CFRP材料在超大跨度斜拉桥拉索中的应用研究

分析了碳纤维复合增强材料CFRP这种新型材料的特点，从力学的角度详细推导了相关公式，对斜拉索的承载效率进行了分析。对于使用CFRP材料斜拉索的超大跨度斜拉桥，研究了其极限跨径，可以为今后跨海大桥的建设提供新的设计思路。同时对CFRP材料用于斜拉桥拉索中的一些不足作了分析。     

碳纤维斜拉索的静力参数特性分析

为了探索碳纤维(CFRP)索预应力大跨结构在不同条件下的非线性力学行为,并为相应力学行为的控制及相应结构的开发应用提供依据,对CFRP斜拉索的静力特性参数如切线刚度、竖向分力、垂度等计算公式进行了推导,并与传统的钢绞线斜拉索的计算结果进行对比分析,计算结果表明:由于CFRP索的弹性模量和单位长度重量低于传统的钢索,CFRP斜拉索的等效刚度系数小于钢拉索,索的竖向分力等效系数在工程应力范围内接近1,垂度效应明显小于钢拉索.合理利用碳纤维(CFRP)索的这些静力特性(等效刚度的降低、垂度效应的减少)有助于相关新型结构的开发利用.     

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     

损伤拉索的垂度效应分析

首先引入损伤程度、损伤位置及损伤范围3个参数,用以描述拉索损伤状态的特征,然后建立损伤拉索垂度效应分析的方程。在此基础上,采用数值计算方法分析了不同几何形态、不同损伤状态的拉索垂度效应受纵横比和弦向长度等相关参数的影响规律,对比了垂度的精确计算值和垂度公式计算值间的误差。结果表明：垂度随纵横比变化的敏感区间为[0．997,1．003],在此区间内损伤拉索跨中垂度逐渐增大,但是损伤前后垂度增长幅度逐渐减小;纵横比在[0．995,0．999）区间内,纵横比越大,误差越大;同一纵横比下,弦向长度越大,则采用现有垂度公式计算损伤拉索垂度所产生的相对误差就越大,但是最大相对误差小于1．7％;弦向长度为300m、纵横比为0．997的拉索在损伤范围内垂度增量小于0．35m,相对误差小于1．2％,说明现有垂度公式具有较高计算精度。     

斜拉桥拉索的静力分析

从独特的视角给出了斜拉索的基本微分方程和曲线方程,并对相关结果进行了分析。     

大跨度斜拉桥拉索的参数振动

目的研究水平拉索和斜拉索在端部轴向激励和桥面竖向激励下的参数振动,探讨两种情况下拉索位移响应及索力的变化规律.方法以实际工程拉索为例,首先对水平拉索参数振动的偏微分振动方程进行数值求解,并进行扫频和参数分析;然后利用ANSYS建立了斜拉索在桥面竖向激励下的有限元模型,进行不同匹配频率下的振动响应分析.结果验证了拉索参数振动的发生条件,得到了拉索激励幅值、阻尼比、初始拉力变化对参数振动时拉索位移和索力的影响规律,以及斜拉索在桥面竖向激励下,振幅和瞬态索力的变化规律.结论一旦发生参数振动,拉索的振幅和瞬态索力都会有很大幅度的提高.有效控制拉索振动,减小振幅是至关重要的,瞬态索力也不容忽视;同时,在进行索力监测时,考虑桥面振动的影响是一个有待深入研究的问题.     

斜拉桥拉索振动控制新技术研究

大跨度斜拉桥拉索具有较小的质量和极低的阻尼,在风、雨等外部激励下极易发生振动,对拉索振动产生的原因及其特征进行研究,提出一些可行的拉索减振措施.     

CFRP与钢组合拉索斜拉桥经济性能分析

为克服大跨径斜拉桥整体刚度降低,提出一种新型斜拉桥方案,即CFRP与钢组合拉索斜拉桥,介绍碳纤维增强塑料CFRP与钢组合拉索斜拉桥的设计理念,并提出斜拉索构造以及斜拉桥结构的设计方法,研究了CFRP与钢组合拉索斜拉桥经济性能,并推导出该类斜拉桥的材料用量与造价公式.基于所推导公式,对其跨长、塔高以及价格比分别进行经济性...     

斜拉索新型防水结构研究及其应用

斜拉索发生锈蚀的主要原因是在梁端预埋管管口处进水,引起斜拉索钢丝和锚具产生锈蚀,随着斜拉索的广泛应用,拉索梁端预埋管口防水措施还需进一步提高.对不同预埋管口防水方式进行对比,提出更为有效的防水结构.     

考虑几何非线性的新型索拱桥拱轴线优化

鉴于新型索拱桥存在明显几何非线性的力学特点,针对已有拱轴线迭代优化方法收敛性不好的问题,提出在主拱圈为两铰拱的索拱桥有限元模型基础上,进行几何非线性的拱轴线迭代优化方法,以解决考虑几何非线性的超大跨径索拱桥拱轴线迭代的收敛性问题.以跨径600 m索拱桥作为算例,验证方法的有效性及收敛性.算例结果表明,与仅考虑线性迭代相比,考虑非线性迭代后的主拱圈弯矩分布更合理,最大正弯矩小35％,最大负弯矩小17％,主拱圈应变能小23％;收敛性分析结果表明,该方法比主拱圈为无铰拱有限元模型方法收敛性能更好,不同的初始拱轴线均能收敛于稳定的结果.     

桥式抓斗起重机钢丝绳卷绕系统动态分析

为系统了解桥式抓斗起重机这种变质量、变刚度的时变振动系统的动态工作特性,为其设计分析提供比较可靠的动态理论根据,以桥式抓斗起重机钢丝绳卷绕系统为研究对象,建立了该系统的力学模型,用 Ｗｉｌｓｏｎ － θ法、 Ｎｅ ｗ ｍ ａｒｋ 法提出求解方法,编制计算程序,并用该程序对实例进行计算分析,得出以下结论：主、辅小车的振动主要是由抓斗的摆动所引起,并且主、辅小车的振动频率,相位相同;主小车的位移、速度和加速度是辅小车相应值的２ 倍     

斜拉桥非线性结构问题分析

现代发展的柔性桥梁对荷载变化、瞬时变位、多种振型的动力问题,较静力更为敏感,增大了桥梁非线性问题的范围。本文从结构分析入手,通过讨论斜拉桥结构经典设计中遇到的难点,指出斜拉桥设计中主要的非线性结构问题,并将其分类,同时从静力和动力两方面给出斜拉桥非线性结构问题分析方法,并通过一些有代表性的实例来说明斜拉桥非线性结构问题。最后得到一些有意义的结论。     

大跨度连续刚构桥抗震性能分析与改造策略

结合一座大跨度连续刚构桥实例,分析了在地震作用下该种桥梁的地震反应,通过改造桥梁形式,减小结构地震力。分析表明,刚构桥的基本周期较短,地震力较大;改造成采用减隔震支座的连续梁桥后,墩柱的地震力明显下降,桩基的轴力也下降明显,但是对于桩基的弯矩减小不大,但是整体上改造后对抗震有利。     

大跨度上承式钢筋混凝土箱肋拱桥设计

以金寨县金桃大桥为例介绍了大跨度上承式钢管混凝土箱肋拱桥的主要设计过程.为了合理拟定拱桥的重要尺寸,设计时采用通用Midas软件对全桥进行了结构分析和计算.结果表明,该拱桥尺寸拟定合适,整体结构安全可靠,可为同类桥梁的设计提供参考.     

南宁白沙斜拉索大桥运营期变形监测与分析

在南宁市白沙斜拉索大桥两端共布设了6个平控点和4个高程控制点,对大桥在空载、静载试验和正常使用状态下进行了变形监测,监测内容包括：塔顶平面位移、塔身倾斜、墩柱和桥面沉降观测、主梁挠度等。监测成果表明：白沙大桥在各种荷载状况下变形值均符合规范和设计文件规定的允许值,桥梁结构稳定,处于弹性变形阶段,符合安全运营要求。     

单向坡斜拉桥体系转换分析与控制措施

利用ANSYS程序的APDL建立了彭溪河特大桥的平面有限元模型,分析单向坡在体系转换中对结构内力和位移的影响,认为单向纵坡斜拉桥内力分布呈非对称性,因此在体系转换时主梁易受到不平衡力的冲击.在此基础上,提出了减小单向纵坡对其体系转换影响的控制措施.     

PC斜拉桥结构精细有限元模型分析

以武汉长江二桥为研究对象,讨论了大型双塔双索面预应力混凝土斜拉桥结构精细有限元模型的建立方法,充分考虑了预应力混凝土斜拉桥结构的特点,提出了预应力斜拉索、预应力钢筋、普通钢筋、主梁和主塔等几种主要构件的单元划分原则以及边界条件模拟的方法,建立了武汉长江二桥空间精细有限元模型,通过不同荷载组合分析了空间精细有限元模型的应力应变和挠度等,计算结果与试验结果比较接近,说明了这种方法的有效性。     

光电液位传感器在大跨度桥挠度监测中的应用

介绍了光电液位传感器的基本原理和优点,根据大佛寺长江大桥挠度测量的要求,构造了挠度远程监测系统,得到了大佛寺长江大桥挠度变化的数据。结果表明,新型光电液位传感器能够对大跨度桥梁的挠度进行长期、实时、在线的监测。     

基于SVM的PC刚构桥施工期时变可靠度

为了研究早龄期混凝土材料时变性能,通过现场24组主梁同步养生试块力学试验结果,得到了早龄期混凝土弹性模量的时变规律.基于支持向量机(support vector machine,SVM)建立了施工期预应力混凝土(prestressed concrete,PC)刚构桥标高控制可靠度模型,结合蒙特卡洛法计算了PC刚构桥标高控制可靠指标.结果表明:主桥同样状态下,混凝土弹性模量与龄期之间的关系呈现幂函数关系,PC刚构桥中悬臂阶段与最大悬臂阶段应以不同的自由端挠度偏差容许值控制,中悬臂阶段自由端挠度偏差容许值最大不高于4 mm,最大悬臂阶段自由端挠度偏差容许值最大不高于20 mm.