缆线在铅垂面内弯曲的大变形曲线微分方程及其数值解法

针对民用与工业应用中经常用到的自然弯曲的软管和柔缆,归纳出5个共同特点,作为本文研究缆线的基本假设。从这些假设出发,根据受力和应力分析,首次推导了缆线在铅垂面内弯曲的大变形曲线方程。列出了多种端部约束条件下相对应的求解大变形曲线的方程组。证明了悬链线与纯弯曲线都是本文的特例。提出了获得数值解的递进法,并针对两端夹持约束的情形给出了具体算例。说明了存在多解的原因以及比较不同解稳定性的方法。

悬索桥主缆截面固定网格多孔模型构建与流动特性研究

为研究悬索桥主缆除湿过程中紧束态钢丝束区域截面流动特性,以深中通道伶仃洋大桥为背景进行主缆截面固定网格多孔模型构建与流动特性研究。利用固定网格的方法,考虑钢丝束间隙,构建一种适用于悬索桥主缆截面的精准多孔模型,研究钢丝束间隙、通气方向、阻力系数计算方法、钢丝束阶数对空气流动特性的影响。结果表明:通气方向不同时,精准多孔模型体现了主缆截面内部流速分布的不均匀性以及流动阻力的各向异性;入口速度一定时,垂直通气时两侧间隙流速大于钢丝束内部流速,水平通气时水平间隙流速有所增大,垂直通气进出口压差大于水平通气,两者相差11.29%;对比采用Ergun公式计算的阻力系数模型与采用拟合计算的实际阻力系数模型,进出口压差差异随着入口速度的减小而逐渐增大,在入口速度为0.031 25 m/s时,水平通气和垂直通气下,2种模型进出口压差差异分别为89.5%和95.6%;钢丝束阶数不同时,各个阶数粘性阻力系数值相差小于1%,惯性阻力系数值相差小于2%,可认为阻力系数计算与钢丝束阶数近似无关。

悬索桥主缆与索鞍间侧向传力的数值分析

悬索桥主缆与索鞍间依靠挤压接触维持联结,但目前缆-鞍间侧向传力机制不明导致结构设计困难。构建了鞍槽内足量钢丝离散体的数值分析模型,并据此开展了关键参数影响分析。结果表明:侧向压力随深度表现出负指数型收敛分布,底部钢丝因槽底的支撑作用会出现侧向压力骤减;钢丝的排列方式对侧向力影响明显,细长排列会减小对应深度的侧向压力,但会增加总体侧向力;摩擦系数越大,侧向压力越小,显示出明显的负相关关系;在常规范围内设定钢丝的弹性模量及泊松比对侧向力影响微小。研究结果可为悬索桥索鞍结构设计及抗滑稳定性验算提供参考。

在役矮塔斜拉桥主梁结构承载性能分析

矮塔斜拉桥具有纤细、优美的美学特征,同时可进行灵活的跨径布置,已成为中大跨径桥型的有力竞争者。对于在役矮塔斜拉桥,主梁承载特性是影响其结构安全的主要因素,开展桥梁主梁结构承载力研究对合理评价矮塔斜拉桥服役性能具有重要意义。为此,以某在役矮塔斜拉桥为例,基于桥梁检测结果,通过数值模拟方法建立了矮塔斜拉桥结构有限元模型,并从主梁抗弯、抗剪、抗裂角度研究了在役桥梁主梁结构的承载性能。期望研究成果能为类似桥梁的安全评价提供参考。

悬索桥主缆系统数值解析法计算的一种收敛算法

从理论上证明了索段状态方程存在无解的情形,提出了在设计基准温度下成桥状态主缆系统数值解析法求解的迭代计算中存在收敛路径寻找的问题。针对已有数值解析法可能得不到解的缺陷,引入搜索算法和惩罚因子,对其进行改进,给出了惩罚因子的合理取值公式和改进后数值解析法的迭代步骤,确保了各种荷载情况的设计基准温度成桥状态主缆系统计算的快速高精度收敛。给出了数值解析法改进前不能收敛而按该方法改进后能收敛的算例。

悬索桥主缆线形静力解析解

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,根据索微元的力学平衡关系,通过引入一个参变量,导出了悬索桥主缆成桥线形的解析参数方程。由边界条件,将定解问题转化为一组非线性方程组,以抛物线理论值为求解初始值,采用拟牛顿法求解未知参数和水平张力,然后由积分法确定主缆索有应力长和无应力长,算例结果表明该法收敛速度较快,计算精度较高。

主离合器摩擦片温度场的数值解法

摩擦片的温度变化对主离合器的性能影响很大。在研究工程机械主离合器工作特点的基础上 ,分析了主离合器工作时的热传导过程 ,给出了热传导数学模型和温升表达式 ,并用数值解法求解 ,得出摩擦片的温度变化规律。通过应用证明 ,该计算方法计算结果较为准确 。

斜拉桥主塔塔型及塔高的优化分析

塔型和塔高决定斜拉桥整体高度、施工难易和造价.利用MIDAS/Civil软件对某斜拉桥进行了数值模拟,以成桥恒载状态为基础,保持拉索和锚固形式及其锚固点分布基本不变,对3种塔型在恒载和地震荷载作用下的受力进行了分析,认为该桥主塔采用钻石型塔型最优.在成桥恒载作用下,对不同塔高的主梁和塔身的内力、位移以及斜拉索索力数值对比分析,提出了采用最小弯曲能量调整索力的方法来优化主塔高度,认为该桥塔高适当降低为优.

一种用于单索求解的迭代算法

本文应用符号计算软件Mathematica,基于单索平衡条件和协调条件给出了不等高单索的微分方程,并推导了不等高单索的显式表达式.在此基础上,给出了单索的一种数值迭代解法.最后,通过数值算例验证了该算法的正确性和可靠性.

悬索桥主缆初张力对成桥结构性能的影响

天津富民桥为单塔空间索面自锚式悬索桥,其主跨主缆由塔顶中点向两侧对称张开至桥面梁端两侧的锚碇,呈空间曲面状态。运用通用有限元分析软件ANSYS,对天津富民桥进行3种不同主缆空缆初张力条件下成桥过程的模拟计算,研究空间索面悬索桥主缆初张力对成桥结构性能的影响。研究结果表明:成桥时,主缆初张力越小,在结构自重作用下主梁底部应力、主缆张力也越小、主塔应力与锚碇应力也越小,主缆初张力的大小对成桥时吊索索力的大小及分布没有明显影响;在活荷载作用下,主缆初张力越小,悬索桥结构体系产生的主缆张力增量则越大,吊索索力增量也越大,即更多的荷载通过吊索传递到主缆,相应地主梁承担的荷载较小,主梁挠度、梁底纵桥向应力随主缆初张力的减小而变小。总之,主缆初张力越小,悬索桥结构体系的性能越佳。

植树挖坑机钻头纵向振动系统动力学模型建立与求解

介绍了国内外机械化植树造林机械发展状况,指出国内植树用挖坑机研究重点,利用空间运动学、机械振动理论及弹性动力学原理,着重分析建立钻头纵向振动模型并用数值方法进行了求解,同时系统地分析了钻头下端部件与土壤的相互作用力、钻头升土、惯性力及外激励等因素的影响。为钻头动力学特性仿真及整机动态特性研究提供理论基础,为合理预测和控制钻头的运动规律,改善钻头的动力学特性,提高钻头工作效率及改进设计方法提供了新的理论依据。

悬索桥鞍槽纵向曲线设计

为更加合理地设计悬索桥的鞍槽纵向曲线,提高悬索桥施工控制的精度,基于弹性悬链线的解析解,建立了具有复合圆弧曲线的鞍槽纵向曲线设计方法.在拟定主索鞍处转点到两切点的距离或水平距离,或拟定散索鞍弧段半径后,根据索鞍的受力平衡条件及两圆弧段之间的几何关系,建立了求解主索鞍鞍槽纵向曲线的一元非线性方程及散索鞍的二元非线性方程组.对应每种鞍座的设计还建立了相应的高效作图法,指出主索鞍的设计以拟定转点到切点水平距离最简单.最后,为了证明公式的正确性,给出了1个算例.

悬索桥主缆安装曲线的解析解

悬索桥主缆安装时受到荷载分布、自身变形、温度变化、鞍座偏移等诸多因素的影响 ,因此 ,应预先给出安装阶段主缆曲线的几何坐标 ,对特大桥施工而言 ,这点尤为重要。给出悬索桥主缆安装曲线参数形成的解析解 ,供设计人员和施工工程师参考。

改进力密度法在悬索桥主缆找形中的应用

针对悬索桥成桥和空缆两种状态的主缆找形问题,提出了改进力密度法。该方法结合无应力长度的概念,假设初始缆形为直线段。通过力密度法建立结构平衡方程求解节点坐标,反复迭代,求出控制条件下的目标缆形。以新建成的徐州京杭大运河地锚式悬索桥为依托,利用Matlab编程求解主缆缆形,并将数值计算结果与坐标实测值进行比较,结果表明该方法收敛稳定,计算效率高,并具有较高的精度。同时,通过算例验证了论文提出的方法对于空间缆形自锚式悬索桥同样适用。

采用向量式有限元的拉索参数振动模拟

拉索的参数振动主要是由连接拉索端部的结构振动引起的,当端部振动频率与拉索的自振频率满足一定倍数关系时,拉索端部激励容易激发较大拉索参数振动。由于参数振动存在复杂的非线性振动特征,传统的解析方法难以应用于实际工程。本文发展了模拟拉索参数振动的向量式有限元方法,对斜拉索在动边界条件下的振动进行分析,对比控制方程的数值解以验证结果的准确性。并基于向量式有限元模型对端部支座轴向运动激励下产生的主共振区和主参数共振区特性进行讨论,分别研究了拉索倾角、阻尼比以及风荷载协同作用对参数振动的影响。研究结果表明向量式有限元可以有效模拟复杂工况下的拉索参数振动,有利于实际工程应用。

超大跨径三塔悬索桥加劲梁吊装方案

为了寻找超大跨径三塔悬索桥建设中更为有利的加劲梁吊装方案,以主跨2 000 m三塔悬索桥为对象,运用参数分析结合有限元数值模拟的方法研究了主、边跨加劲梁不同吊装顺序对边塔鞍座偏移量、主缆线型、合龙位置、合龙段施工方法以及吊装过程中结构动力响应的影响.结果表明,超大跨径三塔悬索桥主跨加劲梁宜从跨中向索塔方向吊装,边跨加劲梁宜从锚碇向边塔方向吊装,该方案下主缆水平倾角小,扭转基频较大,颤振稳定性更好,且采用预偏合龙方法时所需要的牵引力小,因而按该方案吊装对桥梁建设更为有利.

铸焊式主索鞍焊接工艺分析及数值模拟

基于SYSWELD模拟,针对大型主索鞍鞍头与座体的对接焊缝,分析了材料焊接性,模拟了一定热输入条件下的焊接温度场、焊缝及热影响区的组织分布。模拟表明:热输入越大,焊缝及热影响区经800~500℃冷却所需时间越长,较硬脆的马氏体、贝氏体组织含量越少,而韧塑性较好的铁素体+珠光体的组织含量越多。该研究给出了铸焊式主索鞍较合理的焊接工艺方案,为大型铸焊式主索鞍的焊接生产提供了设计思路,对降低生产成本、提高产品质量具有重要应用价值。

悬索桥主索鞍充型过程数值模拟与工艺优化

基于ProCAST软件模拟了悬索桥主索鞍裸件的凝固过程,找到主索鞍热节所在位置,完成了冒口设计;结合主索鞍的结构特点,设计出初始浇注系统,对主索鞍浇注充型过程进行了数值模拟。根据模拟结果,改进了初始设计方案,获得了合理的浇注系统和铸造工艺优化方案。该优化方案对实现主索鞍的高质量铸造成型具有重要的技术价值。

基于响应面法的非对称钢桁斜拉桥参数敏感性分析

非对称钢桁斜拉桥受力和变形具有不对称性,其参数敏感性与对称钢桁斜拉桥有所差异。为了研究各参数对大跨度非对称钢桁斜拉桥结构响应的影响程度,本文采用响应面法构建结构响应与各个参数之间的显式关系式,利用梯度算法求解各参数对某一响应量的敏感度及敏感百分比。采用MIDAS/Civil建立全桥有限元模型,考虑整体升降温、板-桁温差、索-梁温差、低塔刚度、高塔刚度、拉索弹性模量及主梁重量7个参数,分别以中跨跨中挠度、主梁最大弯矩、主梁最大轴力、桥塔根部弯矩及塔顶纵向偏位为结构响应,研究各参数对非对称钢桁斜拉桥结构响应的影响程度。结果表明:主梁重量对结构各个响应的影响程度始终处于最高或者次高位,而其余设计参数对不同结构响应的影响程度均表现出较大差异。同一设计参数对不同结构响应的影响程度不同,应根据需要关注的结构响应控制主要影响参数。

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.