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．     

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.     

悬索桥主缆成桥线形的计算方法

为了准确地计算悬索桥主缆的成桥线形和无应力索长,采用悬链线单元建立了确定悬索桥主缆线形和无应力索长的计算公式;对计算悬索桥主缆线形的非线性方程组采用Newton-Raphson方法求解,并详细地讨论了吊杆力的计算及悬索桥主缆线形和无应力索长的计算过程;最后通过算例验证了该方法的有效性、计算精度和稳定性,并将计算结果与其他文献方法的计算结果进行了比较。分析结果表明：该方法具有计算过程简洁和计算精度高的优点。     

三塔悬索桥主缆与中塔鞍座抗滑简化计算方法

为研究三塔悬索桥主缆与鞍座的抗滑特性,给出了三塔悬索桥主缆抗滑安全系数的简化计算方法.考虑活载作用下塔、缆变形以及加载跨与非加载跨主缆内力的平衡关系,推导鞍座处主缆抗滑安全系数的解析计算公式;建立有限元模型对公式进行验证;研究垂跨比、塔缆刚度比、恒活载比、跨径等主要设计参数对主缆抗滑安全系数的影响.研究表明:该公式可用于悬索桥初步设计阶段主缆抗滑安全系数的估算,能够为设计参数的合理取值提供理论依据.主缆抗滑安全系数随着塔缆刚度比增大而减小,当塔缆刚度比小于3时,增大塔缆刚度比,主缆抗滑安全系数迅速减小,当塔缆刚度比大于3时,塔缆刚度比对主缆抗滑安全系数影响较小;垂跨比对主缆抗滑安全系数的影响取决于桥塔刚度;主缆抗滑安全系数随着恒活载比值及跨径增大而增大.     

悬索桥空间主缆找形分析的一种迭代算法

基于索的悬链线理论,提出了一种可用于悬索桥空间主缆体系线形分析的迭代计算方法.采用该计算方法可得到悬索桥空间主缆和吊索的内力、空间位置及有、无应力长度等信息.利用该方法编制了相应的计算机程序,并对算例进行了验证,结果表明该方法是可行的,具有计算精确、运算速度快等特点.     

温度对悬索桥索股垂度的影响分析

针对悬索桥主缆索股线形对温度变化敏感的特点,研究了主缆索股断面温度变化以及索塔塔身温度变化对索股线形的影响.考虑主缆索股沿跨度为同一温度,并根据无应力索长恒定不变的原理,给出了空缆状态下索股温度变化与垂度关系的迭代方法,以及温度导致的索塔偏位与索股垂度之间的相互影响,及相应的修正方法.比较了迭代修正法和有限元法分别计算得到的不同温差下索股垂度的改变量,两种方法计算结果吻合较好,最大偏差为9 mm,约为3%.分析表明,运用迭代方法修正由于温差引起主缆索股垂度变化量是可行的.     

自锚式悬索桥主缆线形计算及温度影响分析

目前,自锚式悬索桥主缆线形的计算理论主要有抛物线法、分段悬链线法和迈达斯软件(非线性有限元)法3种.其中抛物线法为粗略算法,分段悬链线法和迈达斯软件算法为较抛物线法更加精确的近似算法.本文首先对3种理论方法进行了分析总结,分别利用其对自锚式悬索桥工程实例进行了计算,并将计算结果进行对比分析,得出3种理论方法特点的同时验证了计算结果的准确可用性;然后对该自锚式悬索桥基准索在不同温度下的线形数据进行整理分析,研究温度对主缆线形的影响作用,为自锚式悬索桥主缆施工监控提供部分理论依据及经验成果.     

悬索桥主缆通风除湿系统的设计

针对国内外悬索桥主缆防腐蚀传统技术的缺点,提出一种悬索桥主缆除湿系统设计方法,该方法通过送气管和送气罩将干空气送入主缆空隙,干空气吸收主缆内的水分后从排气罩排出,降低主缆内空气相对湿度,从而有效避免主缆钢丝腐蚀.通过实例验证所提出的方法,并为某悬索桥设计了主缆除湿系统,确定了合理的送气长度、除湿时间、送气流量及送气压力;分析了送气长度和泄漏率对送气流量和除湿时间的影响,主缆内气流量和除湿时间与送气流量成正比,与送气长度和泄漏率成反比;评述了主缆除湿系统设备选型和能耗分析.     

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.     

大跨径自锚式悬索桥主缆的线形计算及误差分析

针对自锚式悬索桥的主缆线形在施工过程中的变化特性,自编分段悬链线法和抛物线法程序实现了大跨径自锚式悬索桥主缆线形、空缆线形、各节段无应力长度、吊点坐标和索鞍预偏量等几何特征参数的精确计算;结合工程实例,对自编程序与Midas civil软件计算结果进行了比较分析. 结果表明:与有限单元法相比,分段悬链线法计算得到的索鞍预偏量相对误差为11. 3%,抛物线法计算得到的索鞍预偏量相对误差为23%. 在施工中,分段悬链线法和抛物线法计算结果需要反复修正迭代以综合确定主缆线形.     

自锚式悬索桥吊索不接长体系转换方案及索鞍数值模拟

为降低自锚式悬索桥体系转换施工费用、提高施工效率、简化分析过程,以抛物线理论为依据,推导出主缆垂度的影响参数,结合各参数的可控性、敏感性,通过调整主索鞍顶推和吊杆张拉策略,提出3阶段2轮张拉吊索不接长体系转换方案。为在有限元计算时精确模拟方案中主、散索鞍施工状态,将索鞍圆心点与塔顶或散索鞍底座中心点建立刚臂和主从约束两个边界,通过激活、钝化刚臂模拟索鞍临时固定和滑移状态,通过设置索鞍圆心点强制位移模拟索鞍超顶状态。以双塔3跨和独塔2跨2座自锚式悬索桥为例,根据现场实际情况分别制定了2套吊索不接长体系转换方案,并建立有限元模型对2座桥梁体系转换过程进行模拟和分析。结果表明：自锚式悬索桥主跨是避免吊索接长的关键桥跨,主缆跨径和主缆长度是影响主缆垂度、避免吊索接长的关键可控参数;通过增大主缆初期变形可有效避免吊索接长,实施方案为张拉主跨长出段吊索使主索鞍超前就位,以改变主缆跨度;提前施工部分二期恒载、加劲梁在第1轮吊索张拉后脱架,以增加主缆弹性伸长。由2座桥梁实例分析结果可知,体系转换前期主索鞍可控滑移、超前就位,后期对称张拉桥塔两侧吊索,使主缆和主索鞍间的抗滑移安全系数和桥塔应力均变化平稳,所提方案和索鞍模拟方法达到了预期目的,可为同类型自锚式悬索桥体系转换提供参考。     

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.     

基于几何非线性的自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥索力计算

目的研究确定自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥状态时构件的空间位置和缆索的成桥索力．方法根据无应力索长和索力的概念推导了无应力索长的索力不变原理,提出了自锚式斜拉-悬索协作体系桥成桥索力的计算方法．结果运用该方法对大连跨海大桥的设计方案进行了计算分析,利用该方法计算得到的成桥状态下斜拉索和吊索的索力均匀,主缆线形平顺．除主塔附近的加劲梁由于索距较大造成弯矩较其他区域偏大外,其他区域弯矩分布均匀合理,加劲梁的最大弯矩为14716kN·m．主塔弯矩较小且塔顶水平变位接近于零．结论计算结果表明利用该方法能够按照要求得到该类桥梁的合理成桥索力,并且通过非线性迭代计算得到的缆索无应力长度可以直接应用于施工阶段分析．     

噪声对相干衍射成像重构物体图像的影响

为探究噪声对物体图像重构的影响,在模拟的衍射图中加入泊松噪声和高斯噪声。改变信噪比,分析了扩展叠层扫描迭代算法迭代50次的图像重构结果。发现信噪比低于6时无法重构物体图像,信噪比为18时,可以恢复透射率为50%的物体图像。信噪比为22时,可以恢复透射率为10%的物体图像。结果表明噪声对透射率低的物体图像影响更大。信噪比大于22时噪声对不同透射率物体图像的重构均不再有影响。此研究为相干衍射成像算法的实际应用提供了理论指导。     

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     

重庆轨道交通鹅公岩大桥吊索张拉方案

以重庆轨道交通鹅公岩大桥为背景工程,研究600 m跨径自锚式悬索桥斜拉法成桥体系转换方案。通过数值模拟,分析多方案体系转换过程中桥梁结构各关键构件,关键部位的强度、变形控制指标,评价各方案的技术、经济、工期与管理等各项指标,以寻求该桥体系转换最优方案。结果表明:体系转换前主桥的目标线形以接近去二期恒载前的线形为最佳;以调整部分斜拉索索力提升主梁线形的方法效果最好;从主塔侧分别向中跨先连续张拉7根索,然后从主塔两侧依次向中跨和锚固端张拉吊索的方案最优;全部吊索安装完毕后从塔顶拆除斜拉索较为安全。     

悬索桥断索动力响应有限元模型参数研究

采用有限元方法（FEM）建立考虑主缆局部振动影响因素的悬索桥断索动力分析模型,研究主缆局部振动对悬索桥断索动力响应的影响程度. 对主缆物理抗弯刚度、单元网格密度、索夹质量、模型阻尼比以及吊索应力初始状态等因素进行参数分析,给出提高计算结果精度的建议. 结果表明：在进行悬索桥断索动力分析时,主缆局部振动对计算结果精度具有不可忽略的影响;有限元模型中主缆物理弯曲刚度、单元网格密度和索夹质量均是影响主缆局部振动的关键参数. 结构整体模态阻尼和主缆局部阻尼均能有效抑制断索点主缆振动,分析模型须考虑局部主缆单元阻尼和结构整体模态阻尼的差异. 结构断索动力响应随着断裂吊索初始应力增大而增大,结构断索响应动力放大系数变化幅度不大.