斜拉索非对称布置对多塔斜拉桥力学性能的影响

为了提高多塔斜拉桥的结构刚度,在现有斜拉索布置方式的基础上,提出了交叉索+非对称索面的组合布置方式。利用有限元软件ANSYS建立多塔斜拉桥有限元模型,研究在高跨比、中边塔高比、中塔刚度及主梁刚度变化的情况下,新型斜拉索布置方式对主梁和桥塔变形所产生的影响。结果表明:在用钢量相同的条件下,与传统布置方案、交叉索布置方案和非对称索面布置方案相比,采用新型布索方案后中塔的塔顶水平位移分别减小了9%、1%和20%,加载跨挠度减小了19%、15%和11%。以非对称索面为基础,调整高跨比、中边塔高比、中塔刚度及主梁刚度,当交叉索设置在距中塔0.7L(L为主跨长度)左右时,中塔塔顶偏位和加载跨挠度达到最小值,对结构整体刚度提升效果最优,与理论计算结果相吻合。非对称索面的多塔斜拉桥结构刚度随交叉索设置数量的增加呈先增后减的趋势。

双缆悬索桥空缆状态主缆抗滑安全性研究

为指导双缆悬索桥上下缆垂跨比的取值,明确双缆悬索桥施工阶段主缆抗滑稳定性,提出一种主缆在施工阶段空缆状态下的抗滑安全系数计算方法.基于上缆变下缆的主缆布置方式,通过双缆悬索桥成桥状态反推空缆状态主缆垂度,根据空缆状态下主缆线形为悬链线计算中塔塔顶鞍座处缆力及包角,并据此计算空缆状态抗滑安全系数.建立多塔悬索桥有限元模型对提出的公式进行验证,分析成桥状态上下缆垂跨比和桥梁跨度的取值对空缆到成桥状态主缆垂度变化以及抗滑安全系数的影响.结果表明,采用本文公式计算的双缆悬索桥空缆状态下抗滑安全系数精度较高;上下缆垂跨比对空缆状态主缆抗滑安全性影响较大,抗滑安全系数随着上下缆垂跨比差值的增大迅速减小;空缆状态主缆抗滑安全系数受跨度影响不大,其随跨度增大略有提高.在实际的双缆悬索桥初步设计过程中应考虑施工阶段主缆抗滑稳定性,选择适宜的上下缆垂跨比,采取措施提高施工阶段主缆抗滑安全性.

大跨度钢箱系杆拱桥主拱钢-混结合段受力分析

为明确大跨度钢箱系杆拱桥主拱钢-混结合段的力学性能,以西双版纳澜沧江黎明大桥为研究对象,利用有限元软件建立钢-混结合段局部精细化模型,分析钢-混结合段在不同荷载作用下构件整体及关键部位的变形与应力分布。结果表明:钢-混结合段应力传递平顺,在偏压工况作用下,结合段混凝土最大压应力为25.22 MPa,钢拱肋Von-Mises应力最大值为145.36 MPa,均小于材料容许值,满足结构设计要求;钢-混结合段内各部位变形过度均匀,混凝土拱肋最大变形为0.94 mm,钢拱肋最大变形为3.46 mm,钢-混结合段拱肋的结构刚度与变形均满足要求。在轴压工况作用下,其应力值较偏压工况模型小12.34%~16.10%,其位移值较偏压工况模型小14.29%~19.61%。通过典型工况模型计算结果,为同类型构件实体模型计算提供参考;同时,为解决钢-混结合段内关键截面存在的应力集中问题,本项目采用了锚杆交替锚固的形式,可为同类型结构的设计与施工提供参考。

混凝土桥塔拉索锚固区内置钢箱对结构受力影响研究

为提高斜拉桥混凝土桥塔锚固区施工质量、改善其受力性能,提出了在混凝土桥塔内壁设置钢箱作为永久钢内模的结构形式,并应用于某混凝土独塔斜拉桥中。为研究该结构形式,建立全桥有限元杆系模型和桥塔局部实体模型,研究桥塔内置钢箱后,桥塔锚固区混凝土及钢箱的应力状态。研究表明:当活载作用在主跨一侧时,桥塔轴力弯矩均较大,锚固区设置钢箱后,桥塔应力有所减小。通过有限元实体模型得出,桥塔锚固区设置钢箱可显著改善桥塔变形和受力。对桥塔锚固区节段进行局部分析表明,设置钢箱能有效改善锚固区受力状态,减小主拉、主压应力超限区域,改善桥塔竖向压应力。桥塔钢箱在成桥阶段Von Mises应力呈受拉状态且纵桥向桥塔侧钢箱壁应力大于横桥向一侧,受力满足规范要求。

活载下悬索桥主缆变形特性

分别研究了悬索桥塔顶位移、主缆的弹性伸长及不平衡均布活载作用下的主缆的变形特性.研究了塔顶位移及主缆伸长与主缆垂度变化的关系,垂跨比越小,主缆垂度改变量越大,并给出了相应的解析式.通过能量守恒与主缆中力的平衡关系研究了使主缆产生最大竖向位移的均布荷载加载形式.研究表明,在假定主缆不可伸长的情况下,最不利加载并非为半跨加载,不平衡活载引起的最大挠度仅与恒活载之比及主缆垂度有关,并给出了相应的计算公式.根据实际工程建立有限元模型对上述公式进行了验证,结果与理论值符合良好.

双缆悬索桥体系的力学特性(Ⅰ)

鉴于双缆体系在多塔悬索桥中的应用前景,研究了双缆悬索桥体系的基本力学特性,主要分析了双缆体系在承受满布均布荷载时,荷载在上缆与下缆间的分配情况,推导了主缆竖向刚度表达式.研究表明,均布荷载在上缆与下缆间的分配比例取决于缆的截面参数及垂跨比,垂跨比越大,承受均布荷载时主缆的竖向刚度越大.由以上关系导出主缆在均布荷载下由缆的伸长引起的加劲梁挠度,分析了双缆体系在半跨加载及受集中力荷载时的变形情况,并建立有限元模型对其进行了验证,结果与理论值吻合良好.

拱形桥塔施工控制措施及温度效应分析

为确保斜拉桥拱形桥塔线形、内力满足设计要求,实现桥塔安全施工,该文通过建立有限元模型,研究拱塔施工期间线形及应力变化规律,分析温度效应对拱塔的影响,并提出相关控制措施。研究表明:仅考虑横桥向温度梯度作用时,同一温度梯度下,受日照影响的外侧塔肢拉应力大于内侧,两侧塔肢位移相同,并与日照方向一致;下横梁施工阶段及桥塔合龙阶段,桥塔温度效应减小;临时横撑的设置、顶推力的施加、预偏量的设置,能够有效地减小塔肢轴线位移及施工过程中塔肢拉应力,避免桥塔开裂;横撑顶推力施加后,可使桥塔轴线位移控制在5 mm以内;当设置两道横撑时,可不考虑临时横撑拆除顺序;对比实测与理论数据,进一步验证了临时横撑的设置、顶推力的施加,可以有效减小桥塔轴线偏差,以及温度梯度对桥塔线形和应力的不可忽略的影响。

双缆悬索桥体系的力学特性(Ⅱ)

研究了双主缆悬索桥体系在承受不平衡活载时的力学特性——双缆体系根据荷载在上缆与下缆间的分配情况,可等效为一根虚拟主缆;单跨加载时,加载跨主缆内力增大,非加载跨荷载由下缆向上缆转移,虚拟缆垂度减小,以达到与加载跨主缆的内力平衡.根据加载跨与非加载跨主缆水平力相等的关系,通过求解虚拟缆的垂度,得到了荷载在上缆与下缆间的分配比例,建立了有限元模型进行验证,并与理论值进行了对比.结果表明,双缆体系在承担不平衡活载时,其塔顶位移及跨中挠度远小于传统悬索桥.

多塔斜拉桥交叉索的纵向约束刚度

为明确交叉索对于提高多塔斜拉桥刚度的效果,建立带跨中交叉索多塔斜拉桥的力学模型.选取一个主跨作为隔离体,并将部分交叉索等效为竖向弹簧,研究交叉索的作用机理,推导交叉索对桥塔纵向约束刚度的解析公式.研究表明,当桥塔发生纵桥向位移时,梁段重量在交叉索中重新分配,导致交叉索的索力发生改变,从而产生对桥塔的约束作用.交叉索对桥塔的约束作用取决于交叉索的长度,水平投影长度以及交叉索的轴向刚度.建立三塔四跨有限元模型对解析公式进行验证,有限元结果与公式理论值符合良好,公式可有效估算交叉索的纵向约束刚度.数值分析表明,采用交叉索与增大桥塔或主梁刚度均能有效增大结构刚度,在桥塔及主梁刚度较低时,交叉索对增大结构刚度的效果尤其明显.

双缆多跨悬索桥力学性能及主缆用钢量研究

为了进一步明确双缆多跨悬索桥的力学和经济性能,比较了双缆多跨悬索桥与传统多跨悬索桥在活载作用下的加劲梁变形及桥塔受力,分析了二者主缆用钢量的差异;拟定双缆体系与传统体系的四塔三跨悬索桥有限元模型,分别计算了活载作用下的结构变形及受力。研究结果表明：双缆悬索桥体系的主缆纵向刚度可达传统悬索桥体系的2~4倍甚至更高,双缆体系纵向刚度与上缆和下缆的垂度及恒载在上下缆之间的分配比例有关,双缆体系主缆用钢量与传统体系相当;在桥塔抗推刚度相对较低的情况下,双缆多跨悬索桥在活载作用下的加劲梁挠度及塔底弯矩均远小于传统多跨悬索桥体系,采用双缆体系可有效增大多跨悬索桥的结构刚度。

双缆悬索桥体系的力学特性(Ⅲ)

双主缆悬索桥体系中,塔顶位移及主缆的弹性伸缩均能引起主缆垂度的改变.文中假定连结上缆与下缆的吊杆不可伸缩,在塔顶位移及主缆弹性伸缩的共同作用下,上缆与下缆的竖向位移相等.基于此原理推导了双主缆悬索桥体系对桥塔顺桥向的约束刚度表达式及荷载在上缆与下缆之间的转移量与塔顶位移的关系,研究了单跨施加均布荷载时加载跨挠度的求解方法,给出了解析表达式,并建立有限元模型对公式进行了验证,模型值与理论值符合较好.

考虑抗弯刚度的频率法测索力实用公式

运用频率法测量斜拉索索力,基于不同的振动模型,可得到不同的索力求解公式。求得的索力之间有时存在较大差异,为了提高索力测量的精度,选用一组不同长度及截面参数的索对不同的振动模型进行比较,分析了刚度及边界约束在不同振动模型中对索力计算的影响,得到结论:反映拉索刚度的参数ξ与不同振动模型的索力差值相关性良好。在此基础上提出一种新的索力估算实用公式,并与已有的公式进行了比较,证明了其精确性。

大跨径中承式钢箱系杆拱桥施工阶段稳定性分析

为明确大跨径中承式钢箱系杆拱桥施工阶段稳定性,以西双版纳澜沧江黎明大桥为研究对象,建立全桥空间有限元模型对该桥进行施工阶段全过程稳定性分析,研究考虑初始缺陷的几何非线性、材料非线性、风撑、临时风撑、吊杆非保向力和抗风缆索对结构施工阶段稳定的影响。结果表明:施工全过程中结构的稳定系数满足相应规范要求,考虑初始缺陷的几何非线性分析,结构的稳定系数降低7%~8%;考虑几何与材料双重非线性时,结构的稳定系数降低49.67%~52.05%,材料非线性对结构稳定性有显著影响。增加永久风撑数量能有效提高缆索吊装最不利施工阶段及拱肋合拢后施工阶段的稳定性,布设临时风撑能显著提升结构缆索吊装最不利施工阶段的稳定性,非保向力效应对中承式钢箱系杆拱桥稳定性有较大的影响,布设抗风缆索显著提升拱肋合拢后施工阶段稳定性。由此可见,施工阶段稳定性的影响因素较多,本研究可为同类型桥梁的施工与设计提供参考。

交叉索布置方式对多塔斜拉桥力学性能的影响

为提高主跨设交叉索的多塔斜拉桥刚度,改善其受力性能,在现有的交叉索布置方式基础上,提出了间隔布置、非对称布置两种新的交叉索布置方式。建立主跨设交叉索的多塔斜拉桥有限元模型,主要分析了新的交叉索布置方式对活载作用下的主梁挠度、塔顶位移、结构竖向基频及桥塔内力的影响,并与现有布置方式进行了对比。结果表明:用钢量相同的条件下,与原有的交叉索布置方式相比,交叉索间隔2根索布置时,三至五塔斜拉桥的中塔塔顶位移减小3.9%~8.9%,中塔塔底弯矩减小2.2%~6.6%,主跨下挠最大减小4.9%,竖向基频最大增大4.3%;交叉索采用非对称布置时,中塔塔顶位移减小8.2%~9.2%,中塔塔底弯矩减小5.6%~7.7%,主跨下挠最大减小6.6%,竖向基频最大增大2.7%。间隔布置、非对称布置均可有效提高交叉索对中塔的约束效果,增大结构刚度、改善桥塔受力。采用交叉索非对称布置的结构刚度最大、桥塔受力最小。

双肢薄壁墩刚构桥稳定性计算方法

根据压杆稳定理论,研究了刚构桥在恒载作用下失稳特征值的解析求解方法。求解临界失稳力时,桥墩有效高度可取墩高,桥墩等效失稳荷载可取其所承担上部结构荷载与墩身自重的一半之和,建立有限元模型对文中求解方法进行了验证。结果表明,在最大悬臂阶段,失稳特征值计算误差随墩高增大而减小,成桥阶段,文中方法有较高精度。桥墩高度不同时,可按各桥墩分别计算其失稳特征值,整桥的失稳特征值等于各墩失稳特征值的平均值。算例分析表明,运用文中方法的计算结果与有限元计算结果吻合良好,计算方法简便,更有实用价值。

频率法测索力中不同振动模型的比较分析

针对频率法测索力中常用的几种振动模型,选用了一组长度、索力不同的拉索进行验算,对几种振动模型进行了比较,得出结论:ξ参数与不同振动模型的索力差值相关性良好.ξ较小时,不同的简化方法得出的索力差值较大,弦理论求得的索力最大,固支梁理论求得最小;ξ较大时,不同的振动模型均能较为精确的计算索力.

提高《建设监理概论》教学质量的几点措施

《建设监理概论》是土木工程专业一门重要的专业课,课程应用性较强、概念多。在教学环节存在一些影响教学效果的普遍性问题,如学生重视程度不够,学习积极性不高,缺乏工程实践经验导致对相关内容不理解等。针对以上问题,该文从教学方法、考核方式等方面进行了教学改革,提出了提高教学质量的相关措施。

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.

三塔悬索桥中塔适宜刚度

为了明确三塔悬索桥的中塔刚度取值范围,以主缆与中塔鞍座的抗滑安全系数和加劲梁挠跨比为控制指标,推导了三塔悬索桥中塔刚度上、下限值解析公式,建立有限元模型验证了公式的有效性,最后分析了垂跨比、恒活载比值、跨径等主要设计参数对中塔刚度取值的影响.结果表明:理论值与有限元值符合良好,可在初步设计阶段指导多塔悬索桥的中塔选型;恒活载比值对中塔刚度取值的影响较大,当恒活载比值约大于6. 5时,才存在合适的中塔刚度使三塔悬索桥同时满足结构变形和主缆抗滑的要求;主缆垂跨比主要影响中塔刚度上限值,且对上限值的影响与恒活载比值有关;中塔刚度取值范围随着主跨跨径增大而增大.

多塔悬索桥变形特性

为了探究多塔悬索桥初步设计阶段参数取值,将主缆等效为具有一定刚度的弹簧,建立多塔悬索桥静力力学分析模型;基于加载跨与非加载跨主缆水平力平衡以及塔顶位移、主缆伸长与主缆垂度变化的关系,推导了塔、缆变形解析公式,通过建立的有限元模型进行验证;分析了主要设计参数对结构变形的影响.结果表明:提出的公式可用于初步设计阶段多塔悬索桥的结构变形估算;桥塔刚度及恒活载比值对结构变形影响显著,通过增大桥塔刚度或恒活载比值均可有效减小结构变形;垂跨比对结构变形的影响与桥塔刚度有关,桥塔刚度较小时宜采用较小垂跨比,桥塔刚度较大时,宜采用较大主缆垂跨比;结构变形随跨径的增大迅速减小,当跨径增大到2 000 m时,变形不再控制多跨悬索桥设计;主跨跨数超过3跨时,继续增加主跨跨数对结构变形影响较小.