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。

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。

空间索形自锚式悬索桥初始平衡状态分析

通过缆索系统与塔梁系统的整体分析,对空间索形自锚式悬索桥的初始平衡状态展开研究.主要研究空间缆索系统的吊索——主缆耦合特性,以及自锚式的自平衡特性.先建立空间缆索竖平面为抛物线、水平面为节段线的简化模型,结合最小势能原理推导了解析简化公式.后采用Steffens-Newton法求解耦合的缆索真实模型,结合有限元给出全桥平衡态的数值迭代方法,并编制了程序SASB-IESA.两种算法分别求解算例,对比了二者精度,指出其各自适用性.

空间索形悬索桥吊装施工过程分析方法

以主缆与吊索的下料长度、索夹安装位置为联系,构建吊索下端力矩阵,并建立各个施工阶段临时体系相互独立的平衡方程.分别采用考虑重力的多段二力杆、分段三维悬链线来分析空间索的双向垂度特征,并提出了2种主梁吊装过程的解析解.利用数值迭代法,实现不依赖于前行施工阶段,独立求解任一工况的物理状态.算例分析表明,该方法对施工状态的实时变动能迅速作出响应,适合施工过程的实时监控与技术决策分析.

悬索桥空间主缆恒载线形分析

为了确定悬索桥空间主缆恒载线形,根据已有的二维模型,提出了一个三维主缆找形计算方法.确定悬索桥成桥状态线形主要是确定主缆的线形.给定悬索桥成桥时受力的性能指标,就能计算悬索桥成桥吊索内力,由吊索内力能够迭代形成主缆几何形状.将三维主缆投影到2个平面上分别考虑几何边界条件和力的平衡条件,倾斜吊杆的影响.引入牛顿迭代法,推导了三维主缆的迭代方程,给出了具体计算分析的迭代流程.研究结果表明:精度完全能满足工程计算要求.

单塔空间索面自锚式悬索桥悬吊结构安装与体系转换

天津富民桥主桥为单塔空间索面自锚式悬索桥,该桥体系转换是通过对吊索进行3轮循环张拉与几轮循环索力调整来完成,主要介绍悬吊结构(索夹与吊索)安装及体系转换技术。

自锚式悬索桥空间缆索系统的求解方法

由于存在着强烈的几何非线性效应,自锚式悬索桥的主缆和吊索的线形与内力的确定具有一定的困难,本文对自锚式悬索桥空间缆索系统的线形和内力的求解方法进行了研究。以单索的悬链线方程为基础,推导了空间主缆和吊索的线形和内力的递推-迭代计算流程,通过反复迭代直至主缆线形满足设计参数要求。在进行迭代计算时,切线矩阵的确定是迭代计算的关键。由于不能获得切线矩阵的理论表达式,提出了采用数值方式形成割线矩阵近似代替切线矩阵的求解策略,并通过构造牛顿类迭代格式进行求解。按照该求解方法编制了数值计算程序,经过算例验证,表明该求解方法是可行的,可用于具有对称或不对称形式悬索桥空间主缆和吊索的几何位形和内力的求解。

独柱塔自锚式空间缆索悬索桥设计

南京江心洲大桥是一座独柱塔自锚式空间缆索悬索桥,孔跨布置为(35+77+60+248+35)m,主塔采用独柱形式,主缆及吊索在边跨采用平行布置、在主跨采用空间布置,主梁采用钢混梁,设计难度大。通过技术研究,解决了桥梁总体布置、吊杆张拉、适应空间线形的主索鞍和散索套构造、钢混结合段构造等难题,保证了工程的顺利实施。

空间线形自锚式悬索桥大转角吊索技术研究

南京长江隧道工程江心洲右汊大桥为自锚式空间悬索桥,主缆从空缆状态到成桥状态,主缆横桥向位移较大,吊索须跟随主缆横向移动、转动及伸缩。通过一种新型的吊索结构,吊索可转动较大的角度,适应新型空间式悬索桥的问题,同时实现了吊索长度的调节。

空间三索面斜吊杆非对称系杆钢拱桥合理成桥索力优化

异型拱桥结构复杂,常规的索力计算理论在应用时有一定的局限性。为了研究异型拱桥成桥索力,以某座157 m下承式空间三索面斜吊杆非对称系杆钢拱桥为背景,根据刚性支承连续梁法、零位移法、刚性吊杆法和最小弯曲能量法4种现有合理成桥索力的计算方法进行仿真分析并对比其优、缺点,提出应用数据标准化方法对计算结果进行优化。结果表明:常规方法适用性均一般,求解的索力并不均匀,结构内力状态也并没有达到最合理;以计算结果相对较好的最小弯曲能量法为基础,引入数据标准化能够有效减少成桥状态系杆及拱肋的最大弯矩,并使索力分布更均匀。

空间索形自锚式悬索桥吊索张拉过程分析方法

针对空间索形自锚式悬索桥的吊索张拉施工过程,以主缆、吊索的下料长度为联系,从施工过程临时体系的力学平衡角度入手,构建吊索上端竖向力矩阵与吊索横向力矩阵,建立各个施工阶段相互独立的力学平衡方程;分别采用多段三维悬链线分析空间索的双向垂度特征,建立了吊索张拉施工过程的精确解析解;所提方法可独立求解任意施工阶段的物理状态,不依赖于前一工况。基于上述优点,采用逐步推进的张拉思路,建立了张拉方案的制定流程,明显提高了优化效率。算例分析表明,该文算法精度高,方案优化效率高。

空间索形悬索桥主缆线形施工过程空间转换控制方法

由于空缆与成桥的横向坐标相差很大,空间索形悬索桥主缆在施工过程的线形转换直接决定着吊索能否安装与其弯折损伤程度。通过分析典型工程的横向偏位与偏角,揭示了不同桥型空间转换的作用与对策;分析指出不同工法的吊索横向偏角差异,并给出计算公式。提出临时缆间横撑法,发明缆间横撑装置和配套索夹,有效解决了一座"先缆后梁"法施工的空间索形悬索桥的主缆线形转换及吊索安装问题。工程应用和算例分析表明,该文方法适用于"先梁后缆"法和"先缆后梁"法;施力效率高,安全余度大,安装一次到位无需中间调整,不会制约和影响施工工序的制定;对吊点提供刚性约束,对横向偏位与偏角的控制效果更好,有更大的安全余量容许施工误差,能够适应复杂现场常需的工序中途调整,可施工性更强。