭代求解线性方程组直接求得平衡坐标。通过二个典型实桥算例与非线性有限元方法进行对比,验证了该方法具有较高的精度;通过调整迭代初始参数的收敛性分析,表明该算法对于初值是不敏感的,具有较高的普适性。     

基于稳定函数的空间薄壁构件几何刚度矩阵

为真实描述结构二阶弹性分析中可能出现的侧扭屈曲变形和翘曲扭转变形,精确满足增量虚位移原理,结合梁柱法和有限单元法,基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理和三维空间薄壁构件理论,提出采用拉弯、压弯、纯弯及扭转状态下薄壁构件平衡微分方程的解作为插值函数,详细推导了考虑截面翘曲影响的空间薄壁梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵,推导过程中同时考虑了双向弯曲和扭转及其各耦合项对刚度矩阵的影响。并通过算例证实了文中方法的精确度和有效性。     

钢-混凝土组合构件非线性分析

采用三次多项式分段模拟混凝土、钢筋和型钢材料的非线性本构关系 ,以平截面假定为基础 ,推导出双向偏压钢筋混凝土、钢骨混凝土及钢 -混凝土组合构件截面非线性分析通用公式 ,得到的截面割线、切线刚度矩阵是线性与非线性刚度矩阵的叠加。应用标准有限元方法和截面非线性刚度矩阵 ,推导出梁单元刚度表达式。所得到的表达式含义清晰、计算简便 ,分析结果与实验结果吻合很好     

基于规范车辆荷载模型的三塔悬索桥中间塔鞍座抗滑安全评估

中间塔鞍座抗滑安全是三塔悬索桥设计的关键问题之一,其特点与传统两塔悬索桥不同.根据鞍座与主缆间的抗滑力学模型,中间塔两侧的不平衡车辆荷载是导致主缆与鞍座滑移的主要因素.由于三塔悬索桥体系存在明显的几何非线性特性,通过分析明确了对于中间塔抗滑问题,不考虑车辆荷 .载的几何非线性是偏安全的,于是可选用基于叠加原理的线性理论计算车辆荷载效应.基于规范车辆荷载模型的中间塔鞍座抗滑安全评估表明,不同规范标准下的车辆荷载都能保证中间塔鞍座的抗滑安全,但相应的抗滑安全水平存在差异.因此为获取更加精细化的评估结果,有必要在桥梁实际工作状态下开展进一步的研究.     

悬索桥教学难点解析

主索鞍与塔顶的相对位置、索鞍预偏量、索鞍顶推原则是悬索桥课程教学难点。文章对此进行了深入剖析,补充了主索鞍与塔顶的相对位置结构图,推导了相对位置及预偏量计算公式,既丰富了教材内容,又有助于学生理解,提高学习兴趣。     

单塔空间索面自锚式悬索桥主索鞍及散索套制作

悬索桥因其造型流畅、美观而在世界各地迅速发展。桥梁缆索结构由平面逐步发展为空间缆索结构。适用于空间缆索结构的自锚式悬索桥主索鞍、散索套的设计与制作尤为重要。本文以天津富民桥为例,对其主索鞍、散索套结构进行简要的概括,重点简述其主索鞍、散索套的加工制作工艺,为今后我国空间缆索结构的悬索桥主索鞍、散索套的制作提供有益的探索。     

基于UL列式的两节点悬链线索元非线性有限元分析

从UL列式的虚功增量方程和索的悬链线方程出发,建立起了一套完整的对索进行精确分析的非线性有限元法。在该方法中,索的自重影响未作任何的近似予以考虑;导出的索单元切线刚度阵是显示表达式;索单元的节点力可以精确计算。本文方法可以方便地应用于大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等的非线性有限元分析计算。     

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。     

考虑主缆弯曲刚度后对悬索桥的影响

通过完全无弯曲刚度的链条“主缆”模型与有一定弯曲刚度的铁丝“主缆”模型的对比试验,及针对试验情况所进行的有限元分析,初步研究了考虑悬索桥主缆弯曲刚度后的影响情况。试验结果以及数值模拟计算结果均表明,随着悬索桥跨度的增加,主缆垂跨比的减小,主缆实际存在的弯曲刚度对垂度的影响较大,如果再考虑索夹局部加强作用等的因素,则对一些悬索桥的受力和变形可能产生不利的影响,因此应该考虑主缆实际存在的弯曲刚度。     

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。     

中塔纵向刚度对三塔缆索承重桥静力特性影响

简述三塔斜拉桥和三塔悬索桥的静力特性,提出三塔斜拉一悬索协作体系桥梁,用ANSYS软件对三塔缆索承重桥梁各体系建立三维有限元模型,分析比较各体系的静力特性及讨论中塔纵向刚度对各体系结构性能的影响。