基于ANSYS平台的斜拉桥调索方法研究

在斜拉桥的极限承载力分析中,首先需要提供一组斜拉索初始索力,使计算所得的成桥状态恒载作用下的索力与设计成桥索力一致。这是一个需要反复调整、试算的过程,往往需要投入较多的人力和时间。本文利用ANSYS二次开发的功能,开发了斜拉桥调索程序,使繁琐的调索过程在ANSYS中自动完成,减少了人力,提高了工作效率。该程序已应用于我国正在修建的某一座三索面三主桁特大跨度公铁两用斜拉桥分析中,96根斜拉索的调索过程在ANSYS中自动完成,计算所得的成桥状态恒载作用下的索力与设计成桥索力误差在0.5%以内。该程序的开发为以后其他斜拉桥的分析计算提供了方便,为以后类似问题的ANSYS二次开发提供了思路。

悬索桥锚跨索股分析研究

由于锚固的需要,悬索桥锚跨索股是离散的空间索股,而索股张拉力是索股架设时的一个重要参数,为此,提出了成桥状态锚跨索股索力合理分布模式的概念,计算成桥状态各索股精确的空间走向、索力和无应力长度,然后通过对索股架设过程的分析,计算各索股架设时的张拉力,最后通过算例分析索股架设时锚跨各索股张拉力的变化情况,计算表明,索股的最大张拉力与最小张拉力之比可超过1 5。

悬索桥主缆架设过程分析

采用PWS法架设主缆时,基准索股的线形和锚跨索股张拉力是施工时的2个重要参数,为此,提出了2种成桥状态锚跨索股索力的分布模式,通过成桥状态的计算得到各索股精确的无应力长度,然后根据索股架设过程分析,计算基准索股的空缆线形和各索股架设时的张拉力,最后通过算例比较了基准索股线形和成缆线形的差异,并分析索股架设时各索股锚跨张拉力的变化情况。

双塔单跨混合梁自锚式悬索桥缆梁同步施工方案

针对双塔单跨混合梁自锚式悬索桥传统上"先缆后梁"总体架设方法修建临时锚固体系造价高、工期长,且由临时锚固体系转换到永久锚固体系过程中工序复杂及"先梁后缆"总体架设方法工期长、成本高、风险大的弊端和不足,以株洲枫溪大桥为工程背景,提出"缆梁同步"施工方案。分析了不同跨径、垂跨比下锚固处空缆水平力的大小,计算了单墩所能抵抗最大不平衡水平力的量值,确定了该施工方案的可行范围。研究结果表明:(1)锚固处空缆水平力随跨径的增大而增大,随垂跨比的增大而减小。(2)跨径100~300m、垂跨比1/6.0~1/4.0、锚固处空缆水平力在2 900kN以内;跨径100~300m、垂跨比1/8.0~1/6.0以及跨径300~450m、垂跨比1/6.0~1/4.0时,锚固处空缆水平力在6 400kN以内;跨径300~450m、垂跨比1/8.0~1/6.0时,锚固处空缆水平力都在6 400kN以上,最大值超过10 000kN。(3)该不平衡水平力由锚固处以下边墩承受,跨径100~300m、垂跨比1/6.0~1/4.0的该类桥梁可实施该方案。(4)墩顶适量配重,或边墩受拉区配置一定预应力筋,或在设计阶段增大边墩截面或惯性矩,能使该方案在墩高更高、跨径更大而垂跨比更小的该类桥梁中实施。该成果在依托工程中的应用效果良好。

基于多层感知深度学习的大跨度斜拉桥索力调整

为提高大跨度斜拉桥施工过程中索力调整的速度及准确性,基于多层感知深度学习,构建了索力调整的深度网络架构。将索力调整实质定义为:在斜拉索无应力长度允许调整的范围内,拟合目标响应与索力调整量之间的映射关系,转化为机器学习和统计学中的回归问题。结合深度学习的二阶梯度下降和深度网络正则化策略,采用多层感知器索力调整的4层深度神经网络,以某混合梁斜拉桥为工程背景,验算数学和结构响应两方面下索力调整量的预测误差,及调索后的结合梁线形及索力误差。结果表明:预测误差均在工程允许范围内,成桥阶段调索后的结合梁线形误差在40mm以内,索力误差均在5%以内;索力调整的多层感知深度网络能快速、精确地预测索力调整量,可用于大跨度斜拉桥的索力调整。

大跨径自锚式悬索桥吊索索力相邻影响分析

针对大跨径自锚式悬索桥吊索索力的相邻影响问题,采用模型试验与理论分析相结合的方法,研究吊索索力"相邻影响原理"所适用的结构状态,说明部分吊索未出现相邻吊索张拉使其索力骤减的原因,分析结构体系转换对相邻吊索及其他吊索索力的影响规律,揭示吊索张拉对相邻吊索索力的削减程度与吊索成桥索力来源之间的相互关系。结果表明:吊索索力"相邻影响原理"仅适用于结构体系转换完成后的结构状态;自锚式悬索桥采用对称张拉或单侧张拉两种不同方案时,张拉对相邻吊索索力的削减机理及削减程度不同;在施工中,吊索张拉对其他吊索索力的影响范围与吊索初张力、主缆重力刚度等因素相关,吊索张拉对非相邻吊索索力的影响程度均基本相同;相邻吊索索力、其他吊索索力受结构体系转换进程的影响,会出现不同的变化规律;前期张拉的大部分吊索的成桥索力主要来源于除相邻吊索外其他吊索张拉产生的累计增长效应;后期张拉的小部分吊索的成桥索力主要来源于因吊索张拉获得的索力。

悬索桥锚跨索股分析及程序实现

针对悬索桥锚跨索股的特点,介绍了索股几何长度迭代计算原理、索力计算模式、索股稳定性判据,并据此编制了FORTRAN数值计算程序,克服了以往悬索桥锚跨索股设计时曾采用的虚交点法导致计算索股与锚面的交点同设计有较大差异的问题;以某在建大型悬索桥为实例进行了锚跨索股分析,得出了相应结论。

基于ANSYS平台的大跨度斜拉桥非线性成桥初始索力确定

大跨度斜拉桥成桥初始索力确定是全桥结构设计分析中的重要问题。基于索力差值迭代原理,提出一种基于ANSYS平台的斜拉桥成桥初始索力确定方法,以设计索力作为目标值,考虑斜拉桥几何非线性因素,先假定任一组初始索力以初应变的形式加到斜拉索上,加上恒载并计算,提取计算所得斜拉索索力并检查该索力与目标成桥索力的误差是否在允许的范围内,若误差过大,通过差值法修改斜拉索初应变,再重新计算直至误差在允许的范围内。运用APDL语言编制了三塔结合梁斜拉桥成桥索力迭代计算程序,并将该程序应用于武汉二七长江大桥结构分析中。结果表明,该初始索力迭代方法方便快捷,调索效率高。边塔两侧44根斜拉索的成桥索力与设计院提供的成桥索力误差均在5%以内。

切顶留巷成套支护设备的研究与应用

介绍了一种应用切顶泄压短悬臂梁留巷矿压理论,全新思路的沿空留巷支护方式—切顶留巷成套支护设备,切顶留巷成套支护设备是一种具有支护、防护、挡矸、切顶、清矸、铺设立网及导网、自移自调等多种功能的,适用性强、适用范围广的全新型留巷支护设备,包括留巷端头支架和留巷切顶支架两部分。该设备的应用比传统的沿空留巷支护方式投资少、操作简单、安全可靠、可完全重复利用,是当前无煤柱沿空留巷开采较为先进有效的支护方式。

悬索桥锚跨张力控制方法研究

传统的索力调整方法未能有效考虑散索鞍偏角与锚跨张力之间的耦合关系,具有一定盲目性和危险性。为安全快速地对悬索桥锚跨张力和散索鞍偏角进行调整,基于散索鞍转动刚度,研究了温度变化及边跨垂度偏差对散索鞍偏转角的影响。在此基础上,结合某三塔悬索桥工程实践,提出了一种考虑散索鞍转动效应的索力调整简化方法。实践结果表明:温度变化是造成散索鞍偏转的主要原因;推导出的温度变化及边跨垂度偏差与散索鞍偏角的关系式,在工程实践中验证了其正确性及计算精度;提出的锚跨张力调整简化方法,能显著减少调整次数,调索精度较高,且有效避免索股发生滑移,具有操作简单、节省工期以及安全性较高等优点。

可调索力锚拉桩在深厚土层边坡治理设计中的应用研究

预应力锚拉抗滑桩因其能改善桩的受力特性,控制桩顶位移,降低工程造价等诸多优点,在大型边坡治理中得到广泛应用。然而因预应力损失量大,蠕变稳定时间长等缺点,在深厚土层边坡治理工程中往往效果并不理想。鉴于此,引入一种可调索力锚固装置,通过事后补偿张拉控制锚索拉力,进而保证锚拉桩的加固效果。将该装置应用于某高速公路边坡治理设计,结果表明,后期预应力补偿张拉,可挽回25%~45%的预应力损失,桩顶位移减少50%~60%,大幅度提高了抗滑桩的治理效果。

超大跨度隧道预应力锚杆——锚索协同支护机理

探索运用1种新型支护形式预应力锚杆—锚索协同支护体系,在京张高铁八达岭长城站大跨过渡段跨度极大(32.7 m)且围岩质量极差(Ⅴ级围岩)的情况下保障隧道安全建设。通过现场监测,研究预应力锚杆—锚索的力学行为,结合现场围岩微震监测,分析预应力锚杆—锚索协同支护机理。结果表明:预应力锚杆、锚索的轴力均由初始预应力、预应力损失和被动支护力3部分决定;在隧道开挖过程中,锚杆和锚索的轴力演化过程可分为预应力快速损失、轴力波动和轴力稳定3个阶段,且预应力锚杆轴力沿自由段非均匀分布,锚杆自由段存在多个中性点;预应力锚杆锚固于浅层围岩内部,与被锚固岩体组成组合拱结构承担围岩荷载;预应力锚索锚固于深层围岩区域,调动深层围岩的承载力承担围岩荷载,并提高锚杆组合拱的稳定性;预应力锚杆—锚索协同作用实现了超大跨度隧道围岩的有效支护。

基于主梁轴力的部分地锚斜拉桥极限跨径及关键部位力学响应

为了解决部分地锚斜拉桥极限跨径不清晰的问题,以钢主梁极限抗拉、抗压强度相等即跨中地锚段主梁所受拉力和塔根处主梁所受压力相等为前提,基于斜拉桥索膜理论,求解部分地锚斜拉桥极限跨径,并得到极限锚跨比.推导了部分地锚斜拉桥极限跨径下的关键力学响应并与有限元解进行对比.研究结果表明:基于主梁轴力的部分地锚斜拉桥极限跨径约为普通自锚斜拉桥的1.4倍,其极限锚跨比约为0.293;近似计算公式推导的部分地锚斜拉桥关键力学响应与有限元结果基本吻合,误差产生的主要原因是实际桥梁结构中拉索布置体系通常为扇形而非辐射型.公式能满足概念设计阶段的要求,适用于快速分析部分地锚斜拉桥的受力特征与关键响应.

钢桁梁悬索桥成缆阶段锚跨索力调整方法

为研究钢桁梁悬索桥成缆阶段锚跨索力调整方法,对悬索桥锚跨索力控制存在问题进行了分析并提出了索力控制对策,结果表明:索股架设阶段以边跨线形控制为主,在索股架设完成后再解除散索鞍支撑架;主缆架设完成后对锚跨索力进行调整可不考虑调整过程中索力的再分配和散索鞍移动的影响;按照弹性理论将索力的偏差转化为对索股长度的调整,可快速完成索力调整并确保误差满足监控要求。

大跨铁路斜拉桥平行钢丝斜拉索锚杯调整量设计研究

斜拉桥平行钢丝斜拉索锚杯长度一般根据锚杯内钢丝的锚固长度及其他构造尺寸确定,对于修正主梁线形偏差的调整量有限。针对大跨铁路斜拉桥中由施工、制造及桥上永久荷载偏差等导致主梁成桥线形偏差较大,而现行规范中的锚杯尺寸可能存在调整量不足的问题,以某千米级公铁两用斜拉桥为背景进行平行钢丝斜拉索锚杯调整量设计研究。采用悬索理论,分析道砟容重离散性引起的斜拉索索力偏差、斜拉索弹性模量偏差及斜拉索锚固点位置偏差对斜拉索无应力长度的影响,以确定合适的锚杯放张与张拉调整量。结果表明:对于铁路斜拉桥,现行规范规定的锚杯张拉调整量基本能够满足要求,放张调整量则可能存在不足;道砟容重离散性对斜拉索无应力长度影响相对最大,设计中应预留相应的锚杯放张调整量;对300 m以上的中、长索,还应考虑斜拉索索力偏差和斜拉索弹性模量偏差的影响,预留锚杯放张与张拉调整量;斜拉索弹性模量建议取2.0×10^(5) MPa,并考虑其在(1.9~2.1)×10^(5) MPa范围内进行设计。

无应力长度控制法在梁拱组合桥调索中的应用

在实际工程施工中,梁拱组合体系桥常需要进行二次调索。将无应力长度控制法应用于(55+230+55)m某大跨梁拱组合体系桥的二次调索过程,提出了计算索力增量的k值迭代法,并与差值迭代法进行比较分析,结果表明,该方法目标明确、迭代次数少、计算精度高、方便施工,在工程应用中取得较好的效果。

混合梁斜拉桥锚跨异型混凝土箱梁空间受力仿真分析

大跨度混合梁斜拉桥锚跨主梁具有受力形式复杂的特点,在实际应用中很难把握其实际受力情况。以万州长江公路三桥锚跨异型混凝土箱梁为工程背景,通过有限元仿真计算分析手段,分别对锚跨混凝土箱梁在主梁截面弯矩最大、弯矩最小、轴力最大、轴力最小工况下的空间应力分布、索梁锚固区受力情况以及索梁锚固区横截面剪力滞效应进行分析。研究结果表明:各工况下,锚跨混凝土箱梁基本上处于受压状态,少数索梁锚固区对应的底板位置和顶板位置存在拉应力作用,最大拉应力与最大压应力均满足规范要求。

基于频率法的悬索桥锚跨索股索力测试分析

为准确获得悬索桥锚跨索股索力,便于在施工过程中对索力进行精确控制,针对锚跨结构的构造特点,采用振动频率法进行锚跨索股索力测试,分析激励方式、传感器的布置位置等因素对振动频率识别的影响,得到索股在不同应力、频率阶次、拉索长度下索力计算结果的变化规律。研究结果表明:采用频率法进行测量时,应尽量选用人工激励;传感器布置位置受到限制时,可将传感器布置到距离索股端部L/6处,以便更加准确识别拉索振动频率;进行索股索力计算时,选取1阶固有频率能较好保证索力计算的精度要求;索股的应力接近其正常受拉承载能力极限状态时,拉索的材料属性得到充分发挥,索力计算误差较小。

倒梁法模型下的锚索框架梁最优跨径研究

以六孔锚索框架为例,采用连续梁倒梁法,通过调整梁的跨径而优化结构内力,计算推导出可直接用于结构设计的内力计算公式,并讨论支座反力修正误差值的控制和框架梁的相对最优跨径比,推导支座反力修正后的横、竖梁的控制性截面内力计算公式。结果表明,当框架梁悬臂长度与跨径长度的比值n存在“竖梁n=0.3891,横梁n=0.3536”关系时,梁内力分配最合理,结构最优。将桥梁上的最优跨径运用于锚索框架梁,得出优化设计的思路和方案。

江阴大桥全桥荷载试验及服役状况分析

全桥荷载试验是充分掌握大桥各结构受力性能及实际服役状况的重要试验方法。江阴大桥是我国首座跨径超千米的特大悬索桥,大桥的安全稳定对江苏省的经济发展至关重要。本文以江阴大桥2014年全桥荷载试验结果为基础,介绍了全桥荷载试验的流程和工况,重点对比分析了主梁动力特性、主缆线形、锚跨索股索力与理论值、竣工值的情况,探讨了大桥在服役15年后的整体工作性能。结果表明,与竣工时期相比,主梁的整体性能未发生明显变化,结构状况良好;主缆竖向刚度满足规范要求,竖向位移实测值与理论值基本一致,主缆变形协调;锚跨索股安全储备良好,实测索力值较竣工试验时偏差不大,整体受力性能良好。