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．     

大跨度斜拉桥大位移影响的非线性静力分析

大跨度斜拉桥由于拉索的柔性、梁自身刚度较小以及梁柱相互影响而产生非线性问题,使有限元平衡方程中的小变形叠加原理不再适用,针对此问题,应用带动坐标混合法求解非线性问题,论述了其单元刚度矩阵的基本原理及其迭代过程.这一方法已在桥梁建设中得到广泛应用,且其计算精度符合工程要求.     

静力非线性方法用于桥梁高墩抗震性能分析

高墩桥梁由于结构本身的特点,墩高使得高阶振型的影响更明显,笔者基于＂等效振型高度＂的概念对通常采用的MPA（Modal Pushover Analysis）方法提出改进,并采用几种不同侧向力分布模式的Pushover以及动力时程分析对桥梁单墩进行对比分析,以研究改进的MPA法应用于桥梁高墩抗震性能分析的计算精度和有效性。分析结果表明,当地震动强度较小时,MPA法和改进MPA法可以较好的改善计算结果;随着地震动强度的增大,改进MPA法的计算精度优于MPA法。     

非线性静力分析的分段计算法

对非线性静力分析的简化计算方法进行了研究,提出了分段计算法。先计算出在材料屈服极限时的外力载荷值,据此将外部载荷分为两段进行计算。前一段,使用线弹性计算一个载荷步;后一段逐步加载,进行材料非线性计算。以ANSYS WORKBENCH为仿真平台,分别用传统方法和分段法对某汽车手刹进行了计算,结果表明：在保证精度的前提下,分段计算法将计算效率提高了67％。     

钢筋混凝土双向压弯构件非线性静力分析及参数影响

在纤维模型的基础上,直接由材料的非线性本构关系建立了钢筋混凝土双向压弯构件的非线性计算模型。文中首先导出了双向压弯构件考虑了Ｐ－△二阶 效应的侧向位移计算公式;其次,采用Ｍａｔｌａｂ语言编制了相应的非线性静力全过程分析程序;最后,通过数值分析,研究了双向压弯的构件非线性性能的影响因素,并检验了三种收敛准则的有效性。     

大跨度桥梁全耦合颤抖风振响应分析

本文基于Ｓｃａｎｌａｎ的颤抖风振分析理论，建立了桥梁断面质心与形心不重合时大跨度桥梁横弯、竖弯、扭转全耦合的颤抖风振基本方法，采用复合高斯－拉盖尔方法进行数值积分求得响应值，并以金门大桥为算例，探讨了横向风振响应值的大小及偏心距对响应的影响，得出了一些有益的结论和建议．     

基于神经网络的斜拉桥非线性随机静力分析

对于大跨度柔性斜拉桥的设计和结构分析来说，考虑结构几何非线性效应进行静力分析是一项重要的内容。但是，材料、几何尺寸、外部荷载等的随机性将影响计算结果。本文基于神经网络提出了斜拉桥非线性随机静力分析方法。通过若干次确定性有限元数值抽样对神经网络训练，训练后的神经网络能够模拟随机变量与结构响应之间的非线性映射关系。算例研究表明，各种随机变量的变异对斜拉桥结构响应影响规律不同。同其他随机变量相比，斜拉索弹性模量变异对斜拉桥跨中挠度影响最显著。主梁截面面积变异对斜拉桥跨中挠度和尾索索力具有显著的影响。     

大跨度空腹桁架结构的静力性能分析

大跨度建筑通过采用空腹桁架结构,可以降低框架梁弯矩幅值、减小构件截面尺寸、增加结构净空高度,为实现较小截面尺寸构件建造大跨度建筑的可能提供理论依据。文章结合工程实例,采用sap2000对空腹桁架的不同方案进行静力分析,并与普通框架结构进行对比,通过分析空腹桁架不同方案的静力性能,确定合理的腹杆布置方法,分析腹杆与框架梁的内力和变形随两者线刚度比的变化情况,研究腹杆与框架梁的线刚度比对空腹桁架静力性能的影响。结果表明:当空腹桁架两端各设置一根腹杆时,腹杆的刚心应位于距支座0.2L处;当空腹桁架两端各设置两根腹杆时,每端腹杆的对称中心应分别位于框架梁的0.2L和0.8L处,且对称中心距两侧腹杆的刚心为0.08L;为提高空腹桁架结构的静力性能,腹杆与框架梁的刚度比应控制在1.6～3.8;腹杆主要承受弯矩和剪力,承受的轴力较小。     

型钢混凝土框架静力非线性分析塑性铰参数研究

SRC构件具有比普通RC构件更高的承载力和极限变形能力.但由于SRC构件塑性铰属性参数较难确定,使该结构很难直接应用静力非线性方法进行分析,而是转化为等刚度的RC构件进行计算.从理论上给出了SRC框架压弯构件PMM铰N-Mx-My相关面的形成方法,提出了型钢混凝土构件弯矩-曲率曲线的确定及将其转化为杆单元塑性铰弯矩-曲率关系的方法,并得到了塑性铰区长度的计算方法.应用确定的铰属性参数对两跨三层SRC框架进行了静力非线性分析,结果与振动台试验吻合较好,表明这种铰属性参数用于SRC构件静力非线性分析是合适的.最后通过与具有相同刚度的RC框架计算结果对比分析,表明采用这种刚度相等的RC构件进行计算低估了SRC框架的抗震能力.     

大跨度桥梁预应力损失的遗传算法识别

将遗传算法用于大跨度混凝土桥梁的预应附加损失的识别。建立附加损失的数学模型，根据施工时的预应力张拉后桥面实测标高与设计值的差异，用遗传算法识别损失模型的参数，确定有关各截面的损失值。     

大跨度三塔悬索桥非线性静风稳定分析

随着跨径的不断增大,缆索承重桥梁存在静风失稳的可能性。引用大跨度桥梁非线性空气静力稳定分析理论,采用荷载增量与内外两重迭代相结合的方法,在通用软件ANSYS中实现了对大跨度缆索承重桥梁进行非线性静风稳定分析功能。综合考虑几何非线性和静风荷载非线性,对某三塔双主跨悬索桥在不同风攻角下进行了非线性静风稳定全过程分析,分析了结构失稳形态,并探明了其失稳机理。     

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．     

大跨度三塔悬索桥非线性静风稳定分析

随着跨径的不断增大,缆索承重桥梁存在静风失稳的可能性.引用大跨度桥梁非线性空气静力稳定分析理论,采用荷载增量与内外两重迭代相结合的方法,在通用软件ANSYS中实现了对大跨度缆索承重桥梁进行非线性静风稳定分析功能.综合考虑几何非线性和静风荷载非线性,对某三塔双主跨悬索桥在不同风攻角下进行了非线性静风稳定全过程分析,分析了结构失稳形态,并探明了其失稳机理.     

基于非线性动态特性的轴承–转子系统振动分析

随着空气静压主轴在超精密加工过程中的广泛应用,对主轴的运动精度的要求不断提高,如何准确预测和提高主轴运动精度是十分必要的。基于空气静压轴承的非线性动态特性,研究空气静压主轴的振动特性和预测模型,探索非线性动态特性分析对主轴回转精度的影响。首先,对空气静压径向轴承的动态特性进行分析,建立气膜动态流动模型,采用扰动法求解模型得到轴承的非线性动刚度与动阻尼系数。将空气静压轴承内的气膜作为弹簧阻尼系统建立轴承–转子系统,并通过动力学分析建立了轴承–转子的动态振动模型。将轴承的非线性动态特性参数引入振动模型,结合MATLAB对模型进行求解,得出了空气静压主轴径向跳动误差曲线、偏转误差曲线和径向总振动误差曲线,并通过FFT数据处理对振动进行频域分析。通过对比分析得到非线性分析对空气静压主轴径向振动误差的影响。最后,搭建了空气静压主轴径向回转误差测量试验台,得到主轴实时回转误差信号,实现轴承–转子系统的振动动力学模型分析的实验验证。从空气静压径向轴承的动态分析可以看出,轴承的动刚度和动阻尼均呈非线性变化,随着偏心率的增加动刚度不断增加,而动阻尼不断减小。从轴承–转子系统的振动分析可以看出：1）非线性分析对主轴偏角振动误差有明显影响,而对径向跳动误差的影响不明显,说明非线性分析主要通过影响主轴的偏角误差从而影响径向总误差。2）定值分析时偏角误差的最大振幅基本稳定,而非线性分析时偏角误差的最大振幅存在一个增加过程并最终趋于稳定,并且非线性分析时最大振幅明显大于定值分析时的振幅。3）在供气开始一段时间内,非线性分析与定值分析下的径向总误差基本一致,但随着时间的增加,非线性分析下的最大振幅大于定值分析下的最大振幅,说明开始供气时非线性分析对径向跳动误差和偏角误差没有造成明显影响,当供气稳定时非线性的动刚度与动阻尼会对主轴转子振动幅度产生明显影响。4）从频域上看,非线性分析最大振幅处的共振频率为964 Hz,定值分析最大振幅处共振频率为986 Hz,非线性分析使最大振幅处的共振频率有所下降。5） 非线性分析和定值分析在频率高于1 500 Hz时,转子的振幅变化都很小,说明频率大于1 500 Hz之后,转子振动比较稳定,此时气膜的振动频率与固有频率不容易发生共振。空气静压主轴回转误差实验的结果表明,基于非线性分析所得的主轴径向回转误差的误差率比定值分析所得主轴径向回转误差的误差率降低了1.43%～6.54%。因此,将空气静压径向轴承内气膜作为弹簧阻尼系统施加于转子之上可以实现轴承–转子系统的耦合振动分析,轴承非线性动态特征参数的引入实现了轴承动态性能对主轴动态振动的影响,通过基于非线性动态特性的轴承–转子系统的振动分析可以更加准确地研究和预测空气静压主轴的径向振动误差。     

深水大跨桥梁施工技术2020年度研究进展

随着我国经济实力的不断增强、科学技术水平的显著提升,桥梁工程正朝着跨度更大、基础更深、桥塔更高的方向快速发展。在此过程中,桥梁建设者遇到了很多新难题,例如：深水基础浮运下沉过程中精准定位、超大型沉井基础防冲刷、大直径钻孔桩施工、大跨度斜拉桥索塔锚固构造优化、超高桥塔大体积混凝土水化热温度控制、超高桥塔新型液压爬模系统开发等,已成为影响深水大跨桥梁安全顺利施工、长期可靠运营的关键问题。为促进深水大跨桥梁施工技术的发展,提高深水大跨桥梁施工人员解决相关问题的能力,为深水大跨桥梁的推广提供技术支持,围绕深水大跨桥梁施工面临的上述关键问题,对2020年国内外研究者的相关研究进展及成果进行了分析与汇总。     

大跨双层斜拉桥多点激励地震响应

根据谐波合成法,利用Fortran编制了基于功率谱输入的多点人工波生成程序。以目前跨度最大的双层公路斜拉桥——上海闵浦大桥为研究对象,研究大跨双层斜拉桥的多点激励地震响应。基于Abaqus平台建立了该桥精细梁壳有限元模型。在静力几何非线性分析的基础上进行特征值分析与几何非线性多点激励时程分析,给出了全桥的动力特性与主塔、辅助墩的主要地震内力以及桥面间腹杆(竖腹杆、斜腹杆、边斜杆)轴力变化规律。研究表明:辅助墩横梁以下墩身横桥向剪力分布均匀,且距主塔越远其墩身横桥向剪力和弯矩越大。边跨上、下层桥面间的腹杆轴力变化较大,尤其是墩顶附近的竖腹杆和斜腹杆。边斜杆轴力分布较为均匀,但位于墩顶与跨中断面处的边斜杆轴力较小。跨中处竖腹杆和斜腹杆轴力较小,中跨其他腹杆轴力较均匀。     

缆索支承桥梁抗风稳定性的分析与比较

缆索支承桥梁是21世纪跨海连岛大桥的主要结构型式,结构轻柔,风作用下的结构稳定性问题非常突出．以1400m主跨的悬索桥、斜拉桥以及吊拉组合体系桥等缆索支承桥梁的主要结构型式为例,采用三维非线性抗风分析方法,进行了动力特性、空气静力和动力稳定性的分析和比较．结果表明：吊拉组合体系桥刚度大,抗风稳定性好,是一种抗风性能良好的缆索支承桥梁结构型式．     

Accurate stress analysis on rigid central buckle of long-span suspension bridges based on submodel method

Runyang Suspension Bridge (RSB) with the main span of 1490 m is the longest bridge in China and the third longest one in the world. In this bridge the rigid central buckle is employed for the first time in the mid-span of the suspension bridge in China. For such a super-long-span bridge, the traditional finite element (FE) modeling technique and stress analysis methods obviously cannot satisfy the needs of conducting accurate stress analysis on the central buckle. In this paper, the submodel method is introduced and for the first time used in analyzing the stresses of the central buckle. After an accurate FE submodel of the central buckle was specially established according to the analysis results from the whole FE model, the connection technique between the two-scale FE models was realized and the accurate stresses of the central buckle under various vehicle load cases were then conducted based on the submodel method. The calculation results were testified to be accurate and reliable by the field measurements, which show the efficiency and reliability of the submodel method on analyzing the mechanical condition of the central buckle of long-span suspension bridges. Finally, the working behavior and mechanical characteristics of the central buckle of the RSB under vehicle loads were analyzed based on the calculation and measurement results. The results obtained in this paper can provide theoretic references for analyzing and designing the rigid central buckle in long-span suspension bridges in future. Supported by the National High Technology Research and Development Program (“863” Project) (Grant No. 2006AA04Z416), the Key Project of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50538020), the National Natural Science Foundation of China for Young Scholars (Grant No. 50608017) and the Ph.D. Programs Foundation of Ministry of Education of China (Grant No. 200802861012)     

混凝土桥面板的非线性有限元分析

考虑材料不同模量性的混凝土桥面板的计算是一个新的材料非线性问题,利用拉压不同模量理论,建立了研究不同模量混凝土桥面板结构的非线性有限元算法,编制了相应的计算程序,并对广东金马大桥主梁的桥面板进行了分析和计算,结果表明计算分析方法更精确,更为合理.     

应用碳纤维索的大跨度斜拉桥结构振动特性

应用考虑拉索局部振动影响的计算理论，对主跨为1.4 km的碳纤维索斜拉桥设计模型进行了结构振动特性分析。从振型、自振频率和振型能量分布等方面比较了碳纤维索和钢索对大跨度斜拉桥结构动力特性的影响以及发生索桥耦合振动的可能性。计算结果表明，轻量碳纤维索自振频率高，全桥的拉索第1阶频率分布在0.43～2.15 Hz，普遍高于桥梁主要振型的频率，发生索桥共振的可能性较小；自重大的钢索第1阶频率分布在0.16～0.79 Hz，覆盖了桥梁低阶振型的频率，在主要振型中出现了明显的索桥耦合振动现象。根据主要振型的能量比例分布，在竖弯振型中碳纤维索的振型能量比例略小于钢索，这有利于改善斜拉桥结构的振动问题。研究结果证明了碳纤维索在大跨度斜拉桥中具有很好的应用性能。