大跨径悬索桥结构分析理论及其专用程序系统的研究

大跨径悬索桥是典型的柔性结构体系，其受力特性表现为几何非线性。设计阶段不仅要计算其恒、活载和附加荷载的受力与变形，还要计算主缆、吊索制作时的无应力索长，挂索初期索鞍的预偏量等特殊问题；在施工阶段要作各种施工荷载及风载作用下的受力分析。此外，悬索桥的风振、地震响应以及塔的稳定性也是设计者关心的问题。而悬索桥在各种情况下的静、动力特性及稳定性与该时刻结构状态密切相关。为了理顺这些关系，并根据拟定的成桥结构参数来完成上述各项复杂的分析，完善悬索桥的设计计算，作者在研究悬索桥结构分析理论与方法的基础上，设计了悬索桥结构分析专用程序系统。本文介绍悬索桥分析理论及其专用程序结构。

悬索桥成桥状态计算方法

假设悬索桥主缆自重沿弧长均匀分布,加劲梁、桥面等其余恒载沿水平均匀分布,考虑主缆弹性伸长对其自重集度的影响,导出了以参数u(shu=dy/dx)表示的主缆线形方程。由边界条件,建立了求解主缆水平张力和端点未知参数的非线性方程组,采用拟牛顿法求解。然后通过改变参数u来确定主缆线形坐标。最后由积分法导出了主缆索有应力和无应力长的计算公式。算例表明该方法收敛速度较快,计算精度较高,可用于悬索桥设计与施工控制计算。

大跨径悬索桥主缆系统施工控制计算

基于悬索桥在恒载作用下的力学特点 ,建立起了主缆施工控制计算的解析迭代法 ,以此确定恒载状态下成桥线形、主缆无应力长度 ,并可迭代出空缆线形、主索鞍顶推预偏移量及索夹安装位置等。宜昌长江公路大桥的应用表明 ,该解析迭代的系统计算方法 ,收敛速度快、精度高 ,是一种有效计算方法。

大跨径悬索桥猫道承重索施工控制计算方法

基于悬链线理论 ,建立了猫道施工控制计算的迭代法 ,以此确定猫道线形、承重索无应力长度等。特别地考虑了中跨、边跨由于分离布置而产生的不平衡水平力及其影响。宜昌长江公路大桥的应用表明 ,提出的计算方法精度高。

基于索鞍无预偏施工悬索桥的施工仿真

针对索鞍无预偏的悬索桥施工设计,通过基于悬索力学的解析迭代法与基于有限位移理论的有限元法相结合,系统地进行了施工中的主索下料长度、空缆状态及空缆标高、加劲梁吊装阶段的主塔受力和变形以及锚跨索股张拉时机与张拉量等控制参数的仿真计算;并利用ANSYS程序和有限位移理论在悬索桥施工仿真应用时解的延续性和可逆性,从link10单元初应变调整入手,放弃初始状态试算的大循环迭代方法,建立了利用通用程序从结构成桥状态倒退到初始状态的有效方法。

自锚式吊拉组合体系桥主缆线形计算方法

基于分段悬链线理论，考虑自锚式吊拉组合体系桥主缆锚固点位置及桥塔高度的变化，分别介绍了其成桥和空缆状态主缆线形及主缆无应力长度的计算原理和步骤．考虑索鞍的影响，编制了主缆线形计算程序．算例验证结果表明该方法是正确可行的，所编程序具有收敛速度快、计算精度高、便于工程应用等特点，对自锚式吊拉组合体系桥的设计和施工都具有很好的指导作用．

分段抛物线求解缆索线形的直接方法

假设悬索桥主缆在相邻两吊杆之间的缆索段自重沿桥跨径方向均匀分布,均布荷载集度与该段索长度有关,则每段索可假设为满足抛物线方程.忽略缆索抗弯性能,各缆索段端点处水平力相等,索拉力沿索端点处切线方向.根据节点力平衡,并考虑到位移条件,得到以各段端点高差及水平力为未知量的耦合方程组.通过解算方程组并修正矩阵参数直接得到主缆线形坐标及水平力,进一步对各段抛物线积分得到主缆的有应力和无应力长度.该方法不需要迭代,因此计算速度快.算例结果表明该方法计算精度很高,可以用于悬索桥设计与施工计算.

自锚式悬索桥主缆无应力长度的计算分析研究

该文基于悬链线计算分析理论,将自锚式悬索桥空缆状态,简化为受沿弧长均布的自重荷载与吊索处集中力作用的柔性索,对成都市清水河自锚式悬索桥主缆的无应力长度进行了计算分析。可为类似的桥梁设计和施工提供参考。

悬索桥成桥主缆线形计算的混合线形理论法

基于悬索桥在恒载作用下的力学特点,对悬索桥的主缆线形及无应力长度的解析计算方法进行研究,在抛物线理论和悬链线理论的基础上推导出混合线形理论近似显式方法,以此确定恒载状态下成桥线形、主缆无应力长度。与精确计算方法相比,该方法计算过程简单且精度高于抛物线法,精度满足成桥几何线形的初步设计要求,适用于主缆线形和内力的初步计算。

自锚式悬索桥主缆无应力长度计算

主缆无应力长度的计算,是悬索桥施工监控中的重要内容。利用Midas/civil对松原天河北汊桥建立有限元模型,考虑主索鞍和散索鞍处圆曲线影响,对主缆无应力长度进行修正。由于主缆从边跨至中跨通过鞍槽进行了竖向和横向两次转向,因此需要对竖向和横向主缆的无应力长度进行修正,为计算空间索面自锚式悬索桥主缆无应力长度提供参考。

涪陵青草背长江大桥主缆无应力长度计算

主缆无应力长度的计算是悬索桥上部结构施工监控顺利进行的有效保证。利用通用软件Midas/Civil对涪陵青草背长江大桥建立有限元模型,进而修正索股无应力长度,提出采用通用软件建立悬索桥模型并计算主缆无应力长度的一般方法,为采用该类通用软件计算悬索桥主缆的无应力长度提供参考。

一种悬索桥主缆计算的新方法

基于对主缆索段的受力分析,在建立各索段统一线形方程的基础上,找到主缆最低点的位置及其斜率,利用变形相容条件建立方程,以主缆张力水平分力的变化规律求解方程,提出一种受力更明确、适应性更强、计算更简便的主缆线形计算方法,并将其总结为斜率爬升法。该方法对平面主缆悬索桥的平面缆索结构均能保证求解收敛,经过算例论证,计算精度较高。在求解主缆水平分力的基础上推导主缆坐标、有应力长度和无应力长度的求解方法。同时研究主塔不等高时,主缆斜率最小点的位置和斜率大小变化情况,并研究不等高主塔对主缆受力和主缆线形的影响,结果表明不等高主塔的主缆斜率最小点会向较矮的主塔一侧偏移,且较小的主塔高差会对主缆受力和主缆线形产生较大影响。

主塔参数对双塔单跨悬索桥线形影响分析

为准确把握地锚式悬索桥在施工阶段和运营阶段结构线形的变化,以某大跨悬索桥为例,采用有限元方法建立了跨度为166m+628m+166m、加劲梁为单跨简支结构体系的双塔单跨悬索桥全桥三维仿真计算模型。选取主塔刚度、主塔高度及主塔纵向偏位三个参数为研究对象,通过改变选取参数的大小,研究参数改变对主缆无应力长度及主缆线形的影响,确定了能显著影响结构受力状态的参数,为今后同类桥梁的施工及本桥后期的监测养护提供参考。

南京白果桥主缆长度计算

根据自锚式悬索桥的实际受力特点,介绍了主缆长度的计算方法——分段悬链线法。该方法根据力学平衡条件和变形相容条件,采用解析表达式和数值迭代计算方法解决主缆长度计算问题,自动计入索曲线的非线性,并结合工程实例阐述该方法在主缆下料时的应用,证明该方法是可靠有效的。

平弯锚固自锚式悬索桥主缆索股无应力下料长度分析

主缆索股的无应力下料长度是自锚式悬索桥施工控制阶段的关键参数之一。为获得平弯锚固自锚式悬索桥主缆索股精确的下料长度,首先通过有限元模型分析得出主缆中心线的初始无应力长度,再根据结构的细部构造和索股的空间位置分别进行主索鞍竖转、散索鞍平转和锚固段散索三项修正,并通过分析给出了各项修正值的计算公式,最终的主缆索股无应力下料长度即为初始无应力长度与三项修正值之和。实桥空缆架设后的观测数据显示,实测高程与设计高程之间的偏差在相关规范规定的允许范围内,表明对主缆索股无应力下料长度的精确计算取得了良好的成效。

自锚式吊拉组合桥主缆成桥线形计算及程序开发

采用数值解析法,给出了自锚式吊拉组合体系桥成桥主缆线形的计算原理和步骤,推导了索力调整的影响矩阵,给出了确定索鞍位置的精确方法。编制了主缆线形计算程序,该程序可以精确考虑主缆由各种因素引起的几何非线性。通过算例验证表明该程序具有收敛速度快、计算精度高等特点。

中贵管道乌江悬索跨越主缆的施工控制

乌江管道悬索跨越主缆重力刚度偏小、柔性较大,主缆架设线形受散索套定位、索鞍预偏量、环境温度和跨度的影响较大,调索困难。为了精确调整索股线形,基于无应力状态理论,建立了索股无应力长度和线形精确迭代求解算法,综合考虑温度、跨度等因素,快速有效地控制索股到空缆的高程。采用参数变化法,分析温度和跨度对索股线形和锚跨张力的影响,用于索股调整完毕后的稳定性观测及其线形随温度、跨度变化的规律性校验。施工观测结果表明:该工程上下游索股的相对或绝对高程偏差均满足施工技术规范要求。该迭代算法在乌江管道悬索跨主缆施工中适应性好,计算速度快,监控工作效率高,是管道悬索跨越主缆索股架设和调整的一种有效方法。