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.     

自锚式悬索桥自由振动研究

悬索桥自振特性分析是研究悬索桥抗风、抗震以及其它动力效应的基础．考虑加劲梁的压弯效应,计入大缆倾角和纵向位移的影响,基于大位移不完全广义势能泛函分析,运用变分原理推导了双塔三跨连续自锚式悬索桥加劲梁的自由振动微分方程,并根据简化后的微分方程得到自锚式悬索桥纵向和竖向频率计算公式,最后通过两个算例验证公式基本合理．     

三塔悬索桥的缆索体系及其抗风稳定性

以在建1 080 m主跨的三塔双跨悬索桥-泰州长江公路大桥为工程背景,分别试设计了具有空间缆索体系和平行双缆体系的两座方案桥,采用三维非线性空气静力和动力稳定性分析方法,分别对其动力特性、空气静力和动力稳定性进行了分析和比较,并探讨了具有良好抗风稳定性的三塔悬索桥的合理缆索体系.结果表明:三塔悬索桥采用平面双缆体系尤其是空间缆索体系后,结构的刚度明显增强,具有良好的结构动力特性,结构的抗风稳定性显著提高,相比而言采用空间缆索体系则更有利.     

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。     

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.     

塔梁分离式悬索桥动力及抗震性能

针对塔梁分离式悬索桥具有塔底不等高及设置地锚索等特点,以矮寨桥为背景,基于9组空间有限元模型从主梁的支承条件、吊跨比以及地锚索的数量三个方面进行桥梁结构模态以及抗震性能分析.结果表明:在动力特性方面,塔梁分离对悬索桥振动模态影响十分微小,而吊跨比的增加会使悬索桥的整体刚度下降,加设地锚索能很大程度提高结构整体刚度;在抗震性能方面,塔梁分离提高了悬索桥横桥向的抗震性能,纵桥向基本无提升,随着吊跨比增大,主梁内力及位移响应减小幅度较大,而主缆和吊索内力几乎无变化,地锚索主要影响纵桥向地震响应,减小主塔位移与内力,降低了主缆与端部吊索的应力响应.     

柔性悬索桥动力特性分析

对于整体刚度很低的柔性悬索桥而言,动力特性的分析非常重要.采用非线性的有限元理论,对柔性悬索桥进行了详细的动力分析,探讨了结构的动力特征值问题,最终找出了它所固有的动力特性.并通过与其他悬索桥的对比,进一步分析了柔性悬索桥的结构特点.分析结果还为系统的动力荷载分析提供了基础.这些分析数据还为施工控制以及日后桥梁使用过程中的健康检测提供了控制性的依据.     

车桥耦合在稳定型悬索桥上的性能

稳定型悬索桥是在普通悬索桥桥的基础上增加了反张索结构,以增加桥整体的稳定性。运用有限元软件分别在稳定型悬索桥和普通悬索桥中,进行移动力、移动荷载质量作用下和1/4弹簧质量车辆模型作用下3种车桥耦合的有限元分析,得出相应的位移响应图和加速度响应图。得出稳定型悬索桥在刚度和稳定性方面更加优于普通悬索桥,为稳定性悬索桥的分析研究提供一定的参考价值。     

FRP残余应力及纤维最佳预张力分析

分析了复合材料在制造过程中温变引起的残余应力和应变,同时考虑了纤维预加张力引起的残余应力和应变,提出了FRP纤维预加张力复合原理,确定了纤维最佳预加张力的范围,导出的结果是对FRP产品优化设计理论的补充。     

悬索桥主缆的次应力分析

针对在主缆的设计中,采用高的安全系数避免对细部次应力分析而使主缆的承载能力没有充分发挥的现状,尝试对悬索桥的次应力进行较为详细的分析.对悬索桥的主缆由于丝股长度差异、钢丝弹性模量差异以及钢丝弯曲等原因产生的次应力进行分析,并给出了相应的经验计算公式;对缆索角度变化产生的次应力,对以往的计算方法进行了分析,并针对更一般的情况进行了理论分析和公式推导,给出了计算算法;对于由于缆索形状的变化而产生次应力,分解为空隙率差异、截面特性差异、截面形状差异三部分进行分析.分析了悬索桥主缆出主鞍近六边形截面到第一个索夹处圆形截面引起的次应力.最后,结合国内某大跨度悬索桥主缆次应力计算的实例,对次应力的发生部位以及次应力对结构安全的影响进行了分析,并按照英国、日本和丹麦大跨度悬索桥主缆安全系数的计算方法对实例的安全系数进行了分析,认为其安全性能够得到保证.     

超大跨径CFRP主缆悬索桥静力性能理论分析

首先推导了大跨悬索桥的无量纲形式平衡方程和协调方程得到索力和位移控制方程,然后推导了索力方程中的特征参数λ2的表达式,分析了参数λ2和载荷比P对索力和位移增量的影响.在此基础上,以3 000m跨度悬索桥为算例,分析了在正反对称载荷工况下考虑和不考虑拉索弹性伸长情况下的悬索索力和位移增量的特征,最后对比钢索,分析了悬索桥跨度对CFRP缆索内力、位移控制方程参数的影响,以及参数变化对缆索体系悬索桥静力行为的影响,阐述了大跨CFRP悬索桥静力行为的本质特征,从理论上证明了CFRP悬索体系的优势和特点.     

悬索桥有限元建模及动力特性分析

以四渡河大跨悬索桥为工程背景,采用AN SY S建立3D有限元模型,针对缆索承重的特点,分析了主缆初始应变对平衡构型的影响、几何非线性因素对模型的作用以及桥的动力特性.在恒载作用下,主缆的初始应变对桥面变形影响很大.不经过恒载静力分析而进行模态分析将导致很大的误差;在恒载线性静力分析后进行模态计算,与恒载非线性静力计算后的模态结果差距较小;恒载静力分析中非线性因素大位移对模态影响甚微.     

四渡河特大悬索桥静力非线性分析

悬索桥具有很强的非线性特点,但是由于非线性计算复杂、工作量大,目前设计计算时常采用线性方法进行简化分析.采用非线性有限元方法对沪蓉西第十六合同段四渡河特大悬索桥进行施工阶段和运营阶段分析,并详细比较了运营阶段分别采用线性分析方法和非线性分析方法得到的结果,得出一些可供工程设计参考的结论.     

互通式立交匝道桥静动载试验研究

为了了解某互通式立交匝道桥的整体受力性能,对该桥进行了静、动载试验,根据试验和理论计算结果对其承载能力及工作性能进行了评价.结果表明:该桥在静载作用下桥梁控制截面的应力和变形满足设计要求,在动载作用下桥梁的振动频率、冲击系数和振动阻尼比等实测动态特性与理论计算结果吻合较好,有较好的动力特性,竖向刚度满足要求.所得结果为该桥的验收与养护提供了必要的技术数据.     

行波激励下多塔自锚式悬索桥地震响应规律

多塔自锚式悬索桥为新型桥梁结构,结构静动力性能十分复杂.以某三塔自锚式悬索桥工程为研究背景,建立三维数值分析模型,基于时程分析法研究不同视波速的行波效应对多塔自锚式悬索桥地震响应的影响规律.研究结果表明：边中塔身内力、塔顶索鞍抗滑系数、边跨主梁内力等地震响应均受行波效应的影响较大,而主缆、吊索及桥墩内力则受行波效应的影响则较小;不同视波速下的行波效应影响程度各不相同.总的来说,行波效应对多塔自锚式悬索桥的影响规律十分复杂,还需要进行进一步深入探讨.     

预应力混凝土悬带桥结构的分析计算方法

预应力混凝土悬带桥这种新桥型目前我国尚未修建。其跨越能力大，构造简单，施工方便。提出了悬带桥的施工控制，非线性问题，静力计算和动力分析的方法，并附有算例。     

自锚式悬索桥空间缆索系统的求解方法

由于存在着强烈的几何非线性效应,自锚式悬索桥的主缆和吊索的线形与内力的确定具有一定的困难,本文对自锚式悬索桥空间缆索系统的线形和内力的求解方法进行了研究.以单索的悬链线方程为基础,推导了空间主缆和吊索的线形和内力的递推-迭代计算流程,通过反复迭代直至主缆线形满足设计参数要求.在进行迭代计算时,切线矩阵的确定是迭代计算的关键.由于不能获得切线矩阵的理论表达式,提出了采用数值方式形成割线矩阵近似代替切线矩阵的求解策略,并通过构造牛顿类迭代格式进行求解.按照该求解方法编制了数值计算程序,经过算例验证,表明该求解方法是可行的,可用于具有对称或不对称形式悬索桥空间主缆和吊索的几何位形和内力的求解.     

悬索桥定期检测与养护实例研究

悬索桥因其强大的跨越能力和杰出的景观效果得到了众多青睐,但限于主缆材料的品质和荷载标准,这类悬索桥存在变形较大、钢构件容易锈蚀、承载潜力低等问题.结合印把子沟跨线桥的定期检测,介绍了悬索桥在定期检测养护中应注意的问题.     

悬索桥定期检测与养护实例研究

悬索桥因其强大的跨越能力和杰出的景观效果得到了众多青睐,但限于主缆材料的品质和荷载标准,这类悬索桥存在变形较大、钢构件容易锈蚀、承载潜力低等问题.结合印把子沟跨线桥的定期检测,介绍了悬索桥在定期检测养护中应注意的问题.     

钢筋混凝土斜腿刚架桥静力计算分析

为分析可变作用对桥梁受力的影响,结合邢台市柏乡牡丹桥的设计工作,研究了斜腿刚架桥箱梁特征断面在各种作用下的弯矩、剪力和轴力,分析了各种作用效应所占的比例.结果表明:该桥边跨跨中以受弯拉为主,中跨跨中以弯压为主,斜腿与箱梁相交处以剪弯为主.最后根据箱梁特征断面的受力性能确定了其各截面的控制作用工况.