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考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥力学性能与参数分析

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考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥力学性能与参数分析

作者：秦祖品长沙理工大学

学位级别：硕士

目前,自锚式悬索桥因其地形适应性强、造型美观等诸多优点而在国内外受到越来越多的重视。虽然自锚式悬索桥在近年来的发展相当迅速,但从其固有的结构组成特点及其相对短暂的发展历程来看,还存在很多问题需要作进一步的研究与分析探讨... 详细信息

目前,自锚式悬索桥因其地形适应性强、造型美观等诸多优点而在国内外受到越来越多的重视。虽然自锚式悬索桥在近年来的发展相当迅速,但从其固有的结构组成特点及其相对短暂的发展历程来看,还存在很多问题需要作进一步的研究与分析探讨。本文针对目前自锚式悬索桥设计与施工计算时忽略主缆抗弯刚度的现状,以已建成的郑州桃花峪黄河大桥为主要工程背景,结合理论分析和有限元软件,通过选取合理的单元类型及其参数,进行考虑与不考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥力学行为与参数分析。本文主要研究内容有:(1)基于现有理论,利用有限元软件Midas Civil对背景工程进行成桥状态以及设计运营状态下的静力计算;(2)在定性分析考虑主缆抗弯刚度前后主缆、吊索、加劲梁、主塔等关键构件受力与变形特点的基础上,探讨不同简化假定条件下主缆受力与变形计算公式;借助有限元软件建立考虑主缆抗弯刚度的全桥有限元整体模型,分析比较考虑与不考虑抗弯刚度的自锚式悬索桥成桥及运营状态的力学特性;(3)通过倒退分析,建立考虑主缆抗弯刚度的梁单元模拟主缆条件下自锚式悬索桥的典型施工状态——空缆状态下主缆构件的纵向与竖向线形及无应力尺寸,并与索单元模拟主缆条件下的相应线形及无应力尺寸进行分析对比;(4)作不同参数组合条件下的受力分析对比,重点针对主缆抗弯特性值的不同大小进行计算分析,得到不同主缆抗弯特性值的条件下,关键构件的受力特性,并根据数值计算结果归纳总结其一般规律;(5)分析总结前述结论,并就目前的不足之处指出在今后的工作中需要着重加强的部分。

关键词：自锚式悬索桥主缆抗弯刚度力学行为参数分析

考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥成桥状态力学性能分析

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公路与汽运 2015年第5期 138-141页

作者：刘建秦祖品柯红军长沙理工大学湖南长沙410004

针对目前进行悬索桥分析时不考虑主缆抗弯刚度的现状,以某特大跨自锚式悬索桥为工程背景,在定性分析考虑主缆抗弯刚度后主缆、吊索、加劲梁、主塔等关键构件受力与线形特点的基础上,探讨不同简化假定条件下主缆受力与线形计算公式;运用... 详细信息

针对目前进行悬索桥分析时不考虑主缆抗弯刚度的现状,以某特大跨自锚式悬索桥为工程背景,在定性分析考虑主缆抗弯刚度后主缆、吊索、加劲梁、主塔等关键构件受力与线形特点的基础上,探讨不同简化假定条件下主缆受力与线形计算公式;运用有限元软件MIDAS/Civil,通过选取适当的单元类型及合理的结构参数建立有限元模型,分析比较考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥成桥状态下的力学特性,探讨考虑和不考虑主缆抗弯刚度时自锚式悬索桥的力学行为,得到考虑主缆抗弯刚度后结构整体刚度有所加强的结论。

关键词：桥梁自锚式悬索桥成桥状态主缆抗弯刚度

考虑主缆变刚度的大跨度悬索桥施工期线形简化分析方法

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考虑主缆变刚度的大跨度悬索桥施工期线形简化分析方法

作者：姚进华中科技大学

学位级别：硕士

由于各国基础建设发展的需要,修建大跨度悬索桥将会越来越普遍。主缆是大跨度悬索桥的核心承重构件,其线形与内力的控制直接与结构安全息息相关。在当前悬索桥设计中,主缆普遍采用理想柔性索假设,这在合理成桥状态的线形设计中被公认为... 详细信息

由于各国基础建设发展的需要,修建大跨度悬索桥将会越来越普遍。主缆是大跨度悬索桥的核心承重构件,其线形与内力的控制直接与结构安全息息相关。在当前悬索桥设计中,主缆普遍采用理想柔性索假设,这在合理成桥状态的线形设计中被公认为具备一定的计算精度。然而,在实际施工中,主缆的弯曲机制较为复杂,传统的计算方法难以量化评估主缆抗弯特性对施工期线形和内力的影响。悬索桥主缆施工期线形和内力的精细化设计计算方法仍有待进一步研究。本文通过不同于以往对主缆理想柔性索的假定,提出了一种在施工过程中考虑主缆变刚度特性的等效桁架索单元法来计算主缆的线形和内力。论文首先归纳总结了国内外文献采用有限元模拟悬索桥主缆的几种单元类型以及相关解析、数值计算方法;然后着重描述了本文提出的在施工过程中考虑主缆变刚度特性的主缆线形和内力的新数值计算方法。该方法在每一满足小变形假设的增量荷载步内考虑了索夹范围内索夹吊点处由于弯曲角度改而产生的刚性修正力增量,并结合索的抗弯刚度与其平均拉应力的已有理论和试验研究,近似拟合了主缆的抗弯刚度与拉力的关系式,并参照UL(Update-Lagrange)列式的处理方法考虑弯曲增量几何刚度,结合直接求解线形的非线性坐标迭代法(类似于TL(Total-Lagrange)列式)建立了施工过程主缆线形和内力的UL-TL混合增量迭代数值计算方法。论文依托工程实例将该方法与传统主缆线形设计计算时所用到的索、杆、梁等方法进行了比较,分析了主缆抗弯刚度在不同施工阶段对线形和内力的影响程度,量化了平行钢丝型主缆抗弯效应对施工期主缆的影响。通过以上研究可以得出,在大跨度悬索桥施工过程中考虑主缆抗弯刚度计算的主缆线形和内力与不考虑主缆抗弯刚度的计算结果相比,存在一定的差异。在今后的大跨度悬索桥施工设计中,若能真正把主缆抗弯刚度的特性考虑进去,将会使整个施工过程更加地精确与安全。

关键词：大跨度悬索桥施工阶段主缆抗弯刚度有限元

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自锚式悬索桥主缆线形及吊索张拉方案研究

自锚式悬索桥主缆线形及吊索张拉方案研究

作者：张炎重庆交通大学

学位级别：硕士

自锚式悬索桥是在地锚式悬索桥的基础上发展而来的，它省去了地锚式悬索桥巨大的锚锭，直接将主缆锚固在加劲梁上，考虑到结构受力以及施工等的因素，自锚式悬索桥的跨径一般不大，但是由于其桥型布置的灵活性以及独特的外形，近些年成... 详细信息

自锚式悬索桥是在地锚式悬索桥的基础上发展而来的，它省去了地锚式悬索桥巨大的锚锭，直接将主缆锚固在加劲梁上，考虑到结构受力以及施工等的因素，自锚式悬索桥的跨径一般不大，但是由于其桥型布置的灵活性以及独特的外形，近些年成为了城市桥梁中一种具有较强竞争力的桥型。虽然自锚式悬索桥的研究早在19世纪就已经开始，但是我国直到21世纪才开始修建，且大多数为三跨自锚式悬索桥，独塔自锚式悬索桥的建造则相对较少。本文结合北京潮白河非对称独塔自锚式悬索桥，对自锚式悬索桥的主缆线形以及吊索张拉进行了如下几个方面的探讨和分析：①对自锚式悬索桥主缆线形的求解方法进行归纳总结，推导了抛物线和悬链线主缆的线形求解公式，同时结合笛卡尔坐标系，推导了基于拉格朗日坐标系求解自锚式悬索桥主缆线形的公式，并根据推导的公式编写了能够求解自锚式悬索桥成桥线形以及施工过程中主缆线形的图形交互程序。②由一个两端等高的简支（固结）索，通过对比分析均布荷载作用下考虑抗弯刚度索的线形解析式与柔性索的线形解析式两者之间的差异得出，考虑抗弯刚度索的线形解析表达式比柔性索多出了一个与线形影响系数（）有关的多项式。通过分析线形影响系数分别趋于0以及无穷得出，当趋于无穷时，具有刚度的索退化为柔性索，当趋于0时，主缆表现为梁的变形特性。③以北京潮白河非对称独塔自锚式悬索桥为例，分别用梁单元（考虑主缆抗弯刚度）、索单元（不计主缆抗弯刚度）来模拟自锚式悬索桥的主缆，通过有限元模型计算发现，随着吊索张拉的进行，两个主缆之间的竖向位移差在减小，（由2的分析知主缆水平分力的增加使得主缆抗弯刚度特性退化）且索梁的位移差异主要表现在未张拉吊索处，成桥后位移差异可以忽略。④首先通过对独塔自锚式悬索桥三种吊索张拉方案的分析对比得出，独塔自锚式悬索桥适合对称张拉，且以无应力索长和张拉力共同控制吊索张拉能确保安全并提高效率，然后探讨了一种以无应力索长作为控制因素一次张拉吊索的方法，该方法可行但会略微牺牲吊索安全系数，最后讨论了基于影响矩阵调整成桥索力的方法。

关键词：自锚式悬索桥主缆线形主缆抗弯刚度吊索张拉

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铁路悬索桥成桥线形精细化计算

铁路悬索桥成桥线形精细化计算

作者：李建西南交通大学

学位级别：硕士

近些年来，伴随着战略需要以及技术水平的提高，铁路悬索桥得到了蓬勃的发展。施工期线形变化大、桥面线形平顺性要求高等问题对铁路悬索桥的施工计算精度提出了更高的要求。除此之外，铁路悬索桥主缆具有更大的径跨比，索夹抗滑需要导... 详细信息

近些年来，伴随着战略需要以及技术水平的提高，铁路悬索桥得到了蓬勃的发展。施工期线形变化大、桥面线形平顺性要求高等问题对铁路悬索桥的施工计算精度提出了更高的要求。除此之外，铁路悬索桥主缆具有更大的径跨比，索夹抗滑需要导致了更长大的索夹，这使得铁路悬索桥在主缆抗弯刚度和索夹影响两方面因素上产生了更大的计算误差，有必要对铁路悬索桥成桥线形展开更精细化的计算。　　（1）基于可伸长大变形曲梁理论，推导劲性索主缆大变形理论。引入线形二阶导近似曲率简化，推导不同边界条件劲性索小变形理论线形及计算误差解析表达式。基于杆-梁组合单元给出劲性索主缆的有限元模拟方式。以一个劲性索主缆算例，对比大变形理论、小变形理论以及有限元方法计算结果，分析劲性索的变形受力特征，并验证以杆-梁组合单元模拟劲性索的适用性。针对劲性索线形计算误差受边界条件影响大的特点，提出一种精细化的劲性索主缆边界有限元模拟方式;（2）以文献调研的方式分析索夹的分布传力形式，然后从等效节点力的概念出发，提出一种基于ANSYS软件RBE3单元的索夹分布传力有限元模拟方式。从主缆各点竖向位移影响线出发，结合索的等代梁理论，推导索夹分布传力产生的线形误差估算公式。结合索夹主缆接触有限元实体模型，推导索夹内主缆轴力表达式，以轴向伸长相等为原则，给出等效主缆面积模拟索夹对主缆轴向伸长的折减作用。考虑主缆、索夹螺杆的蠕变松弛作用，分析索夹轴向约束行为引起的桥面线形误差的长期变化;（3）提出一种精细化的铁路悬索桥成桥线形分析模型，用于考虑主缆抗弯刚度及索夹对成桥线形的影响。分别建立三座不同跨度铁路悬索桥的精细化计算模型，分析两方面因素引起的成桥状态计算误差形态和组成;（4）以大渡河桥、怒江桥和色曲桥为研究对象，分析主缆弹模取值误差、主缆温度测量误差、主缆面积制造误差、加劲梁重量制造误差、二期恒载施工误差及吊索长度制造误差等因素对成桥线形、成桥塔偏及吊索力的影响;（5）建立铁路悬索桥成桥线形功能函数，拟定主缆直径、主缆弹模、主缆跨度、加劲梁重量、二期恒载及吊索无应力长度六个随机变量概率分布模型。以响应面方法得到功能函数的近似表达式，采用验算点法、蒙特卡洛法等方法计算成桥线形可靠度，并分析各方法的优点。对比传统模型和精细化模型得到的成桥线形可靠度计算结果，分析主缆抗弯刚度和索夹对成桥线形可靠度产生的影响。

关键词：铁路悬索桥成桥线形主缆抗弯刚度索夹分布传力