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空间缆形自锚式悬索桥作为近年来国内外最新颖的桥型之一,逐渐受到业内设计者的青睐。空间曲线索形和倾斜吊杆不仅增强了桥梁的横向刚度、稳定性和动力力学性能,也给城市带来了美观的要素。然而,该类桥梁高度的非线性特征使得初步设计和施工设计变得复杂。传统的解析方法误差过大,无法用于复杂结构空间力学问题的求解,而仅仅依靠精细化非线性有限元法,同样难以稳定地获得成桥状态,并且在处理施工设计时仍将面临巨大的工作量。因此,部分计算软件倾向于利用三维缆索体系找形的数值迭代方法来辅助非线性有限元的全桥模型进行设计,可从一定程度上解决成桥状态的计算问题。但是,当前已有的数值迭代方法存在多种局限性,使得对该类桥梁实施初步和施工设计的效率依然偏低。鉴于当前结构设计领域对于精度和效率的同步追求,有必要针对该类桥梁的特殊性研究更为实用的设计计算方法及策略。 本课题基于空间缆形自锚式悬索桥以轴向变形为核心变形的力学实质,建立一种特定的简化杆单元模型及其相应求解算法,在设计全程为精细化非线性有限元的有效分析同步提供必要的力学信息,以期显著提高该类桥梁的设计与计算效率。该简化模型提取至全桥核心变形的独立平衡体系,用以决定构件无应力长度和表征体系的各种平衡状态,并利用拱桥合理拱轴与平衡悬索相似的力学特点,建立了以求解线性有限元方程组为基础的稳健迭代算法,同时配合小变形解析理论等效考虑了梁柱效应的影响。该方法能够在初步设计阶段快速获取全桥无应力参数和无应力状态,并通过扩展算法自动生成吊索张拉步骤,从施工初态到成桥的各阶段跟踪提供结构的关键力学信息,在计算准确的同时以最大程度降低了非线性有限元法参与设计过程和过多人工干预所带来的巨大工作量。本课题方法的计算精度、稳定性及效率均通过实桥算例与现有方法进行了比较,并取得了较高的评价结果,可为该类桥梁的设计、施工以及二次开发专用的辅助设计程序提供参考。 2100433B
本课题针对传统方法在处理空间缆索自锚式悬索桥计算问题时的局限性,基于该类桥梁协调变形的主要特征,提出一种“核心作用分析模型”并构建特定数值算法研究该类桥梁的实用分析方法,主要包含二个方面:(1)研究能准确反映各种情况下“索-梁-塔”协作体系特性的核心作用模型及其演化机理;(2) 联合模型演化机理与解析理论,发展成桥与空缆状态,静力分析中不同荷载以及施工过程中各种混合张拉方式下全桥平衡态的高效数值类算法,并进一步建立多重因素制约下吊索张拉方案的自动化设计算法,从而避免当前分析方法的状态限定、步骤复杂和易发散等多种局限性。研究成果可初步达到适用于全桥不同力学阶段的高效数据化分析,对于指导该类桥梁的设计与施工具有重要的学术价值和现实意义。
大跨度桥梁的分段施工时都要经历一个结构体系的转换过程,体系转换过程前后两个不同结构体系的受力特点和变形特点均不相同,但最终将转化成永久的结构体系-成桥状态[1]。自锚式悬索桥由于其自身固有的特点,...
自锚式悬索桥的综述 一、前言一般索桥的主要承重构件主缆都锚固在锚碇上,在少数情况下,为满足特殊的设计要求,也可将主缆直接锚固在加劲梁上,从而取消了庞大的锚碇,变成了自锚式悬索桥。过去建造的自锚式悬索桥...
索桥模型的材料大致有以下几种:细铁丝,或是自行车店里的那种麻花状钢丝——用来制作旋索。亚力克板——用来制作桥身主体。各种规格的ABS板(广告店有售)各种规格的铜棒——用来制作模拟索桥的钢管。 首先要...
自锚式悬索桥的空间分析及其试验研究
自锚式悬索桥的空间分析及其试验研究——以江山北关自锚式悬索桥为例, 利用有限元软件建立了自锚式悬索桥空问分析模型.分别考虑了恒载静力作用、主缆吊杆初始张拉力及几何非线性对其静力特性的影响。通过分析计算.给出了这些因素对该桥静力特性的影响规律 然...
空间索形自锚式悬索桥初始平衡状态分析
空间索形自锚式悬索桥初始平衡状态分析——通过缆索系统与塔梁系统的整体分析,对空间索形自锚式悬索桥的初始平衡状态展开研究,主要研究空间缆索系统的吊索——主缆耦合特性,以及自锚式的自平衡特性。先建立空间缆索竖平面为抛物线、水平面为节段线的简化模型...
简介
是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁,由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索,它主要承受拉力,一般用抗拉强度高的钢材(钢丝、钢绞线、钢缆等)制作。
由于悬索桥可以充分利用材料的强度,并具有用料省、自重轻的特点,因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大,跨径可以达到1000米以上。
1998年建成的日本明石海峡桥的跨径为1991米,是世界上跨径最大的桥梁。悬索桥的主要缺点是刚度小,在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动,需注意采取相应的措施。
按照桥面系的刚度大小,悬索桥可分为柔性悬索桥和刚性悬索桥。柔性悬索桥的桥面系一般不设加劲梁,因而刚度较小,在车辆荷载作用下,桥面将随悬索形状的改变而产生S形的变形,对行车不利,但它的构造简单,一般用作临时性桥梁。刚性悬索桥的桥面用加劲梁加强,刚度较大。加劲梁能同桥梁整体结构承受竖向荷载。除以上形式外,为增强悬索桥刚度,还可采用双链式悬索桥和斜吊杆式悬索桥等形式,但构造较复杂。
桥面支承在悬索(通常称大揽)上的桥称为悬索桥。英文为Suspension Bridge,是“悬挂的桥梁”之意,故也有译作“吊桥”的。“吊桥”的悬挂系统大部分情况下用“索”做成,故译作“悬索桥”,但个别情况下,“索”也有用刚性杆或键杆做成的,故译作“悬索桥”不能涵盖这一类用桥。和拱肋相反,悬索的截面只承受拉力。简陋的只供人、畜行走用的悬索桥常把桥面直接铺在悬索上。通行现代交通工具的悬索桥则不行,为了保持桥面具有一定的平直度,是将桥面用吊索挂在悬索上。与拱桥用刚性的拱肋作为承重结构不同,其采用的是柔性的悬索作为承重结构。为了避免在车辆驶过时,桥面随着悬索一起变形,现代悬索桥一般均设有刚性梁(又称加劲梁)。桥面铺在刚性梁上,刚性梁吊在悬索上。现代悬索桥的悬索一般均支承在两个塔柱上。塔顶设有支承悬索的鞍形支座。承受很大拉力的悬索的端部通过锚碇固定在地基中,也有个别固定在刚性梁的端部者,称为自锚式悬索桥。
2021年6月29日,“世界第一宽”空间双索面自锚式悬索桥——灞河元朔大桥正式通车。
目录
第一章 绪论
第一节 自锚式悬索桥的特点
第二节 自锚式悬索桥的发展历史
第三节 自锚式悬索桥的展望
参考文献
第二章 自锚式悬索桥结构设计
第一节 自锚式悬索桥结构组成
第二节 自锚式悬索桥概念设计
第三节 自锚式悬索桥结构设计
第四节 双塔自锚式悬索桥示例
第五节 独塔自锚式悬索桥示例
参考文献
第三章 自锚式悬索桥静力理论与分析
第一节 计算理论
第二节 两节点空间索单元2100433B