单索面斜拉桥颤振稳定性分析

单索面斜拉桥具有桥面视野开阔等优点,但是由于拉索不能提供抗扭刚度,所以这类斜拉桥的稳定性问题就比较突出。本文以吉林兰旗松花江大桥为背景,对该大跨度单索面斜拉桥的动力特性、抗风和颤振稳定性特别是施工阶段最大双悬臂状态的颤振稳定性进行了分析。首先通过反应谱法对全桥有限元模型进行动力特性分析,得到自振频率及其各阶振型等参数,然后进行颤振稳定性分析验算。分析结果表明,该桥无论是在最大双悬臂状态还是在成桥状态下,都十分安全。本文分析计算方法可供单索面斜拉桥的抗风设计参考。     

考虑斜拉索刚度、垂度、阻尼的非线性运动方程研究

随着斜拉桥跨径的快速增长,斜拉索的长度也大大增加,斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其在外荷载作用下经常引发大幅振动,这样就降低了斜拉索的寿命或造成拉索的破坏,因此研究斜拉索的非线性运动方程对解决振动问题具有实际工程的意义。本文在考虑斜拉索非线性静平衡曲线、抗弯刚度、粘滞阻尼影响的斜拉索平面内非线性振动的基础上,建立了斜拉索非线性运动方程。采用Galerkin法解耦了斜拉索非线性运动方程,并运用Runge-Kutta法对其自由振动和周期强迫振动两种情形进行了求解,最后,通过对该索的理论计算数据与原型仿真数据的对比分析,可知上述非线性方程比传统的线性方程更精确。本文的研究为今后斜拉索的非线性分析及其振动控制奠定了一定的理论基础。     

基于现场测试的斜拉桥有限元模型修正

由于多年使用,桥的结构材料等都已经发生变化,因此在研究桥的当前工作状态时,必须依照现场测试结果,将初始模型修正为符合现阶段实际情况的有限元模型。本文以黄河胜利大桥为工程背景,根据设计资料建立了该桥初始有限元模型,用ANSYS通用软件开发了索力修正程序,该程序通过调整拉索的初始应变和附加质量块,使模型索力与设计索力之间误差在5%以内。计算发现,有限元模型中的施工顺序对成桥状态有着很大影响,应通过单元生死技术进行施工模拟。本文以各级加载工况下挠度、索力的变化情况作为控制目标,最终建立了能够反映加载工况下挠度变化、索力变化的黄河胜利大桥基准有限元模型,为今后监测桥的索力变化情况进而了解整座桥的工作状态奠定了基础。     

拆撑及邻近基坑开挖对坑底桩基位移的联合影响分析北大核心CSCD

以某基坑工程项目为例,分析了局部拆撑及邻近分区基坑开挖对基坑坑底桩基侧移的影响。首先采用围护结构分析软件FRWS7.4对拆撑过程进行受力分析,然后根据力平衡原理,将得到的底板侧向作用力作用于桩基,并采用有限元软件ABAQUS进行二维模拟,得出局部拆撑过程中桩基位移和应力云图;然后计算了邻近基坑开挖造成的坑底桩基侧移,将局部拆撑及邻近基坑开挖对坑底桩基产生的附加侧移结果进行叠加,得出坑底桩基最终位移。结果表明,局部拆撑过程中桩基安全储备较足,后期的邻近基坑开挖过程对坑底桩基侧移影响较大,但不影响其正常使用。     

体外预应力索的破坏及其修复与更换

介绍了可换索体系对各组成部分的要求。分析了体外索在自然灾害环境下劣化破坏的原因：在腐蚀环境下，体外索腐蚀导致其力学性能发生变化，甚至发生应力腐蚀破坏和氢脆或疲劳腐蚀破坏；火灾环境下，钢筋力学性能劣化；动荷载作用下，体外索产生疲劳破坏。针对不同的情况，提出了相应的体外索修复、二次张拉和更换的方法。     

拆撑及邻近基坑开挖对坑底桩基位移的联合影响分析

以某基坑工程项目为例,分析了局部拆撑及邻近分区基坑开挖对基坑坑底桩基侧移的影响。首先采用围护结构分析软件FRWS7.4对拆撑过程进行受力分析,然后根据力平衡原理,将得到的底板侧向作用力作用于桩基,并采用有限元软件ABAQUS进行二维模拟,得出局部拆撑过程中桩基位移和应力云图;然后计算了邻近基坑开挖造成的坑底桩基侧移,将局部拆撑及邻近基坑开挖对坑底桩基产生的附加侧移结果进行叠加,得出坑底桩基最终位移。结果表明,局部拆撑过程中桩基安全储备较足,后期的邻近基坑开挖过程对坑底桩基侧移影响较大,但不影响其正常使用。     

预应力轴心受拉钢构件抗火性能研究(Ⅲ):实用设计方法

为研究预应力轴心受拉钢构件的抗火性能,利用传热学原理对火灾下预应力轴心受拉钢构件的温度分布进行了理论分析,得出了任意爆火时刻预应力索温度的差分计算式。分析表明:火灾下拉索升温随拉索的等效直径增加而降低,随预应力钢管的温度升高而升高。利用索温度的差分计算式以及抗火设计基本思路,推导出预应力轴心受拉钢构件临界温度的简化计算方法,并采用试验研究、有限元方法对计算方法进行了验证。该计算方法表明构件的临界温度随着约束刚度比的增加而升高,随着荷载比的增加而降低。     

大跨径斜拉桥施工双悬臂状态抖振响应分析及控制

斜拉桥在施工状态时柔性大、振动频率较低,在紊流风的作用下梁端会产生较大的竖向抖振位移,而塔的摇头运动会在塔根引起较大的纵向弯矩。以某三塔斜拉桥为例,根据大跨度桥梁抖振响应有限元理论,分析和比较了5种不同的风缆设置方案以及设置临时支撑桩方案的抑振效果,并提出了一种有效的抑振措施。     

国产粘性阻尼器的实索减振试验研究

在拉索上附加耗能减振阻尼器是斜拉索振动控制的主要手段之一,而拉索在附加非线性粘性阻尼器后的阻尼特性尚未见试验研究报道。本文对一种国产非线性粘性阻尼器进行了实索减振试验。在工厂内张拉一根长215.58 m的拉索,利用人工激振拉索至一定振幅后测得的振动衰减的位移时程曲线,计算了空索及拉索—阻尼器系统前三阶模态的对数衰减率值;同时也测量了阻尼器工作时的阻尼力。试验结果表明,空索的内阻尼值很小,可忽略不计;而拉索—阻尼器系统的对数衰减率值则与振幅相关。试验测得拉索—阻尼器系统的前三阶模态的对数衰减率均值达到了0.04,可以有效地抑制拉索的振动。将实测对数衰减率平均值与理论计算对数衰减率最大值比较,得到拉索减振设计时可采用的阻尼器效率系数。     

考虑前2阶模态组合的拉索非线性参数共振研究

针对水平拉索的非线性参数共振问题,首先将桥面简化为集中质量块,建立拉索在桥面谐波位移激励下的非线性微分方程,并考虑拉索前2阶模态组合的影响,进而推导索-桥耦合的无量纲非线性运动方程组,最后以实际斜拉桥工程的拉索为例,对拉索发生参数共振的响应进行数值模拟分析。研究表明:当桥面质量块无量纲固有频率Ω3与拉索1阶无量纲固有频率Ω1M之比为2∶1时,拉索的前2阶模态位移和质量块均出现"拍"振现象,且以第1阶模态为主振动模态;而当桥面质量块无量纲固有频率Ω3与拉索2阶无量纲固有频率Ω2M之比为2∶1时,仅有第2阶模态位移和质量块出现"拍"振现象,拉索以第2阶模态为主模态振动,此时第1阶模态位移未出现"拍"振现象;考虑前2阶模态组合时,当质量块的激励频率与系统的固有频率满足参数共振频比关系2∶1时,系统将发生大幅"拍"振现象,且第1阶主模态的位移响应要远大于第2阶主模态的位移响应。     

地震作用下大跨度悬索桥几何非线性影响分析

大跨度悬索桥几何非线性主要来自3个方面:缆索垂度效应、梁柱效应、大位移引起的几何形状变化。鉴于地震波高频成分振幅大,低频成分振幅小的特点,很难对地震作用下大跨度悬索桥几何非线性的影响做出定性判断。目前大跨度桥梁的几何非线性研究主要集中在斜拉桥,且不同的学者得出了不同的结论。本文以逐级加大振幅的Ⅳ类场地多条地震波为激励,通过对称与非对称的2座典型大跨度悬索桥的几何非线性影响对比分析,探讨了几何非线性对大跨度悬索桥重要地震响应量的影响程度及其原因,并提出了相应的抗震设计参考建议。     

近断层地震动运动特征对长周期结构地震响应的影响分析

选择台湾集集近断层地震动记录作为地震动输入,系统考察了近断层地震动破裂方向性、上盘效应、脉冲效应等运动特征对双线性单自由度体系、长周期隔震建筑和斜拉桥结构地震响应的影响。计算结果表明,脉冲型地震动对结构的效应随双线性单自由度体系的初始自振周期增大而变大,在长周期段结构的脉冲效应最显著;地震动破裂方向性和上盘效应对单自由度体系位移需求的影响与体系周期有关。对于隔震建筑和大跨度斜拉桥等长周期结构,近断层地震动破裂方向性对结构的效应较显著;上盘效应对长周期结构的影响明显;地震动的速度脉冲运动特征总的来说放大了结构响应。     

基于悬浮体系的大跨度铁路斜拉桥减震控制方案模拟分析

本文提出了基于悬浮体系的大跨度斜拉桥结构减震控制方案。用El Centro波模拟计算了采用非正常使用状态下,斜拉桥悬浮体系的空间动力反应,尤其是控制截面的内力反应,并与其它约束条件下的结构动力反应进行了对比,证实了采用悬浮体系,实现大跨铁路斜拉桥主动减震控制的可行性;进而利用联想记忆智能化混合结构控制算法,进一步优化结构控制效果,通过仿真计算说明了采用该控制算法实施控制的有效性;最后概略介绍了准备实施模拟试验的控制驱动装置方案,给出了本文的小结。     

斜拉桥破损诊断技术的研究

针对钢筋腐蚀、疲劳、预应力松弛和桥梁整体倾斜或变形所引起的斜拉桥局部破损,以使用了15年的永和斜拉桥为研究对象,对斜拉桥破损诊断技术进行了研究,对该桥的破损位置进行了定位,对其破损程度进行了评价.利用有限元分析和现场振动测试结果,对破损前后的模态参数进行分析,提取了对破损状况较敏感的模态曲率作为斜拉桥破损诊断的参数,并从模态参数中选取部分点的分量,导出了可以指示斜拉桥桥面(主梁)大概损伤位置的损伤指标Id,可用以识别出斜拉桥发生破损的区段及破损程度.研究成果为永和斜拉桥的养护维修方案提供了技术支持.     

大跨度斜拉拱桥地震响应分析

以湘潭市在建的一种新颖钢管混凝土拱桥——斜拉钢管混凝土拱组合桥梁为研究对象,通过大型有限元软件建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法对其进行了模态求解,得到并分析了结构的动力特性。在此基础上分别运用反应谱法和时程反应法分析了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,采用了5条实际记录地震波,讨论其主要结构形式、不同的地震波、各种场地以及各参数对地震反应的影响和规律。研究结果表明,大跨度斜拉钢管混凝土拱桥横向稳定性突出,整体抗震性能较好,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。     

桥梁吊索高强钢丝疲劳裂纹扩展试验与数值模拟

反复车辆荷载作用下,斜拉桥斜拉索及拱桥吊杆疲劳损伤问题日益严重。针对大跨桥梁中常用的镀锌高强钢丝,开展了应力比R分别为0.1、0.2、0.3的疲劳裂纹扩展试验,研究了应力比及应力幅对钢丝疲劳裂纹扩展性能的影响,每种应力比下的应力幅分别为140.4、152.1、163.8、175.5MPa。采用分步加载方法,设计不同加载应力幅在试件断裂面留下裂纹扩展时的条纹特征,利用光学显微镜对疲劳断口的疲劳条纹进行观测,得到了不同应力比下裂纹扩展深度与疲劳循环次数的a—N曲线,拟合了高强钢丝的疲劳裂纹扩展速率模型。试验结果表明:钢丝疲劳裂纹呈三阶段扩展,随着应力比R的增大,Paris公式中参数C变小,m变大。运用有限元软件ABAQUS模拟了裂纹扩展过程,定量分析了裂纹扩展径向与表面方向的关系,试验结果与有限元结果吻合较好。试验得到的疲劳裂纹扩展速率曲线,可用于大跨桥梁吊索的抗疲劳、防断裂设计及疲劳寿命评估。     

大跨悬索桥尖顶型主缆施工对猫道静风稳定性的影响

在大跨径悬索桥施工期间,主缆与猫道间存在气动干扰效应,施工期主缆易发生驰振失稳,猫道易发生静风失稳。为了同时保证施工期主缆和猫道的稳定性,以某大跨径悬索桥施工期尖顶型主缆和猫道为背景,采用能够保证施工期主缆驰振稳定性的猫道参数设置方法,利用流体力学软件Fluent和有限元软件ANSYS数值研究了考虑施工期尖顶型主缆影响的猫道三分力系数和静风稳定性。结果表明:主缆施工期不同工况对猫道三分力系数影响较大;猫道静风失稳临界风速随着尖顶型主缆的施工先变小后增大,在成桥阶段又变小;主缆的不同施工顺序既影响主缆施工期的驰振性能又影响猫道静风稳定性,施工时要统筹考虑。     

大跨斜拉桥的近断层地震响应及减震控制

近断层地震长周期成分丰富,存在速度大脉冲效应;而大跨度斜拉桥一般采用半漂浮体系或漂浮体系,所以固有频率较低。为了研究大跨度斜拉桥在近断层地震作用下的反应规律及减震措施,利用ANSYS软件分析了某半漂浮体系的大跨斜拉桥在近断层地震作用下的时程响应,并对其减震控制方法进行了探讨。研究表明,大跨度斜拉桥的近断层地震响应随着PGV/PGA值的增大而增大,且增大幅度较大,近场脉冲效应较为显著;对于近断层地震作用,不建议采用塔梁弹性连接装置作为主梁纵漂的减震措施,而采用参数适宜的铅挤压阻尼器和粘滞阻尼器则均能获得很好的减震效果;由于大跨度斜拉桥的近断层地震反应较大,应提高其支座的设计允许位移。     

基于结构多尺度分析的超大跨斜拉桥损伤定位方法研究

以苏通大桥斜拉桥的扁平钢箱梁结构为分析对象,采用子结构方法,将扁平钢箱梁结构的整体尺度动力特性和细节尺度构件损伤相互衔接,实现了超大跨斜拉桥的多尺度损伤分析。在此基础上,对模态曲率指标和模态应变能指标的损伤识别效果进行了对比分析。结果表明:采用子结构方法可以有效地实现钢箱梁局部构件损伤与整体结构响应的多尺度衔接,从而较真实地研究钢箱梁局部构件损伤对超大跨斜拉桥动力特性的影响;无噪声情况下,模态曲率指标能正确识别所有损伤工况,而模态应变能指标则对部分损伤工况的识别效果较差;模态应变能指标的抗噪声能力总体上优于模态曲率指标。