三塔懸索橋施工過程靜風穩(wěn)定性分析

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大跨度懸索橋施工期結構柔性大,靜風作用下結構大變形和剛度變化以及橋址區(qū)域內風速空間分布的非均勻性可能會對其靜風穩(wěn)定性造成影響?？紤]結構非線性、靜風效應和風速空間非均勻分布等因素,建立了精細化的大跨度橋梁三維非線性靜風分析方法,并編制了相應的計算分析程序。以潤揚長江大橋南汊懸索橋為例,模擬加勁梁從跨中向兩側橋塔和由兩側橋塔向跨中對稱拼裝兩種主梁架設順序,分析了施工全過程懸索橋靜風穩(wěn)定性的變化趨勢,并探明了風速空間分布非均勻性對成橋和施工狀態(tài)懸索橋靜風穩(wěn)定性的影響。結果表明:加勁梁采用從兩側橋塔向跨中對稱架設時,懸索橋可以獲得較好的靜風穩(wěn)定性,尤其在施工初期；風速沿豎向高度變化和風速空間分布寬度對成橋和施工狀態(tài)懸索橋的靜風穩(wěn)定性影響不大,但風速非對稱分布因素影響則比較顯著,須在分析中重視和考慮。

結構的失穩(wěn)由于具有突發(fā)性,往往會帶來重大危害。三塔懸索橋在恒載狀態(tài)下,主纜對中間塔塔頂?shù)募s束較邊塔弱,有必要對其進行穩(wěn)定性分析。以泰州大橋為工程實例,采用三維有限元模型,研究了泰州大橋中間塔在施工階段及成橋階段的結構彈塑性穩(wěn)定問題。

采用節(jié)段模型風洞試驗與靜力穩(wěn)定性非線性計算分析相結合的方法,對潤揚長江公路大橋懸索橋施工貓道在正交風作用下抗風穩(wěn)定性進行了計算分析,介紹了施工貓道抗風穩(wěn)定性非線性計算分析方法及其特點。

懸索橋在施工過程的結構剛度比較小,空氣靜力作用產生的非線性效應以及橋面主梁架設方法都將對懸索橋施工過程的顫振穩(wěn)定性產生重要的影響。運用大跨度橋梁顫振分析的三維非線性方法,分析宜昌長江大橋采用不同主梁架設方法時的顫振穩(wěn)定性變化趨勢,并探討靜風效應和主梁架設方法對懸索橋施工過程顫振穩(wěn)定性影響的程度、機理和規(guī)律。

為了保證大跨度懸索橋施工貓道的抗風安全,通過風洞試驗對懸索橋施工貓道進行了動力特性和抗風穩(wěn)定性分析,結果表明,雖然沒有采取設置抗風索的措施來提高貓道的抗風穩(wěn)定性,但仍然具有良好的抗風穩(wěn)定能力。

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大跨徑懸索橋貓道非線性靜風穩(wěn)定性分析——結合節(jié)段模型風洞試驗結果，運用二次開發(fā)的ansys軟件，建立東海某大跨徑懸索橋無抗風纜貓道的有限元模型，綜合考慮由有效風攻角和有效風速構成的靜風荷載非線性和貓道幾何非線性的雙重影響，采用增量雙重迭代搜索法進...

結合節(jié)段模型風洞試驗結果,運用二次開發(fā)的ansys軟件,建立東海某大跨徑懸索橋無抗風纜貓道的有限元模型,綜合考慮由有效風攻角和有效風速構成的靜風荷載非線性和貓道幾何非線性的雙重影響,采用增量雙重迭代搜索法進行貓道靜風失穩(wěn)的全過程以及靜風荷載非線性、橫向天橋間距和剛度、初始風攻角、貓道矢跨比、水平拉索對貓道靜風穩(wěn)定性影響的研究。結果表明:大跨徑貓道的失穩(wěn)形態(tài)主要為空間彎扭耦合失穩(wěn),扭轉變形對貓道的靜風失穩(wěn)有明顯影響,升力和扭轉力矩是貓道失穩(wěn)的關鍵因素;大跨徑貓道的靜風穩(wěn)定計算必須同時考慮由有效風攻角和有效風速影響的靜風荷載非線性和貓道的幾何非線性,不計入貓道結構變形的影響,會高估貓道的抗靜風穩(wěn)定能力;適當減小橫向天橋的間距和增大其剛度可以提高貓道的靜風失穩(wěn)臨界風速;隨著初始風攻角和貓道矢跨比的增大,貓道的靜風穩(wěn)定性有所下降;設置水平拉索會降低貓道靜風失穩(wěn)臨界風速。

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采用三維非線性空氣動力穩(wěn)定性分析程序,分析三塔懸索橋施工全過程空氣動力穩(wěn)定性的變化規(guī)律,揭示了不同主梁施工順序對三塔懸索橋施工過程空氣動力穩(wěn)定性的影響,并探討具有良好空氣動力穩(wěn)定性的主梁施工順序。

國內目前在大跨度懸索橋梁的氣動穩(wěn)定性方面已進行了大量的研究工作,但是,例如懸索氣動內力以及風荷載空間非均勻分布性等因素對橋梁氣動穩(wěn)定性的影響仍不是十分明確。隨著建設的需要,橋梁的跨度進一步增加,結構的柔性、主塔的高度以及懸索的直徑也隨之增加,這些變化對于橋梁氣動穩(wěn)定性的影響日益成為一個重要的問題。本文旨在對上述這些因素對橋梁氣動穩(wěn)定性的影響進行進一步的研究。

國內目前在大跨度懸索橋梁的氣動穩(wěn)定性方面已進行了大量的研究工作,但是,例如懸索氣動內力以及風荷載空間非均勻分布性等因素對橋梁氣動穩(wěn)定性的影響仍不是十分明確。隨著建設的需要,橋梁的跨度進一步增加,結構的柔性、主塔的高度以及懸索的直徑也隨之增加,這些變化對于橋梁氣動穩(wěn)定性的影響日益成為一個重要的問題。本文旨在對上述這些因素對橋梁氣動穩(wěn)定性的影響進行進一步的研究。

從結構穩(wěn)定性的基本概念出發(fā),分析了理想結構和實際結構分別可能出現(xiàn)的失穩(wěn)類型,介紹了目前在ansys中對各種穩(wěn)定性分析所采用的方法.針對一實際懸索橋橋塔橫梁的施工支架,考慮施工中可能產生的初始缺陷及橫向偏壓等,利用ansys并考慮幾何非線性和材料非線性,對其進行了分析.通過對各種初始缺陷和偏壓狀況下計算結果的比較,得出鋼管支架失穩(wěn)的規(guī)律.

采用風洞試驗和程序分析相結合的方法分析貓道的靜風失穩(wěn)機理;根據(jù)節(jié)段模型靜力三分力風洞試驗結果對貓道有限元模型加載,進行貓道非線性靜風響應計算,分析貓道承重繩張力和位移隨風速變化。計算結果表明,貓道發(fā)生靜力扭轉失穩(wěn)的原因是空氣力矩的作用使貓道面層處于正攻角,當風攻角較小時,升力系數(shù)可能為負值,即升力方向向下,風攻角逐漸增大時,升力系數(shù)轉為正值,大小隨風攻角的增大而增大。當風速提高同時攻角增大到一定程度時,向上的升力使部分承重繩的張力產生松弛,貓道扭轉剛度減小,不能抵抗空氣力矩的作用,導致貓道扭轉失穩(wěn)。

綜合考慮靜風荷載非線性和幾何非線性,引用大跨度橋梁非線性靜風穩(wěn)定分析理論,通過引入外層迭代次數(shù)上限對增量與內外兩重迭代相結合的方法進行改進,提出了優(yōu)化迭代分析方法,編制計算程序對世界最大跨徑鋼箱梁懸索橋西堠門大橋的靜風穩(wěn)定性進行全過程分析,研究了該橋的失穩(wěn)形態(tài)和機理.通過計算與改進前的算法進行比較,優(yōu)化迭代分析方法結果準確、效率高.

隨著斜拉橋跨徑的日益增大,全橋結構也變得更柔,因此斜拉橋存在靜風失穩(wěn)的可能。該文采用增量與內外兩重迭代相結合的方法,綜合考慮靜風荷載與結構非線性影響,對某拱塔斜拉橋進行了靜風穩(wěn)定性全過程分析。

利用ansys中的變截面梁單元,對砼斜拉橋進行三維有限元穩(wěn)定性分析。以荊州長江公路大橋為例,計算了該橋全橋在施工過程中的穩(wěn)定特征值。計算結果表明該橋全橋在施工過程中的穩(wěn)定性可以得到保證,但施工時要注意主梁的穩(wěn)定性。

以某166m+628m+166m雙塔單跨鋼箱梁懸索橋為例,在最大靜陣風風速49m/s環(huán)境下,主纜施工采用3跨分段式貓道,不設置抗風纜,承重索錨固于帶拉板的鋼管混凝土錨梁結構上。利用ansys軟件進行計算分析,驗證貓道鋼絲繩索力及抗風穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求,橫向天橋的設置對貓道抗風穩(wěn)定性效果明顯。

針對南京二橋南汊鋼斜拉橋,考慮結構的非線性和構件的極限承載能力,計入施工過程的變形和應力的疊加效應,用包含梁和索單元的空間組合結構模型,進行了大橋的結構行為分析,著重研究了在施工全過程中的結構穩(wěn)定性問題。

基于u.l列式的虛功增量方程,引入合理的位移模式,導出了懸鏈線索元切線剛度矩陣的顯示表達式,進而建立起了分析懸索橋結構更為精細的幾何非線性有限元法.運用該方法并結合懸索橋的施工特點,提出了一種精確模擬懸索橋施工全過程的迭代算法,可得出各施工階段的施工理想狀態(tài).算例結果表明:此方法收斂快、精度較高.圖5,表2,參10.

第＋三章懸索橋施工 第一節(jié)概述 懸索橋施工主要有：錨碇、塔、主纜和加勁梁的制作和安裝。本節(jié)先就其施工情況作一介紹。 一、錨碇與塔的施工 1.錨碇 錨碇是主纜錨固裝置的總稱，由砼錨塊(含鋼筋)及支架、錨桿、鞍座(散索鞍)等組成。主纜 由空中成束的形式進入錨碇，要經過一系列轉向、展開、錨固的構件，這些我們將在第二節(jié) 詳細敘述。本節(jié)只介紹錨塊及其基礎。 錨塊的形式可分為重力式(圖13—1a))和隧道式(圖13—1b))。若錨碇處有堅實巖層靠近地表， 修建隧道錨(或稱巖洞式錨)有可能比較經濟。美國華盛頓橋新?lián)裎靼跺^碇是隧道式，其砼用 量22200m3，較之于紐約岸錨碇所用砼及花崗巖鑲面工程量107000m3，僅為其21％。但隧 道錨有傳力機理不明確的缺點，美國金門大橋原設計兩端部都用隧道錨，但考慮到隧道錨塊 砼將力傳給周圍基巖機理不明確，總工程師乃改