非均匀风下流线型箱梁悬索桥静风稳定性分析

大跨度悬索桥结构轻柔,风致响应明显。借助有限元方法,考虑悬索桥的几何非线性和位移荷载非线性,对非均风攻角来流沿主梁对称分布和非对称分布以及非均匀风速来流沿主梁对称分布和非对称分布时悬索桥的非线性静风稳定性展开研究。结果表明:正攻角来流会降低桥梁的静风失稳临界风速,负攻角来流有利于桥梁抵抗静风失稳,且负攻角来流对桥梁的静风稳定性影响程度比正攻角来流影响程度大;非均匀风攻角来流非对称分布时,可由小风攻角来流确定的静风失稳临界风速作为稳定性判断依据,非均匀风攻角来流对称分布时,可以选择平均攻角来流衡量桥梁的静风稳定性。非均匀风速来流对桥梁的静风稳定性有不利影响,且非均匀风速来流对称分布时的影响比非均匀风速来流非对称分布时的影响更大。在不同初始攻角下,这类来流对桥梁静风稳定性有着相似的影响,桥梁的静风失稳临界风速均随着风速非均匀程度增大而减小。     

大跨径悬索桥空气动力稳定性的影响因素研究

随着悬索桥跨径的增大，缆索直径以及作用在其上的风荷载、静风效应以及风速空间分布的非均匀性都将随之增强，对大跨径悬索桥的空气动力稳定性将可能带来不容忽视的影响．以润扬长江大桥为例，通过分析揭示了静风效应、风速空间分布的非均匀性以及缆索风荷载等因素对大跨径悬索桥空气动力稳定性的影响．结果表明：静风效应对大跨径悬索桥空气动力稳定性的影响比较重要，但是风速空间非均匀分布和缆索风荷载等因素对大跨径悬索桥的空气动力稳定性基本没有影响．     

斜风下大跨度悬索桥三维非线性静风稳定性研究

基于斜风作用下结构静风荷载计算模型,考虑结构和静风荷载双重非线性因素,建立了斜风下大跨度桥梁三维非线性静风稳定性分析方法,并编制了相应的计算程序。以润扬长江大桥南汊 悬索桥为研究对象,采用该程序进行不同风偏角和风攻角组合的非线性静风稳定性分析,探明了斜风效应对大跨度悬索桥静风稳定性的影响。结果表明：斜风下悬索桥的静风失稳形态仍然表现为主梁侧弯、竖弯和扭转耦合的空间失稳形态,斜风作用不改变悬索桥的静风失稳形态;斜风作用对悬索桥的静风稳定性存在正负效应,最低静风失稳临界风速出现在斜风情况下;静风失稳临界风速随初始风攻角的增加呈现偏态的倒 Ｕ 形变化规律,随着风偏角的增加,斜风作用对静风失稳临界风速的影响逐渐明显,影响幅度为－８％～６％,因此大跨度悬索桥静风分析需要充分考虑斜风的影响。     

非对称悬索桥施工过程抗风稳定性研究

以目前世界最大跨度的非对称结构型式的悬索桥——西堠门大桥为工程背景,分别模拟主梁从中跨跨中向两侧桥塔、从两侧桥塔向中跨跨中以及从两侧桥塔和中跨跨中同时向中跨四分点处对称拼装的施工顺序,采用三维非线性空气静力和动力稳定性分析方法,分析了主梁拼装过程结构的动力特性、空气静力和动力稳定性的演变规律,并从抗风稳定性角度提出了合理的主梁拼装顺序.结果表明:主梁从中跨跨中向两侧桥塔对称拼装时,结构可以获得较大的自振频率,同时具有较好的空气动力稳定性;主梁从两侧桥塔向中跨跨中对称拼装施工时,结构的静风稳定性最好;从总体抗风稳定性而言,主梁采用从中跨跨中向两侧桥塔对称拼装的施工顺序则比较有利.     

大跨人行悬索桥非线性斜风静力稳定研究

为研究大跨人行悬索桥在斜风作用下的静风稳定性,提出了一种实用的斜风作用下大跨桥梁静风稳定性分析方法。在小偏角下,忽略斜风对于桥梁断面气动外形的影响,基于正交分解方法推导了完全考虑桥梁静风空间变形影响的斜风静力荷载理论表达式,编制内外两重迭代的大跨桥梁斜风静力稳定分析程序,进行了420 m主跨人行悬索桥非线性静风稳定分析。结果表明：斜风静力荷载是有效风攻角与有效风偏角的函数,精确考虑斜风静力荷载作用,要求对有效风攻角和有效风偏角同时进行迭代;静风失稳形态是以主梁扭转变形为主的复杂弯曲扭转耦合的三维空间变形状态,在静风弯扭空间大变形作用下,背风侧缆索系统应力大幅卸载,最终背风侧抗风缆应力接近完全卸载导致悬索桥系统刚度丧失,进而发生静风失稳;该类大跨人行悬索桥最不利静风稳定来自于法向风,小角度斜风对该桥静风失稳临界风速影响不大。     

大跨度斜拉桥侧风非线性分析

考虑静风荷载非线性和结构几何非线性因素的影响,计及风速沿桥梁结构高度变化,采用增量双重迭代搜索法进行了斜拉桥静风非线性稳定分析,并编制了相应的计算程序。以湛江海湾大桥为例,探讨了静风荷载非线性、风速空间分布非均匀性等因素对斜拉桥静风失稳临界速度的影响。分析结果表明,主梁扭转变形、索和塔柱上的静风载荷对斜拉桥的抗静风稳定性影响较大。     

大跨度悬索桥主缆线形及内力计算方法研究

随着悬索桥跨度的增加,几何非线性的影响愈来愈突出,因此如何在结构分析中合理、精确地考虑其影响,具有重要的理论意义和工程价值。本文具体阐述了大跨度悬索桥线形与内力计算所涉及到的成桥、空缆及加劲梁吊装阶段基本原理,并充分考虑了施工过程中主缆的温度修正,在此解析法的基础上编制了悬索桥主缆计算程序SUSP-CABLE,算例表明本文计算方法的正确性,可供广大技术人员参考。     

超大跨径三塔悬索桥加劲梁吊装方案

为了寻找超大跨径三塔悬索桥建设中更为有利的加劲梁吊装方案,以主跨2 000 m三塔悬索桥为对象,运用参数分析结合有限元数值模拟的方法研究了主、边跨加劲梁不同吊装顺序对边塔鞍座偏移量、主缆线型、合龙位置、合龙段施工方法以及吊装过程中结构动力响应的影响.结果表明,超大跨径三塔悬索桥主跨加劲梁宜从跨中向索塔方向吊装,边跨加劲梁宜从锚碇向边塔方向吊装,该方案下主缆水平倾角小,扭转基频较大,颤振稳定性更好,且采用预偏合龙方法时所需要的牵引力小,因而按该方案吊装对桥梁建设更为有利.     

空间主缆悬索桥非线性静风稳定分析

通过五分量天平测试得到了右汉桥节段模型的三分力系数。借助大型有限元分析软件ANSYS,采用修正的增量与内外两重迭代的方法,对右汉空间主缆悬索桥进行了三维静风荷载数值计算。数值计算结果表明采用空间主缆的右汊悬索桥相对于平行双主缆的悬索桥具有更为优秀的静风稳定性能。设计并加工了缩尺比为1：90．35的右汊桥全桥气弹模型,均匀流中全桥气弹模型的静风稳定性试验结果表明,静风失稳临界风速明显高于设计风速。     

双主跨悬索桥静风失稳模式及其机理分析

随着双主跨悬索桥的广泛应用和跨度的增大,需要研究其静风稳定性能,以确保桥梁的安全稳定运营．采用风荷载增量与内外迭代方法,编制相应分析程序,对三座结构体系不同的双主跨悬索桥静风稳定性进行非线性全过程分析．通过与单主跨悬索桥静风失稳形态及双主跨悬索桥自身失稳形态的比较,得到了双主跨悬索桥静风失稳形态的典型特征,重点提出并阐述了双主跨悬索桥的两种静风失稳模式——双侧反对称失稳模式和单侧非对称失稳模式,并详细探讨了这两种失稳模式的产生机理．     

悬索桥主缆成桥线形的解析计算

根据悬索桥在恒载作用下的力学特点,对悬索桥的主缆线形及无应力索长的计算方法进行了研究.采用悬链线单元建立悬索桥线形和无应力索长的计算公式,结合施工中加劲梁的架设特点,确定了成桥线形分析中的吊索力,还对计算悬索桥主缆线形的非线性方程组采用Newton-Raphson迭代格式求解并编制程序.最后通过算例验证了该方法的计算精度、有效性和稳定性,并将计算结果与其他文献的计算结果进行了分析比较.分析结果表明：该方法具有计算过程简洁和精度高的优点,其精度满足成桥几何线形的初步设计要求,适用于大跨度悬索桥的主缆线形和内力的计算与分析.     

大跨度碳纤维复合材料主缆悬索桥的抗风性能研究

为了探讨碳纤维复合材料缆索在大跨度悬索桥中应用的可能性，以主缆等轴向刚度为原则，拟定了一座主跨为1490m的碳纤维复合材料主缆悬索桥，并运用三维非线性计算理论进行了动力特性、静风和空气动力稳定性的分析．通过与同跨度钢主缆悬索桥的比较，讨论了不同主缆材料对大跨度悬索桥抗风性能的影响．分析结果表明大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆后：（1）结构的自振频率特别是扭转频率有显著的提高；（2）静风作用下结构变形增大，但其静风稳定性却与钢主缆悬索桥基本接近；（3）空气动力稳定性要比钢主缆悬索桥好．因此从抗风性能角度而言，大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆是可行的，但是主缆截面尺寸的确定应采用等轴向刚度为原则．     

三塔悬索桥的结构体系及抗震性能研究

与通常采用的双塔悬索桥相比,三塔悬索桥因中间桥塔缺乏有效的纵向约束而导致结构整体刚度的下降,在地震作用下结构的动力反应问题可能会更加突出.以已建成的1 080m主跨的三塔双跨悬索桥-泰州长江公路大桥为工程背景,利用MIDAS/CIVIL有限元软件对其抗震性能进行分析,揭示了三塔悬索桥抗震性能的特点,在此基础上进行了主缆矢跨比、中塔刚度以及主梁约束方式等主要结构设计参数对大跨度三塔悬索桥地震反应的影响分析,并从抗震性能角度提出大跨度三塔悬索桥适宜的结构体系.研究结果表明:大跨度三塔悬索桥横桥向地震反应非常显著,尤其是边塔,因此应重视结构的横桥向和边塔的抗震性能.采用较大的矢跨比、柔性的中塔、中塔与主梁之间设置弹性索都可以有效地提高大跨度三塔悬索桥的抗震性能.     

大跨度悬索桥非线性静风稳定性全过程分析

大跨度悬索桥具有大跨度、纤细、轻柔的特点,其静风稳定性问题较为突出。基于增量内外迭代混合法求解非线性空气静力问题的原理,使用ANSYS/APDL语言编制了大跨度桥梁非线性空气静力分析程序,并运用该程序实现了大跨度悬索桥的非线性静风稳定性全过程分析,探讨了大跨度悬索桥的静风失稳过程和机理。     

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．     

压弯耦合效应下自锚式悬索桥自由振动研究

基于大位移非线性弹性理论的广义变分厚理,考虑了加劲梁的压弯耦合和剪切应变能的影响,建立了三跨自锚式悬索桥空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函,通过约束变分导出了自锚式悬索桥的竖向挠曲振动、横向挠曲振动和纵向振动的基础微分方程,忽略非线性项的影响,进而得到线性振动微分方程．以一座拟建的自锚式混凝土悬索桥为例,求出了竖向振动方程自振频率的解析解,并与数值解作了比较,证明了这一理论和方法为自锚式悬索桥的固有振动特性分析能提供可靠的依据。     

混凝土自锚式悬索桥结构内力分析

为研究混凝土自锚式悬索桥的结构受力特征以及与地锚式悬索桥的差别,通过计算实例,分析比较混凝土自锚式悬索桥结构的力学特性,研究其拱度、矢跨比变化时引起的内力变化规律,混凝土收缩、徐变对内力影响的规律.对于中小跨度的自锚式悬索桥来讲,除了主梁的轴力偏大以外,结构的其余内力与地锚式悬索桥的差别不是很大,差值在10％以内.拱度和混凝土的收缩、徐变的影响比较明显.与相应的水平加劲梁和不考虑收缩、徐变影响的计算结果比较,差值均在20％以上.弹性理论适合干中小跨度的自锚式悬索桥的设计和计算.     

特大跨悬索桥的缆索体系优化

以提高特大跨悬索桥的动力稳定性为目的,基于优化缆索体系的思路,对三种优化方案进行比较.综合考虑抗风性能、施工、经济等因素,通过力学分析,指出一种行之有效的空间索形体系.以某座主跨1 090 m的跨海悬索桥为算例,就实桥使用的平面索形与本文推荐的空间索形,利用自行编制的程序ECFS,分别计算出初始平衡状态下主缆与吊杆的无应力长度、坐标和张力.利用这些力学、几何参数在ANSYS中分别建立平面、空间索形模型,进行动力分析.经过对两种索形自振特性的对比,分析其振动性能的差异与原因,证实了该空间索形可以有效提高悬索桥的横向刚度、抗扭刚度,从而提升结构的动力稳定性.有可能成为大跨悬索桥的发展方向.     

混凝土自锚式悬索桥结构内力分析

为研究混凝土自锚式悬索桥的结构受力特征以及与地锚式悬索桥的差别。通过计算实例，分析比较混凝土自锚式悬索桥结构的力学特性，研究其拱度、矢跨比变化时引起的内力变化规律，混凝土收缩、徐变对内力影响的规律。对于中小跨度的自锚式悬索桥来讲，除了主梁的轴力偏大以外，结构的其余内力与地锚式悬索桥的差别不是很大，差值在10％以内。拱度和混凝土的收缩、徐变的影响比较明显。与相应的水平加劲梁和不考虑收缩、徐变影响的计算结果比较，差值均在20％以上。弹性理论适合于中小跨度的自锚式悬索桥的设计和计算。     

三塔自锚式悬索桥经济性能研究

在统计国内外部分已建成的自锚式悬索桥材料用量的基础上,基于银川滨河黄河大桥,研究三塔自锚式悬索桥的经济性能,建立各构件材料用量与结构参数、受力的关系,并以此为基础分析加劲梁材料、矢跨比和边中跨比等参数对造价的影响。研究得出:改变加劲梁的材料,对三塔自锚式悬索桥造价的影响较大;矢跨比的增加可以大幅减少主缆的造价;当桥梁总长一定时,边中跨比合理的范围内应选取较大值。