空间悬索结构的几何非线性分析

以某空间悬索结构在使用阶段的状态评估及维护项目为依托,结合有限元方法,采用节点刚结和抗弯刚度较小的梁单元来模拟索模型,用增量法与Newton-Raphson迭代法相结合的方法求解几何非线性问题。通过现场静载实验数据与计算结果进行对比分析。

140m跨度预应力空间悬索桁架桥结构分析

某过河管道桥跨度140m,采用预应力空间悬索桁架的结构形式。结合工程设计实践,采用非线性有限元软件ANSYS对结构静力性能进行分析,确定结构布置方案;应用BlockLanczos法对索桁架桥进行自振特性分析,得到结构各阶频率和振型;应用非线性随机模拟风振分析法对结构方案进行整体分析得到全桥在脉动风荷载作用下的位移响应时程。计算结果表明,结构整体工作性能良好,承重索与抗风索的截面积对桥体动力稳定性均有较大影响。

800 m级无塔单叶双曲面空间悬索网人行悬索桥设计

由于山峰景区旅游业的发展,需建造山峰景区800 m级超大跨径人行悬索桥,其面临抗风稳定性差和施工困难两大技术难题。文中提出一种山坡锚固式单叶双曲面空间悬索网人行悬索桥方案,单叶双曲面筒网状空间缆索分散锚固于两侧山坡之上,成品缆索分散施工,取消桥塔结构。研究表明,单叶双曲面筒网状空间缆索体系提供水平分力,可大幅度提高人行悬索桥的抗侧刚度和抗扭刚度,具有良好的抗风稳定性,且节约造价。

自锚式空间悬索桥体系转换施工若干关键性问题研究

自锚式空间悬索桥在国内数量较少,施工可借鉴的经验不多。尤其是缆索系统体系转换施工方面,由于每个桥梁的锚固方式不同,导致在进行体系转换施工时由于没有可参考的范例给施工会造成极大困难。本文以松原天河大桥北汊桥为例,试探性解决自锚式空间悬索桥在体系转换施工方面存在的一些问题,并取得良好效果,对同类型桥梁体系转换施工提供一些参考的经验。

独塔非对称自锚式空间悬索桥体系转换

太原市通达街汾河桥为独塔非对称自锚式空间悬索桥,主桥分主跨和边跨,跨径布置为208m+133m,主桥施工采用"先梁后缆"的施工方法,采用有限元分析软件进行三维建模结构分析和模拟计算,确定了最优体系转换方案,按照拟定的最优方案进行吊索张拉和索鞍顶推施工,顺利完成了桥梁的体系转换。

极值风环境下空间缆索体系悬索桥吊索耐久可靠度分析

空间缆索悬索桥是一种主缆、吊索等缆索系统向横桥向内侧倾斜或是外侧倾斜的悬索桥体系,其中吊索是重要的传力构件,但是其抗力会随着桥梁服役期的增加而下降,这会导致构件失效概率的增加和结构安全性问题。以主跨1666 m的整体式钢箱梁悬索桥为工程背景,采用不同的主缆内倾角度,试设计了7个空间缆索体系悬索桥方案。通过建立吊索抗力时变概率模型、恒载内力时变概率模型以及风载内力时变概率模型,分析比较了在恒载和极值静风荷载作用下,空间缆索悬索桥吊索可靠度指标随服役期的变化规律。分析结果表明:受均匀腐蚀与点蚀影响的吊索抗力在钢丝体开始腐蚀后的10年内,吊索的抗力不拒绝伽马分布;在第10年到第30年间,吊索抗力不拒绝韦布尔分布。吊索风载内力在服役期40年内不拒绝对数正态分布。悬索桥吊索的时变可靠度与空间缆索体系的内倾角度不相关,且同一悬索桥不同位置处的吊索耐久可靠度变化形式一致。

空间缆悬索桥主缆牵引系统的布置和施工

主缆牵引施工为悬索桥上部结构施工中重要工序,其设计的合理性直接影响牵引效率和施工工期。挪威哈罗格兰德大桥特殊的空间主缆和A型塔设计对于悬索桥上部结构施工提出新的挑战,针对空间主缆的施工方法及该桥实际主缆施工数量和施工周期需求,提出左右幅大循环牵引系统的施工方法,通过2台卷扬机、K岸和O岸转向架、简易通道、塔顶锚碇导轮组等形成牵引系统。在完成一个牵引施工的时间内,利用牵引期间人工需求较少的状态完成另一根索股的入鞍施工,提升了施工效率,节省了施工设备的投入,为空间缆悬索桥主缆牵引施工提供了新型解决方案。

空间缆索体系悬索桥抗震性能及减震措施研究

本文以采用新颖设计空间缆索体系、主跨800m的奉节县某大跨度悬索桥为工程背景,根据建设场地地震安全性评价报告提供的地震波参数,计算分析了大桥动力特性和抗震性能。结果表明:空间缆索体系悬索桥结构的振动周期较长,主梁振动最先出现;在地震荷载作用下,桥梁关键部位受力性能良好;粘滞阻尼器对改善空间缆索体系悬索桥纵向的地震响应和伸缩缝变形效果十分显著,大大降低了主塔承受的横桥向弯矩。

一种空间悬索的几何非线性计算方法

以单元两节点的矢径与切矢量作为描述变量,对空间悬索进行单元离散,采用Hermite插值建立悬索单元。基于空间悬索曲率连续这一物理事实,单元公共节点处矢径的二阶导数连续,将悬索中间节点的切矢量用两端节点矢径与切矢量表达,实现系统自由度缩减。依据虚功率原理,建立空间悬索非线性平衡方程,对平衡方程求时间导数,得到系统方程的雅可比矩阵。采用三点抛物线近似悬链线的方式建立悬索初始形状,得到非线性方程的初值。对于仅承受重力且已知无应变原长的悬索,采用端部载荷与重力平衡的方式,计算出悬索两端的载荷。在此基础上,实现在已知悬索一端载荷大小的情况下,计算悬索无应变原长。提出了一种空间柔性悬索的几何非线性计算方法,通过数值算例,验证了方法的可靠性,为空间静态悬索计算,提供一种新的计算途径。

曲梁单边空间悬索人行桥施工控制技术研究与应用

对曲梁单边空间悬索人行桥施工控制的控制策略、参数影响性分析、结构体系转换、施工过程监测、索力调控等关键内容进行了重点研究.提出了创新性的落架卸载体系转换方案.确定了以索力控制为主、以桥面标高及横坡控制为辅的施工控制策略.施工过程中通过监测数据与理论数据的对比分析,对施工过程进行了反馈控制.结果表明,制定的控制策略合理可行,卸载过程平稳可靠.根据监测反馈结果,对索力偏差原因进行了分析,对不满足安全系数的吊索进行了索力调整,最终使人行桥的状态满足了规范要求,达到了设计预期.

双塔大横向倾角空间主缆自锚式悬索桥体系转换方案与控制方法

针对双塔大横向倾角空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工期的受力和变形特点,提出该类自锚式悬索桥体系转换方案(即吊索张拉方案)确定的原则。以杭州江东大桥为工程背景,研究该类自锚式悬索桥体系转换方案的确定过程,提出"在适当时机张拉临时索附近的永久吊索,以克服临时索容许索力不足的缺陷"的调索思路。通过优化计算,获得无需主动放松临时索的该类自锚式悬索桥体系转换方案,并给出该方案各施工步桥梁的反应。基于施工期的参数敏感性分析,提出该类自锚式悬索桥临时吊索及永久吊索的张拉控制方法。江东大桥的工程实践表明,按该方法进行双塔大横向倾角空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工或控制,能确保成桥线形和内力达到理想效果。

西藏通麦空间缆地锚式悬索桥主缆和钢桁梁施工技术

通麦大桥为中国国内首座单跨空间缆地锚式悬索桥。该桥主缆索股采用轨道式牵引系统,成功地完成了空间主缆的安装;空间吊杆采用磁座电子测倾仪,缩短了测量时间,提高了测量精度;钢桁加劲梁通过优化吊装顺序和优化缆索吊装系统布置,提高了钢桁梁的安装速度、减少了临时铰。

山坡锚固式超大跨径空间缆索人行悬索桥探讨

为了降低峡谷景区超大跨径人行悬索桥的造价,提出一种山坡锚固式空间交叉网缆索体系的人行悬索桥。在峡谷景区两侧岩石山坡体之上,分散锚固马鞍抛物面空间交叉网缆索体系,取消桥塔结构,降低造价。相比左右两根互相分离的平行缆索体系,马鞍抛物面空间交叉网缆索体系可以产生水平向的分力,解决了人行悬索桥的大幅度侧向摆动问题,提高了峡谷景区人行悬索桥的抗风稳定性。结合某500 m级峡谷景区超大跨径人行悬索桥工程,开展动力模态分析,以便验证山坡锚固式空间缆索体系人行悬索桥的优越性。

考虑吊索拉伸效应的空间索面自锚式悬索桥无量纲连续体动力模型

连续体动力模型是连续参数化分析与健康监测基准校核的重要工具;缆-索的空间耦合性、各子系统间的内部自平衡性与弹性协调性,是制约空间索面自锚式悬索桥进行高精度自由振动连续体建模和求解的核心因素。该文拓展挠度理论至振动形态,推导考虑吊索拉伸效应的缆-索-梁空间耦合变形方程与考虑自平衡性的相容方程,建立可考虑吊索拉伸的自由振动连续体模型,并将其无量纲化以便于识别控制动力特性的特征参数。采用伽辽金方法将连续体模型转换为矩阵形式求解其模态频率与振型。分别利用文献的平行索面自锚式悬索桥算例与空间索面自锚式悬索桥有限元模型来验证该文方法的精确性与普适性,并对关键特征参数进行敏感性分析。研究表明:吊索相对弹性轴向刚度对主梁相对弹性抗弯刚度较为敏感,是否考虑吊索拉伸效应将影响高阶次模态频率,尤其影响反对称模态;空间索面倾角对模态频率影响微弱,高阶次频率基本不受其影响;主梁相对弹性抗弯刚度显著影响模态频率,且会导致模态交叉现象的产生,主缆弹性刚度仅对低阶次对称模态频率有轻微影响。综上,考虑吊索拉伸的连续体模型更为准确,既可对动力特性进行连续参数化分析,又可作为基准解析模型为初步设计、模型修正与损伤识别提供必要前置数据。

空间曲梁单边悬索桥静载试验方法研究

以上海国际旅游度假区空间曲梁单边悬索桥西桥为例,阐述了空间悬索景观桥静载试验验证项目的甄选以及试验方案的确定过程。通过研究确定了激发设计最不利状态的试验荷载布置形式,明确了荷载分级加载标准以及监测测点选取和监测频率,为类似工程积累了经验。

空间曲梁单边悬索桥的质量监理

上海国际旅游度假区核心区景观人行桥为国内首创的钢结构空间悬索弯桥,造型新颖美观、景观效果好,但空间结构受力复杂,施工难度大,质量控制要求严格。通过在材料质量、焊接和高强度螺栓连接、钢构件组装、预拼装、结构安装、静载试验等方面进行全面、细致、认真的监理工作,以期确保工程的施工质量。

空间缆索悬索桥吊索断裂时的强健性分析

悬索桥吊索是整个结构较为薄弱的位置,吊索突然断裂对相邻吊索存在巨大冲击,内力在短时间内迅速增大,存在破坏的风险,从而影响整个桥梁结构安全。依托空间缆索悬索桥宝塔坪特大桥,在有限元分析软件ANSYS中建立结构空间模型,采用杀死单元的方式使特定位置的吊索退出工作。考虑结构阻尼的影响,进行瞬态非线性时程分析,研究空间缆索悬索桥不同位置、不同数量吊索断裂时,相邻吊索瞬时内力响应情况以及整个结构的强健性。结果表明:单根吊索断裂时,对左右两侧相邻3根吊索的内力扰动较大,更远处的吊索在内力重分布平衡之后,其内力值变化很小;吊索断裂位置越往跨中靠拢,相邻吊索的损伤动力响应越大,结构破坏风险以及安全隐患越高;跨中同侧连续两根吊索同时断裂时,相邻吊索的瞬时损伤动力超过吊索的破断力,断索瞬间有一定概率导致相邻吊索也发生断裂,进一步可能引起邻近吊索依次连续断裂,最终导致结构破坏。因此有必要在跨中短吊杆处设置中央扣或者采用刚性短吊杆,防止跨中短吊杆疲劳破坏,达到提高结构强健性的目的,同时有必要加强跨中短吊索的疲劳检测频率。

空间索面悬索桥施工阶段计算与施工监测分析

结合工程背景,从体系转换计算方法施工阶段仿真分析和施工阶段划分对施工阶段的计算方法进行了论述,并对施工阶段结果进行了分析,最后探讨了施工监测设施布置情况。

飘逸在水面上的彩虹——上海国际旅游度假区空间曲梁单边悬索桥的设计与施工

介绍了国内首次采用的空间曲梁单边悬索桥的结构体系与设计要点,同时阐述了成桥体系转换中索缆与钢结构体系的施工控制、低基频条件下人致振动的处理、"Z"形封闭裸索索夹抗滑移与空间转角定位,以及副桥"Y"形臂与环索结合点在成桥过程中的定位等技术问题。通过应用BIM技术解决了三维空间设计与分析难题,其首创设计与施工展现了国内对此种桥型的集成建设能力。

空间主缆自锚式悬索桥施工过程中非线性误差调整方法研究

基于悬索桥施工过程中表现出强烈的非线性力学行为,且本文中将提到的空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工过程与常规自锚式悬索桥体系转换过程不同,吊杆在张拉过程中主缆存在较大的横向变位,加大了吊杆在体系转换过程的张力控制的难度。因此,有必要建立一套适用于这种特殊结构的误差调整方法。参考已有误差调整理论,以最小二乘法理论为基础,对空间主缆悬索桥的施工中体系转换时吊杆张力的控制和误差调整方法进行分析与探讨。