自锚式悬索桥挠度理论基础微分方程近似推导

基于大位移非线性弹性理论的广义变分原理,考虑了加劲梁轴向压缩应变能的影响,建立了三跨自锚式悬索桥挠度理论下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挠度理论下的基础微分方程,得出了自锚式悬索桥挠度理论的基础微分方程近似于弹性理论下的微分方程这一结论．为阐述自锚式悬索桥静力行为提供了理论依据．     

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．     

预张力悬索桥及其静力学性能分析

为从理论上获得预张力悬索桥的力学特性,利用大位移不完全广义势能变分原理,建立了预张力悬索桥的一般基础微分方程.在进一步引入假设条件下,导出了基于古典挠度理论的平衡微分方程.通过对微分方程的解析,讨论了预张力悬索桥的静力学特性及其与普通悬索桥的区别.结合算例悬索桥的数值分析表明,预张力悬索桥由于抗风索的存在,以及结构中建立的预张力,在提高结构刚度、减小加劲梁弯矩等方面具有一定的优越性.     

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.     

自锚式斜拉-悬索协作体系竖向弯曲振动计算公式

为方便计算自锚式斜拉-悬索协作体系的竖向自振频率,以三跨连续协作体系为研究对象,在计入主塔刚度的影响下,应用Rayleigh法,推导了该体系的竖向弯曲振动频率公式,提出了主塔刚度影响系数的表达式,最后对此公式的可行性进行了算例验证.研究结果表明:该体系的竖向弯曲振动频率比同等结构布置的自锚式悬索桥的竖向弯曲频率略有增大;主塔刚度对该体系的一阶对称竖弯频率影响较大,进行此频率计算时应计入主塔刚度的影响,而对一阶反对称竖弯无影响;给出的能量法得到的竖弯基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求;该公式可用于自锚式斜拉-悬索协作体系在初步概念设计中选择合理的结构计算参数.     

自锚式悬索桥的面内稳定性

为完善自锚式悬索桥面内稳定性理论,首先通过结构稳定性的概念初步判定该桥型不存在面内分岔失稳的可能性;进而在自锚式悬索桥挠度方程中通过引入位移干扰量,以幂级数干扰位移形式反证其不会出现面内弹性分岔失稳;最后以实桥为例,通过数值模型按弹性及弹塑性稳定理论计算分析了桥梁的荷载系数、破坏模式等。结果表明:在挠度理论适用范围内,自锚式悬索桥不存在面内分岔失稳;数值分析结果显示该实桥面内分岔失稳由吊索断裂引起,超出挠度理论应用范围,而极限承载力能满足安全性要求。     

混凝土自锚式悬索桥的极限承载力研究

全面考虑结构的材料非线性和几何非线性，通过对一座跨径160m混凝土自锚式悬索桥进行全过程非线性分析，得到了结构的极限承载力。同时研究了材料非线性、加栽方式、约束条件对结构极限承载力的影响。结果表明，混凝土自锚式悬索桥的弹塑性极限承载力远小于弹性极限承载力，中跨加载情况的极限承载力与全桥加载情况相差不大，但主缆锚固端主梁的约束情况对结构的极限承载力影响较大。     

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.     

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。     

多支承激励下自锚式悬索桥空间地震反应分析

基于随机振动理论,考虑了地震动空间效应,对一座主跨240米自锚式混凝土悬索桥在多支承激励下进行了地震反应分析,以及在地震波的三向正交分量独立作用和联合作用下的地震反应进行了数值计算,探讨了行波效应和部分相干效应对自锚式悬索桥地震反应的影响．     

Study of Vertical Seismic Response of Concrete Self-Anchored Suspension Bridges

Based on the variational prineiple of incomplete generalized potential energy with large deflection, the vertical nonlinear vibrational differential equation of self-anchored suspension bridge is presented by taking the effect of coupling of flexural and axial action into consideration. The linear vertical equation is obtained by omitting the nonlinear term, and the pseudo excitation method(PEM). Taking the self-anchored concrete suspension bridge over Lanqi Songhua river for an example, the expected peak responses of main beam, towers and cables are calculated. And the seismic spatial effects on vertical seismic response of self-anchored suspension bridges are discussed.     

自锚式悬索桥体系转换实用计算分析

为设计阶段更简洁方便地计算自锚式悬索桥在其体系转换过程中各吊索的张拉力,提出一种基于主缆内力状态计算吊索力的实用计算方法,根据吊索张拉完成的程度将主缆划分为张拉完成段与自由悬挂段两部分,借鉴结构力学中位移法的求解思路,首先在主缆相应吊点处添加约束使主缆张拉完成段内力与目标状态内力一致,然后释放约束使各主缆节段自由变形达到平衡得到该工况下的主缆状态.综合考虑约束释放前后各主缆节段能量守恒以及主缆的变形协调条件,建立主缆平衡方程求解得到体系转换完成后各主缆节段内力状态.再根据自锚式悬索桥各主缆节段间的竖向不平衡分力,求得该工况下各吊索力.通过与工程实例中的试验结果对比,结果表明:此方法计算方便简洁,无需依赖于上一阶段的效应状态,且计算精度满足要求,可用于一般跨径自锚式悬索桥的体系转换分析以及结构设计分析,对结构设计、优化具有一定的指导作用.     

铁路车桥耦合振动模态法分析

以钢桁梁桥自由振动的模态和正则坐标作为桥跨结构振动的位移函数,将列车-钢桁梁桥作为一个系统,计算正则坐标下钢桁梁桥及车辆的总势能.基于弹性系统的总势能值不变原理及形成矩阵的对号入座法则,建立了车桥时变系统在正则坐标下的振动方程,有效减少了车桥振动的自由度和计算工作量.以某铁路为例,计算了连续钢桁梁桥车桥系统的振动响应,并用模态法和非模态法进行对比,最小误差为0.16%.     

升船机承船厢水体参激振动的耦合分析

根据流体力学势流理论,建立了三峡升船机承船厢悬挂系统刚性竖直振动与水体参激振动的偏微分方程,并转化为一组8变量非线性常微分方程组.采用龙格库塔法,对正常工况和紧急制动工况进行了数值仿真,分析了水体参激振动及承船厢悬挂系统刚性竖直振动的稳定性.将动力学系统线性化后,其数值计算结果与非线性系统的计算结果相差甚微.     

混凝土自锚式悬索桥抗震设计的图表分析法

为了对混凝土自锚式悬索桥地震响应给出快速评价,基于弹性概念提出了估算混凝土自锚式悬索桥抗震设计的图表分析法.该方法通过混凝土自锚式悬索桥静力分析和自身结构参数查找对应图表中系数,对方案设计和初步设计阶段结构地震响应给出估算.根据已有资料建立了分析模型,考虑几何刚度影响,利用恒载作用下动力平衡方程,输入3条地震波进行了反应谱分析,得出相关图表.最后应用图表法通过实例与有限元分析结果进行对比,说明了该方法可以应用于混凝土自锚式悬索桥方案设计和初步设计阶段抗震设计的地震响应估算.     

独塔自锚式悬索桥施工过程索力变化规律试验研究

为了研究独塔自锚式悬索桥施工过程索力变化规律,依据北京密云县云蒙大桥1/20比例的整桥缩尺模型试验,针对独塔双跨自锚式悬索桥的施工过程进行了模拟试验研究,对比了5种常见的吊杆张拉方案,揭示了自锚式悬索桥体系转换过程索力的变化规律,经过综合分析选择二次张拉方案作为比较合理的施工方案.同时建立了该桥的有限元数值模型,通过对比分析得到一致的规律,对于同类桥梁的设计和施工控制提供了可借鉴的试验依据.     

管桥耦合下管线悬索桥的动力特性和地震反应

为了研究管线悬索桥大直径管线和桥梁的耦合作用对结构动力特性和地震反应的影响,以澜沧江管线悬索桥为研究对象,利用有限元软件建立实桥模型,分析了管线悬索桥在管桥耦合作用下的动力特性,并研究了管桥耦合对桥梁地震反应的影响.结果表明,与未耦合时相比,管桥耦合作用下桥梁结构的自振周期较长,自振模态被激励的先后顺序发生变化;在地震波激励下,管桥耦合作用对管线悬索桥不同构件的受力和变形具有不同的影响,其中索塔顺桥向剪力和主梁横向位移均减小,主梁上弦杆轴力和竖向挠度均增大.在计算过程中考虑管桥耦合作用的影响能够比较真实地反映结构实际的动力特性.